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分子生物学相关论文实用13篇

分子生物学相关论文
分子生物学相关论文篇1

随着分子生物学的迅速发展,相关的新知识和新技术不断涌现,其理论与技术正在向生态学和环境科学等学科迅速扩展。分子生态学就是在这种形式下应运而生的。其概念是指应用分子生物学的原理和方法来研究生命系统与环境系统相互作用的生态机理及其分子机制的科学[1]。

分子生态学涉及的研究领域十分广泛,研究的生命对象为微生物、植物与动物,在研究生教育中适合的专业比较多,如生态学、作物生产类、动物生产类和环境科学等专业可以必修或选修,在教学方法上有其独特性,同时分子生态学是一门崭新的学科,尚没有成熟的方法借鉴,迫切需要我们在该门课程的教学实践中逐渐去摸索。本文就研究生分子生态学课程的教学方法进行一些探讨。

1 分子生态学教学方法

1.1 精选教学内容,体现学科特点与发展趋势

分子生态学是一门新起的交叉学科,涉及的领域非常广泛,研究内容主要包括分子种群学、分子环境遗传学和生物体内有机大分子对环境因子变化的响应的分子适应性[2]。教授分子生态学这门课程,就要精选授课内容,让学生既能系统地掌握分子生物学的基本原理与实验技术,又要让学生了解这些原理与技术在生态学、微生物学、植物学和动物学等相关领域的应用和所取得的最新进展。因此,我们将教学内容大体分成三部分:(1)分子生物学基本原理;(2)分子生态学中常用的分子生物学技术与方法;(3)分子生态学研究所取得的主要进展。

1.2 采用现代化教学手段

分子生态学是在蛋白质、核酸等分子水平上探究有关生态学问题,主要涉及生态现象与生态规律的发生、演化和发展的分子过程的分子机理,内容较为抽象,通过多媒体教学,可以将抽象的内容图示化、形象化而便于学生理解[3],如核糖体RNA的碱基排列顺序可以检测出种系发生上的深远关系,是分子生态学中要介绍的主要内容之一,用多媒体将真核生物糖体RNA基因的结构以图像展现出来后,学生很容易理解18S、5.8S和28S的分布情况。再如构建分子进化树是分子生态学研究种群进化关系的主要手段之一,而构建进化树方法的介绍牵涉到软件使用和在线操作,利用多媒体和网络教学手段教授,学生不仅容易理解和掌握而且激发了他们的学习兴趣。

1.3 讨论式教学方法的应用

1.3.1 讨论式教学方法的必要性

讨论式教学是一种开放式的教学形式,它组织和鼓励学生主动学习和掌握知识,论述和阐明对某一教学基本内容的理解,并通过与其他同学的交流与讨论,获得科学的思维方法以及正确的结论[4-5]。讨论式教学有利于激发学生的创造性思维,开发学生的思维资源,是培养学生主动获取知识能力和独立思考能力、调动其学习积极性、提高创新能力的有益方式。以下是分子生态学教学中采用讨论式教学方法的必要性:

首先,研究生教育是我国高等教育中的重要环节,对研究生创新能力的培养是研究生教育的核心内容,而研究生从事研究工作的能力大小对于能否提高我国整体学术水平以及研究生自身的发展的好坏具有十分重要的作用。因此,在分子生态学教学中我们也始终坚持以培养研究能力和创新能力作为核心教学思想,更多地采用讨论式教学方法,鼓励研究生积极参与学术讨论活动,而不应把研究生的课程学习变成本科阶段的简单继续和延伸。

其次,研究生与本科生不同,他们已经初步掌握了相关学科的基本理论和研究方法,可以开展课程教学以研究生为主体,重视和促进研究生个性的健康发展,充分发挥其学习的主动性和自觉性。

再者,分子生态学是一门新兴的交叉学科,学科自身的经典理论很少,更多的是利用分子生物学技术从微观探讨生态学机制,研究范围非常广泛,未知领域多,发展速度快,同时选修该课程学生的专业差异大,更适合利用讨论式教学。

1.3.2 挑选适宜进行课堂讨论的内容

以学生为主体,针对不同类型的教学内容加以科学的问题设计,制定与学生认知程度相适应的讨论方案,采用“自学、精讲、讨论”的教学模式。这些问题一方面来自老师的观点,更重要的是收集学生感兴趣却又不是很明白的问题,以便在讨论时,学生有据可查,有话可说。

在分子生态学教学中,由于选课的研究生专业背景差异大,兴趣点分散,为了突出共同的兴趣,我们在分子生态学研究的分子生物技术中提出一些主要问题让学生讨论。例如学生可以讨论“功能基因与核糖体RNA基因作为生物遗传多样分析指针的优缺点比较”,“怎样构建合理的遗传进化树”等。对这些基本问题的讨论,参与人数多,讨论的气氛热烈,可以提高讨论效果,增加学生的学习兴趣。

对试验结果进行课堂讨论。试验结果一方面要来自授课老师自己的课题研究,另一方面可以来自学生结合导师项目的相关试验。这些试验过程与结果具有现实性和真实性,学生兴趣较大,是很好的讨论题材。例如在变性梯度凝胶电泳(DGGE)实验中,由于操作程序复杂、引物设计、样品PCR条件、实验仪器本身和电泳条件等因素均可以影响实验结果。我们可以根据试验的不同结果,进行分析总结,推测出现各种结果的可能原因,加深对分子生态实验技术优缺点的理解。

1.3.3 分组进行讨论

从我们这几年的教学情况来看,选修分子生态学的学生数较多,专业差别很大,可将专业类似的学生分为一组,对与其专业相关的特定的专题知识或文献进行讨论。针对不同小组,授课老师事先结合各小组的专业特点,发给他们一些文献,鼓励学生课前一到两周查阅相关资料和文献,并将准备的内容进行整理制作成幻灯片,然后再推举一至两人在课堂上进行讲解。每组讨论时间为40分钟。

对于专题知识讨论,可以采用阐述法和探究法。阐述法适宜于教学内容中的重点问题,通常作为预习内容提出而在下一次课中进行讨论。通常由教师提出问题学生予以分析阐述。例如:在研究环境对生物基因表达影响中几种基因差异表达技术的优缺点是什么?即针对分子生态学中的主要研究方法,布置学生分组准备试验设计方案,并进行可行性分析。例如针对一个污染湖泊,我们怎样用分子生态学的方法分析其微生物遗传多样性的变化。这样的问题在教科书上找不到现成答案,必须在掌握分子生态学的相关分子技术原理上,查阅大量参考资料并深入思考才能设计出来,不仅锻炼了学生利用工具书与互联网迅速获取信息的能力,而且对他们辨证思维能力、分析问题与解决问题能力的提高也有极大帮助。

对于文献讨论,分报告、讨论和点评与总结三个环节进行。报告的重点内容为:本论文要解决什么问题及其提出的背景或假设,论文解决问题的过程中所采用的方法,论文的结果分析如何,结论是否明确,本文的贡献在哪里,研究方法、材料或内容上是否存在不足等。讨论的内容包括:解答老师和同学的疑问、补充课堂讲解的不足、讨论学科交叉的知识和方法等。为了充分调动同学讨论的积极性,达到更好的教学效果,我们把每位同学的提问次数、讨论的积极性、问题的质量以及自己的见解和发现纳入平时考核的范围。任课教师对课堂报告的内容和讨论的内容进行点评和总结。每次小组讨论结束前,授课老师都要给出点评和总结,其内容比较广泛,可以讲授相关的前沿知识点,指出课堂报告的优缺点,发表自己对文献相关论点的看法,补充科研写作方法等。

1.3.4 成绩的考核

为了督促学生更好地通过本课程学习专业基础知识、前沿知识和科研方法,我们采用平时考核和期末考核相结合的方法对学生的学习情况进行综合考核。平时考核的对象主要是在讨论式教学中,每位同学的提问次数、讨论的积极性、问题的质量以及自己的见解和发现纳入平时考核的范围。期末考核对象是对本课程的基础知识的了解与掌握情况,最后的总评成绩为平时成绩和期末成绩加权平均的结果,其中平时考核成绩占总成绩的40%,期末考核成绩占60%。

2 体会与对策

2.1 不断加强自身学习,提高业务水平

学生对一门课程的兴趣和学习热情,除了课程的重要性之外,很大程度上也与授课教师的教学水平有关。面对分子生态学是一门刚新起的交叉学科[6],国内起步较晚,大部分文献来自国外,因此加强英文文献的阅读量,以便掌握国内外最新研究进展。该学科涉及的领域十分广泛,必然要求授课老师具有较广的专业知识面,教师首先必须加强自身学习,不断提高自身的业务水平,而且要善于与学生沟通,及时了解学生的反应,在教学实践中不断总结经验,及时对教学方法加以改进和充实。

2.2 创新教学方法改进教学手段

本课程涉及的原理与方法较为抽象,必须加强教学手段的改进和现代教学课件的应用,尽可能采用一些动画的多媒体辅助教学课件,使教学内容形象、生动而且直观,使学生对教学内容,尤其是难点的掌握起到事半功倍。由于本课程涉及的专业面很广,在教学方法上,除了应用讨论式以外,还要根据具体授课内容利用启发式、互动式和参与式等多种方法结合,引导学生如何探索科学的未知领域,激发他们在科研中不迷信前人的结论,提出多样化答案,使学生勇于探索、敢于创新。

2.3 编制教材,补充教材内容并加以规范

到目前为止,还没有一本适合研究生教学的分子生态学教材。目前教学的基本内容主要参照的教材是Beebeeb编著的由牛津大学出版社出版的《An Introduction to Molecular Ecology》和Carvalho编著的《Advances in Molecular Ecology》。同时,本学科的发展很快,随着分子生物学新理论、新技术层出不穷,分子生态学研究的广度与深度的加深,每年有关本课程内容的知识也在不断积累,起点不断提高,因此必须及时整理,尽量使多元的知识系统化,形成一本较完善的教材,并及时对教学内容进行增添,,将当代最新的科学技术成果及时纳入相应课程,逐步加大教学内容的前瞻性。

参考文献

[1] 黄勇平,朱湘雄.分子生态学――生命科学领域的新学科.中国科学院院刊,2003,(2):84-88.

[2] 唐影,林春.充分发挥课堂讨论在研究生教学中的作用,山西医科大学学报:基础医学教育版,2007,9(3):263-265.

[3] 徐会利,贺佳丽,周庆逸.多种教学方法在临床精神病学研究生教学中的应用,学位与研究生教育,2007,11:50-52.

分子生物学相关论文篇2

获奖情况:1990年《国外医学》系列第一次质量评比中获三等奖

分子生物学相关论文篇3

(1)生物学理论的公理化尝试

生物学具有独特的内容,可建立一个与物理科学并行的演绎体系,这种观念导致了对生物学进行公理化处理的尝试。伍德格尔(j.h.woodger)早在1937年就试图对孟德尔遗传学定律进行公理化处理,但未引起人们的注意、到七十年代,在生物哲学界发生了达尔文进化论是否属于科学理论的争论。在这种背景下,威廉斯(m.b.williams)在1970年给出了关于达尔文进化论的完整公理化模型理论〔1〕,它包括两个初始概念、进化的两个公理、有关适应和选择的五个公理、适应度的操作定义,由这些可推导出达尔文理论的一切概念和关系或定理〔2〕。

威廉斯的体系只是直接从宏观上对进化的原始概念和公理的认定,脱离了微观的遗传学机制。还原论者认为,仅仅将进化论改造为演绎体系是不够的,还应当在物理科学与这个演绎体系之间建立起逻辑演绎关系。因此,鲁斯(m.ruse)建议,群体遗传学应是进化论的演绎基础〔3〕,首先应阐明从群体遗传学到进化论的演绎关系,而公理化处理后的群体遗传学体系,其逻辑公理则是孟德尔遗传定律。然后,再将孟德尔定律作为演绎结果从分子生物学中导出。

在下文的分析中将会看到,分子生物学本身就不是一个纯粹的演绎体系,并且它与经典遗传学之间存在着逻辑蕴涵上的脱节。这是生物学自主性的一种表现,其根源来之于演绎体系的构建之始,即演绎的公理和原始概念直接来之于生命界,从而独立于或自主于以无机界为研究对象和直观经验来源的物理科学。这种构建过程的合理性在于,人类的直观经验有两大类或两个来源,除了无机界之外,还有生命世界的生命现象。人们无法漠视生命这一独立于无机界的现象或实体的存在,因而它们也成为人类直观经验的基础。

(2)分子生物学中的功能性解释

事实上,在诸如分子遗传对经典遗传学的还原,那一部分不能还原的独特内容,以功能预设或目的性预设的形式出现。

对孟德尔遗传学稍加考察,便可发现,它首先直接从遗传现象和数据中设定了一个生命实体即遗传因子(后来称为“基因”),接着给予了这一实体两个承诺:第一,它们既可以彼此分离,又可以再组合;第二,它们自身带有某种生物学性质,这种性质是使生物体显示某种性状的原因。在孟德尔遗传学或以此为基础的公理化体系中,不必给予这两个承诺以解释,因为遗传因子在此是最基本的实体。但是,当分子遗传学从实体上将基因与dna片段相对应,或者说将前者还原为后者,随之而来的则必须从dna分子行为上给予这两个承诺以解释,并且只有演绎的解释,才能达到理论还原的要求。

然而,分子生物学对经典遗传学的所谓还原,只达到了对第一个承诺的还原,可以从dna分子的性质和行为来解释遗传因子或基因的分离与组合。而关键是第二个承诺,无法对此给予从dna分子到遗传性状的上行演绎解释,例如,在将性性状与蛋白质相对应的解释中,dna碱基顺序代表了基因即遗传信息,而遗传信息是从生物学功能角度来定义(而不是从dna分子的性质及行为来定义),涉及到与细胞器和其他生物学成分的关系,涉及到与细胞器和其他生物学成分的关系,涉及到转录、合成、生长、发育等一系列过程,即它是从生命整体角度来定义的。dna分子的行为与性质并没有蕴涵遗传信息的概念,因此,dna决不等于基因。在这里,体现了功能性解释的特点;基因的含义有一部分是从这一实体或dna分子在生命整体中所具有的功能这一方面来定义的。人类直观经验之一的生命现象在此以功能预设的方式参预了理论的构建,所以,生物学在理论上的自主性,并没有由于分子生物学所谓的还原而消失。内格尔(e.nagel)、罗森伯格(a.rosenberg)等人把功能(或目的性)解释看成生物学自主性的依据和根源。

2功能性(目的性)、演绎性和理论构建

由于功能预设的存在,使得生物学解释框架不同于物理科学。那么,在生物学理论中,是否能实现一种从功能解释模式框架向演绎解释框架的模式转换,在消除功能预设的同时,又不破坏分子与生命之间的联系呢?模式的建立与科学理论的构建过程相关,通过其构建过程的分析,对于模式转换问题有着莫大的启示。

演绎性解释框架模式如下:

(1)l1,l2,……,lr

解释性陈述或前提

(2)c1,c2,……,ck

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

(3)e

解释对象

其中,l1……lr是规律般的全称陈述,c1………ck是关于初始条件的特称陈述,e是描述单个事件的特称陈述,也就是对要给予解释的现象的陈述。如果e能够作(1)中的全称陈述和(2)中的初始条件的特称陈述的演绎结果,则它就得到了解释〔4〕。这种解释框架实际上就是要对自然现象寻求一种因果性解释:如果条件c1、c2…ck存在,则必有现象e出现。

一个严密的、完美的科学理论体系必须使用这种解释框架,这已成为一种模式。从物理学到化学,基本上已达到了这种要求。而生命现象的特殊性,如趋目的性,使我们在传统的生物学理论中仍到处采用目的性或功能性解释,特征是以未来的一种既定状态作为当下行为的依据,或以生命现象为整体背景,以组成部分(如分子)对整体所具有的功能作为组成部分的行为依据,因而我们常采用这样的语句:“为了达到某种目的而如何”,或“……具有使达到某种目的功能或作用”。功能的依据不能仅仅从组成部分本身的性质给出,必须依据整体的状态才能得以解释。〔5〕因此,这一框架与人们寻求自然界因果关系的精神不相吻合。

演绎体系的建立,主要在于规律性全称陈述的建立,即定律、原理建立。在这个过程中,解释的对象先是作为经验基础参预了定律的构建,例如,对无机界实体及其性质的认定,依据于宏观的经验现象和数据,然后,回过头来演绎解释其他现象。既使遇到新的观察事实,它与规律性的全称陈述的演绎结果不符甚至相反,也可以通过修正或证伪的途径,或修改、或重建规律性的全称陈述。证伪,也是“解释对象”参预构建“解释前提”的途径之一。由此保证了演绎性解释框架在物理科学中的有效性。

解释对象,将其看成一个集合,其中某些“元素”作为经验基础参预了理论构建,从而内化于解释的前提。这样的解释前提,再去解释其他“元素”时,可能会发生以下三种情况。第一,演绎的结果与新的解释对象相符,从而得以证实和支持;第二,演绎结果与新的解释对象不符,发生证伪,因而要对理论进行修正,新的解释对象就此参预了理论构建;第三,解释前提的演绎结果,与新的解释对象无关,既不证伪,也不证实。

第三种情况对于我们非常重要。在这种情况下,我们需要以此为经验基础,构建新的解释前提。这是物理科学体系中并非存在唯一的解释前提的原因。重要的是,生命现象对于物理科学中的解释前提来说,也正是处于既不证实、也不证伪的境遇。但,第一,它没有参预构建新的解释前提,第二,它也没有作为解释对象:生物大分子行为的结果,只局限于物理、化学领域内,生命的特性似乎游离于分子行为之外。作为解释对象和参预解释前提的构建,二方面具有潜在的统一性,而生命现象以另一种形式出现,即在解释之先作为一个其作用类似于解释前提的目的性或功能性预设。当然,它并不与解释前提等同。事实上,正是由于它的存在,才代表了与演绎框架不同的目的性或功能性解释框架。下图表示出分子生物学理论中同时采用的两种框架之间的关系:

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

┃ 解

┃ 释 ━━━━━━━━ 物 ━━━━━━━━ 释

┃ 前 演绎或因果关系

大 演绎或因果关系

┃ 提

┃ c1

e

c2

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

┃赋予生物学意义

整体的生命现象(目的性或功能预设)

