kk体育某生物科技环保型公司利用专利技术,将餐饮垃圾(泔水)通过加工、提炼,处理生产出具有很大市场需求的生物柴油、甘油、乙醇、蛋白饲料和有机肥料等,市场前景广阔,政府、企业、社会共赢,具有显著的经济效益和社会效益。这便体现了生物科技良好的循环利用。
(1)综合考虑政府、餐饮单位和养猪户利益,通过以下途径收集泔水,保障生产原料的供应:
③建立“鼎诚―花卉基地”“鼎诚―蔬菜基地”“鼎诚―养殖户”“鼎诚―餐饮单位”战略合作同盟,互利互惠,共谋发展。
据统计,其中90%泔水被养猪户收走用来养猪。在养猪之前,他们将上层泔水油滤出,卖给不法商贩。不法商贩将回收的泔水油和正常食用油调配后出售,谋取暴利,严重破坏了餐饮业卫生环境,危害广大市民的身体健康。
国家法律明令禁止用泔水喂猪,园林局和环保局在处理泔水问题上处于左右为难的境地:如果不让养猪户喂猪,那泔水怎么办?目前政府采取给养猪户发放泔水清运证的形式规范泔水的处理,实质是无奈之下默许养猪户用泔水养猪。
我国化石能源资源在世界已探明储量中,石油仅占2.7%,天然气0.9%,煤炭15%,呈“缺油、少气、多煤”的状况,但其产量占世界总产量的比例却分别高达4.2%、1.5%和33.5%。高速发展的经济导致石油大幅进口,自1993年起我国成为石油净进口国,对外依存度高达40%,严重威胁着我国的能源安全。
进入20世纪90年代,中国对石油进口的依赖度越来越大,中国原油消费量以年均5.77%的速度增加,而同期国内原油供应增速仅为1.67%,供需缺口逐年拉大。2003年我国消费柴油8300万吨,消费汽油4016万吨。作为仅次于美购得世界第二大石油消费国,我国石油需求年增长5.77%,而国内石油生产年均增长仅为1.67%,供需矛盾日益突出。
据国际能源机构预测分析,到2015年,我国原油供给进口依存度将由现在的30%递增到50%以上。
(1)政策缺失。目前国家对废油脂污染治理没有具体的行政处罚法规。上海、广州等城市均有废油脂污染治理的地方性法规,对违反规定处置废油脂或将废油脂作为畜禽饲料的最高处罚3万元,而我市目前没有地方性法规,只能引导,难以采取强制处理处罚措施。
(2)部分餐饮企业认识上不到位。在实际工作中,有些餐饮企业不配合,不支持示范工作,认识不到废油脂的危害,有些业主还拒绝接受环保部门的文件,拒绝参加废油脂污染治理工作。
(3)部分餐饮企业受利益的驱动,不参加集中示范工作。为了利益,仍私自把废油脂卖给无任何环保设施、无环保部门认可的单位或个人处置,导致了泔水难以收集。
40题试题要素分析笔者对近5年的全国考试中心命制的全国高考理综课标甲卷第40题进行了试题要素分析,结果见表1。分析结果显示,近五年甲卷第40题有以下特点:问题情境相对简单。仅2010、2011两年使用了全新情境,但同时也融入了部分学生熟知的情境。近五年知识考查点相对集中。除2011年考查了生态工程,其他四年的考查点集中在了基因工程和植物细胞工程。考点覆盖了各项生物工程的重要概念、技术流程、在生产实践中的应用等。并与必修模块之间适当综合。能力要求以理解能力为主。主要考查学生是否能说出所学知识的要点,以及知识间的内在联系。仅在2010年的考题中(4)设计了曲线图,考查学生获取信息的能力。考题设问中“是何”问题比例偏高。“为何”“如何”“若何”问题只有1-2个。由此可见该题设问难度总体偏低。
1.备考指导思想基于上述近五年的全国高考理综课标甲卷第40题的试题要素分析,形成“现代生物科技专题”的备考指导思想:要求学生达到“是何”问题得满分的学习目标。应对比例居高的“是何”问题,要做到“记得牢”“记得准”,“怎么记”是关键,教师需要引导学生建立各专题的知识体系,实现结构化记忆。要有效突破“为何”“如何”“若何”问题。教师需要引导学生加强知识间的内在联系,还应提供给学生一些较复杂的问题情境,让学生有机会运用分析综合及应用所学解决实际问题的能力、读题审题方面的能力,在能力运用中提升能力,从而达到高考试题考查的能力要求。
2.教学建议高三复习课,应该将学习的主动权交还给学生,同时教师要提供机会和帮助,让学生能够学的科学而高效。(1)梳理与构建知识体系梳理与构建知识体系是选修3复习的核心任务。要根据学习内容,选用多种形式梳理知识并构建知识体系,如建构概念图、画流程图、看图讲述,列表比较等。无论哪一种形式,必须强师引导下的自主梳理与建构。借助教材图解,突出主干知识。教材中各生物技术相应的流程图、示意图等在复习中要充分利用,并通过这些图突出主干知识。教学中,教师提醒学生各环节应注意的细节,并指导学生在流程图中加以标注,这样就把细节知识定位于一定的结构中,以主干带细节,帮助学生有效的记忆。应对试题时,学生能很快提取相关的基础知识解决实际问题。问题驱动丰富理解。问题驱动是围绕着教学目标,通过设置一系列有针对性的问题引导学生反应,教师在识别学生反应的基础上,采取有效指导,促进学生不断达成教学目标的一种有效教学策略。在高三复习中,尤其选修3的复习,问题策略是最有效的引导学生自主复习的方法。教师抛出问题后,可以根据学生的回答,识别他们的想法,通过恰当的引导,引发质疑,丰富、调整学生的理解,使学生的思路更加明晰。学生在问题的指引下,逐步将复习主题下的概念及概念间的联系梳理清晰,知识自成体系。每一节的复习都要设计出一系列问题,问题尽量覆盖所有知识点,并要有一定的总结性和归纳性。关注专题间联系。各个生物工程是紧密相关的。如转基因植物的培养,杂种细胞形成杂种植株都需要用到植物组织培养技术;单倍体育种也需利用植物组织培养技术。转基因动物需要运用动物细胞培养技术来培养受体细胞,并最终通过胚胎移植技术完成转基因动物的孕育和生产;转基因生物和转基因食品的安全性亦可以进行联系等。克隆动物的诞生也离不开早期胚胎培养、胚胎移植技术。通过各专题的相互联系,整本选修教材的知识体系更加清晰。(2)精读教材,用规范的语言表达争取满分强调准确记忆并表述各个生物工程的概念、基本操作步骤、术语等。对于一些易混概念,如基因库和基因文库、原生质体和原生质层、植物组织培养和动物细胞培养等。通过对比,有助于使基本概念、原理清晰化,突出专有名词和术语的合理使用,避免张冠李戴。(3)关注各生物技术的应用前景社会生活中与生物技术有关的热点问题及前沿领域都可以成为命题的情境。复习中,我们需要利用好教材中各项生物技术应用前景的介绍。一方面,通过列举要点的方法帮助学生建立结构化的知识体系,易于记忆。如基因工程的应用,可以列举农业、畜牧业、生物制药、广阔前景等几个要点,再进行分论点的列举。不必拘泥于教材的编排,如可以用转基因植物、动物、微生物来生产药物,分别对应教材中的实例:转基因烟草、乳腺生物反应器和工程菌。另一方面,引导学生进行各主题之间的交叉联系,如解决中供体器官短缺及免疫排斥问题,人们设想创造转基因克隆猪器官,进行自体移植等。此外,要重视教材呈现的热点应用,如微型繁殖、单克隆抗体、试管动物、干细胞的分离和培养、转基因生物的安全性等。
3.习题精选及讲评建议复习中阶段检测必不可少,既能督促学生扎实知识基础,又是提升解题能力的契机。(1)习题精选建议教师在选取习题时,至少要覆盖这三类:“基础回扣类”,侧重训练“是何”问题的解答,要求精确作答,不能丢分;“全新问题情境类”偏向基于新情境的能力考查点、“各专题间综合类”侧重训练流程图的识别,如哪一步骤具体运用了什么样的生物技术。后两类习题需突出能力训练,侧重“为何、如何、若何”问题的解答。一轮复习中,以非选择题为主,为使知识要点的复习更加全面,可适当增加选择题。有时也可以将易混考点、重要考点变形为判断题进行训练。二轮复习中,以非选择题、高考真题为主。选题大致两个方向,一为查漏补缺,二为准确的语言表述。(2)习题讲评建议一是及时反馈,试题归类讲评,提高效率。根据试题要素分析,讲评习题时,帮助学生拆解问题情境,快速有效地审题。如果是文字,逐行阅读,划出关键字或词,找出突破点。如果是图解,沿着图文箭头的方向,读懂技术流程,并且注意细节。二是针对习题中的“能力”测量目标,应指导学生如何获取信息。讲评时不应局限于试题本身的设问,教师可以在原有基础上,设计其他角度的设问,以点带动面的复习,激发学生的主动思考,事半功倍。这些补充的问题,事实上起到了反复刺激学生,完善其知识体系的作用。
