表观遗传学的前世今生来源公众号：郭亮生物说 一、发展史- 早期探索阶段：19世纪后期，Albrecht Kossel发现了组蛋白。1859年达尔文在《物种起源》中发起科学革命，为遗传学及表观遗传学等相关研究奠定基础。19世纪初出现可遗传表观遗传学理论的意识形态雏形，拉马克提出的用进废退和获得性遗传假说，虽未被当时广泛接受，但为表观遗传学的发展提供了早期思想基础。- 学科奠基阶段：1942年，英国生物学家Conrad Waddington首次提出了“表观遗传学”这一概念，旨在描述基因型和表型之间的关系。Waddington将表观遗传学与后成论（epigenesis）联系起来，强调生物发育是由简单向复杂的形态发展，而不是预先在受精卵细胞中定型。-表观遗传学在提出后的30年里几乎被遗忘，直到20世纪70年代中期被重新认识。- 重要突破阶段：1975年，Arthur Riggs和Robin Holliday提出DNA的甲基修饰可以影响基因表达。1988年，Michael Grunstein教授发现核小体在调节基因表达上有重要作用。1990年，Holliday给出表观遗传学的定义为：研究复杂生物发育过程中基因活动的时间和空间上机制的学科。1996年，C. David Allis教授找到了组蛋白乙酰转移酶，证实了组蛋白乙酰化对基因活性的影响，随后组蛋白甲基化等修饰也被发现，推动了表观遗传学的发展。- 快速发展阶段：21世纪以来，随着技术的进步，表观遗传学研究不断深入。2003年，人类表观基因组计划的提出与实施，加深了人们对表观遗传的理解与认识，引起了人们的重视。人类表观基因组协会于1999年成立，2003年正式宣布开始实施人类表观基因组计划，此后表观遗传学领域的文章发表量呈指数增长趋势。2007年，英国遗传学家伯德（S. A. Bird）将表观遗传学定义为：染色体区域结构的调整，导致表达、发出信号或保持改变的活动状态。2008年，于文强等发现大量天然的非编码RNA通过表观遗传的变异来沉默抑癌基因 。2013年，Emory大学的研究人员通过对白鼠的训练实验，发现白鼠的恐惧情绪等可通过表观遗传传递给后代。同年，Steve Horvath发明了表观遗传时钟，可基于DNA甲基化水平测量生物体老化速度。- 深入拓展阶段：近年来，表观遗传学研究在多个领域深入拓展，如在肿瘤研究中发现表观遗传变化在肿瘤发生发展中的重要作用；在发育生物学中，揭示了表观遗传调控在胚胎发育和细胞分化中的关键机制等。与表观遗传学直接相关的诺贝尔奖：- 2009年诺贝尔生理学或医学奖：授予伊丽莎白·布莱克本、卡罗尔·格雷德和杰克·绍斯塔克，以表彰他们发现了端粒和端粒酶保护染色体的机理。端粒和端粒酶与表观遗传学密切相关，其结构和功能的改变会影响基因表达的调控，进而影响细胞的衰老、凋亡等过程，为表观遗传学在细胞衰老和疾病研究方面提供了重要基础。- 2024年诺贝尔生理学或医学奖：颁发给了维克托·安布罗斯和加里·鲁夫坎，以表彰他们发现了微小核糖核酸及其在转录后基因调控中的作用。微小核糖核酸是表观遗传学中重要的调控因子之一，通过与靶mRNA的互补配对结合，抑制mRNA的翻译或促使其降解，从而在转录后水平调控基因表达，对生物的发育、疾病的发生发展等过程有着重要影响.另外，2017年的诺贝尔生理学或医学奖被授予了发现基因时钟节律机制的三位科学家，该机制也与表观遗传学有一定关联。表观遗传学与疾病：肿瘤- DNA甲基化异常：在肿瘤细胞中，某些抑癌基因的启动子区域往往会发生高甲基化，导致基因表达沉默。例如，在结直肠癌中，MLH1基因启动子甲基化会使其无法正常表达，影响DNA错配修复功能，增加细胞癌变风险。- 组蛋白修饰紊乱：组蛋白的乙酰化、甲基化等修饰状态改变会影响染色质结构和基因表达。如在白血病中，存在组蛋白H3赖氨酸残基的异常甲基化，使基因表达失控，促进白血病的发生发展。神经系统疾病- 阿尔茨海默病：患者大脑中存在DNA甲基化和组蛋白修饰的改变。一些与记忆和认知相关的基因，其甲基化水平异常，导致这些基因表达异常，影响神经元的功能和存活。- 帕金森病：表观遗传变化会影响神经保护和神经毒性相关基因的表达。研究发现，某些环境因素可能诱导神经元中组蛋白修饰的改变，进而引发帕金森病。心血管疾病- 冠心病：DNA甲基化异常可能调控血管内皮细胞功能相关基因的表达。例如，一些炎症相关基因的甲基化水平改变，可能导致血管内皮炎症反应，促进冠心病的发生。表观遗传学与进化论：对进化机制的补充- 传统达尔文进化论强调自然选择作用于基因随机突变导致的性状差异，而表观遗传学揭示了非基因序列改变的可遗传变化也能影响性状，如DNA甲基化、组蛋白修饰等，为进化机制研究提供了新视角.- 一些环境因素引起的表观遗传变化可在生殖细胞中保留并传递给后代，使后代在未改变基因序列的情况下表现出不同性状，加快生物对环境的适应和进化速度 。解释进化中的快速变化现象- 经典进化论难以解释某些生物短期内快速进化，表观遗传变化相对快速且可逆转，能使生物快速适应环境变化，为生物进化的快速转变提供了可能。- 当环境压力消失，表观遗传标记可被去除或恢复，生物性状也会相应改变，这种灵活性使生物在复杂多变环境中更好地生存和进化。与拉马克学说的关联- 拉马克的“用进废退”和“获得性遗传”观点因缺乏遗传物质基础证据曾被否定，但表观遗传学的发展使人们重新审视其合理性，如某些后天获得的性状可通过表观遗传机制传递给后代，一定程度上支持了拉马克学说中的部分观点.对物种形成和演化的影响- 表观遗传变化可导致生殖隔离的形成，影响物种形成，如不同种群间表观遗传差异积累可能使基因表达和性状出现差异，最终导致生殖隔离。- 环境变化引发的表观遗传变化在生物演化中也起重要作用，不同环境下生物表观遗传修饰不同，影响基因表达和表型，进而影响其适应性进化方向.表观遗传学的主要著作 《表观遗传学手册：新分子遗传学与医学遗传学（英文导读版）》 - 由美国阿拉巴马大学Trygve Tollefsbol教授主持编写，众多领域内科学家参与撰写。系统总结表观遗传学研究成果与发展动态，涵盖分子机制、技术、模型生物等关键主题，还探讨了其在多种疾病中的应用，是科研人员和医务工作者的重要参考资料。 《遗传学的革命：表观遗传学的探索之旅》 - 作者内莎·凯里，拥有免疫学、病毒学和遗传学学位。该书深入探讨了表观遗传学理论，解释了其如何影响对遗传问题的理解，如用表观遗传学差异解释同卵双胎性状不同等，有助于读者从新视角认识生命及相关现象。 《拉马克的复仇：表观遗传学的大变革》 - 作者是古生物学家、天体生物学家彼得·沃德。书中以表观遗传学范式重新审视人类历史，阐述了外界因素对表观遗传变化的影响，以及这些变化如何促使性状遗传给后代，语言通俗易懂，发人深省。 《染色质基础与表观遗传学调控》 - 由韩俊宏主译，主要涵盖染色质基本特性、核小体组装和解聚调控，以及组蛋白翻译后修饰对染色质结构和功能的影响，包括在转录调控、异染色质形成等中的作用，对研究生命现象和人类疾病至关重要。 《眼科表观遗传学》 - 何世坤、郭海科主编，是我国第一本关于表观遗传学与眼病研究的书籍，前半部分介绍应用基础理论，后半部分结合眼科临床实践，阐述了表观遗传学在多种眼科疾病发病及进展中的作用及调控机制等，科学性和实用性强。 《全新表观遗传学技术前沿》 - 姜怡邓、杨晓玲、张慧萍著，介绍了表观遗传学领域的前沿技术，帮助读者了解该领域的最新研究方法和手段，对于相关专业的研究人员和学生有一定的参考价值。 《延伸的表型》 - 作者是英国演化生物学家理查德·道金斯，其核心观点是基因的影响可延伸到生物体之外的环境和生态系统中，该书丰富了人类对演化生物学的认识，具有深刻的哲学含义，是研究新达尔文演化理论的必读书目。表观遗传学的发展是一个跨世纪的过程，涉及多个学科的交叉与融合，其研究不仅深化了我们对生命现象的理解，也为疾病的诊断和治疗提供了新的视角和方法。来源网址：表观遗传学的前世今生      

