基于哲学思维的“分子生物学”教法改革初探

聂光军， 岳文瑾， 薛正莲， 杨超英， 赵世光， 王 洲， 孔 芳

(安徽工程大学 生物与化学工程学院， 芜湖 241000)

“分子生物学”新理论与技术层出不穷，实践教学难以跟随该学科的发展步伐。多学科交汇的抽象理论知识和贫乏陈旧的实践活动导致学生在学习过程中缺乏积极性和主动性[1]。为提高“分子生物学”的教学效果，启发式教学方法[2, 3]、抛锚式教学法[4]、PBL(Problem-Based Learning)教学法[5]和开放式教学法[6]相继被提出。尽管如此，“分子生物学”的教学效果提升并不理想，仍然存在着诸多问题。如：学生难以从宏观上系统认识分子生物学知识，常以静态的思维方式片面理解具体概念和理论。此外，抽象、枯燥的理论知识结合相对单一的教学方法导致分子生物学知识对于初学者而言晦涩难懂，进而抑制其学习兴趣。因此，寻求一个既适应学科发展特点又能满足学生需求的教法是该门课程能否得到进一步发展的关键。

以发现DNA双螺旋结构为标志的分子生物学革命掀起了世界范围内的生物学研究热潮，生物学因此成为越来越多哲学家关注的对象。有关生物学的哲学思想成为西方科学哲学研究的一个热点领域。哲学是对社会知识和自然知识的概括和总结，个人的创新思维方式一般都会受到某种哲学思想的支配。围绕目前提倡培养学生的创新精神的教育改革目标，培养学生运用创新思维，引入哲学思维学习自然科学值得探索。

目前，人文社科工作者探讨应用哲学的一般性思维在宏观水平上归纳总结分子生物学的基本规律[7-11]。然而，自然科学工作者应用哲学思维学习分子生物学知识的相关报道很少。因此，为培养学生运用创新思维学习分子生物学知识，有效提升分子生物学课程的教学质量，基于分子生物学知识的认知特点，开展哲学思维模式下分子生物学教法研究具有重要的应用价值和学术探讨意义。

1 分子生物学中的哲学思想

分子生物学主要研究对象为核酸和蛋白，从物质水平上科学地阐明遗传机制，加深物质运动形态各层次之间的辩证关系的认识；分子生物学主要从分子水平上说明生命的统一性，探索生命活动的规律性现象。

1.1 核酸与蛋白

核酸和蛋白是分子生物学中两个重要的研究对象，也是分子生物学发展的物质基础。核酸是蛋白产生的信息载体，蛋白是核酸信息得以表达的必要元件(酶是DNA复制的执行者和调控者，如顺反作用)。核酸具有参与调控的结构(操纵子和SD序列)，这些结构本身反映着同蛋白质相互作用机理。这种相互作用构成的代谢调控需要一个稳定的系统环境。因为，基因表达是在一个相对开放的系统中运行的，系统的稳态调节对维持生物体相对稳定的结构和有序性具有至关重要的作用。生物大分子特定的组成和有序性是稳态调节的决定性因素，为保持这种稳定性，生物大分子实现了精细化分工。上述内容蕴含着研究主体物质化、内、外因关系和局部与整体关系等哲学思想。就生命起源而言，核酸与蛋白的关系犹如“先有鸡还是先有蛋?”的逻辑，二者为对立统一体，两者互相依存，缺一不可。

1.2 中心法则

“中心法则”是分子生物学的重要研究内容之一，它揭示了物质是生命形式存在的基础，自由能驱动生命运动，信息调控物质和能量的变化并维持着生命的水平传递和垂直传递。它的产生、修正与发展演绎了一个假说向理论升华的过程[12]。其中，每个线道的产生都是不断突破原先假定持续发展而来。在适应性方面，“中心法则”具有一定普遍性，但不同线道也存着相应的特殊性，充分体现了矛盾普遍性与特殊性的哲学原理。因此在教学过程，既要抓住矛盾的普遍性，也要明确矛盾的特殊性，通过“中心法则”发展过程中“破”与“立”的讲解，让学生了解突破传统本身就是推动科学发展的过程，所以应以发展的眼光看待科学问题，从普遍性中鉴别特殊性，通过解决特殊性问题归纳出普遍存在的规律，从而推动科学不断向前发展[10]。