生物科技具有高风险、高成本、长周期、高收益的特点,产业化推进异常困难,需要多年的持续投资。自2000年之后,我国生物产业研发投人在人力和财力两个方面呈稳步上升趋势,从表l可以看出,研究人员全时当量从2001年的23542人年上升到2010年的90805人年,增长3.86倍,占全国总的科研全时当量的比重从2.49%到3.56%,最高2009年达5.10%。研发经费内部支出也从2001年的24.3905亿元上升到2010年的185.0118亿元。占全国总的科研经费内部支出比重从1.90%上升到2.62%,最高2009年达3.79%。科技产业的发展离不开前期的大量研发投人,而研发投人最主要的两个方面就是人力和物力。目前,国家对生物科技和生物产业重视程度越来越高,生物产业科技研发领域投人越来越大,已形成多个国家生物产业基地。
同时,世界各国对生物科技和生物产业也高度重视,美国自小布什总统时代就加强生物医药开发,推进“生物谷”发展。2011年9月奥巴马政府提出要绘制美国21世纪生物经济发展蓝图,强化美国对生物前沿研究和产业发展的领导地位;欧盟的科技发展框架计划将一半左右的研发经费用于生物技术及相关领域,英国早在2009年就制定了生命科学发展蓝图kk体育,成立生命科学办公室;日本也提出了生物产业立国战略,推行“基于生物机能的循环产业体系”发展规划;印度也在努力成为生物技术大国,其生物医药产业近年来快速发展,并制订了“绿色能源工程计划
1.2.1经济产出生物产业经济产出中利润是新价值创造的经济体现,是一个行业的风向标,最具代表性。利润的高低直接带动社会资本、人才、政策和技术的汇聚,形成“磁铁效应”。进人21世纪,我国生物产业总产值和利润总额逐年快速增加,利润增长率最高的为2007年的5485%,从2001年到20ro年十年时间生物产业总产值从2693.8亿元增长至17358.6亿元,利润总额亦增长至近9倍,占整个高技术产业利润比重38.4%。生物产业经济的发展与国家政策扶持、国际贸易环境稳定等因素息息相关,但最根本的增长动力在于生物科技基础的迅猛发展,生物产业经济的大作为体现了生物科技发展的巨大后劲,生物科技正悄悄深入我们的社会,改变我们的生活方式和生产方式。
1.2.2专利产出专利是一个领域创新能力的体现,特别是发明专利更是原始核心创新能力的集中体现。
由于“生物技术”专利增长显著,已被汤路森透编辑团队纳人《2011年创新报告》中12个重要技术领域的新增类别,取代了创新活动量较少的“农业化学品和农业”〔4〕。毋庸置疑,美国是现代生物技术研究与产业化的霸主,其拥有生物技术领域全球专利的59%,占据绝对优势ts〕。而我国自21世纪以来生物产业专利申请和拥有的发明专利数量均稳步上升,通过表1可以看出,2000年我国专利申请达2001年的十倍强,其中最具原始创新的发明专利增长尤为迅猛,说明我国生物科技领域拥有自主知识产权的原始创新能力不断加强,在未来生物科技时代的科技竞争能力不断提高,为在未来生物科技革命的前沿和核心领域占有一席之地打下基础,也为经济可持续增长作出重要贡献。
自20世纪50年代,DNA双螺旋结构发现之后,生物科技取得突飞猛进的发展,进入现代生物科技时代。生物科技产业化发展是21世纪生物科技的主要发展趋势,产业化进程也在不断加快。生物产业以生物科技为基础,是生物科技发展的经济终端体现,与生物科技紧密相联,对生物科技的发展也体现的最为敏感和直接。生物科技的发展受到国家政策及其他相关科学技术等等多重因素的影响,通过以上对生物产业科研投人与产出分析,探讨未来生物科技发展趋势。
在人类发展的历史长河中,每一个关键技术的革新都会引发世界格局的更替,如农业时代诞生的四大文明古国;蒸汽机发明后引发的工业革命曾带动一批以英国为首的工业强国;二战过后,美国率先掌握以计算机技术为核心的信息技术和人才,促成其在之后的信息时代中力拔头筹,占据世界经济霸主地位。进人21世纪,生物技术的发展举世瞩目,受到各国政府的重视,也是我国最有希望实现跨越式发展的高技术领域。当前,各国政府都在致力于生物技术研发,技术竞赛已悄然拉开帷幕,打赢“核心专利争夺战”更是心照不宣。随着现代生物技术的高速发展将有可能会产生类似于蒸汽机、铁路等对工业经济的推动、计算机技术在信息经济中的地位和作用。在未来的一段时间里,发展生物技术可以从构建生物科技技术理论体系人手,为生物技术的未来搭建发展平台,有针对性的发展和培育应用前景广、技术特色鲜明、国际领先的核心生物技术。
随着人类对生命的认识逐步拓展到微观领域,人类对自身奥秘的好奇也越来越浓厚,对健康的需求越来越大。在信息时展过程中所面临的四大危机:能源危机、资源危机、环境危机和安全危机,生物科技都与之解决息息相关。进人21世纪生物科技产业化趋势明显,生物经济也在整个社会中占据越来越重要的地位。在2002年到2011年十年间全球100项重大科技进展中,有37项与生命科学领域相关。当今世界无论哪个国家,对生命科学研究投人的人力、物力也是在整个科研领域最多的。我国工程院李宁院士曾说过,生物产业未来将在全球范围内成为最主要的产业。生物产业是我国战略性新兴产业的重要组成部分,是新的经济战略增长点。生物产业在21世纪进人快速发展阶段,当前正处于大规模产业化前期。生物产业利润比重的逐渐加大将会促进“磁铁效应”的发挥,在社会经济地位中占据越来越重要的地位。生物经济离我们并不遥远,生物经济很有可能是取代信息经济而成为人类社会的下一个经济时代主体,这些都将加快生物经济时代的到来。
科学技术是把“双刃剑”,生物技术也不例外。俄专家沙瓦耶夫将全球性危险源分为三类:大自然,人类社会,以及人类创造的技术和工艺世界,而生物安全将贯穿这三类危险之中。生物安全是国家安全的重要组成部分,生物科技发展的同时也将会带来一系列生物安全问题,并在生物安全防御手段上带来新的突破,更好地保障国家和人民的生命财产安全。自二战期间“传统生物武器”的滥用及近期诸多生物恐怖事件之后,生物安全亦受到世界各国的重视和警惕。美国早在2(X〕4年就已经通过“生物盾牌计划”法案,而我国生物安全防御系统也已初步建成〔“〕。生物科技在安全层面具有极强的不确定性、不可知性与无规则、无秩序性近’〕。21世纪生物科技的发展在遏制生物威胁上取得长足的进步,表现在在民族基因保护,重大传染病防控,基因疫苗等方面。随着生物科技的发展,在维护国家生物安全防御手段上越来越完善,也为未来军事生物科技、军事医学发展建设提出新的发展方向。
科学技术对战争结果的影响已为人类所共识,科学技术既是第一生产力也是第一战斗力。生物科技的发展将人类活动领域引向微观世界kk体育,改变传统的战争打击模式,从“人之内”全面掌控战争态势,不断转变战斗力生成模式,形成新的生物制高点。
生物科技的运用范围越来越广泛,尤其在生物材料、生物仿生、生物能源、生物疫苗等方面发展迅速,对战争的影响越来越大。为了更好地促进人类和平和社会的安全稳定,必须加大对未来社会生物科技优势控制权的强力争夺,未来对战争胜利的争夺也将主要集中在对生物科技优势控制权的争夺,占领生物科技的制高点才有可能在未来世界竞争中占有一席之地。生物产业的快速发展既是生物科技发展产业化的必然结果,也是生物科技新突破的原始动力。在未来生物科技时代占领制高点需要把有限的研发经费投入到最重要的核心技术领域,避免重复研究和无序研究,集中国家有限的研究力量和资源,争取在关键性生物技术领域有所突破和创新。
这是自地球上出现生命体的40亿年以来,一直完整运转的一套体系。可是,对于有些生物技术学家而言,细胞或许只是一顶老旧的帽子。他们认同DNA、RNA、核糖体和蛋白质的配置,它们可以被设计成为有其他用途的化学成分,从医药到建筑塑料模块。但是科学家们一直试图,逃脱包裹这些物质的袋子,进入细胞内部仅仅留下原浆质“粘液”用于他们的指令。
所以,相比传统的基因工程带点来的可能性(甚至像CRISPR-Cas9这样先进的基因修正技术),无细胞生物技术能够更加准确的控制。在这里,基因信息是由核糖体(Ribosomes)转译,最终产品可以进行大规模产生。
同样重要的是,无细胞生物技术意味着没有任何生物化学过程浪费在运转、发展和分裂任何实质细胞上。事实上,科学家们最初的目的就是为制造特定产品寻找最佳基因的一种快速方法。最终,所有努力形成的这样的成果――无细胞生产将意味着大规模制造。