高考关于归因能力考查的题目表述方法详解 和渊（中国人民大学附属中学北京100097）   摘要 归因类表述题是近年来生物学高考试题中考查的重点和难点。本文以近些年来各省、市的高考题目或模拟题目为蓝本，总结归纳“归因类”相关试题的答题技巧和方法，分别从5个方面呈现，即“递进式”呈现因果逻辑链条、“并列比较式”分情况进行说明、“递进+并列”融合式、“转折式”分别进行合理阐释和“总分式”展开有力论证。本文对不同题型进行总结，力求对归因类表述题给出答题的逻辑结构和语言表述规范，从而提升学生表述的准确性，切实落实生物学学科核心素养。   随着高考改革的深化、核心素养的落地，近几年，高考生物学试题的命题方式发生了深刻改变，由以前的填空式作答改为问答式作答，增加了很多归因类长空的表述类型试题，这对学生的能力要求上了一个台阶。这符合《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）的要求，运用生物学的专业语言分析生命现象，解释形成生命现象的原因，推理生命活动的规律，领悟科学研究的过程和思维方法，形成重要的概念、定律和原理，是学习生物学的重要目标之一，也是生物学的重要价值体现，是生物学学科所独有的科学素养。 本文以近些年来各省、市的高考题目、模拟题目为蓝本，总结归纳归因类相关试题的答题技巧和方法，以期能帮助更多的教师在一轮或者二轮复习中，有策略、有重点地引导学生的规范表述。本文涉及《课程标准》中的重要概念有必修课程“分子与细胞”模块中2.2“细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域”、选择性必修课程“稳态与调节”模块中1.4“内分泌系统产生的多种类型的激素，通过体液传送而发挥调节作用，实现机体稳态”、选择性必修课程“生物与环境”模块2.1“不同种群的生物在长期适应环境和彼此相互适应的过程中形成动态的生物群落”等。通过列举、归纳、模型提炼，落实《课程标准》对发展学生归纳与概括、演绎与推理科学思维的要求。 1 归因能力的考查要求 生物学学科学业水平等级性考试以《课程标准》为依据，遵循立德树人的指导思想，关注学生对生物学基本概念的理解与融会贯通，注重思维品质，强调实践创新。对生物学学科的能力考查包括理解能力、应用能力、思辨能力和创新能力，其中，应用能力包括推理和归因能力２类。 推理能力是指在给定情境中，运用生物学知识得出结果或给出答案，包括演绎推理、归纳推理和类比推理。归因能力是指依据生物学知识解释导致生物学现象或实验结果的原因，即给出相应的结果或结论要求学生推断或者追溯事件产生的原因。推理和归因互为逆过程，二者本质都是在探讨因果关系，只不过推理是从原因到结果，归因是从结果到原因。 无论是推理能力还是归因能力，都要求学生秉持严谨的科学精神与科学态度，基于生物学事实和证据，运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等科学思维方法，阐释生物学概念的内涵及生物工程与技术的原理，解释生命现象，探究与阐明生命活动的机制。 2 归因类题目的考查方式 近些年来，归因类表述题成为生物学高考试题中考查的重点和难点。过去考试中，由于标准化和判卷时间等的制约，在高考生物学试题命制时有意回避问答中出现比较长的文字表述，这样就会造成教师教学时只关注零散的知识点，忽视学生用专业语言进行表达的能力的培养。而现在高考命题方向的改变，使教师的教学发生变化。让学生能够自觉运用生物学知识对日常生活中的生物学问题进行思考与解释，体悟科学研究过程与思维方法，科学精准地进行语言和文字的表达与交流，这是实现生物学学科素养培育目标的有效路径之一。 翻阅近几年各个省、市的高考试题，归因类题目出现的频率逐渐增加，此类题目的设问方式通常可以总结为如下几种类型：“合理的解释是_____”“判断的依据是_____”“其原因是______”“其机制是______”“理由是________”。 以2022年全国生物学乙卷为例，直接考查归因的题目中单项分值一般为2～3分，总分值至少为18分（没有计算选修1和3的题目），需要写作的答案字数约为160字（占总答案书写文字量的30%以上），是除了实验设计以外书写量最大的一类题目，且此类题型比5年前考试题的分值有大比例提升。然而，笔者发现，由于学生的表述不够严谨，此类型题目的失分严重。因此，本文着重对归因能力考查的表述类题目进行拆解和分析，以期整理出题目的逻辑结构，总结答题表述规范，从而提升学生归因能力，落实生物学核心素养。 3 归因类题目的答题策略 归因类题目用来判断事物之间的因果关系，原因是指造成某种结果或引起另一件事情发生的条件。在解释已知条件与结果之间的逻辑关系（原因）时，首先要明确问题的条件是什么，在该条件下指向什么结果，相关的逻辑推理关系和过程是什么等。笔者结合一些省、市的高考试题或者模拟题目，总结归纳了归因类表述题目的答题策略，并给岀不同试题情境下的具体答题方案。 3.1 “递进式”呈现因果逻辑链条通常这类题目逻辑顺序是一层一层递进式的结构，可以用“因为……导致……于是……所以……”的连接词，将题目的因果关系按照一定的逻辑结构串联在一起。答题逻辑结构如图1所示。 图1递进式因果逻辑结构 图1中，A是题目中的已知信息，D是题目中的结果，B和C分别代表2个有递进关系的原因，用“导致”和“于是”2个词进行连接，可以从原因到结果进行正向推断，也可以从结果到原因进行逆向推断，这样便可清晰地显示出知识点之间的因果逻辑关系。利用规定的连词，也可以将学生的作答约束在逻辑链条内，让学生把已知条件与结果之间的逻辑关系层层展开，不至于随意乱写，保证其作答的完整性。 例1（2018年全国卷Ⅰ）：为探究不同因素对尿量的影响，某学生用麻醉后的实验兔进行不同的实验，实验内容如下。 a.记录实验兔的尿量（单位：滴/min）； b.耳缘静脉注射垂体提取液0.5mL，记录尿量； c.待尿量恢复后，耳缘静脉注射20%葡萄糖溶液15mL，记录尿量。取尿液做尿糖定性实验。 1）该学生发现，与a相比，b处理后实验兔尿量减少，其主要原因是___________。 根据以上答题结构，运用因果关系连接词，先把题干中“注射垂体提取液（A）”写下来，然后找出要解释的结果“尿量减少（D）”，学生思考尿量减少是什么导致的？与垂体又有什么关系？调用已学知识，垂体可以释放抗利尿激素，而抗利尿激素的作用是促进肾小管和集合管的重吸收。因此，此题的答题结构可以表述为：因为注射垂体提取液（A）→导致抗利尿激素增加（B）→于是促进了肾小管和集合管重吸收水（C）→所以尿量减少（D）。用“导致”和“于是”提示学生通过正向推理要写出2个点，才能展现完整的逻辑链条。 3.2 “并列比较式”分情况进行说明通常这类题目中2个答案的逻辑关系为并列比较式，题目会给出发生的变化A和C，让学生推断产生的影响B和D，这属于正向推断；或者，题目描述B和D（结果），让学生分别推理出产生变化的原因A和C（原因），学生只要结合学过的知识点，再加上题目给出的信息，对应每一点结果分别阐释原因，一般都能正确作答。 例2（2022年全国乙卷）：给甲、乙、丙3组家兔分别经静脉注射一定量的生理盐水、甲状腺激素溶液、促甲状腺激素溶液。一定时间后分别测定3组家兔血中甲状腺激素的含量，发现注射的甲状腺激素和促甲状腺激素都起到了相应的调节作用。根据实验推测，乙组和丙组甲状腺激素的合成量______（填“相同”或“不相同”），原因是______。 这是一道典型的并列式推理归因类题目，属于正向推断。题目给定“乙组注射外源甲状腺激素（因为A）”和“丙组注射促甲状腺激素（因为C）”，让学生根据所学的“反馈调节”和“分级调节”的知识点，推断出乙组中甲状腺激素合成减少和丙组中甲状腺激素合成增加，因此得到乙组和丙组不相同的结论，具体模型如图2。 图2正向推断模型 因此，此题的正确表述为：乙组注射外源甲状腺激素，使得甲状腺激素合成减少；丙组注射促甲状腺激素，会促进甲状腺激素的合成，因此，2组甲状腺激素合成量不同。 例3（2017年全国卷Ⅰ）：将正常生长的甲、乙2种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养。培养后发现2种植物的光合速率都降低，原因是______。 在涉及“光合作用速率”“植物呼吸速率”等类型题目时，通常要从“O2/CO2来源”和“O2/CO2去路”2个方面回答，因为影响速率的因素不是单一的，需要比较来源和去路进行综合考量。光合作用的原料CO2可以来自外界空气，也可以来源于呼吸作用释放的CO2；呼吸作用的O2可以来源于外界的空气，也可以来源于植物自身产生的O2，在分析时要考虑全面，分析“吸收”与“释放”量的关系。针对此题，重点是分析光合作用的主要原料CO2，从来源即呼吸作用释放CO2和去路即光合作用吸收CO2这2个方面分析CO2浓度降低的原因，属于逆向推断，具体模型如图3所示。 图3 逆向推断模型 此题的正确表述为：因为适宜条件下照光培养，导致光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用释放CO2的量，于是密闭小室中CO2浓度降低，所以2种植物的光合速率都降低。 需要注意的是，有的题目中，并列结构并不如上述2个题目明显，如考查比例变化的问题，分子与分母所涉及的生物学原理都要考虑。如果思维不严谨、不全面，就会只考虑其中一个方面，不能体现出题目要求的“比例”关系。 例4（2019年全国卷Ⅰ）：已知一种有机物X（仅含有C、H2种元素）不易降解，会造成环境污染。某小组用3种培养基筛选土壤中能高效降解X的细菌（目标菌）。 Ⅰ号培养基：在牛肉膏蛋白胨培养基中加入X（5g/L）。 Ⅱ号培养基：氯化钠（5g/L），硝酸铵（3g/L），其他无机盐（适量），X（15g/L）。 Ⅲ号培养基：氯化钠（5g/L），硝酸铵（3g/L），其他无机盐（适量），X（45g/L）。 回答问题： 2）若将土壤悬浮液接种在Ⅱ号液体培养基中，培养一段时间后，不能降解X的细菌比例会____，其原因是______。 