方框内是演绎解释的框架,解释前提c1是指以微观实体为起点构成的物理科学解释前提,它来之于物理科学的理论构建过程;解释对象e是指用物理和化学手段将生物体进行处理后,形成的无机环境背景下所显示出的现象,如dna晶体的x射线衍射图、试管中的化学现象;生物大分子行为c2是指诸如dna、蛋白质等行为过程;目的性或功能性预设来之于对宏观生命现象的认定,它不是作为解释的对象,而是赋予生物大分子行为以生物学意义,赋予dna碱基变化以“变异”的意义,赋予血红蛋白与o2、co2的结合与分离以“呼吸”的意义,即生物大分子的活动或行为都必须指向生命整体,以其为最终目标。在这种框架中,生物大分子的行为只是一种形式或“载体”,负载着生命现象所赋予的意义,这是分子本身并不逻辑地蕴涵着有关生命特征的概念的原因。

人类对于生命现象的直观经验,在此以目的性或功能性预设的形式出现,这提示我们,生命现象要融于物理科学的演绎体系,其本身要参预物理科学的解释前提的构建,从而使其从这种预设的形式转换为某种内化于解释前提中的成分。

我们从化学还原为物理学的历程中受到一种虚幻的鼓舞,从而忙于将生命还原为已有的物理科学定律,这是一种狭隘的还原主义。化学现象之所以可以成为物理学解释前提的演绎结果,是因为物理学的解释前提不仅仅属于物理学,而是二门学科共同享有。

量子化学的诞生与发展,是化学从理论上成为物理学演绎体系的一部分的标志。这一度使人相信在生物学中也可以发生类似事件。但是,从理论构建历史中可以发现,生物学与化学,二者在同物理学的“亲缘”关系上存在着巨大差异。用来作为化学现象的解释前提的微观物理学同化学本身有着极深的渊源关系。只要罗列一下原子结构、量子力学的形成历史就足以说明这一点。

早期化学

原子论

元素论

量子化学 ──

元素周期律─电子运动理论

原子结构论─ 量子力学 ───

①道尔顿所创立的原子论,首先是化学理论,为近代化学奠定了理论基础,其动机则是期望用经典力学的观念来解释化学;

②元素及原子一开始是化学研究的对象,也是一个化学概念,以后成为物理学研究的对象;元素周期律是化学体系中举足轻重的理论;

③原子论、元素周期律导致了原子结构理论的诞生,以及成为电子运动理论诞生的契机;

④玻尔创立量子理论的基础是原子结构模型、氢光谱及巴尔末公式;而量子力学首先对分子最成功的解释正是对氢分子的说明,因而诞生了最子化学;

⑤量子力学、电子运动理论是量子化学的理论基础。

因此,用来演绎解释化学的那部分物理学理论,首先是从化学走出来的,微观物理学便“天生”具有了解释化学的胎记。这种历史性的构建过程,保证了它们的概念、命题、现象之间存在着天然的逻辑蕴涵关系和证伪、修正关系。

对于生物学来说,只需指出下面一点就足够了;物理学、化学的理论构没有采纳生命界的任何生命现象的特征,或者说生命现象没有参预物理学、化学的理论构建。至少在系统理论、耗散结构理论或自组织理论建立之前是这样的。

3广义还原与生物学自主性的新含义

在狭隘的还原主义看来,仅从无机界现象中构建起来的理论诸如实体的性质、行为、运动规律等,相对于生命世界来说,无可怀疑地有着先天的真理性,是永恒的基石,对它的证伪、修正或完备性的补充,只能在对无机界的研究中进行,而生物学、生命现象只能动地等待着解释和还原。针对于此,我们应持有一种广义的还原主义,将物理学理论或演绎的解释前提体系看成一个对生物学、生命现象开放的理论体系。系统理论的奠基人贝塔朗菲、控制论的创立者维纳无不受到生命现象的启迪。正如贝塔朗菲所建议:考虑到有机体具有整体性,会发育、变异、生长,为了描述它们,我们必须运用调节、控制、竞争这些传统自然科学(主要指物理学、化学)没有的新概念。〔6〕另一个著名事例是耗散结构理论诞生于热力学理论对于生命自组织性的不完备性。

生命界的各种现象中,是否存在着对现有物理学、化学定律证伪的事件,是否能象黑体辐射现象对经典物理学进行证伪从而赋予基本粒子以一种全新的行为和性质,到现在为止还不得而知。现在的情况是生命现象对正统的物理学既不证实也不证伪,而系统理论、耗散结构论、超循环论等新兴学科,正在吸收生命现象的特征,并与正统物理学相联系。

对于这个问题,如果认为“生物学能否还原为物理科学与能否用物质的原因阐释生命现象”是两个问题〔7〕,那是不妥的。将两个问题截然分开的根源在于把物理科学所研究的物质运动规律封闭于无机界,同时认为生物界中的物质运动规律独立于物理、化学规律,也就是独立于无机界。但是,只要承认生命来之于无机界,就无法把无机界的运动规律与生命界运动规律绝对地划界,因而也就不应在物理、化学与生物学理论之间人为地划出一条不可通约的鸿沟。物理学的还原地位是先天的,这是它所研究的对象决定的。即使生命界存在许多现有物理学所不能解释的现象,甚至出现与现有物理学规律相悖的现象,也不应成为生命运动规律独立于物理规律、生物学独立于物理学的理由。生命界存在物理学不能解释的现象(或与物理学定律无关),说明物理学的内容还不完备,有待于充实、丰富和发展;如果相悖,说明二者至少有一方是错误的,要么修正物理学,要么修正生物学规律,要么二都有待于修正,以达到逻辑上的统一。辩证唯物主义认为,物理学和化学规律在生命体中的作用的“范围被限制”了,物理和化学规律在生命体中并不具备发挥作用的充分条件。我们必须深化这一观念,对此做出更清晰的解释和理解,而不能在此止步不前,更不能将这种“范围被限制”作为生物学规律与物理学规律之间存在一条天然的逻辑鸿沟的理由。只要我们追究这种“限制”(即生命的有序性、组织性)是如何从无机界产生的,并将封闭于无机界领域的物理科学解放出来,那么生物学就可以广义地还原为物理科学。耗散结构论、协同学、超循环论等都是在这种背景下产生的新物理科学,所取得的成果使我们看到将生命现象纳入演绎框架体系的希望。这虽然只是初步,但科学的生命力在于不断引进新概念来解释不曾解释的现象。

在此,可以提出生物学自主性的新含义,这种自主性并非表现为生物学必须具有独立于物理学和化学、并且不能从后者获昨解释的规律,而是表现为生物学及生命现象作为物理科学的构建基础之一,参预物理科学的理论构建;物理科学自身也不应拘泥于无机界之中,只有如此,才能构建一个对于整个自然界是完备的物理科学体系。反过来说,仅将无机界作为理论构建的经验来源的物理学,其对于生命现象的不完备性,体现了生物学对这种物理学理论的那种过去所理解的自主性。

4 非线性还原

将物理科学与生命科学统一于一个演绎解释的框架之中,是还原的需要,因而也是广义还原的需要,以反映从分子到生命的逻辑过程。不过,这是一个非线性的逻辑过程。

辩证唯物主义所认为的“不能把高级运动形式归结为低级运动形式”中的“归结”一词,其意义是模糊的,含有“演绎解释、还原、简单地组合或机械地相加”等诸多含义。我们认为,“不能归结”的提出,有着历史背景,是针对十八、十九世纪机械的、线性的还原论进行的批判。机械自然观认为,生命运动是低级运动形式的机械组合,相应地,生命体是一种机械装置,用今天的术语说,生命是生物大分子及其行为的线性迭加,二者之间是一个线性的逻辑关系。现代自组织理论已揭示出,生命的自组织过程是一个从分子到生命的非线性动力过程。与理论之间的广义还原相应,本文提出实体上或本体论上的非线性还原。现代物理学发现,自然界普遍存在的是非线性关系,而线性关系极为少见。无机界同样存在着非线性的自组织过程,这说明自组织性并非为生命界所独有,而是生命界与无机界的桥梁,而物理学所研究的就是这种发展过程的动力学原因,描述它们的逻辑过程,无论是线性还是非线性的。这是物理学处于先天的还原地位的理由。如果说物理学内的演绎框架体系是由于对无机界运动或现象的统一解释的需要,那么,在物理科学与生命科学之间建立一种非线性逻辑演绎关系,则是对无机界与生命界统一解释的需要。因此,演绎框架的合理性并非只存在于物理科学与无机界之间的关系中,并不仅仅是建立物理科学体系的标准。这种合理性同样存在于物理科学、生命科学、无机界、生命界之间的关系中。

5 总结

生物学自主性的根源在于:生命现象是人类直观经验来源之一。它以不同的方式参预了理论的构建:在威廉斯、鲁斯那里,直接针对着生命世界构建一个公理化体系,如果将理论封闭于生命世界中而不向无机界拓展,可建立一个自足的演绎体系,与物理科学演绎体系相并列,这是自主性的一种表现;在以分子生物学还原经典遗传学的过程中,它以解释之先的目的性或功能预设的形式参预了生物学理论的构建;本文受到新兴学科的启示,提出生物学自主性表现为这种经验来源及理论(或陈述)直接参预物理科学的构建过程。

阿亚拉(f.j.ayala)曾提出,可以把还原论区分为三个层次:本体论还原、方法论还原,理论的还原。对此,本文提出了在理论之间的广义还原,本体上的非线性还原;方法论上,物理科学应是对生物学、生命现象开放的体系,生物学、生命现象应直接参预物理科学的理论构建,这并不是指利用物理、化学手段将生物体破坏,在试管中还原为无机背景,因为这已推动了生命现象作为直观经验的价值。生命现象参予物理科学理论构建的价值体现,离不开生物学理论作为必要的中介作用。

参考文献

〔1〕wiliams,m.b.(1970).deducing the consequence of evolution: a mathmatical model.journal of theoretical biology, 29:343-385。

〔2〕rosenberg.a.(1985)).the structure of biological science.(cambridge: cambrideg university press)

〔3〕董国安:论生物学自主性,《自然辩证法研究》,1992年第10期,第48页。

分子生物学相关论文篇4

(1)生物学理论的公理化尝试

生物学具有独特的内容,可建立一个与物理科学并行的演绎体系,这种观念导致了对生物学进行公理化处理的尝试。伍德格尔(J.H.Woodger)早在1937年就试图对孟德尔遗传学定律进行公理化处理,但未引起人们的注意、到七十年代,在生物哲学界发生了达尔文进化论是否属于科学理论的争论。在这种背景下,威廉斯(M.B.Williams)在1970年给出了关于达尔文进化论的完整公理化模型理论〔1〕,它包括两个初始概念、进化的两个公理、有关适应和选择的五个公理、适应度的操作定义,由这些可推导出达尔文理论的一切概念和关系或定理〔2〕。

威廉斯的体系只是直接从宏观上对进化的原始概念和公理的认定,脱离了微观的遗传学机制。还原论者认为,仅仅将进化论改造为演绎体系是不够的,还应当在物理科学与这个演绎体系之间建立起逻辑演绎关系。因此,鲁斯(M.Ruse)建议,群体遗传学应是进化论的演绎基础〔3〕,首先应阐明从群体遗传学到进化论的演绎关系,而公理化处理后的群体遗传学体系,其逻辑公理则是孟德尔遗传定律。然后,再将孟德尔定律作为演绎结果从分子生物学中导出。

在下文的分析中将会看到,分子生物学本身就不是一个纯粹的演绎体系,并且它与经典遗传学之间存在着逻辑蕴涵上的脱节。这是生物学自主性的一种表现,其根源来之于演绎体系的构建之始,即演绎的公理和原始概念直接来之于生命界,从而独立于或自主于以无机界为研究对象和直观经验来源的物理科学。这种构建过程的合理性在于,人类的直观经验有两大类或两个来源,除了无机界之外,还有生命世界的生命现象。人们无法漠视生命这一独立于无机界的现象或实体的存在,因而它们也成为人类直观经验的基础。

(2)分子生物学中的功能性解释

事实上,在诸如分子遗传对经典遗传学的还原,那一部分不能还原的独特内容,以功能预设或目的性预设的形式出现。

对孟德尔遗传学稍加考察,便可发现,它首先直接从遗传现象和数据中设定了一个生命实体即遗传因子(后来称为“基因”),接着给予了这一实体两个承诺:第一,它们既可以彼此分离,又可以再组合;第二,它们自身带有某种生物学性质,这种性质是使生物体显示某种性状的原因。在孟德尔遗传学或以此为基础的公理化体系中,不必给予这两个承诺以解释,因为遗传因子在此是最基本的实体。但是,当分子遗传学从实体上将基因与DNA片段相对应,或者说将前者还原为后者,随之而来的则必须从DNA分子行为上给予这两个承诺以解释,并且只有演绎的解释,才能达到理论还原的要求。

然而,分子生物学对经典遗传学的所谓还原,只达到了对第一个承诺的还原,可以从DNA分子的性质和行为来解释遗传因子或基因的分离与组合。而关键是第二个承诺,无法对此给予从DNA分子到遗传性状的上行演绎解释,例如,在将性性状与蛋白质相对应的解释中,DNA碱基顺序代表了基因即遗传信息,而遗传信息是从生物学功能角度来定义(而不是从DNA分子的性质及行为来定义),涉及到与细胞器和其他生物学成分的关系,涉及到与细胞器和其他生物学成分的关系,涉及到转录、合成、生长、发育等一系列过程,即它是从生命整体角度来定义的。DNA分子的行为与性质并没有蕴涵遗传信息的概念,因此,DNA决不等于基因。在这里,体现了功能性解释的特点;基因的含义有一部分是从这一实体或DNA分子在生命整体中所具有的功能这一方面来定义的。人类直观经验之一的生命现象在此以功能预设的方式参预了理论的构建,所以,生物学在理论上的自主性,并没有由于分子生物学所谓的还原而消失。内格尔(E.Nagel)、罗森伯格(A.Rosenberg)等人把功能(或目的性)解释看成生物学自主性的依据和根源。

2功能性(目的性)、演绎性和理论构建

由于功能预设的存在,使得生物学解释框架不同于物理科学。那么,在生物学理论中,是否能实现一种从功能解释模式框架向演绎解释框架的模式转换,在消除功能预设的同时,又不破坏分子与生命之间的联系呢?模式的建立与科学理论的构建过程相关,通过其构建过程的分析,对于模式转换问题有着莫大的启示。

演绎性解释框架模式如下:

(1)L1,L2,……,Lr

解释性陈述或前提

(2)C1,C2,……,Ck

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

(3)E

解释对象

其中,L1……Lr是规律般的全称陈述,C1………Ck是关于初始条件的特称陈述,E是描述单个事件的特称陈述,也就是对要给予解释的现象的陈述。如果E能够作(1)中的全称陈述和(2)中的初始条件的特称陈述的演绎结果,则它就得到了解释〔4〕。这种解释框架实际上就是要对自然现象寻求一种因果性解释:如果条件C1、C2…Ck存在,则必有现象E出现。

一个严密的、完美的科学理论体系必须使用这种解释框架,这已成为一种模式。从物理学到化学,基本上已达到了这种要求。而生命现象的特殊性,如趋目的性,使我们在传统的生物学理论中仍到处采用目的性或功能性解释,特征是以未来的一种既定状态作为当下行为的依据,或以生命现象为整体背景,以组成部分(如分子)对整体所具有的功能作为组成部分的行为依据,因而我们常采用这样的语句:“为了达到某种目的而如何”,或“……具有使达到某种目的功能或作用”。功能的依据不能仅仅从组成部分本身的性质给出,必须依据整体的状态才能得以解释。〔5〕因此,这一框架与人们寻求自然界因果关系的精神不相吻合。

演绎体系的建立,主要在于规律性全称陈述的建立,即定律、原理建立。在这个过程中,解释的对象先是作为经验基础参预了定律的构建,例如,对无机界实体及其性质的认定,依据于宏观的经验现象和数据,然后,回过头来演绎解释其他现象。既使遇到新的观察事实,它与规律性的全称陈述的演绎结果不符甚至相反,也可以通过修正或证伪的途径,或修改、或重建规律性的全称陈述。证伪,也是“解释对象”参预构建“解释前提”的途径之一。由此保证了演绎性解释框架在物理科学中的有效性。

解释对象,将其看成一个集合,其中某些“元素”作为经验基础参预了理论构建,从而内化于解释的前提。这样的解释前提,再去解释其他“元素”时,可能会发生以下三种情况。第一,演绎的结果与新的解释对象相符,从而得以证实和支持;第二,演绎结果与新的解释对象不符,发生证伪,因而要对理论进行修正,新的解释对象就此参预了理论构建;第三,解释前提的演绎结果,与新的解释对象无关,既不证伪,也不证实。

第三种情况对于我们非常重要。在这种情况下,我们需要以此为经验基础,构建新的解释前提。这是物理科学体系中并非存在唯一的解释前提的原因。重要的是,生命现象对于物理科学中的解释前提来说,也正是处于既不证实、也不证伪的境遇。但,第一,它没有参预构建新的解释前提,第二,它也没有作为解释对象:生物大分子行为的结果,只局限于物理、化学领域内,生命的特性似乎游离于分子行为之外。作为解释对象和参预解释前提的构建,二方面具有潜在的统一性,而生命现象以另一种形式出现,即在解释之先作为一个其作用类似于解释前提的目的性或功能性预设。当然,它并不与解释前提等同。事实上,正是由于它的存在,才代表了与演绎框架不同的目的性或功能性解释框架。下图表示出分子生物学理论中同时采用的两种框架之间的关系:

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

┃ 解

┃ 释 ━━━━━━━━ 物 ━━━━━━━━ 释

┃ 前 演绎或因果关系

大 演绎或因果关系

┃ 提

┃ C1

E

C2

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

┃赋予生物学意义

整体的生命现象(目的性或功能预设)

方框内是演绎解释的框架,解释前提C1是指以微观实体为起点构成的物理科学解释前提,它来之于物理科学的理论构建过程;解释对象E是指用物理和化学手段将生物体进行处理后,形成的无机环境背景下所显示出的现象,如DNA晶体的X射线衍射图、试管中的化学现象;生物大分子行为C2是指诸如DNA、蛋白质等行为过程;目的性或功能性预设来之于对宏观生命现象的认定,它不是作为解释的对象,而是赋予生物大分子行为以生物学意义,赋予DNA碱基变化以“变异”的意义,赋予血红蛋白与O2、CO2的结合与分离以“呼吸”的意义,即生物大分子的活动或行为都必须指向生命整体,以其为最终目标。在这种框架中,生物大分子的行为只是一种形式或“载体”,负载着生命现象所赋予的意义,这是分子本身并不逻辑地蕴涵着有关生命特征的概念的原因。