无细胞原浆质粘液的制作过程如下:取4公升培养皿的大肠杆菌(大肠细菌深受基因工程学家的偏爱)。压力作用下,通过微型阀门打开细菌细胞,撕裂细胞膜和DNA,最后释放核糖体。在37摄氏度下培养得到的混合物一小时,然后激活能吞噬DNA碎片的一种称为核酸外切的酶。运用离心机,将细胞膜和其他碎屑废弃物从包含核糖体的粘液中分离出去,分离去除多余的离子。然后,拌入氨基酸(蛋白质)、糖和携带能量的三磷酸腺苷(ATP)分子。最后,加入少量进行尝试,并对产生的蛋白质粘液发出指令。
这一研究过程,采用的是加州伯克利大学的Synvitrobio公司的研究方法,这是一家加州理工学院的Zachary Sun和Richard Murray,以及哈佛大学乔治George Church共同创立的一家公司。运用不同生物体的其他无细胞技术也正在展开实验,比如,酵母和链霉菌就成功进行了实验。烟草的细胞或是中国仓鼠的卵巢也是进行这个实验的不错选择。在自由悬浮暂停,所有这些公式在隔绝细胞的蛋白制造机制的状态之下,将成为变种。
Synvitrobio公司的工程师建立了一种机器人系统,融入他们实验的最后一个阶段。这个机器人将精制的原浆细胞打包注入一批384个微型试管中。每一支试管装有几百万升之一的细胞液。然后,将一些DNA分子投入每一个试管,在这些分子信息转化为蛋白质的过程中,分离出的粘液开始发挥作用。目前,这个系统能够为每个试管处理8个DNA序列,这意味着能够同时处理3072个蛋白质。这样能够达到1万个基因“字母”的长度――这足以编码任何你能够注意到的蛋白质分子。
现在,Synvitrobio公司正在使用这一系统测试DNA序列,测试它能否值得作为抗生素考察。通过黏合到生物学上重要的分子,并且以伤害部分生物体的方式改变分子特性,才能让药物开始发挥效用。为了寻找这样的黏合,每一个迷你试管同时装备了一些特定的分子,每一个附上“报道者”标签的分子,当黏合发生就会发出光亮。那些闪烁的试管标志着,其中一组或多组的DNA序列值得研究者注意。所以,Synvitrobio公司的技术能够以新DNA序列特定的速度,扫描出潜在的药物。
按需人工合成新的基因序列是现在国际通行的技术,这意味着全球的基因库可以如候选人一样被争夺。基因被残忍扭曲筛选,直到最好的基因出现。而此刻重点在于,如果当Synvitrobio公司将新发现的分子,以传统科技黏合进合适的细胞内,在发酵罐中培养这些细胞,就如同酿造啤酒的过程一样,这相比简单将它们投入粘液中要消耗更多的时间。
靠近美国旧金山的SutroBiopharma生物制药公司,已经使用了无细胞系统生产抗癌的抗体。今年月,Sutro公司宣布运用这套系统生产阻止肿瘤扩散的STRO-001抗体,并计划在2018年开始临床试验STRO-001抗体。用于试验的无细胞抗体即将开始生产。抗体是特殊的蛋白质,所以一旦Sutro公司的系统鉴定出最佳的“候选人”,所有需要的工作就是编码“候选人”的DNA粘液。
Genomatica是一家位于圣地亚哥的生物科技公司,现在正在试验利用无细胞系统,从单糖中获取1,4-丁二醇。1,4-丁二醇是一种用于制造聚合物(比如莱卡)的小分子。一般来说,相比生物科技,从化学过程中提炼这种尺寸分子的成本更低,而1,4-丁二醇恰恰是一个例外。
Genomatica公司的系统在合成过程中大量生产出关联的酶,产生一个完整的无细胞代谢途径――就是所有糖可以专注用于特定的化学物质,而不是为了谋取最大利益,运转一个细胞的其他生化过程。目前,这家公司还没有将系统用于商业使用,而对于它赋予更高的期望。
美国马塞诸塞州的GreenLight生物科技公司,同样计划根据大肠杆菌,运用无细胞系统生产不易消化的核糖类似物――一种自然形成的糖,可应用于零卡路里的饮料中。而借助于基因修改过的大肠杆菌已经应用于工业生产。这家公司表示,他们对这套系统的熟练操作已经达到一定高度,能够每次生产数千公升的糖溶液。
与此同时,Greenlight公司用无细胞系统,生产工业定制量产的RNA分子,阻止昆虫幼虫发展,可以用做杀虫剂。现在,RNA生产的成本是每克5000美元。GreenLight公司认为,扩大生产过程,成本能够降低50-100美元。
无论无细胞生物科技,能否通过制造化学物质的基因修正技术,来取酵技术,这还有待时间检验。自从12000年前啤酒杯发明以来,发酵就成为一种经过人类考验值得信任的技术。
然而,剥离生物分子,直至剩下最后的本质,同时也是最具效率的部分,至少对于一些应用而言,生物细胞的功效能够被充分发挥。
体外诊断产品包括精密仪器、试剂、校准品、质控品等,其中医院检验科、第三方临床检验实验室和体检中心等倾向于使用高通量的精密仪器;而医院临床科室、急诊、社区服务站、乡镇卫生院及家庭,则更需要便携式快速诊断产品。
体外诊断行业技术平台竞争激烈,而基于技术平台进行诊断试剂开发的开发者利润微薄,试剂经销商揣着专利风险。造成这种局面的原因在于,技术拥有者高度集中,他们控制着各个细分疾病领域的专利,只有他们和少数拥有使用权的公司才能顺理成章地把“正版”产品推入市场。而科学家、研发者研发出诊断试剂,没有使用权就无法让产品流通,只能写。即使部分公司把产品推进市场,背着侵犯专利权的包袱,公司也很难做大。
由于高端技术的独占性,大型跨国公司几乎垄断了高端市场,它们通过自己的研发仪器开发试剂产品,进行报批然后推进市场,或从直接客户那里赚钱,比如收取购买仪器的费用、专利使用费用甚至还有产品销售分成。这样一来,上游企业开发的患者检测产品有限,试剂公司研发领域更为集中、创新热情低下,试剂经销商也因为毫无利益保护而减弱市场开发力度。
在这样一个庞大而封闭的市场中,出现了iCubate和ET healthcare这样两个另类的创业公司。它们的创始人都是创业狂热分子,一个是医学博士利用互联网思维做创新,一个是机电博士转行做诊断器械。确切说,他们的公司都属于B2B,但他们在创业之初,就直接跳过客户思考最终用户也就是患者需要什么。
iCubate创始人韩健学IT行业的开放模式,探索如何在自己特有的技术和产品以外赚钱,把自己的技术免费给开发者使用,让更多终端患者受益,然后开拓出一个新的盈利空间。ET healthcare的创始人谭洪,作为外行人,第二次在生物科技领域创业,他自嘲说,在最困难的时候在最困难的领域里,拣了一条最困难的途径来创业。尽管赤手空拳重新开始,但他坚持用最好的团队做中国最好的国产全自动精密仪器。
韩健自己是一个很好的创业导师,他从在别人的技术平台上创新,最终实现用自己的技术搭建平台,并且用开放技术的模式去推广技术。打破传统的商业模式,需要勇气,但对于其他创业者而言,这的确是件有意义的事。在这个平台上创业,启动资金低、没有技术专利门槛、有一套开发产品的体系,并且有一些不错的发展空间,比如成立试剂开发公司,开发、销售自己的产品;也可以成立独立实验室做产品验证或为客户做评估检验等。
清华大学有着百年的历史传统、深厚的文化沉淀和精锐的学术水准。百年来,莘莘学子志存高远,秉承清华“自强不息,厚德载物”的校训精神,为民族振兴和社会进步贡献力量,为母校争取荣誉、谱写华章。中国科学院上海巴斯德研究所结构病毒学研究组组长陈荣正是以清华的前辈先人为榜样,以清华精神为鼓励,积极进取行进在科学事业的大道上。
陈荣于1990年考入清华大学生物科学与技术系,1995年本科毕业后攻读生物化学硕士学位,1997年硕士毕业后到美国贝勒医学院留学攻读博士,开始学习利用结构生物学方法研究病毒和病毒蛋白相关方面知识。这一学科正是病毒学和结构生物学的交叉学科,研究对象是病毒、病毒蛋白及相关大分子复合体,研究目的在于揭示病毒组装、复制以及感染致病等诸多方面的结构学基础,为阐明病毒的作用机制提供依据。
“我在清华整整学习生活了七年,度过了一段难忘的青春求知岁月。当时清华生物系的培养模式是从清华作为理工科综合大学的实际情况出发来制定,我们因而有幸学习了大量的数学、物理和化学知识,还有计算机编程、电子电路等。今天生命科学的大发展很多来自于与其他学科的交叉,比如结构生物学包括的X射线晶体学是与物理学的交叉,合成生物学与化学有交叉,计算生物学与数学和计算机类学科有交叉等等。清华生物系实际上走了一条很有特色的培养路子,我自己受益匪浅kk体育。我非常感谢从母校清华中的所学所得,不仅仅在专业知识和技能的学习上,更重要的是在母校学习生活期间,耳濡目染,亲身实践,形成了自己的人生观和价值观。可以说,母校‘自强不息,厚德载物’的校训一直伴随着我,鼓励着我。”
知识的海洋是浩瀚无边的,每一朵浪花都充满了诗意,谁能够将一望无底的天空尽收眼底?