从数学角度岀发，比例变化的原因需要从分子和分母2个方面去分析。因为该比例由不能降解X的细菌的数量和能降解X的细菌的数量共同决定，所以2种细菌的数量变化都要回答。从分子角度分析，不能降解X的细菌减少的原因是缺乏碳源不能增殖；从分母角度分析，能降解X的细菌能够增殖，所以细菌总数增加。而部分学生只回答“不能降解X的细菌减少”，少回答了1个方面。因此，本题目的正确答案为：缺乏碳源导致不能降解X的细菌不能增殖，而能降解X的细菌能够增殖，所以不能降解X的细菌比例会下降。 3.3 “递进+并列”融合式这类型题目是第1类和第2类题目的融合，在题目中既存在递进的因果关系，也需要运用题目中的信息作为并列条件，共同分析因果、得出结论，这类题目的答题逻辑结构如图4所示。 图4 “递进+并列”融合式逻辑结构 例5（2018年全国卷Ⅰ）：甲、乙2种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图5所示。甲、乙2种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是，判断的依据是。 图5 甲、乙植物净光合速率受光照强度影响的变化趋势 这道题目是典型的“递进+并列”融合式结构，种植密度过大，会导致植株接收的光照强度减弱，但并不能得出“净光合速率下降幅度较大的是甲”的结论。还需要结合图中曲线给出的信息进行综合分析，由图5可知，光照强度减弱，甲植物净光合速率下降的幅度比乙大，因此，本题目的正确答案为：种植密度过大导致植株接收的光照强度减弱，从图5中可知光照强度减弱甲植物净光合速率下降的幅度比乙大，所以单独种植时，种植密度过大，净光合速率下降幅度较大的植物是甲。 3.4 “转折式”分别进行合理阐释这类型题目通常结构为转折式，题目中会出现转折连词 “而”“但”“却”等，学生在回答时，要针对转折连词“而”之前和之后的题目信息分别进行作答，即当解释“不是……而是……”“只能……而不能……”“用……而不用……”等原因时，既要解释前者又要解释后者。 例6（2019年全国卷Ⅰ）：目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是______。 这道题目学生需要回答“为什么使用Taq酶”，也需要回答“为什么不使用大肠杆菌DNA聚合酶”，因此正确答案应该是Taq酶热稳定性高，而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活。部分学生只回答了使用Taq酶的原因“Taq酶热稳定性高”，而忽略了不使用大肠杆菌DNA聚合酶的原因。 3.5 “总分式”展开有力论证论证类题目是归因类题目的高阶形式，论证是指在给定情境中，综合运用生物学知识或对信息进行分析与综合，得出结果或结论，阐明思维过程。一般而言，论证类题目是并列比较式的延伸，在并列比较式的基础上增加了一层因果关系的推断，此类题目逻辑结构如图6所示。 图6 “总分式”逻辑结构 论证的观点一定要明确，凡是实验结果中没有的讨论线索和依据，不要纳入讨论，不要过度推断，避免作出不成熟的论断和结论；也不要把未经证明的假设当成已经被证明的科学理论，不要以假设证明假设、用未知证明未知。如果讨论的问题有多个方面，按照逻辑顺序分层、分类、分点进行描述。一般用“总分式”（或者“分总式”）展开论证，先给出总的结论，然后再用几个分论点分别支撑结论。 例7（2022年北京西城区高三一模）：高原鼢鼠是青藏高原优势鼠种之一，营地下生活，主要采食植物根系。它在挖掘过程中向地表推出土丘，覆盖植物造成植物死亡。为更好地保护和利用高寒草甸，研究了高原鼢鼠对草甸的影响。根据鼢鼠土丘的分布密度，将样地分为轻度干扰、中度干扰和重度干扰3个水平，研究干扰强度对高寒草甸植物群落的影响，结果如表1所示。 表1不同干扰水平对高寒草甸植物群落的影响 由表1结果表明，在____干扰下植物群落的物种丰度最高。试分析在该水平干扰下植物群落物种丰度最高的可能原因。这个题目的结论是在中度干扰下植物群落的物种丰度最高。题目要求分析为什么在中度干扰下植物群落的物种丰度最高，此题关键在“最”字，因此需要先解释为什么中度会高，也需要解释为什么在重度和轻度下不够高，这样才能体现“最高”。 因此，本题的正确答案为：鼢鼠的造丘活动使草地土壤的异质性增加，优势种的竞争受到抑制，进而为不同类型的植物共存创造了条件，使群落的物种多样性增加；重度干扰时，鼢鼠的造丘活动及取食对植被破坏过度，导致物种丰度下降；在轻度干扰时，群落为少数优势种所占据，导致物种多样性也不高。 4 小结 归因类表述题在近些年的高考题中考查频率逐年增加，是考查生物学核心素养的重要手段，是新高考改革的重要方向之一。在日常的教学中，教师要加强对归因类表述题的学习，对纸笔测试中的相关问题进行整理、归纳、总结和反思，从而提升学生表述的准确性，切实落实生物学学科核心素养。文章来源：和渊.高考关于归因能力考查的题目表述方法详解[J].生物学通报,2024,59(06):83-87.      

落实核心素养培养，突出学科育人功能——人教版义务教育生物学教材的主要特点赵占良，谭永平根据《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下称 新课标”）编写的人教版《义务教育教科书生物学》（以下称“新教材”）于2024年秋季投入使用。新教材最突出的特点是全面落实生物学课程要培养的核心素养，突出生物学课程的育人功能。具体来说，新教材在内容的选择和组织以及呈现方式上都具有许多值得关注的新特点。1内容的选择和组织课程标准是教材编写的依据。新课标提出了核心素养为宗旨等理念，重构了课程内容结构，增设了学习主题“生物学与社会·跨学科实践”，明确了基于核心素养的学业要求和学业质量，这些都对教材编写提出了新的要求。贯彻党的二十大精神，落实系列重大主题教育进课程教材指南和指导纲要，同样是对教材编写的重要要求。基于这些重要要求，结合现行教材使用情况调研结果和编写团队近年来的专题研究，新教材在内容的选择和组织上进行了较大幅度的修订，呈现出以下新特点。（一）充实学科德育相关内容，突出教材的德育功能新教材结合生物学科特点，从反映我国新时代现代化建设伟大成就、推进健康中国建设、促进人与自然和谐共生、保障国家安全（主要是生态安全、生物安全）等方面，贯彻落实党的二十大精神，帮助学生增强爱党爱国情感，树立建设健康中国和美丽中国的远大志向。例如，通过介绍我国空间站中航天员的工作和生活——在太空种菜、春节吃饺子等，体现新时代建设成就；增加生态安全内容，落实二十大报告提出的“坚持山水林田湖草沙一体化保护和系统治理”；精选我国生态文明建设成就案例，落实习近平生态文明思想教育；介绍我国消灭多种传染性疾病的成就，体现推进健康中国建设、增进民生福祉。新教材结合具体教学内容，落实重大主题教育进课程教材指南和指导纲要，包括《习近平新时代中国特色社会主义思想进课程教材指南》《中华优秀传统文化进中小学课程教材指南》《生命安全与健康教育进中小学课程教材指南》《大中小学劳动教育指导纲要（试行）》《大中小学国家安全教育指导纲要》等，充实了主题教育内容。例如：通过介绍共和国勋章获得者袁隆平，人民医学家林巧稚，最高科学技术奖获得者李振声、王振义等，凸显胸怀祖国、服务人民、勇攀高峰、敢为人先等科学家精神；介绍科学家批判质疑、理性思维、勇于探究的研究案例，培育学生的科学态度和科学精神；介绍我国在航空航天、生物资源建设、农作物育种、生态文明建设等方面取得的突出成就等，引导学生认识创新在我国现代化建设全局中的核心地位，理解科技自立自强作为国家发展战略支撑的重大意义。又如：教材中有机融入中华优秀传统文化，充实反映我国古代先民智慧的实例，融入大量传统诗词、谚语等；专门增设“古话今议”栏目，结合生物学相关内容，增进学生对中华优秀传统文化的认识，增强学生的文化自信。提升学生的社会责任素养，既是新课标提出的培养核心素养的要求，也是学科德育的应有之义。新教材通过倡导作为社会成员应承担的责任义务、介绍典型人物和事例、安排相关探究实践活动等途径，引导学生提升社会责任感并且付诸实践。（二）构建以学习主题为框架、以大概念为统领的内容体系，增进概念理解和应用新教材遵循新课标提出的“学习主题为框架”“内容聚焦大概念”等基本理念，依据新课标的内容要求选取教学内容，以生物学学科知识的内在逻辑为主线，考虑学生的心理逻辑，从微观到宏观、个体到群体、多样性到统一性等视角，系统构建教材内容体系。新课标规定的课程内容包括七个学习主题，前六个是学科主题，第七个主题是“生物学与社会·跨学科实践”。教材内容包括六个单元，对应新课标前六个学习主题；学习主题七“生物学与社会·跨学科实践”融入教材六大单元的内容中。新课标中的每个学习主题都有1～2个大概念。教材用一个单元来落实1～2个大概念（见表1）；每个单元分若干章，每章基本对应大概念下的重要概念（二级）；每章又分若干节，每节对应相关基本概念（三级）。