人类对于生命现象的直观经验,在此以目的性或功能性预设的形式出现,这提示我们,生命现象要融于物理科学的演绎体系,其本身要参预物理科学的解释前提的构建,从而使其从这种预设的形式转换为某种内化于解释前提中的成分。

我们从化学还原为物理学的历程中受到一种虚幻的鼓舞,从而忙于将生命还原为已有的物理科学定律,这是一种狭隘的还原主义。化学现象之所以可以成为物理学解释前提的演绎结果,是因为物理学的解释前提不仅仅属于物理学,而是二门学科共同享有。 量子化学的诞生与发展,是化学从理论上成为物理学演绎体系的一部分的标志。这一度使人相信在生物学中也可以发生类似事件。但是,从理论构建历史中可以发现,生物学与化学,二者在同物理学的“亲缘”关系上存在着巨大差异。用来作为化学现象的解释前提的微观物理学同化学本身有着极深的渊源关系。只要罗列一下原子结构、量子力学的形成历史就足以说明这一点。

早期化学

原子论

元素论

量子化学 ──

元素周期律─电子运动理论

原子结构论─ 量子力学 ───

①道尔顿所创立的原子论,首先是化学理论,为近代化学奠定了理论基础,其动机则是期望用经典力学的观念来解释化学;

②元素及原子一开始是化学研究的对象,也是一个化学概念,以后成为物理学研究的对象;元素周期律是化学体系中举足轻重的理论;

③原子论、元素周期律导致了原子结构理论的诞生,以及成为电子运动理论诞生的契机;

④玻尔创立量子理论的基础是原子结构模型、氢光谱及巴尔末公式;而量子力学首先对分子最成功的解释正是对氢分子的说明,因而诞生了最子化学;

⑤量子力学、电子运动理论是量子化学的理论基础。

因此,用来演绎解释化学的那部分物理学理论,首先是从化学走出来的,微观物理学便“天生”具有了解释化学的胎记。这种历史性的构建过程,保证了它们的概念、命题、现象之间存在着天然的逻辑蕴涵关系和证伪、修正关系。

对于生物学来说,只需指出下面一点就足够了;物理学、化学的理论构没有采纳生命界的任何生命现象的特征,或者说生命现象没有参预物理学、化学的理论构建。至少在系统理论、耗散结构理论或自组织理论建立之前是这样的。

3广义还原与生物学自主性的新含义

在狭隘的还原主义看来,仅从无机界现象中构建起来的理论诸如实体的性质、行为、运动规律等,相对于生命世界来说,无可怀疑地有着先天的真理性,是永恒的基石,对它的证伪、修正或完备性的补充,只能在对无机界的研究中进行,而生物学、生命现象只能动地等待着解释和还原。针对于此,我们应持有一种广义的还原主义,将物理学理论或演绎的解释前提体系看成一个对生物学、生命现象开放的理论体系。系统理论的奠基人贝塔朗菲、控制论的创立者维纳无不受到生命现象的启迪。正如贝塔朗菲所建议:考虑到有机体具有整体性,会发育、变异、生长,为了描述它们,我们必须运用调节、控制、竞争这些传统自然科学(主要指物理学、化学)没有的新概念。〔6〕另一个著名事例是耗散结构理论诞生于热力学理论对于生命自组织性的不完备性。

生命界的各种现象中,是否存在着对现有物理学、化学定律证伪的事件,是否能象黑体辐射现象对经典物理学进行证伪从而赋予基本粒子以一种全新的行为和性质,到现在为止还不得而知。现在的情况是生命现象对正统的物理学既不证实也不证伪,而系统理论、耗散结构论、超循环论等新兴学科,正在吸收生命现象的特征,并与正统物理学相联系。

对于这个问题,如果认为“生物学能否还原为物理科学与能否用物质的原因阐释生命现象”是两个问题〔7〕,那是不妥的。将两个问题截然分开的根源在于把物理科学所研究的物质运动规律封闭于无机界,同时认为生物界中的物质运动规律独立于物理、化学规律,也就是独立于无机界。但是,只要承认生命来之于无机界,就无法把无机界的运动规律与生命界运动规律绝对地划界,因而也就不应在物理、化学与生物学理论之间人为地划出一条不可通约的鸿沟。物理学的还原地位是先天的,这是它所研究的对象决定的。即使生命界存在许多现有物理学所不能解释的现象,甚至出现与现有物理学规律相悖的现象,也不应成为生命运动规律独立于物理规律、生物学独立于物理学的理由。生命界存在物理学不能解释的现象(或与物理学定律无关),说明物理学的内容还不完备,有待于充实、丰富和发展;如果相悖,说明二者至少有一方是错误的,要么修正物理学,要么修正生物学规律,要么二都有待于修正,以达到逻辑上的统一。辩证唯物主义认为,物理学和化学规律在生命体中的作用的“范围被限制”了,物理和化学规律在生命体中并不具备发挥作用的充分条件。我们必须深化这一观念,对此做出更清晰的解释和理解,而不能在此止步不前,更不能将这种“范围被限制”作为生物学规律与物理学规律之间存在一条天然的逻辑鸿沟的理由。只要我们追究这种“限制”(即生命的有序性、组织性)是如何从无机界产生的,并将封闭于无机界领域的物理科学解放出来,那么生物学就可以广义地还原为物理科学。耗散结构论、协同学、超循环论等都是在这种背景下产生的新物理科学,所取得的成果使我们看到将生命现象纳入演绎框架体系的希望。这虽然只是初步,但科学的生命力在于不断引进新概念来解释不曾解释的现象。

在此,可以提出生物学自主性的新含义,这种自主性并非表现为生物学必须具有独立于物理学和化学、并且不能从后者获昨解释的规律,而是表现为生物学及生命现象作为物理科学的构建基础之一,参预物理科学的理论构建;物理科学自身也不应拘泥于无机界之中,只有如此,才能构建一个对于整个自然界是完备的物理科学体系。反过来说,仅将无机界作为理论构建的经验来源的物理学,其对于生命现象的不完备性,体现了生物学对这种物理学理论的那种过去所理解的自主性。

4 非线性还原

将物理科学与生命科学统一于一个演绎解释的框架之中,是还原的需要,因而也是广义还原的需要,以反映从分子到生命的逻辑过程。不过,这是一个非线性的逻辑过程。

辩证唯物主义所认为的“不能把高级运动形式归结为低级运动形式”中的“归结”一词,其意义是模糊的,含有“演绎解释、还原、简单地组合或机械地相加”等诸多含义。我们认为,“不能归结”的提出,有着历史背景,是针对十八、十九世纪机械的、线性的还原论进行的批判。机械自然观认为,生命运动是低级运动形式的机械组合,相应地,生命体是一种机械装置,用今天的术语说,生命是生物大分子及其行为的线性迭加,二者之间是一个线性的逻辑关系。现代自组织理论已揭示出,生命的自组织过程是一个从分子到生命的非线性动力过程。与理论之间的广义还原相应,本文提出实体上或本体论上的非线性还原。现代物理学发现,自然界普遍存在的是非线性关系,而线性关系极为少见。无机界同样存在着非线性的自组织过程,这说明自组织性并非为生命界所独有,而是生命界与无机界的桥梁,而物理学所研究的就是这种发展过程的动力学原因,描述它们的逻辑过程,无论是线性还是非线性的。这是物理学处于先天的还原地位的理由。如果说物理学内的演绎框架体系是由于对无机界运动或现象的统一解释的需要,那么,在物理科学与生命科学之间建立一种非线性逻辑演绎关系,则是对无机界与生命界统一解释的需要。因此,演绎框架的合理性并非只存在于物理科学与无机界之间的关系中,并不仅仅是建立物理科学体系的标准。这种合理性同样存在于物理科学、生命科学、无机界、生命界之间的关系中。

5 总结

生物学自主性的根源在于:生命现象是人类直观经验来源之一。它以不同的方式参预了理论的构建:在威廉斯、鲁斯那里,直接针对着生命世界构建一个公理化体系,如果将理论封闭于生命世界中而不向无机界拓展,可建立一个自足的演绎体系,与物理科学演绎体系相并列,这是自主性的一种表现;在以分子生物学还原经典遗传学的过程中,它以解释之先的目的性或功能预设的形式参预了生物学理论的构建;本文受到新兴学科的启示,提出生物学自主性表现为这种经验来源及理论(或陈述)直接参预物理科学的构建过程。

阿亚拉(F.J.Ayala)曾提出,可以把还原论区分为三个层次:本体论还原、方法论还原,理论的还原。对此,本文提出了在理论之间的广义还原,本体上的非线性还原;方法论上,物理科学应是对生物学、生命现象开放的体系,生物学、生命现象应直接参预物理科学的理论构建,这并不是指利用物理、化学手段将生物体破坏,在试管中还原为无机背景,因为这已推动了生命现象作为直观经验的价值。生命现象参予物理科学理论构建的价值体现,离不开生物学理论作为必要的中介作用。

参考文献

〔1〕Wiliams,M.B.(1970).Deducing the Consequence of Evolution: A Mathmatical Model.Journal of Theoretical Biology, 29:343-385。

〔2〕Rosenberg.A.(1985)).The Structure of Biological Science.(Cambridge: Cambrideg University Press)

〔3〕董国安:论生物学自主性,《自然辩证法研究》,1992年第10期,第48页。

分子生物学相关论文篇5

随着分子生物学的发展,对于生物大分子的检测技术也在不断的更新,针对核酸的检测技术包括:Southernblot、Northernblot、荧光原位杂交(fluorescenceinsituhybridization,简称FISH)技术,定性聚合酶链式反应(PolymeraseChainReaction,简称PCR)、实时荧光定量PCR、一代测序技术及二代测序技术等;针对蛋白质的检测技术包括:Westernblot、酶联免疫吸附测定(EnzymeLinkedImmunosorbentAssay,简称ELISA)等。而精准医学及个体化治疗时代的到来,使得分子生物学的很多技术已经被越来越广泛的应用到医学的临床诊断,如孕妇唐氏筛查(21、18、13-三体综合征)、病毒感染分型及载量检测、肿瘤放化疗耐性基因检测、靶向药物基因检测、代谢综合征临床用药指导等。现代测序技术日臻完善,成本逐年降低,2014年6月30号,国家食品药品监督管理总局审查通过了二代测序技术(测序仪及检测试剂盒)用于胎儿染色体非整倍体(T21、T18、T13)检测。2015年6月8日,国家发展和改革委员会(简称发改委)了《新兴产业重大工程包》通知,新型健康技术惠民成为六大工程之一。首先,以遗传性耳聋和唐氏综合征等遗传性疾病基因筛查为重点,推进基因检测技术在遗传性疾病、肿瘤、心脑血管疾病和感染性疾病等重大疾病防治上的应用,促进健康惠民[1]。其次,快速推进基因检测技术在遗传性疾病大规模筛查上的应用,探索基因检测技术在个人基因组检测、基因身份证等新领域的产业化应用[1]。分子生物学技术成为了临床医学诊断、用药的支撑体系,伴随着个体化治疗理念的逐渐深入,需要大量的相关检测技术人才。但是传统的分子生物学教学并没有把相关的理论及技术体系与医学的实际应用有机的结合起来,造成了人才培养与实际需求的脱节,一方面生物学专业的本科毕业生面临着找工作困难的窘境,另一方面医学及相关检测机构需要大量的检测技术人员,但普通的生物学专业本科生达不到相关的要求。随着毕业生就业压力的增加,很多新生刚入学就面临着就业的迷茫,不知道毕业以后能从事什么样的工作,甚至很多有转专业的想法。因此,在进行专业授课时,尤其是分子生物学的授课时,改变既定的教学模式,适应社会发展的潮流就变得尤为重要了。

三、分子生物学课程讲授模式探索

分子生物学的内容抽象复杂、讲解困难,学生不易理解,所以我们选用了RobertWeaver编著的《MolecularBiology》作为分子生物学教材,该书语言流畅、内容丰富、科学性强,通过实验及结果分析得出相应的结论,易于理解;同时增加了学生的学习兴趣,有利于培养学生的科学思维方式[2]。在我从事分子生物学教学时,在开课之前进行了问卷调查,结果显示,超过60%的学生列举不出分子生物学相关技术的实际应用,更不了解其在医学领域的应用。课余时间跟学生交流时发现:很多学生对这门课没有清楚的认识,只是为了考试而学习,学生呈现出的问题是不知道学完分子生物学能做什么?将来能从事什么行业?针对学生的困惑,我改变了既定的教学模式,利用第一、二节课对分子生物学的技术体系及发展趋势进行概述,并且与实际的应用尤其是在医学上的应用进行了结合,解读了相关的法规、政策文件,使得学生对分子生物学有一个概括性的认识,增加学生学习的积极性。在讲到相关的分子生物学技术时,会对该技术的现实应用或最新前沿动态进行延伸,增加学生学习的信心。对于复杂的技术体系或理论体系,采取制作直观、生动的幻灯进行讲解,易于学生理解和掌握。同时鼓励学生课前预习,课后查阅相关资料,加深印象;并组织学生进行相关资料汇总、交流,在课堂上进行分组讨论,不仅增加了学生的学习兴趣,而且加深了认识。通过灵活的、理论联系实际的教学方式,学生对分子生物学的学习兴趣十分浓厚,积极性非常高,达到了预期的效果。但是在教学过程中也出现了一些问题,如分子生物学实验课与理论课的脱节,实验课提前完成,与理论学习没有同步进行,削弱了学生对相关实验的认识及理解。在讲到相关技术原理时,问答过程显示,大部分同学并不能把相关原理与所做实验进行有机的联系,没有起到加深认知的作用。建议在以后的教学过程中,理论讲授与实验操作紧密配合,便于学生理解。

四、分子生物学教学改革的一些建议

结合分子诊断技术的临床应用,对分子生物学的教学改革提出以下建议:(1)对于复杂的理论与技术体系,采用多媒体教学与板书相结合的方式,易于学生理解掌握。(2)掌握著名科学家研究过程中的一些典故,增加教学的故事性及趣味性,提高学生学习的兴趣。(3)加强分子生物学相关技术与实际应用的联系,增加学生学习的积极性。(4)传递分子生物学技术在临床应用的相关政策、法规,增加学生就业的信心。(5)相关技术的理论讲解与实验紧密结合,增加学生的理解深度。(6)理论联系实际,带学生参观医院的检测平台及医学检测机构的平台,使学生有更直观的认识。(7)推荐学生到医院及医学检测机构实习,完成毕业设计,不仅完成了毕业论文,而且使得学生提早接触社会,提高适应社会的能力[3]。

分子生物学相关论文篇6

传统的高职类工业微生物及实验类内容的教学,以学科课程设置为基础,偏重于传授和训练学生各项理论知识及基本实验技能。通常是理论知识与实验课程分开教学,且各自由若干独立的内容单元组成,相互之间缺乏关联性。学生到了实际工作的时候,缺乏整合各项微生物学知识技能,并将其用于解决实际问题的能力[1-3]。为解决上述问题,近年来我们尝试对工业微生物及实验类内容的教学进行工作过程导向性课程改革,按实际企业生产时不同岗位对微生物知识技能的要求将教学内容分成几个学习情境,每个情境由若干子项目组成。每个子项目完成一个工作单元,前后衔接共同完成一次工作过程。在工作过程中学习相关知识技能,以此代替传统的工业微生物及其实验教学中所教授的内容。本文就其中一项“淀粉酶产生菌的分离与鉴定”教学改革内容进行介绍,在实际工作中,负责生产菌种分离鉴定及保藏的车间需要进行相关工作。

一、工作内容

“淀粉酶产生菌的分离与鉴定”工作任务共需28学时,由6次课完成。具体分为4个子项目:样品的采集与处理;产淀粉酶微生物的筛选;高产淀粉酶菌种的鉴别及保藏;高产淀粉酶菌种的分类鉴定。工作任务完成后,学生不但能够熟悉微生物培养、无菌操作技术、显微技术、菌种保藏技术、微生物的鉴定等实验技能,微生物的形态与分类、微生物的营养与代谢、微生物的生长控制等理论知识;而且对于上述知识技能的实际应用有一定程度的认识。

二、教学设计及具体安排

1.教学设计。第1次课由教师对“淀粉酶产生菌的分离与鉴定”情境进行大致说明,并且给出学习材料及文献资料查找渠道。学生分组讨论得出大致的工作方案。第2~5次课分别完成5个子项目,每次课开始时每组学生由负责该子项目的成员汇报当天的工作计划;上一子项目的负责人总结总结汇报前次工作情况。然后由当天的子项目负责人领导执行当天的工作计划。最后一次课则撰写报告并进行分组总结汇报交流,具体如下图所示。

2.具体安排。第1次课以讨论为主,上课时由教师对“淀粉酶产生菌的分离与鉴定”情境进行大致说明,并且给出学习材料及文献资料查找渠道。学生以3~5人为一个工作小组,阅读讨论学习材料及查找到的文献资料,大致拟出工作完成计划并分工,要求每个学生至少作为一个子项目组的组长;该过程中学生可向教师提问反馈,师生交流。然后各个小组以张贴海报的形式向全班展示工作计划及分工明细,全班讨论交流,并修正不完善的方案。此过程后学生会对目的性筛选鉴定菌株的工作过程有大致了解。

第2次课先由每组“样品的采集与处理”子项目负责人讲解本次工作具体安排及分工,然后每组根据工作计划采集校园不同土壤样品,制成土壤悬浮液并向其中加入组内讨论决定添加的营养物质后,放入培养箱进行培养。本子项目完成后学生会对微生物的营养、培养与生长控制知识有感性与理性的双重认知。

第3次课先由上一子项目的负责人对工作完成情况进行汇报,然后由“产淀粉酶微生物的筛选”子项目负责人讲解本次任务具体安排及分工。每组根据工作计划制作筛选培养基,对经过富集培养的土壤样品进行稀释接种培养。经此学生会了解无菌操作的要领与意义、微生物的代谢,并对微生物的培养与生长控制有深入认识。

第4次课的子项目是“高产淀粉酶菌种的鉴别及保藏”。上一子项目汇报总结后,每组本子项目的负责人在讲解本次安排分工的同时,还要在本子项目完成时对本组的鉴定方法的合理性评估答辩。每组根据方案对上个子项目筛选出的微生物进行产淀粉能力鉴定,选出高产菌种并长期保藏。结束后学生应懂得微生物的代谢在工业发酵中的应用意义,并对菌种保藏的原理与方法有所了解。

第5次课对上个子项目获得的高产淀粉酶菌种进行分类鉴定,学生通过将菌落形态观察及显微形态观察结果与菌种手册对比初步得出分类结论。由于不同小组分离到的菌株不同,通过相互交流观察,学生能够更多地接触不同的微生物类群,得到更多的相关知识感性积累。完成最后一个子项目后各组总结讨论,写出总结报告。学生会学习显微技术,对四大类工业微生物的菌落与微观形态有整体认识,并理解这些形态观察结果与微生物分类鉴定之间的关系。

第6次课每组学生就总结报告汇报答辩,同时进行教师点评与组间互评。评价结果计入学业成绩。通过组间对比交流,学生会更全面地了解在目的菌筛选鉴定工作过程中会出现哪些问题,有哪些需要着重注意的地方。

与传统教学安排的不同点是:以前是由教师提供实验步骤与样品甚至结果分析,学生只需按部就班完成即可。学生缺乏主动性,更缺少与将实验结论上升至联系理论知识的途径。而在本次进行工作过程导向的教学改革实践中,将若干实验技术及相关理论知识按照职业活动的特点和要求进行整合,寓教于应用,不仅使同学们将理论知识与实践技能联系起来,还可以使同学们理解这些知识技能在具体工业生产中的应用。

三、讨论分析

工作过程导向课程设计旨在建立学习者与未来工作的直接联系;教学过程在贴近工作实践的学习情境中进行[3,4]。设计“淀粉酶产生菌的分离与鉴定”等一系列工作过程导向的课程,将原来微生物的分离、筛选、培养、纯化、染色、观察等传统的单个实验内容与技术整合在一个学习情境中,学生不但通过设计完成工作任务掌握了相关的实验技术和理论知识,而且还学会理解这些技术和理论在实际工作中是如何运用的。

需要指出的是,由于实验样品由每组学生自行采集,与传统的实验课由教师提供少数菌种相比,不同组的学生可以获得各种微生物材料,便于了解更多的微生物,拓宽视野。开展工作过程导向微生物教学,学生需要课下花较多的精力查找资料、设计实验、培养微生物,由于调动了学习兴趣和积极性,学生并没有因此产生怨言。学生不记名问卷调查结果也对这种改革后的教学方式表示欢迎。

工作过程导向的教学方式最早起源于德国职业教育[3],与我国现今高职院校的办学模式、办学条件有一定差别。因此如何引入工作过程导向的教学理念,因时因地地改良授课方式,是一个值得不断探索的教学改革问题。

参考文献:

[1]何伟,徐旭士,张茵,袁生.微生物多样性调查与鉴定模块化实验教学的改革与实践[J].微生物学杂志,2010,30(4):105-107.