2003年,陈荣博士毕业后,继续开展结构病毒学以及分子生物学和细胞生物学的相关工作。就像是饥渴的旅行者在沙漠中看到绿洲一样,他尽情地在知识的海洋中遨游,珍惜每一个学习的机会。在美国的10年期间,陈荣在X射线晶体学、冷冻透射电镜三维重构和病毒学等方面辛勤积累,厚积薄发。
2008年1月,陈荣回国建立了自己的实验室。如今陈荣研究员继续专注于这一领域的工作,希望以自己的所学贡献于重大传染性疾病的控制,将自己个人职业的发展与人民的生命与健康紧密相联,在国家和民族的发展中实践自己的人生,在实际中践行清华“自强不息,厚德载物”的精神。
陈荣的主要研究对象是病毒。病毒虽然微小,结构研究尽管有些枯燥,却伴着一颗热情的心,陈荣感念于母校对自己的培养。
正是对于母校培养的感恩和报效国家的思想,2008年1月,陈荣自哈佛回国,选择中国科学院上海巴斯德研究所继续从事科研工作。陈荣原计划以呼吸道合胞病毒为研究对象,开展综合结构和功能方面的研究,开发有效治疗手段,因为呼吸道合胞病毒广泛感染致病,相关治疗在世界上还是难题。
陈荣说,“一个民族要立于世界上受人尊重,具有强大的自主创新能力至关重要。现在国家积极推进创新型国家的建设,科学技术的作用不可取代。科学家应该勇敢承担起时代的使命,在创新科研中做出自己的贡献。而国家的考核机制也应该作相应的调整,包容创新思维的培育和发展。”
以己之长,报效国家,义不容辞,科学家的使命就是振兴民族,为国家的事业而奉献自己的力量,这不仅是科学家的义务,也是权利。陈荣用自己的行动深刻地诠释了这一含义。
2008年3月,安徽阜阳突发严重的手足口病疫情,随后发现肠道病毒71型(EV71)为主要致病原。病因虽然找到了,“但在临床上没有疫苗或药物等治疗手段,我当时觉得针对这个病毒的研究是中国科学家的责任,觉得自己在结构病毒学方面的技术专长能够为开发治疗手段提供帮助。” 于是陈荣又毅然决然开始投入到EV71研究上来。
陈荣是中国青年科学研究队伍中的佼佼者,2008年1月,他入职中国科学院上海巴斯德研究所,担任结构病毒学研究组长。
中国科学院上海巴斯德研究所是由中国科学院、上海市政府和法国巴斯德研究所三方合作建设的科研机构,宗旨是致力于中国重要传染病领域特别是病毒性疾病的研究,组织针对传染性疾病的基础与临床相结合的攻关性研究,创建以研究生教育为主、兼顾各层次专业培训的教育基地,推动技术创新和科技成果转化,以多种方式为公众健康服务。陈荣浑身充满干劲,积极投身到巴斯德所的研究团队中,在科研实践中实现对国家和社会的贡献,在奉献中实践自己的人生价值,这也正是陈荣的人生目标之一。
陈荣介绍说,“我们的工作一是可以帮助建立多种药物筛选模型,二是可以开展基于三维结构的药物设计工作,三是能够优化疫苗和中和抗体的设计。” 陈荣和他的课题组成员们利用酵母双杂交手段,结合免疫共沉淀和荧光共聚焦等方法,构建病毒与宿主细胞的蛋白质相互作用网络。由于病毒不可能脱离宿主细胞而独立复制,陈荣课题组的工作将能够发掘重要的与病毒感染致病相关的宿主因子,并开发新的抗病毒靶点和药物筛选平台。另一方面,他们也希望解析在病毒感染致病中起重要作用的大分子复合体的三维结构,获得与重要功能相关的高分辨率结构,并在此结构信息的基础上,虚拟设计小分子药物。这个课题已经取得了很大进展,包括病毒高分辨率结构的解析和病毒宿主相互作用的研究。
2010年6月21日中国科学院隆重举行夏季学期“百人学者论坛”系列讲座。百人学者是国内科研组织一支重要的师资队伍,这是为全面提升研究生的创新和实践能力,培养具有良好科学素养的研究生,而实施的一项任重道远的工程。“百人计划”每年都被国家重视和关注,有着举足轻重的作用。陈荣担任了首场主讲。陈荣说,生物学科之间并不是分离开来的,做结构生物学其实需要分子生物学等其它领域的背景知识,尤其对于病毒来说,结构研究和功能检测不能孤立开来。他们课题组的长远目标也是建立一个结构生物学平台,通过功能检测和结构研究的互补,深入地了解病毒的致病机理。
陈荣认为,科学的敏感性和洞察力非常重要,他认为深入科研领域需要经历几个阶段:第一,学习并掌握实验技术的阶段,即研一研二的学生阶段,这一阶段的首要任务就是尽量全面了解相关领域的发展背景,熟练掌握所有可能用到的实验技术,为以后的工作打好基础;第二,能够独立设计实验的阶段,在此阶段可以为解决一个小的科学问题而给出自己的思维和设计,开始进入半独立或独立状态的科研工作;第三,能够从临床或生活中间提炼科学问题并努力加以解决,这也是当今很大部分科学研究的任务所在,也是对相当部分科研人员的基本要求;第四,利用已知的科学规律来预见并指明科学发展的方向,引导科学的进程。陈荣给出了几个例子,就像当年限制性内切酶的发现者就预见了它必定会给分子生物学领域带来革命性变化,事实证明,这一预见是极其客观的。
中国的国力越来越强大,同时科技创新能力也越来越强,这正是因为有了千千万万陈荣这样的科研人员们共同的努力。他们“把科研当作感兴趣的事业来做”,为了中华民族的振兴将自己的事业放到科研工作中,不断向自己挑战,敦促自己不断攀登新的高峰,努力为国家和社会作出应有的贡献,积极培养社会有用人才。我们真心期望着,有更多这样的科技工作者在中国科研事业上能够意气风发,为把我国建设成科技强国奉献更大的力量。
面向21世纪的生物科技发展的重要特点是学科间相互渗透与协调发展。事实上,这种渗透与发展趋势在20世纪就已出现,现代生物学的每一个进步都离不开其他科学技术的发展。没有化学就没有现代酶学,没有X射线衍射及计算机技术就不可能了解蛋白质的三维立体结构,也就没有现代分子生物学。如果说过去的生物科技得益于引进物理学、化学和数学等学科的理论、方法和技术而得到长足的进步,那么,21世纪的生物科技研究就更离不开这些相关科学技术了。生物科技的这一发展趋势,要求从事生物科技研究的人员应具备相当的数理化等基础知识、宽厚的生物学知识以及相关的专业知识。然而,在我国现有的生物科技工作者中具备上述条件者为数不多,相当部分人已知识老化,专业狭窄,与目前生物科技的发展趋势不相适应。这种状况是制约我国生物科技发展的重要因素之一。从全球来看,生物科技的蓬勃发展正吸引着大量的优秀人才。近年来,在国外每年学习和从事生命科学研究的人数迅速增加。以美国为例,在近两年统计的48万博士学位获得者中,生命科学占到51%。大量高素质的青年科学家流向生物科技领域,是美国生物科技得以迅速发展的重要动力,而在我国这种趋势尚不明显。为什么呢?一方面在于我国的人才培养机制尚未适应生物科技迅猛发展的全球化趋势,人才培养计划滞后于生物科技的发展;另一方面在于国内生物技术开发研究起步较晚,生物技术产业尚未形成有效的规模,导致相当部分的生物科技人才流向国外。因此,我国生物科技人才的质和量两个方面都是不足的。对此,生物科技管理工作者应有清醒的认识。针对上述缺欠与不足,我们认为应采取三个措施:(1)打破学科间的界限,积极吸引物理学、化学、数学及其他专业技术人员直接参与生物科技的研究与开发,知识互补,相互协调,联合攻关;(2)根据目前生物科技发展的现状与趋势,及时有效地对传统生物科技人才培养模式进行改革,大力培养素质优良、基础扎实、知识面广的生物科技人才;(3)在国内大力发展生物科技产业,有效地吸引和使用优秀人才。