单元首页通过“一起去揭秘”，以尽可能贴近学生的问题提示重要概念。表1 新教材的单元设置与新课标中学习主题和大概念的对应关系新教材在概念性知识内容的组织上，注重大概念和重要概念对具体教学内容的统摄作用，同时让具体教学内容对重要概念和大概念起到支撑作用；强化相关概念之间的内在联系，促进学生将所学知识结构化。下面以“生物与环境”单元为例来说明。关于“生物与环境”，新课标列出的大概念是“概念3生物与环境相互依赖、相互影响，形成多种多样的生态系统”。下设两个重要概念：“3.1生态系统中的生物与非生物环境相互作用，实现了物质循环和能量流动”“3.2生态系统的自我调节能力有一定限度，保护生物圈就是保护生态安全”，每个重要概念下有若干基本概念，构成了有内在逻辑联系的三级概念体系。新教材以大概念（概念3）统摄本单元的概念性知识：第一章为“生态系统”，对应新课标列出的重要概念（3.1），下设“生物与环境的相互作用”“生态系统的结构和功能”“生物圈”三节，分别通过提供事实性材料或安排学生探究活动，引导学生理解生物与环境是相互依赖、相互影响的，一定空间范围内生物与环境相互作用形成的统一整体就是生态系统，生物圈是包含多种类型生态系统的最大的生态系统；第二章为“生态安全”，对应新课标列出的重要概念（3.2），下设“分析人类活动对生态环境的影响”“维护生态安全”两节。这一章仍以生态系统的大概念为统领，引导学生认识人类赖以生存的生态环境其实就是各种类型的生态系统，生态系统服务功能是人类生存和发展的基础，生态系统的结构和功能遭到破坏，就会削弱生态系统服务功能，从而会造成生态环境问题。人类活动对生态系统的干扰是否会造成生态环境问题，取决于这种干扰是否超出生态系统的自我调节能力。这样学生就能从生态系统的角度来分析生态环境问题的成因，从而为第二节“维护生态安全”中讲述的保护和修复生态系统、“坚持山水林田湖草沙一体化保护和系统治理”等内容奠定基础。新教材在帮助学生建构概念上，注重概念的深度理解和迁移应用。一是精选事实作为理解概念的支撑材料。二是在呈现事实材料后提出有深度的思考题，指向概念的建构。三是在概念的呈现上，避免生硬地直接给出概念，而是创设真实有趣的情境，精心设计学生活动，引导学生基于理解建构概念，从而将概念的学习与核心素养的提升有机融合；对于重要的概念，教材清晰、准确地阐述概念的内涵，并以黑体字呈现。四是在单元小结中梳理所学概念，以灵活多样的图解表征概念间的联系，帮助学生将所学知识结构化。五是在作业设计上提供新的真实情境，帮助学生将所学知识迁移应用，提高应用生物学知识分析和解决问题的能力，并且在应用中增进概念理解。（三）丰富和优化探究实践活动，强化科学思维新教材注重探究实践活动，对活动进行系统设计，统筹规划，提升可行性，力求普适通用，兼顾差异，通过活动落实核心素养的培养。教材中安排的探究实践活动丰富多样。从活动内容上看，包括观察、实验、调查、模型制作、植物栽培、动物饲养、发酵食品制作等；从活动栏目形式上看，包括“观察·思考”“分析·讨论”“实验·探究”“调查”“思维训练”“课外实践”“综合实践项目”等。在活动设计上注重引导学生在真实情境中提出问题、分析问题、解决问题，以培养学生的探究实践能力。“观察·思考”主要是让学生观察实物或图片，练习观察的方法，培养观察能力和思维能力。如对一些生物或非生物进行比较观察，观察花的结构等。“分析·讨论”主要是给学生提供图文资料，让学生进行分析，得出结论。教材在很大程度上改变了先说结论、后举实例的写法，让学生通过资料分析和讨论，自己得出结论，从而既建构概念，又锻炼思维。“实验·探究”是需要学生通过动手动脑来完成的活动，以培养学生的动手操作能力、思维能力、表达交流能力等。考虑到学生的能力水平，“实验·探究”在活动指导的编写上大致分为两类：一类是经典的“实验”，教材中明确实验目的要求、材料用具和方法步骤，学生的任务以动手操作和观察为主，不需要学生自行设计实验方案，如“制作并观察植物细胞临时装片”“观察叶片的结构”等；一类是开放性较大的“探究”，学生需要完成探究方案的设计和实施全过程，有的还需要学生自己提出要探究的问题，运用已有知识和经验作出假设，自主确定实验所需材料用具等，如“探究种子萌发的环境条件”“测定几种食物中的能量”等。七年级上册第一类活动较多，第二类较少；后续册次第二类活动比例提高，这既与不同册次的内容特点有关，也体现了学生探究能力发展的进阶性。“调查”旨在倡导走出课堂，到大自然或社会中去，就某个与生物学有关的问题进行调查，培养实践能力。如“调查本地区的某种生物资源”“调查当地生态环境现状，拟订保护行动计划”“调查当地的主要传染病”等。“思维训练”是为培养学生的科学思维而安排的练习性活动栏目，一则“思维训练”侧重训练一方面的思维技能。例如，有的训练“提出问题”，有的训练“作出假设”，还有“比较”“概括”“分类”“分析并解释实验数据”“推理”“判定因果”“系统、整体地思考问题”“评价证据与假说”“合理质疑”“区分事实和观点”“综合概括”等。“课外实践”旨在鼓励学生进行扩展性的探究和实践，供学生在课外选择完成，但是教师也应当提供机会让学生进行交流和讨论。同其他栏目相比，这个栏目中的活动给学生以更大的自主性，教材中没有给予详细的提示或指导。“综合实践项目”是为落实新课标提出的课时数不少于总课时10%的跨学科主题学习而编写的，全面覆盖新课标主题七“生物学与社会·跨学科实践”的三类实践活动。每单元安排1～2个综合实践项目，供学生根据实际情况自主选择完成。“综合实践项目”的编写注意把握以下要点：①创设真实的情境，提供必要的铺垫；②引导学生基于真实情境确定有挑战性的项目任务；③引导学生运用生物学科的概念和原理以及跨学科的知识和方法（包括工程技术手段），分析和解决问题，完成项目任务，必要时给予提示；④提示学生通过小组合作来进行方案的设计、优化和实施；⑤要求学生形成物化的产品；⑥提供评价要点或表格，引导学生进行展示交流和评价。（四）设计指向核心素养、层次化、情境化的作业系统，体现以评价促发展新教材基于课程内容、学业要求和学业质量标准，整体设计作业系统，以体现新课标提出的“学业评价促发展”的理念。一是习题设计指向学生的核心素养。在编制习题时，除了关注学生概念学习目标的达成，还充分联系学生生活、生产实践，或者以我国科研成果、中华优秀传统文化内容作为素材，使学生在分析和解决问题的过程中，发展科学思维、提升态度责任。例如，七年级上册“种子植物”一节的一道习题，先介绍我国古诗词中有非常丰富的关于植物的描写，《诗经》就记载了一百多种植物，再引导学生针对古诗词中的植物进行专题研究。这道题目是跨学科的，不但融入了中华优秀传统文化，还可以发展学生收集、整理、分析资料，以及表达和交流等能力。又如，七年级下册在“种子的萌发”一节后，以棉花种子在月球上萌发（搭载于我国研制的月球生物科普试验载荷中）为素材，既考查种子萌发这一概念的掌握情况，又通过介绍我国航天科技成就，激发学生的民族自豪感和爱国情怀，提升责任担当。二是重视习题的分层设计。每个单元都包括节的习题和单元复习题两部分，每节习题又分基础性和拓展性两个层次，分别是“概念检测”题和“拓展应用”。前者面向全体学生，重在检测概念掌握的情况，具有学习诊断功能；后者供学生选做，重在知识迁移和思维拓展，培养学生联系生产和生活实际，分析解决真实情境下复杂问题的能力，提升学生的社会责任意识。每单元后设置“复习与提高”，包括选择题和非选择题两种题型，前者重在本单元概念性知识综合掌握情况的检测，后者重在让学生综合运用本单元所学知识分析和解决实际问题，包括社会性科学议题。应当注意的是，在节习题的拓展题和单元复习题的非选择题中，都增设了一些开放性习题，鼓励学生从不同角度进行独立思考，不追求统一的标准答案。三是注重习题的情境创设。学生的概念学习须经历情境化（情境提供感性材料，引发问题，驱动探究，指向概念的建构）、去情境化（抽象概括）、再情境化（检测理解、迁移应用）的过程，习题的情境化是概念检测和应用的有效手段。新教材加大了创编情境化习题的力度，其情境大多来自学生真实的生活体验、自然现象、社会现实以及科学实验，从而让学生在新的情境中辨析概念，分析和解决实际问题，发展核心素养。除上述作业设计外，新教材还在“综合实践项目”等内容中给出评价要点；在“单元小结”中专设素养评价表，给出学生在学习相应单元后，在有关应用场景或真实情境中应展现的素养表现，引导学生进行自评和互评，体现教学评一致性。2编写方式教编写方式的确定取决于对教材功能的认识。随着时代的发展，教材功能观早已超越单纯传授知识的认识，促进学生核心素养的发展成为教材编写的明确宗旨，“培根铸魂、启智增慧”是对新时代教材功能的精辟概括。具体来说，对学生的学习而言，教材应具有兴趣激发和活动指导、学科展示和内外衔接、思想引领和思维训练、总结拓展和检测评价等功能。对教师来说，教材应具有提供教学依据和教学资源、进行教法指导和评价支撑等功能。教材首先要让学生喜欢读，这是引导学生主动学习和自主探究的基础。