[2]周德庆.微生物学实验教程(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2006.

分子生物学相关论文篇7

但也有一些实验并不像前述的那些例子那么众所周知,特别是一些学科跨越较大、研究思路或方法已很少应用在现在的科研实践中、非主要的理论成果等的理论证明过程中。这些结论在多数分子生物学的教科书中一般都是一句带过或者根本不提及其研究的过程。但如果仔细分析这样的一些研究论文,则仍然可以从不同角度帮助相关学科学习人员对该研究点的理解与掌握。

本文以三个教学实例为主线,探讨经典实验的分析在分子生物学课堂教学中的应用。

1.提高学生学习的兴趣

生物学科理论知识的学习,尤其是《分子生物学》和《生物化学》,因其研究对象都是在分子水平上,看不见摸不着,很难形成感性认识。而且这两个学科知识涵盖面广,理论框架繁复。特别是《分子生物学》主要讲述分子的结构与作用机制,单纯以传统的课堂讲授的方式授课,会给学生枯燥无味的感觉。另外,《分子生物学》部分内容在初中、高中的生物课程中都或多或少地有所涉及,国内外生物院系的相关专业许多专业基础课如《普通生物学》、《遗传学》等课程也与《分子生物学》有内容重复的地方[4][5]。这些重复的内容给学生“复习”的感觉。而单纯通过增加学习的深度区分这些不同的课程的内容会加重烦躁的情绪。

通过引入一些经典实验过程及其结果分析的内容,可以在很大程度上提高学生对相关领域的兴趣,增进对这部分知识的了解。比如,“DNA是遗传物质”的论点就主要是在几个主要的实验基础上得到最后的确证的。在“分子生物学研究历史”章节中,从最早的核酸发现开始,让学生了解分子生物学发展之初的研究基础与背景,引导他们通过讨论及问答解决“验证什么是遗传物质”这一命题;然后将这一命题的验证过程中包括肺炎链球菌感染实验、噬菌体感染实验等几个重要的实验设计思路、原理、讨论一一阐述,并与学生的思路相比较。通过这种方法,可以有效地把纯粹的理论学习置入该理论产生的时代,通过“侦破”式的线索游戏,提高学生的学习兴趣。

另外,近年来诺贝尔生理与医学奖及化学奖许多奖项都授予了与分子生物学相关的一些工作,如2012年山中伸弥的多能干细胞的诱导等;通过介绍这些工作,既可以提高学生的学习兴趣,又可以把国际上的研究热点与分子生物学的发展方向介绍给他们[6],[7]。

2.启发学习过程中的创新思维

随着近年来基础教育的改革,学生创新思维不断得到发展,但应试的压力迫使中学阶段的教育在大多数的中学课堂遵循着以往的课堂讲授的方式,学生也更适应“老师讲,学生记”的灌输式的教育方式。如何在本科专业教学中进一步启发学生的创新思维是一项长期任务。

《分子生物学》本身是尚不完善的专业学科,新的知识新的发现和新的研究方法层出不穷。如小RNA的研究是近些年来分子生物学的研究热点[8]。小RNA的干扰作用的研究历史以故事的形式讲述,继而采用启发的方式引导学生讨论这一作用在研究中的应用[9]。通过这一启发过程,学生会充分了解在现代生物学研究中理论与技术的相互促进发展,鼓励他们对已有的知识充分思考,建立基础研究与社会应用间的联系,提高创新思维的主动性。

3.综合不同学科知识,开启学生进入科研殿堂之门

现代分子生物学在研究过程中综合了生物化学、遗传学、物理学、计算机科学等不同学科的技术与方法,目前的生物学研究也需要具备多学科知识的复合型人才。但限于实验条件与各学校的特点,大部分的教学实验室,尤其在多数地方性院校,几乎不可能具备条件让学生接触所有相关的实验过程,比如分子生物学最基本的放射性标记、分子杂交等。让学生知道这些技术、了解这些技术的原理与应用范围,对发展他们的科研思维具有重要意义。但仅通过幻灯片、多媒体等形式只能把这些方法的操作过程或仪器设备展示给学生,而不能让学生了解这些方法具体能做什么、得到什么样的结果、结果如何分析,等等。在经典的一些科研实例中,却不乏综合了多学科知识的精妙设计,对这些实例的分析可以具体地把其中使用的一些方法与技术的作用、结果分析等展示出来。

对于“mRNA的合成方向是5’―3’”这一过程的证明,早期发表的文献中便使用了多种不同的方法[10][11]。包括同位素标记、细菌生长曲线绘制、RNA的提取与纯化、RNA的浓度测定、RNA的碱水解等多种微生物学、生物化学的方法经过两个实验路线被串联起来,简单的方法却得到了可信的重要结论[11]。通过分析,学生认识到科学研究过程中结果讨论的严密性,认识到今天的许多成果与结论得来不易,改变他们“眼高手低”的惰性思想;另外,使他们认识到拓宽知识面在生活、工作中的必要性。

4.提高学生的检索能力和逻辑思维能力

学生自主学习的能力是他们走上社会后应对复杂环境的有力武器,对自主学习能力的培养要贯穿于整个教学工作过程。在教学实践中,一些细心的学生提出的一些有意义的问题,引导他们利用网络和图书馆资源,通过检索相关文献,得出问题的答案;最后与老师的结果对比印证。这种方法在提高学生自学能力的同时,提高了他们文献检索的专业技能,为他们未来的工作提供了一种新的工作方法。

仍以“mRNA的合成方向是5’―3’”这一问题为例。有学生在学习转录一章的内容后,想了解这一结论是通过什么方法获得的。但多个版本的《分子生物学》教学参考书中并没有提及这个问题。通过一些中文搜索引擎,也只能得到一些对这个问题并不确切的回答,只能查阅到在证明这个问题的过程中利用C14标记U。学生提出问题:起始和终止都有U,没办法证明转录的过程就是从5’到3’啊?

这个问题被作为课后作业布置给全班同学。在这个作业中,附带提醒学生注意这一问题作为研究热点所处的时间段,然后针对这个时间段通过学术检索系统检索最权威的文献。结果学生通过谷歌的学术搜索搜到了1960年表的两篇最相关的文献[11]。讨论后经过综合,这一验证过程可以描述如下:大肠杆菌在耗光培养基中所有的U后,0℃培养以放慢其mRNA合成的速度;加入放射性标记的U,在不同的时间点取细菌提取RNA,测定放射性掺入RNA的速度;用碱水解的方法从3’末端水解mRNA,最后检测水解后的单核苷酸及RNA的放射性。如果转录是从3’向5’方向的,那么单核苷酸中的放射性与RNA中放射性的比值会随着细菌培养时间的增加而减小;如果转录是从5’向3’方向,则这个比值会随着培养时间的增加而增加。实验的结果证明转录的方向是从5’向3’的。

通过这个作业,学生了解了专业文献检索中的一些方法,同时对前人工作中的逻辑推理过程也有了一定了解。另外,这个过程还帮助学生回顾了微生物培养中的生长曲线、RNA的生物化学性质等其他相关学科的知识。

总之,在《分子生物学》的教学过程中,充分利用经典实验的分析,可以在多方面强化教学效果,提高学生学习与掌握分子生物学基础知识与技能的能力。当然,这个过程要求任课教师充分了解学科发展历史和前沿,也需要系统的教学参考书籍、教学方案及媒体的支持。这需要一线教学工作者付出巨大努力,结合自己的科研,建立适合分子生物学这一重要的专业课程自身特点的教学方法,为国家与社会的发展培养更优秀的人才。

参考文献:

[1]Weaver.R.F著.郑用琏译.分子生物学[M].科学出版社,2010.

[2]蒋桂林.生物教学中的策略教育[J].生物学杂志,1999,16,(3):36-36.

[3]李科友,朱海兰.创新理念,培养能力[J].微生物学通报,2011,38,(2):250-255.

[4]梁顺祥,何涛,李淑娟,等.农林院校《遗传学》与相关课程间教学内容的重复及解决途径[J].遗传,2011,33(9):1023-1026.

[5]王子健,张超,刘群红.生物化学和分子生物学课程整合的教学探索[J].基础医学教育,2011,13(12):1061-1063.

[6]张凯,邱念伟.与分子生物学有关的诺贝尔奖简介[J].生物学通报,2012,47(8):59-62.

[7]王长林,陈岩,魏力军.诺贝尔生理学或医学奖在“普通生物学”教学中的应用[J].微生物学通报,2013,40(011):2123-2127.

[8]王云,罗勋,刘天骄,等.小RNA的生成机制与功能[J].生物学杂志,2011,28(2):58-61.

[9]谢兆辉.小RNAs作用机制的研究进展[J].遗传,2009,31(12):1205-1213.

分子生物学相关论文篇8

动力工程及工程热物理学科是与能源转换和利用紧密相关的一级学科,下设工程热物理、热能工程、动力机械及工程、流体机械及工程、制冷与低温工程、化工过程机械6个二级学科。是国民生产生活和科学、文化活动的动力之源,也是社会日常生活的必要保证。能源动力科学与材料科学、信息科学一起,构成了现代社会发展的三大基本要素。

动力工程及工程热物理的理论与技术应用于交通、工业、农业、国防等领域,与此相适应,如何培养21世纪社会需要的能源动力类及相关专业人才,是每个大学相关专业以及每位从事该专业教育的工作者亟需解决的重要问题,尤其是代表本专业高水平人才培养的博士研究生的培养更是重中之重。

全国优秀博士学位论文是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010―2020年)》,提高研究生培养质量,鼓励创新,促进高层次创新人才脱颖而出的重要措施。因此,衡量博士研究生培养质量的指标之一就是全国优秀博士学位论文。下面以1999年至2013年动力工程及工程热物理全国优秀博士学位论文为基本素材,[1]分析讨论本学科的研究生培养的发展现状及趋势。

一、授予单位比重分析

从1999年到2013年,共有28篇动力工程及工程热物理学科的博士论文入选全国优秀博士学位论文,他们来自西安交通大学、浙江大学、清华大学、哈尔滨工业大学、东南大学、上海交通大学、江苏大学和海军工程大学等8所高校,各高校所占百分比如图1所示。

从图1中可以看到,占比由高到低依次是:西安交通大学29%,浙江大学25%,清华大学、哈尔滨工业大学和东南大学各占11%,上海交通大学7%,江苏大学和海军工程大学各占3%。除江苏大学和海军工程大学之外的其余6所高校都被列为国家“985”和“211工程”高校,占75%。据此可以看出“985”和“211工程”高校具有很强的竞争力。

西安交通大学、浙江大学、清华大学、上海交通大学和哈尔滨工业大学的动力工程及工程热物理都是一级学科国家重点学科,东南大学的热能工程和江苏大学的流体机械及工程是二级学科国家重点学科。依托“985”工程建设及国家重点学科优势,上述学校及学科几乎囊括了所有入选动力工程及工程热物理学科的全国优秀博士学位论文。由此可见,“985”工程建设及国家重点学科建设对提高博士生培养质量,促进高层次创新人才脱颖而出方面的重大意义和作用。

此外,北京是国家政治经济文化中心,上海、江苏和浙江是经济发达地区,汇聚了大量的相关人才。优秀生源充足,这一优势也是对提高研究生培养质量方面起到促进作用。

二、学科比重分析

表1 工学及动力工程及工程热物理占比

全国优秀博士论文在学科门类分布上主要集中在工学、理学、医学三个门类,其中工学包含动力工程及工程热物理在内的21个学科类,共79个专业。历年工学入选全国优秀博士论文的具体数据如表1所示,平均每年入选论文占入选总数的37.9%,同时,全国优秀博士学位论文获奖总数在所有大学科中排名第一。

图2是本一级学科优秀博士论文在所有学科优秀博士论文中所占比重的柱状图。从图2中可以看到,1999~2001年动力工程及工程热物理占比出现较大下降,2001~2003年占比又逐年上升,2004年到2006年占比回落到1%左右,2007年到2009年期间波动比较大,2009~2012年则稳定在2%附近,2013年占比达到3%。

参考本学科优秀博士论文在工学学科中所占比重及工学在全部学科中占比的柱状图(图3)。可以看出,工学占比虽然略有波动,但大体而言比较平稳,维持在38%左右,本学科在工学中的占比在3.8%左右波动。

通过分析可以发现西安交通大学和浙江大学对本学科全国优秀博士学位论文的占比影响较大,本学科在工学中占比较高的1999年、2003年、2007年及2013年上述两高校均有入选论文,而本学科在工学中占比较低的2001年、2002年和2008年则上述两高校均没有入选论文。

由此可以看出,相对而言,两校是本学科研究生培养质量和水平的领头羊,在学科内具有重要的地位和影响力。

三、论文影响因子分析

影响因子是测度期刊有用性和显示度的指标之一,同时也是测度期刊的学术水平,乃至论文质量的重要指标之一,所以对于论文影响因子的分析就显得非常必要。

图4是动力工程及工程热物理学科全国优秀博士学位论文获得者在攻博期间发表的论文(注:这里只统计优博获得者作为第一作者的论文)的影响因子的分布图。

从图中可以看到,本学科高影响因子的论文数量偏少,在统计分析的105篇论文中,影响因子超过3.5的有8篇,占总数的7.62%;影响因子在3.0~3.5之间的论文有7篇,占总篇数的6.67%;影响因子在2.5~3.0之间的论文5篇,占总篇数的4.76%;影响因子在2.0~2.5之间的论文有30篇,占总篇数的28.57%;影响因子在1.5~2.0之间的论文有7篇,占总篇数的6.67%;影响因子在1.0~1.5之间的论文3篇,占总篇数的2.86%;而影响因子低于1.0的论文数量为45,占总篇数的42.86%,占比还是比较大的。

本学科的高影响因子论文偏少与本学科领域的研究特点有关,由于本学科是传统的工科学科,研究的新兴热点相对理学学科不会太多。因此与大多数工学学科一样,整体学术刊物的影响因子不会太高。因此,大多数全国优秀博士论文的研究发表在影响因子低于1.0的学术刊物上。同时,由于全国优秀博士学位论文评审强调创新性,这可以通过在高水平高影响引因子的学术刊物上有若干代表性的工作发表来体现,这样的代表性论文不会太多。因此,本学科优秀博士论文在影响因子3以上的学术刊物上发表的论文并不多。

四、二级学科及作者性别分析

1999年至2013年,获全国优秀博士学位论文的动力工程及工程热物理学科的28位作者中,有14人在博士期间攻读工程热物理,占到优博论文作者的一半;攻读热能工程的有6人,占比为21%;4人攻读制冷及低温工程,占比是14%;2人攻读流体机械及工程,占比7%;能源环境工程和动力机械及工程的各一人,分别占比4%。各专业所占比例如图5所示。

同时在这28人中,男性人数25,占总人数的89%。女性人数3人,仅占总人数的11%,男女比例差距较大。

由此可以发现,若假设所有优秀博士论文作者具有相当的智力水平和勤奋程度,其导师的指导水平也相当,则可说明工程热物理二级学科最有可能产生创新性的研究。或者说,该二级学科由于涉及学科的基础理论问题较多,研究偏基础,产生创新性突破的可能性相对其他二级学科较大。此外,男性优秀博士作者数远较女性作者大,则说明了本学科男性在开展创新性研究工作中的普遍表现高于女性。

五、指导教师分析

本学科28篇动力工程及工程热物理学科的全国优秀博士学位论文是在22位博士生导师的指导下完成的。这22位指导教师中,有17人指导出1 篇全国优秀博士学位论文,4人指导出2篇全国优秀博士学位论文,1人指导出3篇全国优秀博士学位论文。

表2是历年指导教师的平均年龄。这22位导师指导的博士学位论文第一次被评为全国优秀博士学位论文时的平均年龄是57.5岁。50~59岁和60~69岁这两个年龄段的人数最多,分别是5人和10人,其次是40~49岁的有3人,70~79岁的有2人,40岁以下的有1人。