从生物科技的发展来看,生物科技的每一个重大进步都来源于基础研究领域中的突破。而在基础研究领域,重大的发现和突破往往是难以预测的,很大程度上取决于科学家的观念发展过程。因此,在生物科技项目的确立等方面应该尊重生物科技工作者的想法和建议,给他们以更大的自由空间以充分发挥他们的主观创造性。过去,在相当长的时间里,在科技管理上,人们往往过于强调计划和预测。这种作法禁锢了人们的思想,在某种程度上阻碍甚至扼杀了创新性的思维与工作。按照上述思路,在生物科技领域自主性研究应大力提倡。然而随之带来的问题是科研经费的不足。长期以来,能够有充分的经费从事自己喜爱的工作一直是科学家梦寐以求的愿望。如何增加科技投入,为自主研究创造条件,是摆在科技管理者面前的一项新任务。目前科研基金的来源主要是国家自然科学基金和各省的自然科学基金。由于基金的申请要求有一定的工作基础,加之申请者很多,竞争也很激烈,因此课题争取难已经成为广大科技人员最为头疼的事。在国家经费有限的情况下,努力地从各个生产应用部门争取科研经费是个好办法。上海复旦大学生命科学院与上海新黄浦集团合作成立的上海生元基因开发有限公司(侧重在人类基因的克隆和测序)和上海新黄浦复旦基因有限公司(侧重功能基因的寻找和基因的功能开发)是一个例子。他们通过与企业的联合,不但解决了国家科研经费不足的问题,又为经济的发展、企业的腾飞注入了新的活力。现在,随着知识经济时代的到来,企业对知识的渴望将越来越强烈。管理部门应抓住这一良机,使全社会都意识到科技的发展将成为社会发展的强大推动力。促使企业设立各类研究基金,使科学研究与发展走上良性循环的道路。
目前《科学引文索引》(SCI)、《科学技术会议索引》(ISTP)和《工程索引》(EI)检索系统已被国际上公认为评估科研水平的重要评价工具。由于SCI主要涉及基础研究,而生物科技大多属于这个范畴。因此,目前生物科技的综合水平一般可以采用SCI来评价。1996年美国科学情报研究所(ISI)编制了以期刊影响因子为主要指标的《期刊引用报告》(JCR),以此来评价学术期刊的论文被引用情况。所谓影响因子是指在一定时域内期刊论文的平均被引用次数。JCR编制的SCI论文平均影响因子见图1。由图1可见医学和生物学领域的期刊平均影响因子最高,分别为1.959和1.755。从期刊的分布来看,生物学和医学的SCI期刊数量在各自然科学期刊中也占有很大的比例,两者之和占到所有期刊的49%,见图2。这种统计充分说明了生物科技是当今科学技术中最为活跃的领域。然而,从1997年中国作者发表的11584篇SCI论文来看,其中生物学和医学方面的论文数量仅占5.8%和10.55%。这表明,目前我国生物科技的研究还十分薄弱,研究所涉及的范围及其研究水平与发达国家相比存在很大差距。造成这种差距的原因除了前述的我国生物科技人才培养不足和生物科技产业规模较小以外,我国现有的许多生物科技的研究还处于低水平的重复及跟踪研究上,有创新的高水平研究论文很少。由于科学论文的数与量(特别是SCI论文的数与量)综合反映了科学研究所涉及的范围及水平高低。因此,我们一方面要注意培养造就一大批高素质的研究队伍,另一方面还应该集中现有人才和财力,使有关生物科技的研究贴近当今国际研究的前沿,同时努力寻找和开拓新的生长点。由此努力提高研究论文的质量和数量,使我国生物科技的研究在国际上占有应有的地位。
生物科学是一门应用性很强的科学,在农业、医药、化工、环保、能源等方面有着广泛的应用前景。正因为如此,在加强生物科学基础研究的同时,将国家有限的人力和财力用在能迅速加强国民经济的有关生物科技的研究方面是完全必要的。目前,鼓励广大科研人员主动投身国民经济主战场已成为我国的基本国策。专利保护是实现投资补偿和保证良性循环的有力武器,因此,许多国家都视专利为生物技术生存与发展的关键。以美国为代表的一些发达国家,在生物技术专利保护方面表现出了异乎寻常的超前意识,他们采取强占基本专利,先期收购专利等基本战略,唯恐错失良机。作者根据《中国专利年度索引》,按国际专利分类(IPC),对1990~1995年在我国申请并授权的涉及生物化学、微生物学、酶学、变异或遗传工程的239项发明专利中的专利权人进行了统计,发现国内单位作为专利权人的仅有95项,约占这一领域发明专利的40%;而国外公司或个人作为专利权人的发明专利为144项,占这一领域发明专利的60%。在我国某些投资巨大的生物技术研究的产业化过程中,已经遇到因国外抢占专利而造成法律障碍与纠纷的事件。目前,我国即将加入世界贸易组织,入关以后,如不注重专利保护,此类事件将会大幅度上升。因此,研究专利工作如何介入生物技术的研究、开发和应用的工作模式与运行机制已是刻不容缓的重要课题。在专利注册与保护方面,外国已有许多经验。例如英国的约翰-英尼斯植物研究中心设有专业公司负责本所基因科研成果的专利申请。研究人员只要提供必要的材料,其他专利事务均由该公司办理,该公司实际上是一个专利商业化机构,其最终目的是发现基因专利的商业前景并推销专利,加速商品化的进程。借鉴于这些经验,我们在大力倡导科技人员研究和开发生物科技产品的同时,应该建立公职发明顾问制度,在较大规模的研究机构内部中建立相应的专利机构,改变过去专利机构与科研院所、大专院校脱节的现象,使科研成果处于有效地专利保护之下。
目前,生物科技的发展方兴未艾,其触角已深入到各个领域。由于生物科技的发展需要巨大的资金投入,在我国的财力和人力资源有限的情况下,有重点的选择若干研究目标,争取在若干个重大问题上有所突破就显得更具实际意义。对于如何选择研究重点的战略考虑,我们认为应根据内部标准和外部标准两个方面来综合衡量。所谓内部标准是指欲确定的重点研究领域的发展是否已具备了取得突破的条件和能力,所谓外部标准是指该项研究的科学价值、经济价值以及社会价值等。过去,我国许多生物科技方面的研究立项并不是完全依照这两个标准来选择的,许多研究者往往只注重内部标准而不太考虑外部标准,使研究变成了单纯的理论研究,或者只注重科学价值而忽视经济价值和社会价值。这种状况应该改变。我们生物科技的发展应该贯彻“有所为,有所不为”的方针,事关显著提高国家科技实力的要“为”;事关国家经济建设、社会需要的要“为”;具有我国特色、能迅速实现突破的要“为”。有重点的选择若干重大问题,集中财力和人力联合攻关,争取在某些方面有所突破,并形成优势。
苏霍姆林斯基说过:“儿童的智慧在手指尖上”。学会劳动是廉价的最有现实意义的智力开发方式。科学课《课程标准》指出:以培养小学生科学素养为宗旨的科学教育是强调以学生参与的丰富多彩的活动为主要教学形式。这些活动应当是学生熟悉的、能直接引起他们兴趣的、精心选择和设计的、并具有典型科学教育意义。通过这些活动的教学,可以让学生亲身体验一次科学发现、科学探究、科学创造的过程。科学学习要以探究为核心。这就让二小老师找到了科学课教育目前真正存在的问题:内容与实施途径,而且必须注入活动与技术的元素。为了解决这个问题,我们提出了“五有”课堂教学策略(有正确的科技教育思想;有可见的科学探究元素;有发表自己独特见解的机会;有表达自己科技作品的载体;有可行的科技实验实践的“小活动”)以提高科学课的科技含量。于是,由教导处牵头,组织了一部分教师开发了科普类课程、实践类课程和创造类课程。同时创新小学科技教育的途径。