教材还应当给学生个性化的学习和探究提供较充分的空间，为教师创造性地开展教学活动留有余地。从这些认识出发，新教材在编写方式上有以下特点。（一）创设情境，问题驱动，引导学生进行探究性学习学生的核心素养要在分析和解决真实问题的过程中形成和发展。因此，教材落实核心素养培养的基本思路就是让学生在真实的情境中，通过分析和解决生物学问题来建构生物学概念，建立生命观念，发展科学思维，提高科学探究能力，同时培育科学精神，养成科学态度；通过运用所学知识和方法分析解决社会和个人生活中的实际问题，提高学生的创新和实践能力，提升学生的健康意识和社会责任。1.情境创设教材中创设的情境首先要真实有趣，其次要让学生感到新奇，甚至能引发学生的认知冲突，进而能发现问题、提出问题。此外，情境要紧扣相关的教学目标，不能离题太远。基于这些考虑，新教材在单元、章、节、探究活动、习题等环节，都创设了丰富而生动的问题情境。单元首页设计为对开页。学生翻开这一页，首先映入眼帘的是一幅具有视觉冲击力的图片，这幅新奇生动的题图就将学生带入与本单元主题密切相关的情境中。图侧是单元引言。单元引言首先紧扣图片展开相关的描述，有的是与图片相关的故事或场景，有的是相关的诗句名言，有的则描写了学生的生活经历。这样图文配合营造的情境，既能激发学生学习本单元的兴趣，认识学习本单元的重要意义，又能引发学生思考，从情境中发现与本单元主题相关的问题。每章的章引言都是一则科学故事，其中绝大多数是我国科学家的科研经历或成果。通过这样的科学故事，将学生带入与本章内容相关的探究情境中，感悟科学精神和科学方法，引出本章要探究的问题。每节在起始部分都设置了“想一想，议一议”，通过呈现自然现象、生活情境、科研数据、科学史案例、生产实践活动等创设情境，提出与本节内容密切相关的问题，激活学生思维。部分探究实践活动专门创设了情境，以激发学生的探求欲。例如，在“口腔对馒头（或米饭）的消化作用”这项探究活动中，在“提出问题”前写道：“取一块馒头（或一些米饭），放到嘴里细细咀嚼，慢慢地你就能感觉到甜味。”这有助于学生提出问题。再如，在“栽培一种植物，探究所需的环境条件”这个综合实践项目中，提供了浇水过多会导致植物烂根，贫瘠的土壤和盐碱地不适于栽种植物，土壤中有许多植物病菌等，而无土栽培可以有效应对这些问题，为学生明确项目意义、确定项目任务作了铺垫。2.问题设计新教材依托单元、章和节所创设的情境，设计了一系列层次化、结构化的问题，引导学生带着问题去进行探究性学习。在单元首页，有的单元引言中就提出了与情境相关的问题。例如，“第四单元人体生理与健康（一）”的引言中写道：“我们靠什么感知青山绿水、鸟语花香？靠什么呼吸清新的空气？在溪畔林间奔跑跳跃时，所需的能量来自哪里？”这些问题分别指向本单元要学习的关于人体神经系统、呼吸系统、消化系统等方面的重要概念。有的单元虽然在引言中没有明确提出问题，但是引言所创设的情境会激发学生的探求欲，有助于学生自己提出问题。各单元在单元引言之后，以“一起去揭秘”的形式提出了本单元要探究的核心问题。为了激发学生的好奇心和探求欲，这里问题的表述尽量避免过于抽象化和学术化，力求贴近学生心理，做到具象、通俗、生动、有趣。例如，“第四单元人体生理与健康（二）”的单元首页，“一起去揭秘”中的问题不是诸如“人的视觉和听觉是怎样形成的？”“反射是怎样产生的？”“激素有什么作用？”等抽象问题，而是以下问题：“你是如何听到外界的声音、看到五彩缤纷的世界的？”“手指不小心被扎到，你是先感觉到疼还是先缩手？”“在短跑测试等待发令枪响时，心跳为什么会加速？”在章引言部分，有的章在科学故事末尾直接提出了本章要探究的问题，有的在接下来第一节的“想一想，议一议”中基于科学故事提出问题。提出的问题都指向本章的重要概念。每节的“想一想，议一议”都基于情境提出了问题，这些问题比单元首页或章引言提出的问题更具体，指向本节要学习的重要概念或基本概念。在节的正文中还穿插设计了更具体的环环相扣的问题，以引导学生进行探究性学习。例如，第五单元第一章第一节“生物与环境的相互作用”，首先提出的问题是“什么是环境？是指生物生活的地点吗？”并结合普氏野马的例子，讲述环境的概念，以及生态因素的概念。然后让学生观察小麦田示意图，提出“影响小麦生活的生态因素有哪些？”“非生物因素是不是也影响动物的生活和分布呢？”等问题，安排“实验·探究非生物因素对某种动物的影响”。后续还有“生物是怎样适应环境的呢”（安排分析讨论活动）和“生物在适应环境的同时，是否也影响和改变环境”（安排调查活动）等问题。此外，在各种类型的探究实践活动指导中，新教材都设计了针对活动过程和结果的讨论题，引导学生得出结论，建构知识，发展核心素养。在许多章节，还设置了旁栏思考题，以拓宽学生的视野和思维空间。3.探究实践活动的呈现关于探究实践活动的呈现方式，一般是在“探究”的开始部分，先呈现问题情境，以引导学生发现问题，提出问题。考虑到学生提出问题能力的进阶发展，新教材在七年级上册和七年级下册前面部分的“探究”中，明确写出了要探究的问题；在七年级下册后面部分和八年级的“探究”中，则以填空的形式让学生填写要探究的问题。在作出假设这一环节，新教材在第一次出现的“探究”中，指出作假设要根据已有知识和生活经验，不能凭空猜测；在后续的“探究”中，则以填空的形式让学生自己填写所作假设。在制订计划这一环节，有的“探究”是在引导学生分析所提出的问题和假设的基础上，提供让学生参考的探究方案；有的“探究”是提出如何制订计划的思考题，让学生通过思考这些问题，理清思路，抓住制订探究计划的关键所在。在收集证据、得出结论等环节，则提示学生如何收集证据，观察、记录和整理探究结果，通过分析结果与假设之间的关系，得出结论。对相当一部分探究活动的材料用具和方法步骤不作严格的规定。探究项目一般还安排有“表达和交流”“讨论”等环节，以培养学生的信息交流能力，并引导学生对探究过程进行评价和反思。为了使学生更好地理解和进行科学探究活动，避免机械地套用固定的探究模式，教材中关于“探究”的体例并非千篇一律。例如，在“二氧化碳是光合作用必需的原料”这项“探究”中，就没有明确写出“提出问题”“作出假设”“制订计划”等标题，而是通过“提示”“分析结果，得出结论”“讨论”，来引导学生自主完成这项探究活动。（二）从感性到理性，从分析到综合，促进学生概念的形成和结构化从感性认识到理性认识，是人类认识客观事物的一般规律，学生的学习也是如此。感性认识何来？一是来自学生的生活经验，即学生在日常生活中通过观察形成的感性认识；二是来自学生在学习过程中亲自参与的观察、实验等探究实践活动；三是来自间接的事实性材料，包括教材上描述具体事物或现象的图文资料，教师呈现的视频、动画、图片等。新教材注重引导学生从感性认识上升到理性认识，即引导学生在认识现象的基础上，通过抽象概括等思维过程，认识事物的本质特征或共同特征，进而形成概念。具体方式包括：①联系学生的生活经验，或者描述自然相关现象，创设问题情境，造成悬念，激发学生学习相关知识的兴趣，为学生探究本质、建构概念打基础。例如，每节开始部分的“想一想，议一议”栏目就是这样设计的。②安排“观察·思考”“实验·探究”等活动栏目，引导学生先通过观察获得直接的感性认识，再通过思考和讨论上升到理性认识。③安排“分析·讨论”等活动，引导学生通过观察相关图片，阅读相关描述性文字，获得间接的感性认识，再通过思考和讨论上升到理性认识。④在新教材正文中先用图文结合的形式描述相关现象，再进行归纳和概括，帮助学生从感性到理性地认识生命现象和本质。从局部认识到整体认识，也是人类认识客观事物的一般规律。要了解一片森林，首先要了解它有哪些树木；然而如果仅停留在了解树木的层面，又会“只见树木，不见森林”。了解一片森林中有哪些树木，还有哪些动物和微生物，这就是分析；了解这些树木、动物和微生物之间的联系，了解它们是如何构成森林这个整体的，这就是综合。对细胞、组织、器官、系统、个体的了解也是如此。分析是综合的基础，综合是分析的升华。新教材的编写遵循从分析到综合的思路，引导学生在认识局部的基础上认识整体，将一个个反映局部特征的概念联系起来，将概念结构化，形成对事物的整体认识。例如，在“细胞的生活”一节，先分别讲述细胞膜控制物质进出、线粒体和叶绿体是能量转换器、细胞核是细胞的控制中心，最后进行综合概括：细胞的生活是物质、能量和信息的统一。值得注意的是，同以往教材相比，新教材更加注重引导学生的综合思维。节后设置的画概念图的习题，“思维训练”中设计的“综合概括”活动，“单元小结”中设计的概念梳理图解，都是帮助学生在分析的基础上进行综合的，这样可以促进学生建立良好的知识结构。（三）新教材内容具有一定的开放性，利于学生独立思考和自主学习培养学生的独立思考和自主学习能力，需要教材内容具有一定的开放性。具体来说，要变“权威的独白”为“编者与学生的对话”；要让教材不仅具有释疑解惑功能，而且具有启疑生惑功能；要给教师创造性地教、学生个性化地学留有较充分的空间，使教材在一定程度上成为一个向教师和学生开放的体系，具有一定的可塑性。教材内容的开放性主要表现在以下几个方面。