1.3 DNA甲基化与衰老

DNA甲基化与衰老的研究是近年来分子生物学研究的热点之一。对于单个基因，衰老细胞中DNA的甲基化水平不均一，在基因组DNA甲基化降低的同时，也存在某些特异性基因的高甲基化(如抑癌基因ER)。对基因组而言，基因组DNA甲基化水平降低的趋势在衰老过程中普遍存在的。无论是全基因组与单基因甲基化水平降低还是增加都是从微观角度来阐述衰老的机制；而衰老是机体一种外在的表现，由于机体一系列微观的变化导致宏观的改变，微观与宏观相互影响，相互联系。与之相关的还有基因型变化、表型变化以及环境因素间的相互作用，它们也充分演绎了微观与宏观的相互关系。

1.4 突变、选择与进化

突变是生物进化的主要动力源，与DNA损失、修复、自然选择和遗传漂变存在密切的关系。突变产生于未成功修复的DNA损伤，并经自然选择后形成永久遗传的DNA突变。而造成功能性改变的突变几率很小，这需要长时间突变积累演绎进化过程，这一过程实质上是一个量变到质变的过程。相对分子水平的基因突变，进化是宏观的，微观与宏观的相互作用保障了生物的稳定性、可变性、进化性。

生物突变现象的产生到新物种的形成取决于生物体内分子的变化，这是生物进化过程中的内因。生物生长过程中的外部因素直接在分子水平上改变细胞，并引起变异产生。如果突变体通过外部环境的选择压，它可能会定向进化发展为一个新的物种。反之，如果某种外因的作用没有改变分子结构，则该作用是不会产生新物种的。无论非功能性改变的突变还是中性突变，虽然没有改变生物个体性状，但增加了其基因组的多态性，为进化提供了新的素材，是生物多样性形成的基础[11]。综上，我们认为突变发生后，首先由自然选择决定进化的总方向，然后才有各种形式的随机漂移过程参与决定具体进化方向、途径和速度。因此，进化不是哪一种机制作用的结果，而是在时间维度和空间维度上包括自然选择在内的多种机制综合作用的结果。这种机制体现了哲学内因和外因的辨证关系。

此外，用进废退和获得性遗传等也蕴涵着经典的“内因与外因”的哲学关系；癌基因与抑癌基因的辩证统一关系，生物界的统一性和组蛋白组成的特异性等内容表现出“矛盾的普遍性和特殊性”的哲学思想[13]。因此，很多分子生物学内容可以从宏观上用哲学的一般性原理加以归纳总结，这为基于哲学思维模式改革“分子生物学”教法奠定了坚实的基础。

2 分子生物学的认知特点

“分子生物学”课程是自然科学领域的课程，我们应该正确处理反映论和个人意义建构的关系，强调科学知识在依据和逻辑上的确定性。学习过程则强调意义建构，即通过探究学习方法来建构具有自我特色的知识体系，建构主义的学习理论构成了现代思维方式自觉创新性特点的基础。从哲学本体论的角度看，分子生物学认知主要表现在对本体论对象的认识，突出的是物质和运动。但是，分子生物学课程除了本体对象外，还应有“系统”概念。初学者正因缺乏系统性思维，对分子生物学课程结构及其意义了解不深刻。因此，建构主义认为学习者要想完成对所学知识的系统意义建构，必先系统、深刻理解知识所反映事物的性质、规律以及该事物与其它事物之间的联系[4]。