由此可见,从全国优秀博士指导教师所指导优秀博士数可以看出其在本学科领域内的学术水平和指导研究生的能力;同时,大多数年份的指导教师平均年龄在60~66岁,可以看出一般这个年龄段的研究学者其学术水平和造诣容易达到最高点。

六、总结

本文通过对本学科入选全国优秀博士学位论文相关情况进行分析,获得了本学科高层次研究生培养方面的整体情况。如本学科高水平研究生培养情况及分布,“985”工程及国家重点学科建设对提高研究生培养方面的贡献,本学科在工学及其他学科中的相对水平,本学科的高水平论文影响因子分布,二级学科的特点以及研究生导师的年龄分布等相关情况。使读者能够通过本文了解本学科高水平博士研究生培养的基本现状,为相关人员制订合理学科发展规划,提高研究生培养质量方面提供有益启示。

分子生物学相关论文篇9

易学对宇宙的基本观点是:阴阳相涵相因、流变会通,构成一个合谐互补的有机整体。

张立文教授在《王船山易学思想略论》〔1-191〕中指出:船山的本体哲学,统体会通于和合。所谓和合者,就是“阴阳未分,二气合一,氤氲太和之真体”。《易传》有言“形而上者谓之道,形而下者谓之器”,作者认定道器是虚实范畴,虚与实的主要差异在于隐与显。“形而上者是隐也”,隐不是无,而是潜在,是形而下所以存在的根据。“形而下者是显也”,指有形质的东西,“即形之成乎物而可见可循者也”。即此可知,显指可见可循的事物和现象,隐指寓于“器”而起作用的现象背后更本质的东西;而隐又不是虚无,“道不虚生,则凡道皆实也”。从而推定道乃实存之体,得出道器交与为体、相涵相因、流变会通的两系统结构论。

道和器的关系究竟如何?就逻辑上讲,“形上者乃形之所自生”,因为凡器皆有形,由“形”逻辑上得出对应于“形下”必然存在着“形上”。就二者的主从关系讲,“当其未形而隐然有不可喻之天则,天以之化”,依此概括二者的关系为:道是器存在的依据;道通过器而表现自己,一切显性的运动变化之因皆源之于道。再就孰先孰后的角度讲,是“理不先而气不后”,二者既不存在先后、本末之别,也就从根本上排除了天理、神创的观念。

张教授立足于人文(兼及自然)阐述问题,认为“王船山道器、气关系,充分体现和贯彻了《周易》和合人文的精神”,本文专门讨论自然而不涉及人文。依据形上学本体哲学,自然界的物理客体应该分两类,即“形之已成乎物”和“未形”,二者的本质区别在于形下之“显”和形上之“隐”。

小结:易学自然观是两系统结构论。从静态角度讲,“万物(包括宇宙自身)负阴而抱阳,冲气以为和”;从动态角度讲,“阴变阳,阳变阴,其变无穷”。所谓的易,就是讲阴阳变化之理的学问,即“易以道阴阳”。

二、两种物理学理论

物理学作为一门学术的名称,是从亚里士多德的希腊文著作延续下来的,这个希腊词的意思是探讨自然的秩序和原理的“自然学”,亚氏又称其为自然哲学。大约到18世纪中叶,由于学科内容的分化,自然史和化学从物理学中独立出来,18世纪后半叶法国讨论过留下的物理学意味着什么,结果是把物理学分为一般物理学和特殊物理学。前者指牛顿力学或由《自然哲学的数学原理》导出的以数学描述质点运动的传统,后者包括声、光、电、磁等广泛领域。通常都把这种划分说成是数学科学传统和实验物理学的分离。

1829年,泊松把当时法国物理学的思想倾向归为两类:物理力学和解析力学。他把前者的特征描述为“它的唯一的原理是把一切还原为分子运动,而这些分子是把力的效果从一点传到另一点并保持这些力之平衡作用的核心”,即期望用天体运动的牛顿平方反比定律数学格式,精密地描述宇宙一切现象,称牛顿范式;而后者则强调现象的解析格式,轻视对物理原因进行讨论,称非牛顿范式。1840年以后,牛顿范式的地位被非牛顿范式所取代;与之同时,拉格朗日原理被泊松和哈密顿予以发展,使力学成为完全分析的形式,并且以能量取代力的概念体系。本应该由之意识到“根本不存在纯粹的力学现象,实际上运动总是结合着热和电磁的变化,它们也规定运动”〔2-9〕,从而结束牛顿的“力学神话”,可惜的是西方哲学没有能够为物理学提供合适的自然观,以后的物理学就在迷茫中走了许多弯路。对两种范式的本质差异,一般都视为用几何法还是用解析法的数学问题。

19世纪30年代之后,随着实验物理学的成熟,出现了实验物理学和理论物理学之区分;物理学的理论又分原理理论和构造理论两类。前者是先使用分析法在经验中发现自然过程的普遍特征(即原理),然后给出各种过程必须满足的数学形式的判据,比如牛顿力学;后者又叫“假说—演绎”法,即先确立“想象的原理”(即“假说”),然后采用反证法通过由原理导出的结论对原理进行证明,给出的内容与经验所显示的现象吻合得愈多愈一致,特别是能够从假说来预言现象并得到证实,这种构造理论就愈成功。依据这种分类方法,一般都承认17世纪牛顿的《原理》和惠更斯的《论光》就分别代表了原理理论和构造理论。对这两种理论划分的依据主要在于思维方式,即前者采用分析法而后者采用综合法。

三、两类物理客体

牛顿的《原理》和惠更斯的《论光》,从近代物理学奠基开始,两种截然不同的理论分别传承为两种体系,即牛顿范式——原理理论,惠更斯范式——构造理论,其本质差异不在思维方式和数学形式之不同,也不在是采用数学方法还是实验方法之别,而在于研究的客体分属于根本不同的两类。

以质量对物体进行计量,并假定质量都集中在一个质点,以相互传递力的作用描述运动,是牛顿范式的核心观念;非牛顿范式研究的光、热、电、磁等现象,都不能以质量进行计量,最终认识到了这种现象都与“能量”直接相关,并且以能量取代了力学概念体系。

而今首当其冲应该明确的是物理学根本就不直觉研究“物质”,正象无法品尝水果一样,因为二者都是抽象的类概念。物理学只研究质量、能量、电量、时间和空间之间的关系,两种理论的适用范围不同,前者是关于质量系统的理论,后者则适用于能量系统。以往不适当地把能量说成是物质运动的形式(如“能即运动”)〔3-526〕,是产生混乱的肇端。现代物理学已经确认物理客体分两类:宇观上有分立的天球和连续辐射,微观上分粒子和场,粒子物理学分费米子和玻色子,理论物理学称其为物质粒子和相互作用;物理学理论也分用质量计量和时空描述、用能量计量和位形描述两个系统。“我们首先把宇宙的物质内容分成两个部分:“物质”即诸如夸克、电子和缪介子等粒子,以及“相互作用”诸如引力和电磁力等等”〔4-38〕。当代著名物理学家霍金居然会说出如此不合逻辑的荒唐话,不难看出“物质”这个误用概念带来的混乱是何等严重。

物理客体不能用“物质”这个概念进行抽象和概括,而应该分为质量和能量两个系统,二者的本质差异有3:1、分立和连续;2、有无静质量;3、量传递时物理客体仅只振动而不发生运动方向的位移。确认能量系统存在的依据有5:1、德西特从广义相对论场方程得出没有物质的宇宙时空解;2、无限的(负能电子)海的发现;3、爱因斯坦说:“依据广义相对论没有以太的空间是不可思议的”;4、3K微波背景辐射证明“空间”不空;5、粒子物理学的实验发现,绝大多数粒子为瞬息亿变的动态网络。

“全〖ZZ(〗空间〖ZZ)〗充满着相互作用着的各种不同的场”〔2-387〕,这种分布着某种物理量的空间,不同于经典物理学中作为参量的空间。“场从数学上表述了能量局域性概念”,“是一个具有无穷多自由度的动力系统”〔2-353〕。即此可知,一切自然现象虽表现为质量系统单元个体的运动和变化,动变之因却源于能量系统的作用;而能量系统本身不通过作用于质量系统的效应也根本就无法观测。物理学早已将物理客体分为弥散态粒子和凝聚态物体,3K微波辐射发现之后,就应该从分类学的角度再增添一种连续态网络;进而将弥散态粒子分为质量子和能量子,如此一来,物理世界图象就会变得非常清晰。

物理客体分物体、粒子、网络三类,分别用质量、电量(或荷质比)、能量计量;人类生活的现实世界属于质量系统(从天球到原子乃至质子、电子),能量系统则是一切运动变化的动力之源;所有的共振态、复合态粒子均属于能量系统的动态网络,只有那些稳定的能量子才有现实意义;不同能量子的有序组合构成信息(从质量系统讲,传递信息必须有载体,而对能量系统,信息和载体则合而为一,于此无暇展开讨论),可以用于操作质量系统的变化和存储一切自然现象。

小结:物理客体分两个系统三种态。质量系统和能量系统确实属于“负阴而抱阳,冲气以为和”的状态;作为两系统“中介”的弥散态,是演绎世间万象的“大舞台”;何以产生质量和电量,是现实世界存在的最根本机制。

四、时间和空间

无论哲学还是物理学,时间和空间都是一对非常重要的范畴,同时又是亘古至今争论最多直到今天还没有取得共识的两个概念。16世纪之前,基本上没有留下多少值得关注的重要论点;牛顿为了创立完整的力学体系,不得不提出人类历史上第一个时空构架。他认为物质是在绝对空间中运动,时间不跟任何物质对象相关、自身等速地在那里流;时间和空间各自独立互不相关。亦即是说时间和空间仅只是描述运动的参量。

现代物理学的发现则是:“广义相对论用空时结构的几何性质来表示引力场”〔2-328〕,场不但“是某种物理量的空间分布”,还是“一个具有无穷多自由度的动力系统”〔2-353〕。很显然,时空结构应该被理解为改变物体或带电粒子运动状态的作用量。

依据质能两系统结构论看待,即使在牛顿力学体系中,时空结构也是作用量而不是描述运动的参量。比如牛顿力学的第一号自然力——重力G=mg,如果没有g作用于m,物体就不会自由下落,很显然g是使m自由下落的作用量。如果用电磁作用相类比,g可以被称为引力场强,其作用效应跟电场作用于电量没什么两样。自从发现了动量和能量守恒之后,牛顿力学方程基本上已经不再使用,足以说明牛顿力学非常片面,能够沟通三个领域最基本的物理量只有动量和动能,根本就不需要力这个概念。

时间和空间究竟指什么?答曰:二者分别是对能量系统单元个体持续性和广延性的计量,恰如用质量计量物体、用电量计量带电粒子那样。

“空间一时间未必是一种可以认为离开物理实在的实际客体而独立存在的东西。物理客体不是在空间之中,而是这些客体有着空间的广延性”〔5-112〕。爱因斯坦如果对中国古典哲学稍有理解,就会再说一句:这些客体还有着时间的持续性。这种“物理实在的实际客体”即指能量系统而言。

能量系统虽是连续态,探究其具体作用时却需要量子化。假定其最小单元为h,由ε=hν=h/T可知,只要测出周期T,即可以知道具体的能量值,同理测出波长即可知动量。故而可以说时间和空间是对能量系统两种属性的计量。

董光璧教授猜想对于不同的相互作用,应该“各有其时空结构”,是有道理的。用于电动力学的时空结构已经非常成功,“对于电磁相互作用,相对论提供的时空结构和量子论提供的能量结构,既在逻辑上自洽又与经验相符”〔2-429〕;而对于质量,发挥作用的时空结构有ι2t-2和ιt-1两种,对行星的运行则有R3/T2=K。

小结:时空不是独立的存在,而是用于计量能量系统属性的概念构架。对于物体或带电粒子,不同的时空结构作用于质量和电量可得能量和动量;对于能量系统,只需要用T和λ对基本单元个体计量,即是能量和动量。

五、两种运动

讨论过物理学不应该使用“物质”这个哲学范畴,明确了物理客体分质量、能量两个系统,确立了质量、电量、能量和时空是基本的物理量,并且弄清了时(T)空(λ)可以直接作为计量能量和动量的基本量,不同时空结构又分别是驱动质量或电量的基本作用量之后,还应该讨论一下运动形式问题。

亚里士多德很早就提出自然运动和强迫运动区分之必要,物理学界至今都没有认真对待。所谓自然运动,应该是不受人的干预,不准附加任何人为条件的运动,比如自由落体、自组织系统的变化和行星运转等(下文称绝对运动);所谓的强迫运动当指人为增添了特设条件的运动,比如将物体抬高、摆钟和日常生活中经常发生的许多运动。

牛顿力学除自由落体之外,几乎都有附加条件,将运动定义为一个物体对另一个物体的位移,运动的基点建立在物体对物体的作用(即力)之上,并将物体看作一个质点等,基本上都属于质量系统的相对运动。现代物理学发现的因果关系被破坏,基本上都产生于对绝对运动和相对运动的作用机制之混淆。

“一个钟所处的引力势越低(深),它走得越慢,而那里发出的光在引力势较高处去接收就会发生红移”〔5-92〕,亦即是说原子钟在那里发出的光频率较小,周期变大。如果是摆钟,依据T=2πL/g,由于g变大,周期就必然变小。两种钟的结果居然完全相反,基于什么原因呢?这就恰好能够说明相对运动和绝对运动的作用机制不同,显示的结果就必然会适得其反。由于原子钟的频率直接决定于能量子的频率,属于绝对运动;而摆钟的周期则由作用量g与弹性势的平衡决定,属于相对运动,g变大时相对而言等于固定不变的弹性势变小,故而钟的周期亦随之变小。“量子理论和每一种合理的真实世界观念都冲突”〔6-127〕;“量子力学改变了古典物理学的因果观和实在论”〔2-328〕。这些观念产生于发现了绝对运动和相对运动效果迥异,感到困惑的原因是没有树立起时间和空间“不再是事件在其中发生的被动的背景”,“相反的,它们现在成为动力学的量”〔4-53〕,根源在于没有突破“物质”一元论的樊篱。

问起广义相对论场方程的意义,通常的回答是:“物质和能量要使时空向其自身弯曲”〔4-60〕,反过来弯曲时空的曲率又决定着物体运动的路径。这种表述本来存在一个因果互易的逻辑循环,只需要将误用概念“物质”去掉,就变成了非常明晰的单因(能量)决定单果(质量运动路径)的关系。再如“势函数V表示质量系统对空间任意点的引力作用”〔2-361〕,实质上则是势函数表示任意时空点对质量的趋动作用。作用和被作用的因果关系弄颠倒的原因,许多都出在用相对运动的观念去解释绝对运动;产生这种观念的根源又非常久远和牢固,先是哲学上把物质说成第一性,继而近代科学一开始就决定只研究属于第一性的质量和重量,外加担心宗教神学找麻烦,所有物理学理论就都必须把物质或质量说成是运动变化的起因。依据两系统结构论,动因仅来源于能量系统。

宇观上的星体都是绝对运动,很早很早之前就受到许多哲人的关注,他们的不少观点由于跟相对运动的理论不合,都受到了冷遇。欧拉认为“一切物理过程都是以太与物质相互作用的结果”〔2-180〕,欧多克斯认为“日、月和行星分别固定在想象的匀速转动的天球上,星体本身不动,它们随着天球运动”〔2-51〕,笛卡尔的观点更明确:“宇宙空间充满媒质的旋涡运动,天体被媒质的旋涡推动”〔2-145〕;最直观形象的描述莫过于那个阴阳互动的太极图,那是华夏先民无数代人仰观俯察智慧的结晶。天空中所有星系或星系团无不都是一个涡旋,其中不少涡旋的中心根本就找不到质量(被称为质量丢失的暗物质)。很显然这些涡旋都是能量积累形成的畸变时空,那些特定的R3/2=K的不同旋线上,都可能会有星体在做自然运动,根本就不需要什么引力作为向心力,自然也就没有必要去找切线力的源。

易学中虽说没有“自组织”这个词,王船山却早就讲清了自组织的作用机制。“阳变阴合,乘机而为动静”,“二气之动,交感而生,凝滞而成物我之万象”,如果将质量子和能量子类比为阴阳,这种说法还满有道理的。

小结:运动有相对和绝对之别。因果关系被破坏的原因大都生之于用相对运动的理论去解释绝对运动,根源在于物质一元论不能作为物理学的哲学基础。

六、唯物宇宙观

科学思想作为文化的一部分,在相当长的时间内世界各地都是沿着自己的传统在发展;从16世纪开始,随着西方殖民主义的掠夺,希腊传统的科学逐渐传播到世界各地。如今所说的近代科学,主要指希腊科学传统的扩展,其间也不乏阿拉伯、中国和印度等地科学成果的积累。物理学思想的发展在很大程度上跟古希腊哲学有着非常密切的关系,古希腊哲学的自然观主张人与自然分离。

在古希腊文化传统中,从公元1世纪基督教创立开始,就出现了理性和信仰、哲学和神学的纷争,科学思想的发展亦被打上深深的烙印。基督教成为国教之后,“知识服从信仰”成为教会的基本准则之一,于是就有人提出“学问来源于经验”与之抗衡。

基督教创立不太久,某些护教派发现那些愚昧贫乏的教义抵抗不住古希腊、罗马文化,特别是哲学,就开始从古希腊、罗马哲学中寻找为教义辩护的依据,从而发展出貌似科学的神学,进而宣布真正的哲学和真正的宗教是同一的和信仰先于理性的原则。中世纪的欧洲几乎一切学术都在宗教神学的桎梏之下,自然科学也不例外,布鲁诺被活活烧死,伽利略遭受终生监禁,都因为他们的理论对神学不利。

唯物主义宇宙观针对信仰先于理性提出物质第一性、意识第二性,自然科学总算找到了哲学基础。由于近代科学确定只研究属于第一性的质量和重量,而不研究与感觉有关的第二性,即把意识范畴留给宗教,总算争得了一席之地。当我们立足于现代科学的成果和困惑,去反思物理学发展的历史时发现,把物质和意识的关系视为全部、特别是近代哲学重大基本问题的唯物主义哲学,根本就不能作为物理学的理论基础。为了从神学桎梏下挣脱出来,选择第一性、第二性之分的哲学虽说必要,终归总逃不掉为临时应付而“举债”付出更高的代价。