①知识内容上的开放性。在讲述主干知识的基础上，提出一些拓展性的问题，对这些问题教材并不给出答案，而是让学生自己思考或探究。例如，“生物的特征”一节，在介绍生物的基本特征后，提出“任举一种你熟悉的生物，想一想，它也有这些特征吗？”“现在，假如有人问你：‘什么是生物？’你该怎么回答呢？”等问题；对某些反映科技进展或联系生产生活实际的内容，并不叙述得面面俱到，而是提出要求，让学生自己搜集信息，特别是联系当地和当前实际的信息；新教材的某些插图和单元小结中的概念梳理图解，留出一些空白让学生填写；等等。②探究实践活动的开放性。许多探究实践活动的写法重在引导，给学生提供必要的支架，同时让学生有较大的自主发挥空间；对探究的课题、材料用具和方法步骤不作过死的规定；对于难度较大的探究活动，新教材提供参考案例。③科学本质意义上的开放性。介绍生物科学上目前尚未解决的疑难问题或存在的争议，体现科学体系的开放性。例如，关于生命的起源，新教材在介绍了海洋化学起源说之后，以楷体字形式介绍了其他观点；关于生物进化的原因，在介绍了达尔文的自然选择学说之后，指出这一学说的局限性。④作业系统的开放性。有些练习题的答案不唯一，设计一些能够发挥学生独立思考和创新思维的表现型任务。（四）新教材内容分主次、有层次，既突出核心内容又适当拓宽学生视野1.新教材各节内容根据重要程度分别在主副栏安排新教材各节主体内容，按照主副栏的方式排列。核心生物学概念在主栏安排，其中又用三种字体来显示其重要程度的不同。黑体字呈现的是最重要的概念，要求层次是理解甚至应用；宋体字安排的是需要学生认真阅读的内容，是理解重要概念的支撑材料；楷体字安排的是选学内容，不作为面向全体学生的基础要求，供学有余力的学生学习。拓展性、次要的内容，如小资料、“？”、试一试等，在副栏安排。2.设置课外阅读栏目，给学生以多方面启迪新教材通过课外阅读栏目，提供了许多供学生自行阅读的资料，以拓展学生的视野，提升学生的“态度责任”素养。这些栏目包括“科学·技术·社会”“科学家的故事”“与生物学有关的职业”“生物学与文学”。“科学·技术·社会”栏目旨在反映科学、技术、社会之间的相互影响，帮助学生了解生物科学技术在社会中的广泛应用，认识科学技术在强国建设中的关键作用，关注社会性科学议题。值得注意的是，本次教材修订，这个栏目充实了许多反映我国科技、经济、社会发展新成就的内容，如节水农业、人工合成淀粉、在太空种菜、智能仿生手臂、“月宫一号”、基因组研究等，以激发学生民族自豪感和科技自立自强信念。“科学家的故事”栏目旨在展现科学家开展科学研究的过程、成就和感人事迹，帮助学生认识科学的历史和本质，培育科学精神，养成科学态度。本次教材修订，这个栏目充实了介绍我国科学家的内容，如“人民医学家林巧稚”“王振义：让肿瘤细胞‘弃邪归正’”“汤飞凡：使亿万人不得传染病”“钟扬的‘种子人生’”等，这些内容是我国科学家爱国、创新、求实、奉献等科学家精神的生动写照。“与生物学有关的职业”栏目旨在反映生物学与职业的联系，帮助学生认识学习生物学的意义，同时，对培养学生的劳动观念和职业意识也有重要作用。“生物学与文学”栏目旨在反映生物学与文学艺术的联系，体现科学与人文的结合，渗透人文精神，这也是生物学教育中渗透美育的一种有效途径。（五）文字表述力求通俗、准确、生动，图文并茂，提升学生阅读体验新教材的文字表述在确保科学性的前提下，力求增加亲合力。首先，在行文语气上避免居高临下的权威姿态，尽量以平等对话的姿态出现。其次，适当运用感性的文字，甚至是文学性的语言（如我国脍炙人口的古诗词）来烘托气氛，给学生带来情绪上的愉悦。再次，注重理性知识与现实生活的联系，以此来拉近抽象的理性内容与学生的心理距离，使学生认识到所学内容与现实生活的关系，认识到所学内容的价值，强化学习动机。思想观念和情感态度教育融合渗透在知识内容和探究实践活动中，作为隐性目标来处理，避免“贴标签”的方式，以求潜移默化、润物无声的功效。为提高教材内容的直观性，新教材配置了丰富多彩的彩色插图，包括照片图、写实图、示意图、模式图、流程图、图解等。为加强图文配合，新教材除采用传统的先文后图方式外，还采用先图后文（让学生先观察插图，带着问题看文字解释）、图中有文（图片中有较多的解释性或启发思考的文字）、以图代文（以图片呈现大量信息，以少量文字进行归纳）等多种形式。新教材的版式设计力求美观活泼，清新雅正，以利于激发学生的阅读兴趣，提升学生的阅读体验。来源 | “课程教材教法”公众号内容来源 | 本文选自《课程·教材·教法》2024年第8期第77-85页，参考文献略。作者 | 赵占良，人民教育出版社原副总编辑，编审；谭永平，人民教育出版社副总编辑，编审。

谭永平：试论初中生物学概念体系的整体性1生物学概念体系具有整体性《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下简称“课程标准”）中，内容标准在上一版课程标准的基础上做了一定的整合和删减，设计了七个学习主题。其中，第七个主题是跨学科实践主题，是融合了前六个主题的实践项目。前六个主题是生物体的结构层次、生物的多样性、生物与环境、植物的生活、人体生理与健康、遗传与进化，都是生物学的大概念。在每个大概念主题之下，关于具体概念、重要概念如何整合成大概念的讨论已经非常多，但是，对于这些生物学大概念之间如何联系起来成为有机整体，目前似乎还缺乏关注。课程标准中提到，课程内容设计时，要以学科知识内在逻辑为主线，从微观到宏观、个体到群体、多样性到统一性等视角，系统构建课程结构。课程标准还提出要“内容聚焦大概念”，围绕大概念组织教学内容，使知识结构化。但是，知识结构化不仅包括大概念内部的重要概念、具体概念结构化，也包括各个大概念之间的整体结构化。那么，生物学“学科知识内在逻辑”究竟是什么？它又是怎样在系统构建课程内容时发挥整合作用的呢？生物学不像物理学那样有很多非常“硬”的原理、定律，它的知识体系往往表现出更强的概念关系，新概念的形成在促进生物学发展上发挥着很大的作用。迈尔曾经总结道：生物学的进展大多是这些概念或原则发展的结果，生物学家通常不是建立定律而是将它们概括组织成概念体系。因此，生物学的概念体系，是生物学的主体部分。（一）生物学概念体系为什么具有整体性生物学包含了众多的分支学科，概念体系十分庞大。那么，这些分支学科究竟为什么能够统一为生物学，又是如何共同构成“生物学”的呢？首先，生物学概念主要是解释生命本质的概念。生物学研究的对象是复杂的生命系统，有学者指出，回答生命是什么很重要，因为它在促进生物学研究上具有实践指导意义：对生命的研究，包括研究生命的起源和在宇宙中的扩展，以及在实验室里创造生命的可能性，这些都必须基于生命是什么的试探性理解。迈尔认为，生物学的基本任务是研究生命系统的结构、功能，生命的过去、现在和未来。美国国家科学院研究理事会提出，21世纪的新生物学依赖于从各个学科整合而来的知识，以促进对生命系统的理解。基于这些论述，我们可以大致认为，揭示生命的本质是生物学的核心任务，在某种意义上，生物学研究是围绕揭示生命的本质而展开的。因此，生物学的概念体系，其核心部分就是解释生命本质的有关概念。这是理解生物学学科逻辑的关键点。其次，从生物学概念与所回答问题的角度看，各大概念之间交叉关联，构成整体。关于生命本质的问题，主要有“是什么”“怎么样”和“为什么”这样三类基本问题。生物学概念可以看作主要回答这三类问题的知识体系（见表1）。研究生物的形态、结构、特征、分类是最典型的研究“是什么”的问题，这类研究结果是构建生物学的事实基础。研究生物体及其组成部分的功能和发育，即如生命活动怎样运转，结构怎样发挥功能，涉及生理学、细胞生物学和生物化学等，这是“怎么样”的问题。“为什么”的问题，指的是对生命现象产生的原因进行探讨，其中近期原因即内在具体机制方面的因果关系，在这一层面其追问尽头可简单理解为基因与环境的相互作用，终极原因则只能从生命起源、进化中去寻找答案。这三个大问题贯穿所有生命系统的研究层次，每一个具体的生命现象背后，都可以从这三个方面去追问原因。围绕着上述三大问题的探索而形成的生物学的事实、概念和规律，尽管纵横衔接，但又是逻辑自洽的，它们共同组合构成生物学概念体系。基于以上分析，我们可以认为，生物学概念主要是揭示生命本质的概念体系，是围绕着系统回答生命是什么、怎么样、为什么这三大问题而展开的，这一学科逻辑前提是生物学课程内容能构成有机整体的基础。最后，自然界存在统一性，生命世界存在统一性，是生物学概念体系具有整体性的前提。要回答生物学概念体系为什么具有整体性，还需要深入理解科学知识大厦建立的前提，在于自然界的统一性。彭加勒曾指出：“每一种概括在某种意义上都隐含着对自然界统一性和简单性的信念。”正是因为生命世界存在统一性，所以对生命世界所做的研究和概括，其形成的知识在本质上是统一的，因此，生物学概念体系具有整体性。（二）初中生物学概念体系反映了生物学概念体系的整体性生物学概念体系的内在逻辑，决定了生物学课程内容的组织逻辑。