科普类课程的核心价值就是通过师生在课堂内外习得科普常识、形成科学思想、技术思想、社会思想。科普就是把人类研究开发的科学知识、科学方法,以及融化于其中的科学思想和科学精神,通过多种方法、多种途径进行转播,使之为大众所了解。学校按照科普类课程的基本教学模式:围绕问题收集信息――围绕问题交流信息――围绕问题建构知识――围绕问题提出新问题――问题解决建议对学生引导、科普读物推荐、教师传播、学生阅读、家长协助、参与社会;还通过科学手抄报、在教室内开辟科普知识专栏、举行科普知识竞赛、在课堂教学和活动中渗透等途径实施科普课程。以学生自主地收集科普信息,阅读科普读物,观看科普影视,参观科技馆,丰富科普常识,具有科学精神等为参照进行评价。
我们认为,没有实践类课程是残缺的课程。是改变不了“君子动口不动手”的传统思维和学校科技教育现状的。时间类课程就是要让学生亲历科技活动的过程,在“动手做”的过程中,培养学生的动手能力,体验“做”的乐趣和成功感。我校根据:确定选题――查阅文献――设计程序――实践操作――成果表达与交流这一基本教学模式,对全校学生进行了调查和筛选后,把实践类课程的内容界定为:喂养小动物(蚯蚓、观赏鱼、彩色兔 、鸽子、毛毛虫、春蚕);栽种小植物(草莓、葫芦、南瓜、火棘果、浮萍、水葫芦、香薷草、黄、番茄树、菌灵芝、紫甜菜、洋姜、富贵球和睡莲);小制作;傩戏等工艺品制作;动植物疾病的预防与治疗。建设符合小学生需要的科技活动基地,是保证小学生在实践中学科学、做科学、创科学的基本条件,是实施素质教育的重要途径。
2004年初,学校在校外租赁200平方土地,进行了向日葵、香薷草、宝葫芦的种植活动。由五年级的一个班在老师的指导下进行了平地、拌肥、播种、分苗等过程。然后将3500株向日葵苗分到全校每一位学生手中种植。因此,2004年4月学校举办了第一届以“种植向日葵”为主题的科技节活动。由于科技实践基地离校较远,不利于学生经常性的参与观察等活动,浪费了大量时间。于是在2005年初,我们创造性的提出“利用闲置的教学楼顶建设生物科技园”。我们将生物科技园分为种植、养殖两大区域。种植区域栽种草莓、宝葫芦、各种南瓜、甜紫菜、洋姜、向日葵、辣椒、彩色茄子、番茄树等。养殖区喂养有鸽子、观赏鱼、彩色兔等。并将整个科技园交与学生管理。低段:在科技老师以及各班班主任、辅导员指导下进行广场鸽、珍珠兔的喂养,并作绘画日记。中段:三年级(1―4班)种植草莓,(5―8班)种植向日葵;四年级(1―4班)种植观赏南瓜,(5―6班)种植菌灵芝,(7―8班)种植葫芦。活动全部分包到班,各班学生利用课外活动及闲暇时间到楼顶生物科技园进行种植、管理,根据培育植物经验的体会,写观察日记,收集相关资料、信息,在科技老师和专业技术人员指导下解决疑难问题。高段:分班种植、养殖。五年级1班学生种植太空南瓜;2班学生种植番茄树;3、4班学生种植盆栽蔬菜;5、6班学生种植盆栽火棘果;7、8班学生养蚕。六年级1、2班学生进行循环养殖(芽叶―蚯蚓―鳝鱼―池泥―种菜)、(菜叶―蚯蚓―喂鸽子―鸽粪―种菜)。学生在实践活动中观察、记录、发现并提出问题,然后想办法解决问题。学生在实践活动中体会到了劳动的乐趣;感受到了收获的喜悦;掌握了一定的科学知识和技能;增强了科学精神提高了科学素养。
科学离不开创造,创造改变生活。对小学生个人而言,表现出独特的体验、见解、做法就是创造。我们将含有这些创造元素的活动课程,称为“创造类课程”。在发现问题――问题归因――确定“创造点”――实验探究――形成观点或产品的创造类课程的基本教学模式的导向下,学校通过举办校园科技节;小发明、金点子、科技小论文、科幻画等比赛;参加省市县青少年科技创新大赛;参加省市县劳技课作品创新大赛等途径实施创造类课程。科技制作室是学生学科学、做科学、创科学的重要场所。学校根据活动内容购置了基本的制作工具。如手工刀、虎口钳、电烙铁、锯子、刨床、螺丝刀等。科技制作室的建立,不仅很好的开展了学生手工制作探究活动,还培养了学生使用工具的能力。历时几年,我校学生的小发明层出不穷:老人指甲剪、方便墨汁瓶、伸缩黑板檫、夜光拖鞋、带温度计的儿童筷、多功能拐杖、带手罩锅铲、一次性吸尘鞋垫粘纸、折叠式洗衣槽……学校科技展室里的学生作品琳琅满目,手工艺品、科幻画、手抄报、葫芦工艺品、发明创造作品……
初中生物学科是一门实验学科,注重人与自然的和谐发展,又和日常生活密切联系,其课程的理念是面向全体学生、提高生物科学素养和倡导探究性学习。生物科技活动是结合课堂教学,运用生物学知识,组织学生设计开展的研究探索和实践创造性活动。生物科技活动在学校的开展,既可以给学生实践机会,锻炼他们的动手操作能力,增强社会责任感和社会实践能力,又可以培养学生科学的思维习惯和良好的合作精神,实现塑造人格、提高科学素养和创新能力的目标。当今世界各国把科技教育问题作为教育改革的重点。如美国的科技教育改革及《2061计划》在世界范围内也引起了巨大震动,美国“2061计划”以发展美国人的科学素质为目标,培养适应2061年发展水平的公民素质为目标,使其基础教育居于世界前列。
目前我国进行的中学教育教学的改革,也十分强调对学生科学素质的培养,注重提高学生的创新、综合能力,但与国外比较起来是远远不够的。从科技活动现状调查来看,我国的生物科技活动无论从质量、普及程度和场地设备条件等方面都存在一定问题。特别是对于象我校这样的乡镇学校,生物科技活动的开展,无论是从数量上,还是活动的深度与广度都是远远不足的,科技活动虽然在科学教育方面有着重要作用,却由于多方面因素的影响还很难取得真正的实效;还远远不能适应新世纪教学的要求。
因此,在初中生物教学中如何有效能开展生物科技活动。这是值得每一个初中生物老师思考的问题。下面结合教学实际进行说明。
根据科技活动特点与新课标要求,开展初中生物科技活动的方法主要有:探究实验法、观察法、调查法与收集资料分析法等。
探究实验法的过程一般是提出问题、作出假设、讨论并制定实验计划、实施实验计划、得出结论和表达交流;观察法是科学探究的一种基本方法,利用它可以观察动植物人个体或群体的生长发育、繁殖和生命史;观察生命在相同条件与不同条件下的生长发育以及生理生化变化规律与活动现象;调查法也是生物科技活动常用的方法,调查时首先要明确调查目的与调查对象,制定合理的调查方案,调查过程中如实记录,最后是对调查的结果进行整理与分析;收集资料分析法是把有关研究内容的现状、专著、论文、资料搜集起来加以研究分析的综合论述,能对某一生命科学问题提供全面的知识。以上的方法既可单独进行又可综合运用。而初中毕业生生物学科学业考试大纲所要求考查的实验有28个,其中探究实验9个,观察实验7个,调查4个,属收集资料分析3个与其它的有5个,其中I(模仿)要求的有10个,II(独立操作)要求的有18个。如表1:
近几年来,开展了一些生物科技活动,如植物标本的制作、细胞以及生物模型的制作、调查学校植物的种类及分布、学生的饮食情况调查和传染病对相关资料收集等等,通过这些生物科技活动虽激发了学生的科学兴趣,提高了学生设计方案、收集资料信息,记录统计实验数据和分析实验结果等科学研究的能力,但并没有有意识地紧扣考试大纲的实验要求,未能做到物尽其用,以致更好地发挥生物科技活动对学业成绩提高方面的作用。总结这些年的生物科技活动实践经验,结合考试大纲实验考查要求,显然能收到较好的效果。
确定研究课题是初中生物科技活动的第一步,也是极重要的一步。在这一步中,既要紧扣考试大纲,又要激发学生对生物科技活动的好奇心和兴趣。