物质和意识对立,对立的双方是自然和人,这是古希腊自然与人分离自然观的延续。这种哲学适用的范围应该是人天系统,即探讨的中心课题是人与自然的关系;而物理学则属于纯客观地探讨自然界的秩序和原理的学问,亦即是说它只研究物质和物质之间的联系、相互作用和运动变化规律等问题,丝毫不涉及物质与意识关系的内容。故而我们认为,唯物主义宇宙观虽说使物理学摆脱了宗教神学的束缚,而成为一门独立的学科,却不能做为物理学的哲学基础。

自然界是一个有机整体,要探讨其运动变化的规律,就不应该将所有的物理客体用“物质”一个概念概括。因为变化只能发生在至少两种客体之间,如MN和NM;而MM则是永远无法观测的。

“科学史界越来越多的学者认识到,站在现代科学的立场寻找历史来龙去脉的做法有误入歧途的危险,转而采取从原来的境况中重新阐释科学思想”〔7-2〕,不少人发现了《周易》中保留着自然学的原初形式,可以为科学发展提供有益的哲学启迪。本人沿着这条进路摸索多年,学习探寻的心得是,物理学只有依据两系统结构论的自然观,才可以讨论变与不变。

易以道阴阳;万物负阴而抱阳,冲气以为和;阴变阳,阳变阴,其变无穷;阳变阴合,乘机而为动静;二气之动,交感而生,凝滞而成物我之万象——仅依据上述五句富涵哲理的格言,对物质、时间、空间、运动和因果关系等重要概念做一些简要的剖析,就可以理出一条新的思路。如果依据两系统结构论,对物理学的概念和理论进行一次新的整合与梳理,极有可能会将物理学带出当前的困境。不当之处,敬请各位师长、同仁指正。

参考书目:

1、朱伯昆主编《国际易学研究》第三辑,华夏出版社1997年版

2、董光璧等著《世界物理学史》吉林教育出版社1994年版

3、《马克思恩格斯选集》第三卷人民出版社1972年版

4、(英)霍金著《霍金讲演录》湖南科技出版社1995年版

分子生物学相关论文篇10

(三)认识论:中国传统的知行观及经验主义的知识证明标准《原理》课第二章主要涉及到了认识论的相关内容。在涉及到认识与实践的关系问题及真理检验标准等问题时,中国传统哲学中丰富的认识论思想可以帮助学生更深刻地理解掌握教材内容。在中国传统哲学中,认识和实践的关系表述为知与行的关系,在二者的关系问题上,上自春秋战国时代下至清代民国时期,许多思想家都进行了不懈的研究和探讨,积累了丰富的思想资料。其中主要的观点有:第一,认为行是知的基础,行先于知,由行致知。孔子说:“行有余力,则以学文”(孔子《.论语•学而》),把“行”放在对知识的掌握之先。墨子说:“言足以复行者常之,不足以举行者勿常”(墨子《.墨子•耕柱》),强调言行一致者值得崇尚。荀子把“行”作为出发点和归宿,指出“不闻不若闻之,闻之不若见之,见之不若知之,知之不若行之。学至于行之而止矣”(荀子《.荀子•儒效》)。先秦之后最具代表性的是明清之际的王夫之,他建立了“行先后知”、“行可兼知”、“知行相资以为用”、“知行并进而有功”的比较完备的朴素唯物主义的知行学说。第二,辩证地肯定了知对行的指导作用,知之明也,因知进行,这其中最具代表性的就是孙中山的“知难行易”思想。孙中山反对轻知怯行,强调“能知必能行,不知亦能行”“,知之固应行,不知更应行”,指出人类的认识是在“以行而求知,因知以进行”“、行其所不知以致其所知”“、因其已知而更进于行”(孙中山《.孙文学说》)的过程中不断前进的。第三,肯定经验可以作为知识证明的标准而存在,以行验知,以行证知。例如孔子曾经提出“听其言而观其行”(孔子《.论语•公冶长》),墨子提出“三表”“何谓三表?子墨子言曰:‘有本之者,有原之者,有用之者。于何本之?上本之于古者圣王之事;于何原之?下原察百姓耳目之实;于何用之?废以为刑政,观其中国家百姓人民之利。此所谓言有三表也。’”(墨子《.墨子•非命上》)王充认为,对于各种知识和言论,要坚持以“效验”来“订其真伪,辨其虚实”。孙中山则明确提出,认识的正确与否,不仅要通过行才能得到证明,还要对实际生活产生功用。第四,认识到知行并举,相互促进。其中,王夫之的相关论述最为明确和深刻。他在反对知行合一的基础上提出“知行相资以为用”、“知行并进而有功”。总之,中国传统哲学中的知行观受历史环境的限制,难免带有局限性,但古人提出诸多观点对于深入理解、丰富发展马克思主义认识论仍具有一定的有益借鉴。

(四)理想人格:圣人、至人、佛在马克思主义理论体系中关于理想人的内容也是一个重要的组成部分,虽然在《原理》教材中并没有重点强调该问题,但教材第七章也部分涉及了该内容。考虑到当前大学教学和人才培养的现实困境,理想人格的内容急需向学生加以讲述。从文本角度分析,马克思虽然没有专门系统地解释人格的问题,但在其众多文章中都隐含着深邃的人学思想及理想人格理论,对人格的完美追求使其在理论中塑造了“全面发展”的人这一理想人格模型———身心的全面发展、活动和能力的全方位发展以及个体和群体之间关系的协调发展。与马克思全面发展的现实人、社会人的不同,中国传统文化中一直强调的是儒家的道德人格理想模型即“圣人”理想,此外道家的“至人”理想、释家的“佛”也都是中华传统文化中的理想人格模型,嵩山少林“三教九流图赞”碑文曾释“佛教見性,道教保命,儒教明倫,綱常是正”,应该说它们从不同的方面影响了中国人今天现实的人格模式。以儒家的“圣人”理想为主,中华文化一直以来强调通过“成人”、“君子”两种人格模型实现成圣之路。所谓“成人”是指现实中通过修养的提升而逐步形成的完备人格。子曰:“若臧武仲之知,公绰之不欲,卞庄子之勇,冉求之艺,文之以礼乐,亦可以为成人矣。”(孔子《.论语•宪问》)也就是说“成人”是德智体美劳全面协调发展的人。所谓“君子”是在成人基础上人格的进一步提升和完善,它意味着更加自如的立身行事,是在道德上接近至善的理想人格。从具体指向内容上来讲,无论是马克思还是孔子他们的理想人格都体现了以人为本的情怀,并且表现出了身体力行的品质和着眼社会发展群体发展的胸襟。

(五)社会理想:大同理想马克思主义在上世纪之所以能够被中国人接受,一个重要的原因在于他们的学术理想存在着内在的契合。无论是孔子还是马克思,他们的一生都在为理想社会的建立著书立说,身体力行。对哲学问题现实性的指向和反思使他们能够在哲学立场上采取相对一致的方式即从现实生活出发,采取非逻辑性的思路对现实世界及生活进行把握,进而构建出公有制的理想社会模型。马克思主义的社会理想,从总体上说就是消灭私有制、消灭剥削和压迫、解放全人类,实现人人平等自由、幸福美好的共产主义社会;儒家天下为公的大同世界强调的是通过人们道德的提升形成的财富共有、大家共同劳动、各尽所能、互助互爱、和谐与共的社会理想,与共产主义相比,它并不涉及到生产技术的改良、生产力的高度发展等要素,因而在依靠力量及实现途径上还是存在着显著差异的。

二、中国传统哲学思想在《马克思主义基本原理》教学中的积极性渗透价值

(一)有助于推进马克思主义中国化和中国传统文化的现代化党的十七届四中全会通过的《中共中央关于加强和改进新形势下党的建设若干重大问题的决定》提出要“推进马克思主义中国化、时代化、大众化”,“加强中华优秀传统文化教育”。中国传统哲学思想是中华民族传统文化的重要组成部分之一,以儒家思想为主的传统哲学与马克思主义的会通,是现时代马克思主义中国化的重要方向和构成内容。通过在《原理》课教学中积极渗透中国传统哲学思想,有助于推进马克思主义中国化和中国传统文化现代化的进程。

分子生物学相关论文篇11

易学对宇宙的基本观点是:阴阳相涵相因、流变会通,构成一个合谐互补的有机整体。

张立文教授在《王船山易学思想略论》〔1-191〕中指出:船山的本体哲学,统体会通于和合。所谓和合者,就是“阴阳未分,二气合一,氤氲太和之真体”。《易传》有言“形而上者谓之道,形而下者谓之器”,作者认定道器是虚实范畴,虚与实的主要差异在于隐与显。“形而上者是隐也”,隐不是无,而是潜在,是形而下所以存在的根据。“形而下者是显也”,指有形质的东西,“即形之成乎物而可见可循者也”。即此可知,显指可见可循的事物和现象,隐指寓于“器”而起作用的现象背后更本质的东西;而隐又不是虚无,“道不虚生,则凡道皆实也”。从而推定道乃实存之体,得出道器交与为体、相涵相因、流变会通的两系统结构论。

道和器的关系究竟如何?就逻辑上讲,“形上者乃形之所自生”,因为凡器皆有形,由“形”逻辑上得出对应于“形下”必然存在着“形上”。就二者的主从关系讲,“当其未形而隐然有不可喻之天则,天以之化”,依此概括二者的关系为:道是器存在的依据;道通过器而表现自己,一切显性的运动变化之因皆源之于道。再就孰先孰后的角度讲,是“理不先而气不后”,二者既不存在先后、本末之别,也就从根本上排除了天理、神创的观念。

张教授立足于人文(兼及自然)阐述问题,认为“王船山道器、气关系,充分体现和贯彻了《周易》和合人文的精神”,本文专门讨论自然而不涉及人文。依据形上学本体哲学,自然界的物理客体应该分两类,即“形之已成乎物”和“未形”,二者的本质区别在于形下之“显”和形上之“隐”。

小结:易学自然观是两系统结构论。从静态角度讲,“万物(包括宇宙自身)负阴而抱阳,冲气以为和”;从动态角度讲,“阴变阳,阳变阴,其变无穷”。所谓的易,就是讲阴阳变化之理的学问,即“易以道阴阳”。

二、两种物理学理论

物理学作为一门学术的名称,是从亚里士多德的希腊文著作延续下来的,这个希腊词的意思是探讨自然的秩序和原理的“自然学”,亚氏又称其为自然哲学。大约到18世纪中叶,由于学科内容的分化,自然史和化学从物理学中独立出来,18世纪后半叶法国讨论过留下的物理学意味着什么,结果是把物理学分为一般物理学和特殊物理学。前者指牛顿力学或由《自然哲学的数学原理》导出的以数学描述质点运动的传统,后者包括声、光、电、磁等广泛领域。通常都把这种划分说成是数学科学传统和实验物理学的分离。

1829年,泊松把当时法国物理学的思想倾向归为两类:物理力学和解析力学。他把前者的特征描述为“它的唯一的原理是把一切还原为分子运动,而这些分子是把力的效果从一点传到另一点并保持这些力之平衡作用的核心”,即期望用天体运动的牛顿平方反比定律数学格式,精密地描述宇宙一切现象,称牛顿范式;而后者则强调现象的解析格式,轻视对物理原因进行讨论,称非牛顿范式。1840年以后,牛顿范式的地位被非牛顿范式所取代;与之同时,拉格朗日原理被泊松和哈密顿予以发展,使力学成为完全分析的形式,并且以能量取代力的概念体系。本应该由之意识到“根本不存在纯粹的力学现象,实际上运动总是结合着热和电磁的变化,它们也规定运动”〔2-9〕,从而结束牛顿的“力学神话”,可惜的是西方哲学没有能够为物理学提供合适的自然观,以后的物理学就在迷茫中走了许多弯路。对两种范式的本质差异,一般都视为用几何法还是用解析法的数学问题。

19世纪30年代之后,随着实验物理学的成熟,出现了实验物理学和理论物理学之区分;物理学的理论又分原理理论和构造理论两类。前者是先使用分析法在经验中发现自然过程的普遍特征(即原理),然后给出各种过程必须满足的数学形式的判据,比如牛顿力学;后者又叫“假说—演绎”法,即先确立“想象的原理”(即“假说”),然后采用反证法通过由原理导出的结论对原理进行证明,给出的内容与经验所显示的现象吻合得愈多愈一致,特别是能够从假说来预言现象并得到证实,这种构造理论就愈成功。依据这种分类方法,一般都承认17世纪牛顿的《原理》和惠更斯的《论光》就分别代表了原理理论和构造理论。对这两种理论划分的依据主要在于思维方式,即前者采用分析法而后者采用综合法。

三、两类物理客体

牛顿的《原理》和惠更斯的《论光》,从近代物理学奠基开始,两种截然不同的理论分别传承为两种体系,即牛顿范式——原理理论,惠更斯范式——构造理论,其本质差异不在思维方式和数学形式之不同,也不在是采用数学方法还是实验方法之别,而在于研究的客体分属于根本不同的两类。

以质量对物体进行计量,并假定质量都集中在一个质点,以相互传递力的作用描述运动,是牛顿范式的核心观念;非牛顿范式研究的光、热、电、磁等现象,都不能以质量进行计量,最终认识到了这种现象都与“能量”直接相关,并且以能量取代了力学概念体系。

而今首当其冲应该明确的是物理学根本就不直觉研究“物质”,正象无法品尝水果一样,因为二者都是抽象的类概念。物理学只研究质量、能量、电量、时间和空间之间的关系,两种理论的适用范围不同,前者是关于质量系统的理论,后者则适用于能量系统。以往不适当地把能量说成是物质运动的形式(如“能即运动”)〔3-526〕,是产生混乱的肇端。现代物理学已经确认物理客体分两类:宇观上有分立的天球和连续辐射,微观上分粒子和场,粒子物理学分费米子和玻色子,理论物理学称其为物质粒子和相互作用;物理学理论也分用质量计量和时空描述、用能量计量和位形描述两个系统。“我们首先把宇宙的物质内容分成两个部分:“物质”即诸如夸克、电子和缪介子等粒子,以及“相互作用”诸如引力和电磁力等等”〔4-38〕。当代著名物理学家霍金居然会说出如此不合逻辑的荒唐话,不难看出“物质”这个误用概念带来的混乱是何等严重。

物理客体不能用“物质”这个概念进行抽象和概括,而应该分为质量和能量两个系统,二者的本质差异有3:1、分立和连续;2、有无静质量;3、量传递时物理客体仅只振动而不发生运动方向的位移。确认能量系统存在的依据有5:1、德西特从广义相对论场方程得出没有物质的宇宙时空解;2、无限的(负能电子)海的发现;3、爱因斯坦说:“依据广义相对论没有以太的空间是不可思议的”;4、3K微波背景辐射证明“空间”不空;5、粒子物理学的实验发现,绝大多数粒子为瞬息亿变的动态网络。

“全〖ZZ(〗空间〖ZZ)〗充满着相互作用着的各种不同的场”〔2-387〕,这种分布着某种物理量的空间,不同于经典物理学中作为参量的空间。“场从数学上表述了能量局域性概念”,“是一个具有无穷多自由度的动力系统”〔2-353〕。即此可知,一切自然现象虽表现为质量系统单元个体的运动和变化,动变之因却源于能量系统的作用;而能量系统本身不通过作用于质量系统的效应也根本就无法观测。物理学早已将物理客体分为弥散态粒子和凝聚态物体,3K微波辐射发现之后,就应该从分类学的角度再增添一种连续态网络;进而将弥散态粒子分为质量子和能量子,如此一来,物理世界图象就会变得非常清晰。

物理客体分物体、粒子、网络三类,分别用质量、电量(或荷质比)、能量计量;人类生活的现实世界属于质量系统(从天球到原子乃至质子、电子),能量系统则是一切运动变化的动力之源;所有的共振态、复合态粒子均属于能量系统的动态网络,只有那些稳定的能量子才有现实意义;不同能量子的有序组合构成信息(从质量系统讲,传递信息必须有载体,而对能量系统,信息和载体则合而为一,于此无暇展开讨论),可以用于操作质量系统的变化和存储一切自然现象。

小结:物理客体分两个系统三种态。质量系统和能量系统确实属于“负阴而抱阳,冲气以为和”的状态;作为两系统“中介”的弥散态,是演绎世间万象的“大舞台”;何以产生质量和电量,是现实世界存在的最根本机制。

四、时间和空间

无论哲学还是物理学,时间和空间都是一对非常重要的范畴,同时又是亘古至今争论最多直到今天还没有取得共识的两个概念。16世纪之前,基本上没有留下多少值得关注的重要论点;牛顿为了创立完整的力学体系,不得不提出人类历史上第一个时空构架。他认为物质是在绝对空间中运动,时间不跟任何物质对象相关、自身等速地在那里流;时间和空间各自独立互不相关。亦即是说时间和空间仅只是描述运动的参量。

现代物理学的发现则是:“广义相对论用空时结构的几何性质来表示引力场”〔2-328〕,场不但“是某种物理量的空间分布”,还是“一个具有无穷多自由度的动力系统”〔2-353〕。很显然,时空结构应该被理解为改变物体或带电粒子运动状态的作用量。

依据质能两系统结构论看待,即使在牛顿力学体系中,时空结构也是作用量而不是描述运动的参量。比如牛顿力学的第一号自然力——重力G=mg,如果没有g作用于m,物体就不会自由下落,很显然g是使m自由下落的作用量。如果用电磁作用相类比,g可以被称为引力场强,其作用效应跟电场作用于电量没什么两样。自从发现了动量和能量守恒之后,牛顿力学方程基本上已经不再使用,足以说明牛顿力学非常片面,能够沟通三个领域最基本的物理量只有动量和动能,根本就不需要力这个概念。

时间和空间究竟指什么?答曰:二者分别是对能量系统单元个体持续性和广延性的计量,恰如用质量计量物体、用电量计量带电粒子那样。

“空间一时间未必是一种可以认为离开物理实在的实际客体而独立存在的东西。物理客体不是在空间之中,而是这些客体有着空间的广延性”〔5-112〕。爱因斯坦如果对中国古典哲学稍有理解,就会再说一句:这些客体还有着时间的持续性。这种“物理实在的实际客体”即指能量系统而言。

能量系统虽是连续态,探究其具体作用时却需要量子化。假定其最小单元为h,由ε=hν=h/T可知,只要测出周期T,即可以知道具体的能量值,同理测出波长即可知动量。故而可以说时间和空间是对能量系统两种属性的计量。