我国初中生物学课程，无论是原课程内容还是新课程内容的几大概念主题，都可看作主要围绕生命的本质问题来展开的。新课程六大概念主题，分别从生命个体的结构、生理、生殖、发育，生物与环境的关系，遗传、变异与进化，统一性与多样性等几个方面展开，也就是对生命系统的结构、功能，生命的过去、现在和未来的系统阐述，其具体内容都可以归入回答生命是什么、怎么样、为什么三大问题的框架中。生物体的结构层次、生物的多样性两大主题主要是回答生命是什么。植物的生活、人体生理与健康、生物与环境主要是从个体或群体水平回答生命活动怎样进行。遗传与进化则涉及以上三个问题。新课程内容已删减或合并的原课程内容中，还有动物的运动和行为、生物的生殖两个概念，这两个概念可以认为主要是回答“生命活动怎么进行”这一问题。实际上，以往的生物学课程内容也基本可以纳入回答这三大类问题的范畴。2生物学概念由生物学思想观念整合为整体几大概念主题都在围绕生命的本质问题而展开，可以构成一个完整的概念网络，但是要真正理解这个概念网络是一个整体，不是将概念堆积在一起就可以完成的，而是需要有线索、黏合剂来有效整合。正如一栋大楼有许多的局部结构，这些局部结构并不能通过简单的拼凑成为大楼，而是要在整体框架结构上通过钢筋电缆等物质结构以及廊道等功能单位连接成整体。尽管生物学众多概念具有整体性，也不能缺乏类似的线索联系。例如，细胞、基因、遗传、变异、生物多样性、生物与环境等概念，都是包含了很多具体概念的大概念或重要概念，这些大概念或重要概念都在回答生命的本质问题，它们之间似乎是平行关系，并不必然形成整体。生物学思想观念则在整合各大主题概念关系使之形成一个整体方面，发挥重要作用。（一）生物学主要的思想观念生物学思想观念主要有系统思想观念、进化思想观念、生态学思想观念等，它们既是整合概念的内核，也是深刻认识生命本质的钥匙。系统思想观念是一种跨学科的思想，其产生很大程度上是基于生物学的研究成果。系统思想观念大致可以从以下方面来理解：系统、综合地认识生命，注重整体与部分、部分与部分、整体与环境之间的相互关系和协调整合，关注新一层次的生命系统突现出的崭新特点。可以认为，结构与功能、物质与能量、稳态与平衡等生命观念，最后都可整体提升为系统思想观念。对进化思想观念大致可以从以下方面来理解：地球上所有生物都是由共同祖先进化而来的，进化体现在从分子、细胞、个体到生态系统的各个层次上，自然选择是进化的机制，进化是一切生命现象的根本原因……生态学思想观念大致可以从以下方面来理解：物种在自然界以种群的形式存在，个体的基因在种群中才能延续，每一个种群又与其他种群息息相关；生物与环境构成有机整体，生态系统具有整体性，其功能、过程依赖于整体性，而不是其组分的机械叠加。某种意义上，生态学思想似乎和系统思想是重合的，但是对于生命系统这样的开放系统来说，强调生物与环境之间的关系，强调生物界群体共存思想，是非常重要的，因此应该单独予以强调。系统思想观念、生态学思想观念、进化思想观念，我们可以看作从空间维度和时间维度去整体认识生命。系统思想观念关注生命本体，生命是系统，是“活”系统，统领结构、功能、物质、能量、稳态等概念；进化思想观念是从时间轴上看生命，追溯生命的源头与历史，解答生命为什么是这样；生态学思想观念是从空间轴上看生命，生命在哪里，它与环境的相互关系如何。这三大思想观念之间实际上并不是完全孤立的，而是融合为不可分割的整体。例如，系统思想观念所关注的整体与部分、部分与部分之间的相互关系和整体性，是建立生态学思想观念、进化思想观念的基础，其中有些思想观念还与后者深度融合。比如，生物界广泛存在的结构与功能相适应，只有放到结构、功能与环境关系的视角下去考察，才能获得深刻的理解，只有放到进化的视角去考察才能认识其根本原因。正因为这样，生物学思想观念才能真正发挥统一概念体系的黏合剂作用，成为概念体系整合的内核功能。（二）生物学思想观念与初中生物学课程主要概念的关系生物学思想观念与生物学重要概念的关系，虽然难以精确做到一一对应，但可以大致概括如表2所示。以上将与对应的生物学思想观念有显著关联的重要概念做了列举，但并不意味着某一生物学思想观念只能在这些重要概念中体现。实际上，任何一个生物学思想观念都可能在所有生物学重要概念中有融合渗透的切入点。从上述表格对应的情况看，生物学思想观念与生物学大概念的关系既有关联又不完全重合。某个大概念中的重要概念，可能与多个思想观念具有显著关联；某一思想观念，也与多个大概念直接关联。例如，细胞在结构上是个有机的整体，是执行功能的基础，是生命活动的基本单位，这是系统思想观念里的“结构与功能观”，但是如果追问为什么细胞具有系统整体的结构，细胞在执行功能时为什么具有整体性，就不可避免地与进化思想观念产生关联了。从这个角度看，生物学思想观念可以是“缝合”“整合”大概念的黏合剂。3生物学概念线性呈现时如何体现其整体性生物学概念体系内在的学科逻辑，使得生物学课程内容可以组成有机整体。生物学大概念之间，并不存在先后关系而是彼此并列的，这些并列大概念相互交叉可构成网络状的结构体系。然而，对于具体的生物学课程内容的实施来说，无论是教材还是教学，都是一章、一节地展开，主要内容一般是以章节顺序，或教学时间先后顺序而单线展开，总体上是以一种线性串联的方式来组织的。因此教材、教学对概念主题内容的组织，与从纯粹的学科逻辑视角看生物学概念体系时其主题之间是“并联”的关系相比，是不太一样的。教材编写和教学时，要考虑学生的学习心理，梳理好概念之间的支撑关系，使得按照先后顺序展开的各大主题概念可以被学生理解。与此同时，还要特别注意在这种线性展开的背景下，如何体现几大概念主题的整体性。（一）在线性展开生物学概念体系时需要处理好概念呈现的先后关系教材编写和教学时，要根据学生的知识基础来确定初中生物学几大概念主题学习的先后顺序，一般是把生物体的结构层次作为第一个单元。这是因为，无论是从学生的学习心理看，还是从几大主题概念的内在关系看，这一主题都是最重要的基本概念。从学生的学习心理来看，学生熟悉的生命形式是个体，最想了解的也是个体如何生活，“生物体的结构层次和生理过程”应当是生物学首要的核心概念。从几大概念主题的内在知识基础的关系看，如果没有关于细胞结构，以及生物体结构层次的知识，学习理解动物、植物类群，植物、人体结构和生理过程，以及遗传与进化的内在机制，就无法深入。因此，生物体的结构层次这一概念主题，需要在最开始时就学习。其他概念主题中，生物与环境主题，其内容对于其他概念的依赖较少，可以在一开始作为第一单元学习，也可以放在生物的多样性概念主题后学习。遗传与进化主题，多数时候是作为生物学基本概念主题的最后一个单元来学习的，因为它作为解释生命活动的机制，以及生命现象终极原因解释“集大成”的主题，放在最后学习，既可以使这个概念的学习得到良好的知识基础支撑，又可以通过提炼进化思想观念而促进概念的整合。（二）在线性展开生物学概念时体现概念整体性的途径教材编写和教学时对生物学概念的组织按线性顺序呈现，容易被理解为搭积木式组合，此时特别需要关注大概念之间的关联性，发挥生物学思想观念对概念的整合作用。以下几方面是关键。一是关注概念的联系，教学中注意前后呼应。虽然说教材编写和教学时，对内容的组织要表现为一种线性组织，但是在教材和教学中，可以用多种方式来做概念整合。例如，在适当的地方提示该概念与其他概念主题的联系，部分章节、单元内容的结尾，可以综合多个概念主题做总结。又如，可以设计一些综合性的习题，其中的问题需要从是什么、怎么样、为什么三个方面来回答，需要综合运用多个概念主题所学才能解决，这样，学生在回答问题的过程中，既能理解对生命现象的考察需要从三个方面进行，也能理解多个概念主题之间的关系，从而理解生物学概念体系的整体性。我们以生物的多样性主题为例。“概念2生物可以分为不同的类群，保护生物多样性具有重要的意义”，展示的是生物界的多样性，然而，在处理生物的多样性的内容时，一方面要分门别类进行介绍，不过在介绍时不宜集邮式罗列，而要从其分类、特征等各个方面，在反映多样性的同时，引导学生归纳各门类之间存在的统一性。另一方面，生物多样性主题中的许多概念会与生物体的结构层次、植物的生活、生物与环境、遗传与进化等主题中的下位概念有交叉，可以引导学生关注其中的关联。在介绍动物类群的特点时，可介绍这些特点对于动物适应生活环境的意义；在介绍这些动物在自然界的作用时，可介绍它们与其他生物的关系。这样，每一个概念主题就不再是孤立的，而是被放在生物学概念之网上来认识。二是渗透生物学思想观念，发挥思想观念的整合作用。生物学思想观念可以发挥将不同概念主题的内容联结起来的作用。在具体内容的处理时，生物学思想观念可以通过隐性渗透和显性提炼两种方式，起到整合多个概念主题的作用。教材编写和教学中，渗透生物学思想观念主要是通过隐含的方式进行，也就是说，在大多数情况下，教材编者和教师在遇到有关内容时，心中应该有生物学思想观念，但是并不是将生物学思想观念用文字显性化陈述，而是用通俗易懂的表述，或者对问题的追问，将这种深层的生物学思想观念外显出来。