因此,教师准备工作显得尤为重要。具体的做法是对实验内容进行整合,创设问题情境,确定研究课题。如准备一些稻谷、大米、米饭与碘液,介绍米饭的来源与米饭作为食物在人体中的作用后,取少量米饭加入少量蒸馏水于试管中并搅拌均匀,后加入少许碘液,这时学生会一直很专注地看着老师的实验操作,直至最后的颜色变化,这会让初中的学生感到很神奇,此刻趁机设问:什么物质与碘液混合时,会发生如此的颜色变化?这种物质是怎样来的?米饭的主要成分是什么?它在人的口腔内会发生变化,为什么?等问题。将知识的科学性与趣味性有机地结合,挖掘知识的固有趣味,激发学生提问题并巧妙地加以引导,于是顺理成章地确定生物科技活动研究的课题:1、探究光合作用的条件、原料和产物;2、探究食物发生在口腔内的化学消化。甚至还可联系出:种子萌发的营养来源与条件;探究不同食物的热价等等。
根据新课标与初中毕业生生物学科学业考试大纲所要求,初中生必须能理解所学知识的要点,把握知识间的内在联系,形成知识的网络。在教学的过程中,教师会发现学生对所学知识的综合性与系统性理解不够,而生物科技活动的过程则为学生提供了相应的训练平台。
例如在上述课题中,学生可构建如下知识网络:1、米饭来源于大米,大米来源于水稻的种子,水稻的种子的结构,种子萌发时能量的来源,能源物质位于哪里?其它种子呢?2、米饭的主要营养成分是淀粉,淀粉在人体内的消化与利用,其它营养物质的消化与吸收等。3、米饭能为人的生命活动提供能量,能量的产生以及来源过程。4、淀粉是光合作用的产物,光合作用的条件、场所原料等等,如图1所示。
通过一系列的生物科技活动,帮助学生构建的知识网络,有利于学生终身学习能力的培养。
初中生物科技活动更注重活动方案的设计与及活动方案的实施,而与课标和考纲要求相吻合,其要求学生能独立完成考纲中的生物实验,包括理解实验的目的、原理、方法和操作步骤,掌握相关的操作技能,并能将所涉及的方法与技能进行综合运用。生物科技活动的一般过程可概括:提出问题,作出假设,设计方案,制订合理的活动步骤;进行有效实践,依靠实验获取资料,结果分析,归纳概括,得出科学结论。针对探究过程进行有效科学的评价,能有效地提高学生的综合能力。评价是要针对活动过程制订具体的评价标准,对学生活动过程表现进行评分,如表2所示。
当然,在此过程中老师要注意具体的方法指导,引导学生学会科学取样,取样的代表性是收集材料的可靠性的重要因素,应随机取样,以保证科研结果的科学严谨;学会设置对照实验,对数据的记录、整理、处理和分析,引导学生设计表格、曲线,能为学生进行数据的收集和整理铺设桥梁,获得设计表格整理数据的方法;帮助学生通过归纳和演绎判断事物之间的因果关系,使学生从具体、个别的事物中抽象概括出一般的原理等等,能使学生的实验能力、分析和解决问题的能力得到有效的提高。
首先要精心制订活动计划;再就是要根据学生能力梯度和实际合理设计与执行活动方案;
要适时进行评价与奖励,以调动学生的积极性。要落实生物学知识的掌握,提高学业成绩,同时又要提升学生的科学探究能力,让学生在能动自主的活动中,全面提高自身生物科学素养,以适应学生社会发展的需要。
开展初中生物科技活动的探究,对学生有很重要的意义。生物科技活动能提高学生对生物学基础知识与基础技能的运用能力、特别是科学探究能力的培养,提高学生的生物科学素养,培养学生的科学精神和科学态度,提高了学生学习成绩。
1.中华人民共和国教育部制订.全日制义务教育生物课程标准(实验稿)[M].北京师范大学出版社,2003(5).
2.(美)国家研究理事会著,戢守志等译.美国国家科学教育标准[M].科学技术文献出版社,1999(1).
3.黄祖荫编.中学生物科技活动资料[M].广东高等教育出版社,1994(8).
4.广东省教育考试院编.2011年广东省初中毕业生地理、生物学科学业考试大纲[M].广东教育出版社,2011(3).
生物科技活动是生物学科教学的重要组成部分,是培养和提高青少年生物科学素养的一条重要途径,在发展青少年科学探究能力,帮助青少年理解生物科学技术与社会的关系,增强青少年对自然和社会的责任感,促进青少年形成正确的世界观和价值观中起着重要作用。由于受生物科技活动自身特点以及应试教育等因素影响,学校生物科技活动长期以来都是以课外小组的形式进行着,这种教育形式把绝大多数喜爱生物科技活动的学生都拒之门外。一方面,大部分学生没有时间和精力参加生物科技活动,另一方面,课外小组活动只能接纳少数学生。这也从侧面反映出科技教育中存在的一种不公平现象。在目前中学生特别是高中生课业负担依然很重的情况下,如何为热爱生物科技活动的学生提供更多参与活动的机会,使更多中学生参与到生物科技活动中来,通过生物科技活动弥补生物学科教学重知识轻实践而造成的学生素质结构缺陷问题,使学生科学素质得到真正提升,这是从事学校生物科学教育工作的教师思考的一个问题。校本课程的开发与实施使生物科技活动走进普通中学生的学习生活成为了可能。在校本选修课程教学中,我利用教师自主决定校本选修课学习内容、学生学习时间有保障的条件,将生物科技活动与校本选修课教学结合起来,在生物类校本选修课中融入生物科技活动的内容,丰富了校本选修课程的内容与形式,拓展了生物科技活动的途径,促进了学生兴趣、个性和特长的发展。
生物科技活动是以青少年对大自然和生物知识的兴趣爱好为基础,通过辅导教师精心设计,青少年亲身参与,培养并提高青少年观察能力、实验操作和思维能力,培养其社会责任感、交流协作精神和应用生物知识解决实际问题能力。学校开展生物科技活动,有利于学生理解生物知识,补充、完善生物知识结构,有利于满足广大青少年探求自然界和生物世界的渴望,激发青少年的生物学习的兴趣,为培养生物科技人才奠定基础。与学科教学相比,生物科技活动具有以下特点:首先是实践性。生物科技活动主要是青少年利用所学知识,通过实验、调查、参观等实践性活动,解决生活中的实际问题并培养其实践能力。其次是自主性。生物科技活动是以青少年的兴趣和爱好为基础,在教师指导下自主组织实施的学习活动。生物科技活动的另一个特点就是探索性。生活科技活动的内容大都是青少年在生活中发现问题,在教师指导下把这些问题提炼成研究课题,用科学方法进行探究得出结论。生物科技活动的价值体现在以实践活动为主要形式的学习方式上。
校本课程是国家基础教育课程设置实验方案中的一部分,是我国三级课程管理的重要内容。它是在中小学多年来实施活动课、选修课和兴趣小组活动基础上继承和发展而来的课程开发策略,是学校根据自己的办学理念和实际情况自行规划、设计、实施的课程。校本课程以发展学生个性为目标指向,课程开发的主体是教师,教师可以自己确定开设课程的内容,自己设定教学目标,自己决定教学组织形式,自主决定教学效果评价方式。学生也可以根据自身需求,选择自己感兴趣的课程,在课程选择和学习中,掌握基础知识、基本技能,发挥个性和特长。
校本选修课有固定课时,对于那些热爱科技活动但是因为课业负担较重而没有时间和精力参与课外活动的高中生来说,提供了时间保障。
校本选修课的教学内容、教学组织形式、教学效果评价等都由任课教师自主决定,教师可以根据学校实际、学生需求、自身专业特长等灵活制定教学计划,自主安排有利于培养和提高学生科学素质的活动。
与学科教学不同,参加校本选修课程学习的学生都是经过慎重思考后选择了这门课程的,学生对课程目标和内容已经有了一定程度的了解,对参与课程学习充满了期待。学生的这种学习状态有利于科技教育内容的实施,有利于实现在教学中培养创新精神和创新能力的教育目标。