董光璧教授猜想对于不同的相互作用,应该“各有其时空结构”,是有道理的。用于电动力学的时空结构已经非常成功,“对于电磁相互作用,相对论提供的时空结构和量子论提供的能量结构,既在逻辑上自洽又与经验相符”〔2-429〕;而对于质量,发挥作用的时空结构有ι2t-2和ιt-1两种,对行星的运行则有R3/T2=K。

小结:时空不是独立的存在,而是用于计量能量系统属性的概念构架。对于物体或带电粒子,不同的时空结构作用于质量和电量可得能量和动量;对于能量系统,只需要用T和λ对基本单元个体计量,即是能量和动量。

五、两种运动

讨论过物理学不应该使用“物质”这个哲学范畴,明确了物理客体分质量、能量两个系统,确立了质量、电量、能量和时空是基本的物理量,并且弄清了时(T)空(λ)可以直接作为计量能量和动量的基本量,不同时空结构又分别是驱动质量或电量的基本作用量之后,还应该讨论一下运动形式问题。

亚里士多德很早就提出自然运动和强迫运动区分之必要,物理学界至今都没有认真对待。所谓自然运动,应该是不受人的干预,不准附加任何人为条件的运动,比如自由落体、自组织系统的变化和行星运转等(下文称绝对运动);所谓的强迫运动当指人为增添了特设条件的运动,比如将物体抬高、摆钟和日常生活中经常发生的许多运动。

牛顿力学除自由落体之外,几乎都有附加条件,将运动定义为一个物体对另一个物体的位移,运动的基点建立在物体对物体的作用(即力)之上,并将物体看作一个质点等,基本上都属于质量系统的相对运动。现代物理学发现的因果关系被破坏,基本上都产生于对绝对运动和相对运动的作用机制之混淆。

“一个钟所处的引力势越低(深),它走得越慢,而那里发出的光在引力势较高处去接收就会发生红移”〔5-92〕,亦即是说原子钟在那里发出的光频率较小,周期变大。如果是摆钟,依据T=2πL/g,由于g变大,周期就必然变小。两种钟的结果居然完全相反,基于什么原因呢?这就恰好能够说明相对运动和绝对运动的作用机制不同,显示的结果就必然会适得其反。由于原子钟的频率直接决定于能量子的频率,属于绝对运动;而摆钟的周期则由作用量g与弹性势的平衡决定,属于相对运动,g变大时相对而言等于固定不变的弹性势变小,故而钟的周期亦随之变小。“量子理论和每一种合理的真实世界观念都冲突”〔6-127〕;“量子力学改变了古典物理学的因果观和实在论”〔2-328〕。这些观念产生于发现了绝对运动和相对运动效果迥异,感到困惑的原因是没有树立起时间和空间“不再是事件在其中发生的被动的背景”,“相反的,它们现在成为动力学的量”〔4-53〕,根源在于没有突破“物质”一元论的樊篱。

问起广义相对论场方程的意义,通常的回答是:“物质和能量要使时空向其自身弯曲”〔4-60〕,反过来弯曲时空的曲率又决定着物体运动的路径。这种表述本来存在一个因果互易的逻辑循环,只需要将误用概念“物质”去掉,就变成了非常明晰的单因(能量)决定单果(质量运动路径)的关系。再如“势函数V表示质量系统对空间任意点的引力作用”〔2-361〕,实质上则是势函数表示任意时空点对质量的趋动作用。作用和被作用的因果关系弄颠倒的原因,许多都出在用相对运动的观念去解释绝对运动;产生这种观念的根源又非常久远和牢固,先是哲学上把物质说成第一性,继而近代科学一开始就决定只研究属于第一性的质量和重量,外加担心宗教神学找麻烦,所有物理学理论就都必须把物质或质量说成是运动变化的起因。依据两系统结构论,动因仅来源于能量系统。

宇观上的星体都是绝对运动,很早很早之前就受到许多哲人的关注,他们的不少观点由于跟相对运动的理论不合,都受到了冷遇。欧拉认为“一切物理过程都是以太与物质相互作用的结果”〔2-180〕,欧多克斯认为“日、月和行星分别固定在想象的匀速转动的天球上,星体本身不动,它们随着天球运动”〔2-51〕,笛卡尔的观点更明确:“宇宙空间充满媒质的旋涡运动,天体被媒质的旋涡推动”〔2-145〕;最直观形象的描述莫过于那个阴阳互动的太极图,那是华夏先民无数代人仰观俯察智慧的结晶。天空中所有星系或星系团无不都是一个涡旋,其中不少涡旋的中心根本就找不到质量(被称为质量丢失的暗物质)。很显然这些涡旋都是能量积累形成的畸变时空,那些特定的R3/2=K的不同旋线上,都可能会有星体在做自然运动,根本就不需要什么引力作为向心力,自然也就没有必要去找切线力的源。

易学中虽说没有“自组织”这个词,王船山却早就讲清了自组织的作用机制。“阳变阴合,乘机而为动静”,“二气之动,交感而生,凝滞而成物我之万象”,如果将质量子和能量子类比为阴阳,这种说法还满有道理的。

小结:运动有相对和绝对之别。因果关系被破坏的原因大都生之于用相对运动的理论去解释绝对运动,根源在于物质一元论不能作为物理学的哲学基础。

六、唯物宇宙观

科学思想作为文化的一部分,在相当长的时间内世界各地都是沿着自己的传统在发展;从16世纪开始,随着西方殖民主义的掠夺,希腊传统的科学逐渐传播到世界各地。如今所说的近代科学,主要指希腊科学传统的扩展,其间也不乏阿拉伯、中国和印度等地科学成果的积累。物理学思想的发展在很大程度上跟古希腊哲学有着非常密切的关系,古希腊哲学的自然观主张人与自然分离。

在古希腊文化传统中,从公元1世纪基督教创立开始,就出现了理性和信仰、哲学和神学的纷争,科学思想的发展亦被打上深深的烙印。基督教成为国教之后,“知识服从信仰”成为教会的基本准则之一,于是就有人提出“学问来源于经验”与之抗衡。

基督教创立不太久,某些护教派发现那些愚昧贫乏的教义抵抗不住古希腊、罗马文化,特别是哲学,就开始从古希腊、罗马哲学中寻找为教义辩护的依据,从而发展出貌似科学的神学,进而宣布真正的哲学和真正的宗教是同一的和信仰先于理性的原则。中世纪的欧洲几乎一切学术都在宗教神学的桎梏之下,自然科学也不例外,布鲁诺被活活烧死,伽利略遭受终生监禁,都因为他们的理论对神学不利。

唯物主义宇宙观针对信仰先于理性提出物质第一性、意识第二性,自然科学总算找到了哲学基础。由于近代科学确定只研究属于第一性的质量和重量,而不研究与感觉有关的第二性,即把意识范畴留给宗教,总算争得了一席之地。当我们立足于现代科学的成果和困惑,去反思物理学发展的历史时发现,把物质和意识的关系视为全部、特别是近代哲学重大基本问题的唯物主义哲学,根本就不能作为物理学的理论基础。为了从神学桎梏下挣脱出来,选择第一性、第二性之分的哲学虽说必要,终归总逃不掉为临时应付而“举债”付出更高的代价。

物质和意识对立,对立的双方是自然和人,这是古希腊自然与人分离自然观的延续。这种哲学适用的范围应该是人天系统,即探讨的中心课题是人与自然的关系;而物理学则属于纯客观地探讨自然界的秩序和原理的学问,亦即是说它只研究物质和物质之间的联系、相互作用和运动变化规律等问题,丝毫不涉及物质与意识关系的内容。故而我们认为,唯物主义宇宙观虽说使物理学摆脱了宗教神学的束缚,而成为一门独立的学科,却不能做为物理学的哲学基础。

自然界是一个有机整体,要探讨其运动变化的规律,就不应该将所有的物理客体用“物质”一个概念概括。因为变化只能发生在至少两种客体之间,如MN和NM;而MM则是永远无法观测的。

“科学史界越来越多的学者认识到,站在现代科学的立场寻找历史来龙去脉的做法有误入歧途的危险,转而采取从原来的境况中重新阐释科学思想”〔7-2〕,不少人发现了《周易》中保留着自然学的原初形式,可以为科学发展提供有益的哲学启迪。本人沿着这条进路摸索多年,学习探寻的心得是,物理学只有依据两系统结构论的自然观,才可以讨论变与不变。

易以道阴阳;万物负阴而抱阳,冲气以为和;阴变阳,阳变阴,其变无穷;阳变阴合,乘机而为动静;二气之动,交感而生,凝滞而成物我之万象——仅依据上述五句富涵哲理的格言,对物质、时间、空间、运动和因果关系等重要概念做一些简要的剖析,就可以理出一条新的思路。如果依据两系统结构论,对物理学的概念和理论进行一次新的整合与梳理,极有可能会将物理学带出当前的困境。不当之处,敬请各位师长、同仁指正。

参考书目:

1、朱伯昆主编《国际易学研究》第三辑,华夏出版社1997年版

2、董光璧等著《世界物理学史》吉林教育出版社1994年版

3、《马克思恩格斯选集》第三卷人民出版社1972年版

4、(英)霍金著《霍金讲演录》湖南科技出版社1995年版

分子生物学相关论文篇12

分子生物学是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特征和相互关系,从分子水平阐明生命现象与生命本质的学科。自Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型标志着人类对生命现象本质的认识进入到分子水平,分子生物学已成为现代生命科学的共同语言和人类由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科,同时也使得分子生物学称为现代生物学领域里最具活力的科学。(朱玉贤,2013)上世纪90年代以来,国内各高校先后为本科生开设了分子生物学课程,目的是引导学生从分子水平认识生命本质,了解有关分子生物学的基本理论知识和研究方法,为学习生命科学相关专业的学生进一步的学习和科研打下良好的分子生物学基础。在分子生物学的教学过程中,由于分子生物学课程知识体系庞杂,知识点多而分散,我们发现,对许多抽象的概念或原理的解释和阐述一直是教师的教学和学生的理解和掌握过程中存在的难题,上完课后同学们的普遍反应是晦涩难懂,犹如听天书一般;而且,分子生物学课程对实验技能和实验条件要求较高,实验涉及的内容也较为复杂,这就要求同学们不仅具备坚实的理论基础,还需具有非常强的实验动手能力;同时,分子生物学作为一门新兴学科,新理论、新技术层出不穷,知识更新快,更新周期也越来越短,这些研究方法的不断创新和理论体系的不断更新与完善更给分子生物学教学带来了极大挑战。怎样将分子生物学中晦涩的知识点转化为直观、浅显易懂的故事呈现在同学面前?怎样将理论与实验结合,使同学们从实验过程中领会各种生物大分子形态结构与功能的关系?怎样调动同学们对微观生命奥秘探索的兴趣,激发同学们的创新潜能,从而实现对生命科学创新人才的培养?作为湖南省精品课程,《分子生物学》教学一线的老师们尝试了一系列的教学改革和课程体系优化,致力于将分子生物学知识的传播由教师的单向传授为主转变为学生对分子生物学知识的多元获取,以着重培养学生的实验动手能力并激发学生的创新意识和科研能力。

一、基础知识和学科进展的有机结合

分子生物学诞生以来,作为生命科学的带头学科,学科发展极为迅速并渗透生命学科各个领域,但主要遗传物质DNA的双螺旋结构和“中心法则”提出至今未受到质疑。(胡剑,2014)在经典核心理论的基础上,对于基因表达调控以及信息传递通路等认识的不断丰富,以及从基因组、转录组、蛋白组、代谢组等水平上对生命现象和规律的理解逐步深入,要求我们在教学中一方面满足学生掌握分子生物学基本理论的需要,另一方面要适时地更新教学内容,充分调动学生的学习积极性,通过文献阅读、专题讲座和学术报告等途径获取最新知识,了解最新动态。在基础理论知识的讲解的过程中,尽量将课本上相关的一些分散知识系统化并提炼出知识点,指导学生在理解的基础上,采用总结规律性的方式帮助记忆。文献阅读的内容则选择来自《Cell》、《Nature》、《Plant cell》、《Plant journal》、《Plant physiology》、《Science》等权威期刊的最新研究论文或研究综述,通过在线查阅,翻译和研读的方式将分子生物学领域的最新研究进展展现在大家面前,既让同学们了解了本领域的最新进展,也教会了同学们查阅文献的方法。这种“基础知识”和“学科进展”的有机整合方式,同学们的主动学习积极性被激发;文献资料搜集和自主学习能力得到提高,学生的创新意识和从事科学研究的能力得到培养,同时也形成了同学们对不断发展的分子生物学知识多方位丰富的理解。

二、讨论交流在教学中的应用

分子生物学内容与生命活动息息相关,讲到热点话题时自然会激起同学们之间的讨论与交流的兴趣。多年的教学经验证明,在分子生物学教学中应适当增加课堂讨论与交流的教学方式,既能启发学生的学习兴趣,又能提高同学们的思考能力和口头表达能力。因为这种讨论与交流教学,强调在教师的精心准备和指导下,教师作为“导演”,对学生的思维加以引导和启发,并通过预先的设计与组织,来启发学生就特定问题发表自己的见解;学生则是在教师指导下进行有意识的思维探索活动,学生的学习始终处于“问题―思考―探索―解答”的积极状态。事实上,分子生物学可供讨论的题材很多:如超级细菌是如何产生的?表观信号如何影响性状?细胞衰老死亡的调控是如何进行的?转基因食品的利与弊;癌基因,抑癌基因和癌症的发生分子机制;细胞重编码的分子机制;等等。对这些热点问题的讨论培养了学生诸多方面的能力:提高了学生的学习兴趣,培养了学生的自学能力,促进了师生交流与沟通,培养了学生的口头表达能力,增强了同学们的团队合作能力。同时,由于学生看问题的方法不同,会从各个角度、各个侧面来揭示基本概念的内涵和基本规律的实质,从而产生自主性、探索性和协同性的学习。

三、动画、微课、精品资源库等教学网络资源的整合

分子生物学是一门内容丰富、应用性超强的学科,板书、挂图、模型和幻灯片等传统的教学手段远不能传递和表达繁多而抽象的分子生物学内容,更无法让学生深入理解抽象的教学内容。而动画、微课和精品资源库等网络多媒体教学资源的应用很大程度上解决了这一难点,使得抽象复杂的内容在多媒体教学中更加简单化、直观化和具体化,同学们也更容易理解分子生物学。如DNA复制和转录、蛋白质的生物合成、乳糖操纵子模型、衰减子模型,转座位子模型,DNA重组Holliday模型都可制作成微课,以动画和微课模式展示在同学面前,利用动画和微课等直观、生动和主题鲜明的特点帮助同学理解。

四、理论与实验结合模式的运用

分子生物学是一门实验性特别强的学科,分子生物学实验是基础理论课的配套课程,是理论教学的深化和补充,与理论课密不可分,在课程设置中占有重要的地位。但是,分子生物学实验条件要求相对比较高,使得学生对于分子生物学实验内容和方法有非常大的畏惧心理。针对学生的这种恐惧心理,我们合理安排实验内容,并加大了实验课程的比重。为了让学生由浅入深逐步认识分子生物学常规技术,除了常规的每周4节课的实验课程外,我们还安排了分子生物学综合实验周、将质粒提取、电泳检测、基因克隆、载体构建、酶切鉴定等方面的实验技术集中在实验周内进行,以便更系统地将DNA重组相关的实验技术传授给学生,并在条件允许的情况下尽可能的把新的实验技术手段介绍给学生。对分子生物学课程特别感兴趣的同学,我们还鼓励学生参与到教师的科研工作中去,利用现有的科研条件,引导学生思考并完成相关的实验内容,以培养学生的创新思维和发现问题、分析问题和解决问题的能力,从而使学生的科学素养和科研能力得到较高的提升。

五、教学师资的内涵建设与发展

作为当前生命科学中发展最快并与其他学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域,分子生物学发展的突飞猛进和分子生物学技术发展的日新月异给分子生物学的课程教学带来极大的挑战。在分子生物学教学过程中,为适应时展的高层次和高素质人才培养的需要,为了使分子生物学课堂更加具有吸引力,作为教师更应该对最新的研究热点有敏锐的洞察力,因而教师自身专业素质对教学质量的提升和对学生的专业知识学习兴趣的培养起着至关重要的作用。提高教师自身素质,加强教学师资的内涵建设与发展,我们主要从三方面着手:(1)实施以老带新,为青年教师配备导师的制度和每周一次的教学讨论,通过老师之间的经验交流,相互学习和取长补短,以期共同提高授课水平和教学能力;(2)通过在职培养、外出进修和人才引进等并举的方式壮大师资力量。在职攻读博士学位的方式加强青年教师知识结构的优化;国内外访学计划则拓宽了中青年教师视野;人才引进则增强了提高教师专业素养和学术水平;(3)通过主持或参与产学研团队的各级教改和科研项目,提高教师自身的创新意识和科研素养,并渗透到教学之中,给学生以更多的启迪和思考。

2010年以来开展的《分子生物学》教学实践改革证明,多元获取教学模式在分子生物学教学中的应用,提高了教与学的效率,促进了老师和学生的互动,教与学相得益彰,取得了较好的教学效果。

参考文献:

[1]朱玉贤,李毅.现代分子生物学[M].北京:高等教育出版社,2013.

[2]胡剑.群体性创新人才培养途径探讨――以中国农业大学“分子生物学”教学改革实践为例[J].高等农业教育,2014,(l):50-54.