自主论和分支论都认为分子生物学不同于传统的物理和化学学科，前者认为分子生物学具有自身的学科特色；后者认为它是一门发展中的学科。此外，分子生物学知识组成较为复杂，不同特征的知识点或体系的学习方法应有所差异。多元化的方法论能促进学生对知识了解的深度。因此，从不同角度应用不同的思维方法可以更全面、深化认知复杂的分子生物学知识。

分子生物学课程的发展得益于传统生物学的多学科交叉(如生化、遗传学、细胞学和微生物学等)，是从分子水平研究生命产生及其运动过程。近年来，随着分子生物学的快速发展，加深了我们对传统生物学的认识。传统生物学现象本质上是由分子及其相互作用所构成的，那么传统生物学现象能够用分子生物学来说明吗? 生物哲学家大多赞同本体论还原，即传统生物学能够还原为分子生物学[14]。因此，在分子生物学教学过程中必须清楚了解各相关课程之间的关系，掌握各课程在生物学知识体系所处的位置，并应用建构思想构建具有融学科和个人自身特色为一体的知识网络。

分子生物学是一门发展迅速的课程，许多术语的内涵在不断地演化和丰富。分子生物学“语义学”的研究以动态的方式描述生物学概念发展和定律形成的过程。如基因的概念，基因来源于抽象的“遗传因子”，随后“遗传因子”物质化，并定位于染色体上。核酸结构的发现和“中心法则”的建立，基因被赋予更为具体的内涵。随着分子生物学和基因工程技术的发展，基因的概念趋向更精细化。与之类似的还有基因工程、克隆和各种组学等概念，它们的内容在不同语境下，其内涵也不同。

3 基于哲学思维的教法探索性改革

为提高“分子生物学”课程的教学效果，须针对该课程的特点，根据学习的规律和学生心理学特征，基于哲学一般性原理归纳总结复杂抽象的分子生物学知识，开拓自然科学学生的人文视野，从知识的源头激发学生的好奇天性，从根本上培养学生的学习兴趣。具体的教学改革探索如下：

1)从分子生物学相关学科的关系分析入手，初步解析分子生物学发展过程中多学科相互作用关系；以发散的教学思维引导学生改变孤立、封闭的学习习惯，从更宽广的领域了解学习分子生物学的意义。

2)以哲学一般性原理归纳总结分子生物学纷繁复杂的抽象知识，探寻分子生物学基本理论发现过程中蕴含的哲学理论。将抽象的分子生物学知识放置于哲学问题探讨情境下避免学生迷茫于纷繁复杂的具体知识，降低学生的认知压力[15]。 通过改变学生的学习情境，显著提升学生的学习动力[16-18]。

3)针对分子生物学许多术语的内涵在不断地演化和丰富的特点，开展分子生物学“语义学”研究，以动态的方式描述生物学概念发展和定律形成的过程。

4)根据分子生物学的内在特征，探讨分子生物学教学的 “方法论”，促进教法多元化，引导学生根据不同内容的内在特征动态调整学习方法，形成适应分子生物学特征的独特的学习方法体系。再以一般性原理通过方法迁移，外延形成适合其他课程的“方法论”，推动学生学习客体的转变(从知识学习向方法学习的转变)。

5)基于哲学思维的分子生物学知识框架构建。利用系统与要素关系的哲学思想，以及事物可以相互转化的哲学观点，引导学生勾勒出分子生物学的知识框架，构建分子生物学的多层级的理论知识体系。

此类教法改革探索的实施有望提高学生学习的目的性和主动性，激发学生的学习兴趣；改变分子生物学教学过程中学生以静态和固定思维方式片面理解相关概念和理论的惯性，纠正学生断章取义的学习弊端；培养学生的哲学思想、开拓学生创新思维，充分激发学生的好奇心，辨别力和批判性，让学生逐渐形成辩证的思维习惯，提升他们的认知水平，拓展他们的科学思维方式，增强自然科学学生的人文素养；让学生系统、全面把握分子生物学主要知识脉络，构建具有自身特色的分子生物学知识体系，强化学生对知识理解的广度和深度。

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