开展生物科技活动需要场地以及各种仪器设备和用具用品。怀柔一中是北京市金鹏科技团成员学校,学校建有占地600平方米的生物科技园,科技园内有无土栽培室、生态种植园、植物组织培养室、环保实验室、室外种植园、生物教学厅、成果展示区等,并配备有相应的设施设备和用具用品。生物科技园现为我校学生生物科技活动和生物类校本课程教学的主要场所。
生物科技活动内容丰富多彩,有些活动需要在较长的时间里进行,而校本选修课程每一轮课一般安排9个课时,且每周只有1课时,教师在选择教学内容时需要考虑到这个问题。
生物科技活动的一般组织形式为小组活动,活动小组人数一般在10人以下。校本选修课的班级学生容量一般都在30人以上,怎样组织课堂教学,使教学既体现生物科技活动开放、多样、互动的特点,又能秩序井然,对任课教师来说是个不小的挑战。
立足怀柔地处北京远郊、大多数学生来自农村的实际,结合学校生物科技园场地条件和任课教师的专业特长,我把自己所承担的校本选修课程确定为《现代农业技术》。课程内容包括无土栽培技术、食用菌栽培技术、芽苗菜生产技术和植物组织培养技术等几个单元。
立足于种植活动,着眼于科技活动内容,以种植活动为载体,开展生活习性观察、生产技术创新等生物科技活动。课堂教学采取小组合作与集体探讨相结合的组织方式。基础知识准备、实验方法技能和研究课题确定等采用集体探讨的方法,然后再按自愿原则分小组进行探究实施。学生在参与课程内容的学习期间必须选择一个自己感兴趣的科学问题进行深入探究,通过探究性学习活动中掌握科学研究方法、获得科学研究体验。对学生的考核和评价主要依据学生在学习和探究活动中的态度以及活动成果。
探求生物类校本选修课程与生物科技活动有机结合的方式和方法,构建一种既体现校本课程特色又满足发展学生生物科学素质需求的生物科技活动新模式。
“设施农业与无土栽培技术”是《现代农业技术》校本选修课程中的一个教学单元。本单元教学分两课时进行,第一课时的学习内容为“设施农业”,第二课时教学内容为“实习:植物无土栽培”。结合第一节课的教学,我布置了制作无土栽培简易装置的作业,我给学生提出的要求是充分利用生活中的废旧物品。从学生带来的作品看,有的学生是用罐头瓶做的、有的学生是用装洗涤剂的容器改做的、有的甚至还是利用废旧玻璃灯罩改制的kk体育。说明在制作无土栽培装置过程中,学生们充分开动脑筋发挥出了创造潜能。这个教学环节也是本节课中体现创新教育的一个亮点。
在“植物无土栽培”的教学过程中,我是这样安排教学过程的:用大约10分钟时间由老师讲无土栽培技术的优点、无土栽培生产系统构成、无土栽培的一般方法、无土栽培的技术要点等基础理论知识。用大约15分钟时间供学生讨论小组或个人的实验研究方案。另外20分钟时间学生分组活动。有研究课题的学生按照自己计划进行实验,其他学生按老师要求进行植物无土栽培的实习活动。为了让学生体验种植的乐趣和掌握无土栽培的管理技术,我让学生把栽培好的装置带回家进行管理和观察,但要求学生填写管理日志,目的是培养学生良好的科研习惯。下面是我要求每个学生都要填写的活动记录表。类似这样的学习资料是我对学生进行学习效果评价的重要依据(见表1)。
在本节课的科技活动中,学生设计的研究课题有“比较完全营养液与缺氮营养液对无土栽培吊兰生长的影响”、“有机基质(杂木屑)和无机基质(珍珠岩)栽培金叶甜菜的效果比较”、“肥料预混法与营养液直接浇灌法在植物无土栽培中应用效果的比较”等。学生选择的这些研究课题能够与教学内容紧密相连,并且具有一定可行性和科技含量。
“食用菌栽培技术”也是《现代农业技术》校本选修课程中的一个教学单元。这个单元包括食用菌概述、菌种制作技术、平菇栽培技术三个内容,分3个课时进行教学。生物科技活动的内容主要安排在菌种制作和平菇栽培课里面。
在“菌种制作技术”的教学中,除了讲解菌种制作技术要领和指导学生进行组织培养法制作菌种的实践活动之外,我还引导学生主要从母种培养基配制和由子实体形成菌丝两个地方着眼进行科学探究。在老师引导下,学生设计了 “杏鲍菇菌盖、菌柄不同部位形成菌丝能力的比较研究”等课题,并进行了实验研究。
在“平菇栽培技术”的教学中,学生的学习任务是学习平菇熟料袋栽技术。有课题研究计划的学生从栽培方式、栽培料配方、出菇方式、环境因素对子实体形成的影响等方面着手设计研究课题。例如学生设计了“平菇熟料栽培与生料栽培生产效率的比较研究”、“平菇直接开袋出菇与覆土出菇生产效率比较研究”、“平菇出菇期光照强度对子实体颜色影响的研究”等课题,并分小组进行了实验研究。
“芽苗菜栽培技术”是《现代农业技术》校本选修课程中另一个教学单元。这个单元包括芽苗菜及其种植设施、芽苗菜栽培技术等教学内容。生物科技活动的内容主要安排在芽苗菜种植容器以及基质选择kk体育、芽苗菜种类、芽苗菜种植技术改进等方面。例如有的学生设计的研究课题是“不同栽培容器对豌豆苗生长影响的研究”,有的学生设计的研究课题是“怀柔芽苗菜产业发展现状调查”、有的学生设计的研究课题是“豌豆苗生产过程中光照时间和强度对菜品质影响的研究”等,这些课题都具有研究的实际意义和价值。
我从2009年开始进行校本选修课的教学工作,至今已进行了3轮。在实践过程中,有如会和收获:
第一,有意识的加入生物科技活动内容能够为校本选修课注入活力。我的第一轮教学是按常规学科教学的方式进行的。进行完一轮之后我感觉这样的课过于平淡,不能把学生学习积极性调动起来,达不到校本选修课发展学生个性和特长的课程目标。从第二轮开始加入生物科技活动的内容。通过与前一轮教学比较,我感觉到,有意识的加入生物科技活动内容,犹如给校本选修课注入了新鲜血液,使课程鲜活起来了。最明显的变化是学生参与教学活动的积极性提高了。例如我对学生提出的要求是在选修课学习期间每人完成一个小课题的研究任务。有不少学生都是在每个学习单元里搞一个研究课题并且积极主动地完成研究任务。同样内容的课堂上学生为什么发生了这么大的变化?原因在于加入生物科技活动内容让学生找到了自主学习的感觉,满足了学生表现和发展自身能力的需要。一个学生在学习体会中这样说:“通过现代农业技术课程的学习,使我对农业科技产生了浓厚的兴趣,这门选修课程使我在愉快的心情中学习了知识,想必是我感到收获最大的地方”。这说明他们进行课题研究已经不是为了完成老师布置的学习任务,而是把研究问题当成了一种生活态度和学习乐趣。这正是我们进行科技教育期望达到的教育效果。
其次,培养青少年的科学素质是一项长期任务、系统工程。学校教育所起的作用只是培养青少年对科学的兴趣,做的只是培养科学素质的起始工作。如果从这样的角度来看,在校本选修课学习中学生们研究的问题虽然简单、缺乏难度和深度,有的问题甚至有些幼稚,但学生通过参与这样的科学探究活动对科学产生了兴趣,对科学研究的方法有了一定了解,对科学研究的意义有了深切的体会。在许多学生写的学习体会中,谈的最多、感受最深的也是这一点。这正是我们期望达到的目的。从这些方面来说,这样的活动还是非常有意义的。
再次,校本课程开发是社会进步、科技发展、教育变革的客观要求。校本课程开发的主体是教师。教师在校本课程开发与实施中,应该把促进学生的发展作为终极目标。有了这样的认识,校本课程才能真正成为发展学生不同兴趣、个性和特长的渠道。也正是基于这样的认识,我才敢在校本选修课程的教学中做大胆地改革尝试。