分子生物学相关论文篇13

易学对宇宙的基本观点是:阴阳相涵相因、流变会通,构成一个合谐互补的有机整体。

张立文教授在《王船山易学思想略论》〔1-191〕中指出:船山的本体哲学,统体会通于和合。所谓和合者,就是“阴阳未分,二气合一,氤氲太和之真体”。《易传》有言“形而上者谓之道,形而下者谓之器”,作者认定道器是虚实范畴,虚与实的主要差异在于隐与显。“形而上者是隐也”,隐不是无,而是潜在,是形而下所以存在的根据。“形而下者是显也”,指有形质的东西,“即形之成乎物而可见可循者也”。即此可知,显指可见可循的事物和现象,隐指寓于“器”而起作用的现象背后更本质的东西;而隐又不是虚无,“道不虚生,则凡道皆实也”。从而推定道乃实存之体,得出道器交与为体、相涵相因、流变会通的两系统结构论。

道和器的关系究竟如何?就逻辑上讲,“形上者乃形之所自生”,因为凡器皆有形,由“形”逻辑上得出对应于“形下”必然存在着“形上”。就二者的主从关系讲,“当其未形而隐然有不可喻之天则,天以之化”,依此概括二者的关系为:道是器存在的依据;道通过器而表现自己,一切显性的运动变化之因皆源之于道。再就孰先孰后的角度讲,是“理不先而气不后”,二者既不存在先后、本末之别,也就从根本上排除了天理、神创的观念。

张教授立足于人文(兼及自然)阐述问题,认为“王船山道器、气关系,充分体现和贯彻了《周易》和合人文的精神”,本文专门讨论自然而不涉及人文。依据形上学本体哲学,自然界的物理客体应该分两类,即“形之已成乎物”和“未形”,二者的本质区别在于形下之“显”和形上之“隐”。

小结:易学自然观是两系统结构论。从静态角度讲,“万物(包括宇宙自身)负阴而抱阳,冲气以为和”;从动态角度讲,“阴变阳,阳变阴,其变无穷”。所谓的易,就是讲阴阳变化之理的学问,即“易以道阴阳”。

二、两种物理学理论

物理学作为一门学术的名称,是从亚里士多德的希腊文著作延续下来的,这个希腊词的意思是探讨自然的秩序和原理的“自然学”,亚氏又称其为自然哲学。大约到18世纪中叶,由于学科内容的分化,自然史和化学从物理学中独立出来,18世纪后半叶法国讨论过留下的物理学意味着什么,结果是把物理学分为一般物理学和特殊物理学。前者指牛顿力学或由《自然哲学的数学原理》导出的以数学描述质点运动的传统,后者包括声、光、电、磁等广泛领域。通常都把这种划分说成是数学科学传统和实验物理学的分离。

1829年,泊松把当时法国物理学的思想倾向归为两类:物理力学和解析力学。他把前者的特征描述为“它的唯一的原理是把一切还原为分子运动,而这些分子是把力的效果从一点传到另一点并保持这些力之平衡作用的核心”,即期望用天体运动的牛顿平方反比定律数学格式,精密地描述宇宙一切现象,称牛顿范式;而后者则强调现象的解析格式,轻视对物理原因进行讨论,称非牛顿范式。1840年以后,牛顿范式的地位被非牛顿范式所取代;与之同时,拉格朗日原理被泊松和哈密顿予以发展,使力学成为完全分析的形式,并且以能量取代力的概念体系。本应该由之意识到“根本不存在纯粹的力学现象,实际上运动总是结合着热和电磁的变化,它们也规定运动”〔2-9〕,从而结束牛顿的“力学神话”,可惜的是西方哲学没有能够为物理学提供合适的自然观,以后的物理学就在迷茫中走了许多弯路。对两种范式的本质差异,一般都视为用几何法还是用解析法的数学问题。

19世纪30年代之后,随着实验物理学的成熟,出现了实验物理学和理论物理学之区分;物理学的理论又分原理理论和构造理论两类。前者是先使用分析法在经验中发现自然过程的普遍特征(即原理),然后给出各种过程必须满足的数学形式的判据,比如牛顿力学;后者又叫“假说—演绎”法,即先确立“想象的原理”(即“假说”),然后采用反证法通过由原理导出的结论对原理进行证明,给出的内容与经验所显示的现象吻合得愈多愈一致,特别是能够从假说来预言现象并得到证实,这种构造理论就愈成功。依据这种分类方法,一般都承认17世纪牛顿的《原理》和惠更斯的《论光》就分别代表了原理理论和构造理论。对这两种理论划分的依据主要在于思维方式,即前者采用分析法而后者采用综合法。

三、两类物理客体

牛顿的《原理》和惠更斯的《论光》,从近代物理学奠基开始,两种截然不同的理论分别传承为两种体系,即牛顿范式——原理理论,惠更斯范式——构造理论,其本质差异不在思维方式和数学形式之不同,也不在是采用数学方法还是实验方法之别,而在于研究的客体分属于根本不同的两类。

以质量对物体进行计量,并假定质量都集中在一个质点,以相互传递力的作用描述运动,是牛顿范式的核心观念;非牛顿范式研究的光、热、电、磁等现象,都不能以质量进行计量,最终认识到了这种现象都与“能量”直接相关,并且以能量取代了力学概念体系。

而今首当其冲应该明确的是物理学根本就不直觉研究“物质”,正象无法品尝水果一样,因为二者都是抽象的类概念。物理学只研究质量、能量、电量、时间和空间之间的关系,两种理论的适用范围不同,前者是关于质量系统的理论,后者则适用于能量系统。以往不适当地把能量说成是物质运动的形式(如“能即运动”)〔3-526〕,是产生混乱的肇端。现代物理学已经确认物理客体分两类:宇观上有分立的天球和连续辐射,微观上分粒子和场,粒子物理学分费米子和玻色子,理论物理学称其为物质粒子和相互作用;物理学理论也分用质量计量和时空描述、用能量计量和位形描述两个系统。“我们首先把宇宙的物质内容分成两个部分:“物质”即诸如夸克、电子和缪介子等粒子,以及“相互作用”诸如引力和电磁力等等”〔4-38〕。当代著名物理学家霍金居然会说出如此不合逻辑的荒唐话,不难看出“物质”这个误用概念带来的混乱是何等严重。

物理客体不能用“物质”这个概念进行抽象和概括,而应该分为质量和能量两个系统,二者的本质差异有3:1、分立和连续;2、有无静质量;3、量传递时物理客体仅只振动而不发生运动方向的位移。确认能量系统存在的依据有5:1、德西特从广义相对论场方程得出没有物质的宇宙时空解;2、无限的(负能电子)海的发现;3、爱因斯坦说:“依据广义相对论没有以太的空间是不可思议的”;4、3K微波背景辐射证明“空间”不空;5、粒子物理学的实验发现,绝大多数粒子为瞬息亿变的动态网络。

“全〖ZZ(〗空间〖ZZ)〗充满着相互作用着的各种不同的场”〔2-387〕,这种分布着某种物理量的空间,不同于经典物理学中作为参量的空间。“场从数学上表述了能量局域性概念”,“是一个具有无穷多自由度的动力系统”〔2-353〕。即此可知,一切自然现象虽表现为质量系统单元个体的运动和变化,动变之因却源于能量系统的作用;而能量系统本身不通过作用于质量系统的效应也根本就无法观测。物理学早已将物理客体分为弥散态粒子和凝聚态物体,3K微波辐射发现之后,就应该从分类学的角度再增添一种连续态网络;进而将弥散态粒子分为质量子和能量子,如此一来,物理世界图象就会变得非常清晰。

物理客体分物体、粒子、网络三类,分别用质量、电量(或荷质比)、能量计量;人类生活的现实世界属于质量系统(从天球到原子乃至质子、电子),能量系统则是一切运动变化的动力之源;所有的共振态、复合态粒子均属于能量系统的动态网络,只有那些稳定的能量子才有现实意义;不同能量子的有序组合构成信息(从质量系统讲,传递信息必须有载体,而对能量系统,信息和载体则合而为一,于此无暇展开讨论),可以用于操作质量系统的变化和存储一切自然现象。

小结:物理客体分两个系统三种态。质量系统和能量系统确实属于“负阴而抱阳,冲气以为和”的状态;作为两系统“中介”的弥散态,是演绎世间万象的“大舞台”;何以产生质量和电量,是现实世界存在的最根本机制。

四、时间和空间

无论哲学还是物理学,时间和空间都是一对非常重要的范畴,同时又是亘古至今争论最多直到今天还没有取得共识的两个概念。16世纪之前,基本上没有留下多少值得关注的重要论点;牛顿为了创立完整的力学体系,不得不提出人类历史上第一个时空构架。他认为物质是在绝对空间中运动,时间不跟任何物质对象相关、自身等速地在那里流;时间和空间各自独立互不相关。亦即是说时间和空间仅只是描述运动的参量。

现代物理学的发现则是:“广义相对论用空时结构的几何性质来表示引力场”〔2-328〕,场不但“是某种物理量的空间分布”,还是“一个具有无穷多自由度的动力系统”〔2-353〕。很显然,时空结构应该被理解为改变物体或带电粒子运动状态的作用量。

依据质能两系统结构论看待,即使在牛顿力学体系中,时空结构也是作用量而不是描述运动的参量。比如牛顿力学的第一号自然力——重力G=mg,如果没有g作用于m,物体就不会自由下落,很显然g是使m自由下落的作用量。如果用电磁作用相类比,g可以被称为引力场强,其作用效应跟电场作用于电量没什么两样。自从发现了动量和能量守恒之后,牛顿力学方程基本上已经不再使用,足以说明牛顿力学非常片面,能够沟通三个领域最基本的物理量只有动量和动能,根本就不需要力这个概念。

时间和空间究竟指什么?答曰:二者分别是对能量系统单元个体持续性和广延性的计量,恰如用质量计量物体、用电量计量带电粒子那样。

“空间一时间未必是一种可以认为离开物理实在的实际客体而独立存在的东西。物理客体不是在空间之中,而是这些客体有着空间的广延性”〔5-112〕。爱因斯坦如果对中国古典哲学稍有理解,就会再说一句:这些客体还有着时间的持续性。这种“物理实在的实际客体”即指能量系统而言。

能量系统虽是连续态,探究其具体作用时却需要量子化。假定其最小单元为h,由ε=hν=h/T可知,只要测出周期T,即可以知道具体的能量值,同理测出波长即可知动量。故而可以说时间和空间是对能量系统两种属性的计量。

董光璧教授猜想对于不同的相互作用,应该“各有其时空结构”,是有道理的。用于电动力学的时空结构已经非常成功,“对于电磁相互作用,相对论提供的时空结构和量子论提供的能量结构,既在逻辑上自洽又与经验相符”〔2-429〕;而对于质量,发挥作用的时空结构有ι2t-2和ιt-1两种,对行星的运行则有R3/T2=K。

小结:时空不是独立的存在,而是用于计量能量系统属性的概念构架。对于物体或带电粒子,不同的时空结构作用于质量和电量可得能量和动量;对于能量系统,只需要用T和λ对基本单元个体计量,即是能量和动量。

五、两种运动

讨论过物理学不应该使用“物质”这个哲学范畴,明确了物理客体分质量、能量两个系统,确立了质量、电量、能量和时空是基本的物理量,并且弄清了时(T)空(λ)可以直接作为计量能量和动量的基本量,不同时空结构又分别是驱动质量或电量的基本作用量之后,还应该讨论一下运动形式问题。

亚里士多德很早就提出自然运动和强迫运动区分之必要,物理学界至今都没有认真对待。所谓自然运动,应该是不受人的干预,不准附加任何人为条件的运动,比如自由落体、自组织系统的变化和行星运转等(下文称绝对运动);所谓的强迫运动当指人为增添了特设条件的运动,比如将物体抬高、摆钟和日常生活中经常发生的许多运动。

牛顿力学除自由落体之外,几乎都有附加条件,将运动定义为一个物体对另一个物体的位移,运动的基点建立在物体对物体的作用(即力)之上,并将物体看作一个质点等,基本上都属于质量系统的相对运动。现代物理学发现的因果关系被破坏,基本上都产生于对绝对运动和相对运动的作用机制之混淆。

“一个钟所处的引力势越低(深),它走得越慢,而那里发出的光在引力势较高处去接收就会发生红移”〔5-92〕,亦即是说原子钟在那里发出的光频率较小,周期变大。如果是摆钟,依据T=2πL/g,由于g变大,周期就必然变小。两种钟的结果居然完全相反,基于什么原因呢?这就恰好能够说明相对运动和绝对运动的作用机制不同,显示的结果就必然会适得其反。由于原子钟的频率直接决定于能量子的频率,属于绝对运动;而摆钟的周期则由作用量g与弹性势的平衡决定,属于相对运动,g变大时相对而言等于固定不变的弹性势变小,故而钟的周期亦随之变小。“量子理论和每一种合理的真实世界观念都冲突”〔6-127〕;“量子力学改变了古典物理学的因果观和实在论”〔2-328〕。这些观念产生于发现了绝对运动和相对运动效果迥异,感到困惑的原因是没有树立起时间和空间“不再是事件在其中发生的被动的背景”,“相反的,它们现在成为动力学的量”〔4-53〕,根源在于没有突破“物质”一元论的樊篱。

问起广义相对论场方程的意义,通常的回答是:“物质和能量要使时空向其自身弯曲”〔4-60〕,反过来弯曲时空的曲率又决定着物体运动的路径。这种表述本来存在一个因果互易的逻辑循环,只需要将误用概念“物质”去掉,就变成了非常明晰的单因(能量)决定单果(质量运动路径)的关系。再如“势函数V表示质量系统对空间任意点的引力作用”〔2-361〕,实质上则是势函数表示任意时空点对质量的趋动作用。作用和被作用的因果关系弄颠倒的原因,许多都出在用相对运动的观念去解释绝对运动;产生这种观念的根源又非常久远和牢固,先是哲学上把物质说成第一性,继而近代科学一开始就决定只研究属于第一性的质量和重量,外加担心宗教神学找麻烦,所有物理学理论就都必须把物质或质量说成是运动变化的起因。依据两系统结构论,动因仅来源于能量系统。

宇观上的星体都是绝对运动,很早很早之前就受到许多哲人的关注,他们的不少观点由于跟相对运动的理论不合,都受到了冷遇。欧拉认为“一切物理过程都是以太与物质相互作用的结果”〔2-180〕,欧多克斯认为“日、月和行星分别固定在想象的匀速转动的天球上,星体本身不动,它们随着天球运动”〔2-51〕,笛卡尔的观点更明确:“宇宙空间充满媒质的旋涡运动,天体被媒质的旋涡推动”〔2-145〕;最直观形象的描述莫过于那个阴阳互动的太极图,那是华夏先民无数代人仰观俯察智慧的结晶。天空中所有星系或星系团无不都是一个涡旋,其中不少涡旋的中心根本就找不到质量(被称为质量丢失的暗物质)。很显然这些涡旋都是能量积累形成的畸变时空,那些特定的R3/2=K的不同旋线上,都可能会有星体在做自然运动,根本就不需要什么引力作为向心力,自然也就没有必要去找切线力的源。

易学中虽说没有“自组织”这个词,王船山却早就讲清了自组织的作用机制。“阳变阴合,乘机而为动静”,“二气之动,交感而生,凝滞而成物我之万象”,如果将质量子和能量子类比为阴阳,这种说法还满有道理的。

小结:运动有相对和绝对之别。因果关系被破坏的原因大都生之于用相对运动的理论去解释绝对运动,根源在于物质一元论不能作为物理学的哲学基础。

六、唯物宇宙观

科学思想作为文化的一部分,在相当长的时间内世界各地都是沿着自己的传统在发展;从16世纪开始,随着西方殖民主义的掠夺,希腊传统的科学逐渐传播到世界各地。如今所说的近代科学,主要指希腊科学传统的扩展,其间也不乏阿拉伯、中国和印度等地科学成果的积累。物理学思想的发展在很大程度上跟古希腊哲学有着非常密切的关系,古希腊哲学的自然观主张人与自然分离。

在古希腊文化传统中,从公元1世纪基督教创立开始,就出现了理性和信仰、哲学和神学的纷争,科学思想的发展亦被打上深深的烙印。基督教成为国教之后,“知识服从信仰”成为教会的基本准则之一,于是就有人提出“学问来源于经验”与之抗衡。

基督教创立不太久,某些护教派发现那些愚昧贫乏的教义抵抗不住古希腊、罗马文化,特别是哲学,就开始从古希腊、罗马哲学中寻找为教义辩护的依据,从而发展出貌似科学的神学,进而宣布真正的哲学和真正的宗教是同一的和信仰先于理性的原则。中世纪的欧洲几乎一切学术都在宗教神学的桎梏之下,自然科学也不例外,布鲁诺被活活烧死,伽利略遭受终生监禁,都因为他们的理论对神学不利。

唯物主义宇宙观针对信仰先于理性提出物质第一性、意识第二性,自然科学总算找到了哲学基础。由于近代科学确定只研究属于第一性的质量和重量,而不研究与感觉有关的第二性,即把意识范畴留给宗教,总算争得了一席之地。当我们立足于现代科学的成果和困惑,去反思物理学发展的历史时发现,把物质和意识的关系视为全部、特别是近代哲学重大基本问题的唯物主义哲学,根本就不能作为物理学的理论基础。为了从神学桎梏下挣脱出来,选择第一性、第二性之分的哲学虽说必要,终归总逃不掉为临时应付而“举债”付出更高的代价。

物质和意识对立,对立的双方是自然和人,这是古希腊自然与人分离自然观的延续。这种哲学适用的范围应该是人天系统,即探讨的中心课题是人与自然的关系;而物理学则属于纯客观地探讨自然界的秩序和原理的学问,亦即是说它只研究物质和物质之间的联系、相互作用和运动变化规律等问题,丝毫不涉及物质与意识关系的内容。故而我们认为,唯物主义宇宙观虽说使物理学摆脱了宗教神学的束缚,而成为一门独立的学科,却不能做为物理学的哲学基础。

自然界是一个有机整体,要探讨其运动变化的规律,就不应该将所有的物理客体用“物质”一个概念概括。因为变化只能发生在至少两种客体之间,如MN和NM;而MM则是永远无法观测的。

“科学史界越来越多的学者认识到,站在现代科学的立场寻找历史来龙去脉的做法有误入歧途的危险,转而采取从原来的境况中重新阐释科学思想”〔7-2〕,不少人发现了《周易》中保留着自然学的原初形式,可以为科学发展提供有益的哲学启迪。本人沿着这条进路摸索多年,学习探寻的心得是,物理学只有依据两系统结构论的自然观,才可以讨论变与不变。

易以道阴阳;万物负阴而抱阳,冲气以为和;阴变阳,阳变阴,其变无穷;阳变阴合,乘机而为动静;二气之动,交感而生,凝滞而成物我之万象——仅依据上述五句富涵哲理的格言,对物质、时间、空间、运动和因果关系等重要概念做一些简要的剖析,就可以理出一条新的思路。如果依据两系统结构论,对物理学的概念和理论进行一次新的整合与梳理,极有可能会将物理学带出当前的困境。不当之处,敬请各位师长、同仁指正。

参考书目:

1、朱伯昆主编《国际易学研究》第三辑,华夏出版社1997年版

2、董光璧等著《世界物理学史》吉林教育出版社1994年版

3、《马克思恩格斯选集》第三卷人民出版社1972年版

4、(英)霍金著《霍金讲演录》湖南科技出版社1995年版

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