例如，在植物的生活主题中，利用习题提供事实材料，让学生通过对比得出结论：蚕豆种子见光和不见光都萌发，烟草种子见光才大量萌发，苋菜种子不见光时才大量萌发。这是为什么？要解决这样的问题，就需要从进化中寻找答案。此时，虽然没有生硬地要求学生建立进化思想观念，但是进化思想观念就在对追问回答的过程中得到了渗透。教材编写和教学中，可在适当的时候凸显生物学思想观念的整合作用，将生物学思想观念显性化。例如，在介绍生态系统具有一定的调节能力时，可以结合具体案例，阐明以下几点：生态系统的调节能力来自其中的生物与生物之间、生物与环境之间的复杂相互作用，这是生态系统作为系统整体所具有的功能；这种整体性来自长期相互作用而产生的适应性，是生物进化的结果；如果外来干扰破坏了生态系统的整体性，那么这种调节能力将大为衰减，如果干扰破坏超过一定的限度，生态系统就很难在短期内完全恢复，这种调节能力甚至会丧失，生态系统也可能会崩溃。此时，可以比较显性地展现系统思想观念、生态学思想观念、进化思想观念。三是安排具有整合作用的章节内容。在初中生物学教材和教学的起始，通过绪论课（致同学们），简要介绍生物学研究的问题包括研究生命是什么、怎么样、为什么，提示学生可以从这样的角度去看待生命世界；通过设计“生物的基本特征”章节教学内容，让学生初步认识生命的本质。这样安排，在学生开始学习生物学课程时就提供整合生物学全部概念体系的前提，可以为学生学习后续内容提供一个先行的概念体系框架。在学习具体概念主题时，要结合生态系统、生物多样性与进化等具有跨概念主题、综合性的章节，突出不同概念主题的联系，展示生命世界是什么、怎么样、为什么等问题之间的关系。例如，在关于生态系统的章节，引导学生关注生态系统的组成与结构（是什么），生态系统的物质能量沿着食物链、食物网传递（怎么样），生态系统是有机整体，生态系统为什么能形成有机整体（为什么），就可以将三大类问题有机联系，并将生物与环境、生物进化等概念联系起来。在学习结束时，通过总结整合几大概念主题，突出几大概念主题的关系，使之形成有机整体。综上，如果能让学生将所有生物学概念主题构建成一个有机整体，就可以让他们真正理解生物学概念，理解生物学，就能在遇到与生物学有关的问题时发挥生物学概念的解释力，生物学课程要培养的核心素养就有了坚实的概念基础。来源 | “课程教材教法”公众号内容来源 | 本文选自《课程·教材·教法》2024年第1期第85-90页，参考文献略。作者 | 谭永平，人民教育出版社副总编辑。

赵占良，谭永平：落实核心素养培养，突出学科育人功能——人教版义务教育生物学教材的主要特点公众号：课程教材教法赵占良赵占良，人民教育出版社原副总编辑，编审；谭永平，人民教育出版社副总编辑，编审。  摘要：人教版《义务教育教科书生物学》，全面落实生物学课程要培养的核心素养，突出生物学课程的育人功能。在内容的选择和组织上，教材充实了学科德育相关内容，突出教材的德育功能；构建以学习主题为框架、以大概念为统领的内容体系，增进概念理解和应用；丰富和优化探究实践活动，强化科学思维；设计指向核心素养、层次化、情境化的作业系统，体现以评价促发展。在编写方式上，注重创设情境，问题驱动，引导学生进行探究性学习；注意从感性到理性，从分析到综合，促进学生概念的形成和结构化；教材内容具有一定的开放性，利于学生独立思考和自主学习；教材内容分主次、有层次；教材文字表述力求通俗、准确、生动，图文并茂，版式设计力求清新雅正。  关键词：初中生物学；教材；核心素养；学科育人根据《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下称 新课标”）编写的人教版《义务教育教科书生物学》（以下称“新教材”）将于2024年秋季投入使用。新教材最突出的特点是全面落实生物学课程要培养的核心素养，突出生物学课程的育人功能。具体来说，新教材在内容的选择和组织以及呈现方式上都具有许多值得关注的新特点。一、内容的选择和组织课程标准是教材编写的依据。新课标提出了核心素养为宗旨等理念，重构了课程内容结构，增设了学习主题“生物学与社会·跨学科实践”，明确了基于核心素养的学业要求和学业质量，这些都对教材编写提出了新的要求。贯彻党的二十大精神，落实系列重大主题教育进课程教材指南和指导纲要，同样是对教材编写的重要要求。基于这些重要要求，结合现行教材使用情况调研结果和编写团队近年来的专题研究，新教材在内容的选择和组织上进行了较大幅度的修订，呈现出以下新特点。（一）充实学科德育相关内容，突出教材的德育功能新教材结合生物学科特点，从反映我国新时代现代化建设伟大成就、推进健康中国建设、促进人与自然和谐共生、保障国家安全（主要是生态安全、生物安全）等方面，贯彻落实党的二十大精神，帮助学生增强爱党爱国情感，树立建设健康中国和美丽中国的远大志向。例如，通过介绍我国空间站中航天员的工作和生活——在太空种菜、春节吃饺子等，体现新时代建设成就；增加生态安全内容，落实二十大报告提出的“坚持山水林田湖草沙一体化保护和系统治理”；精选我国生态文明建设成就案例，落实习近平生态文明思想教育；介绍我国消灭多种传染性疾病的成就，体现推进健康中国建设、增进民生福祉。新教材结合具体教学内容，落实重大主题教育进课程教材指南和指导纲要，包括《习近平新时代中国特色社会主义思想进课程教材指南》《中华优秀传统文化进中小学课程教材指南》《生命安全与健康教育进中小学课程教材指南》《大中小学劳动教育指导纲要（试行）》《大中小学国家安全教育指导纲要》等，充实了主题教育内容。例如：通过介绍共和国勋章获得者袁隆平，人民医学家林巧稚，最高科学技术奖获得者李振声、王振义等，凸显胸怀祖国、服务人民、勇攀高峰、敢为人先等科学家精神；介绍科学家批判质疑、理性思维、勇于探究的研究案例，培育学生的科学态度和科学精神；介绍我国在航空航天、生物资源建设、农作物育种、生态文明建设等方面取得的突出成就等，引导学生认识创新在我国现代化建设全局中的核心地位，理解科技自立自强作为国家发展战略支撑的重大意义。又如：教材中有机融入中华优秀传统文化，充实反映我国古代先民智慧的实例，融入大量传统诗词、谚语等；专门增设“古话今议”栏目，结合生物学相关内容，增进学生对中华优秀传统文化的认识，增强学生的文化自信。提升学生的社会责任素养，既是新课标提出的培养核心素养的要求，也是学科德育的应有之义。新教材通过倡导作为社会成员应承担的责任义务、介绍典型人物和事例、安排相关探究实践活动等途径，引导学生提升社会责任感并且付诸实践。（二）构建以学习主题为框架、以大概念为统领的内容体系，增进概念理解和应用新教材遵循新课标提出的“学习主题为框架”“内容聚焦大概念”等基本理念，依据新课标的内容要求选取教学内容，以生物学学科知识的内在逻辑为主线，考虑学生的心理逻辑，从微观到宏观、个体到群体、多样性到统一性等视角，系统构建教材内容体系。新课标规定的课程内容包括七个学习主题，前六个是学科主题，第七个主题是“生物学与社会·跨学科实践”。教材内容包括六个单元，对应新课标前六个学习主题；学习主题七“生物学与社会·跨学科实践”融入教材六大单元的内容中。新课标中的每个学习主题都有1～2个大概念。教材用一个单元来落实1～2个大概念（见表1）；每个单元分若干章，每章基本对应大概念下的重要概念（二级）；每章又分若干节，每节对应相关基本概念（三级）。单元首页通过“一起去揭秘”，以尽可能贴近学生的问题提示重要概念。新教材在概念性知识内容的组织上，注重大概念和重要概念对具体教学内容的统摄作用，同时让具体教学内容对重要概念和大概念起到支撑作用；强化相关概念之间的内在联系，促进学生将所学知识结构化。下面以“生物与环境”单元为例来说明。关于“生物与环境”，新课标列出的大概念是“概念3生物与环境相互依赖、相互影响，形成多种多样的生态系统”。下设两个重要概念：“3.1生态系统中的生物与非生物环境相互作用，实现了物质循环和能量流动”“3.2生态系统的自我调节能力有一定限度，保护生物圈就是保护生态安全”，每个重要概念下有若干基本概念，构成了有内在逻辑联系的三级概念体系。新教材以大概念（概念3）统摄本单元的概念性知识：第一章为“生态系统”，对应新课标列出的重要概念（3.1），下设“生物与环境的相互作用”“生态系统的结构和功能”“生物圈”三节，分别通过提供事实性材料或安排学生探究活动，引导学生理解生物与环境是相互依赖、相互影响的，一定空间范围内生物与环境相互作用形成的统一整体就是生态系统，生物圈是包含多种类型生态系统的最大的生态系统；第二章为“生态安全”，对应新课标列出的重要概念（3.2），下设“分析人类活动对生态环境的影响”“维护生态安全”两节。这一章仍以生态系统的大概念为统领，引导学生认识人类赖以生存的生态环境其实就是各种类型的生态系统，生态系统服务功能是人类生存和发展的基础，生态系统的结构和功能遭到破坏，就会削弱生态系统服务功能，从而会造成生态环境问题。人类活动对生态系统的干扰是否会造成生态环境问题，取决于这种干扰是否超出生态系统的自我调节能力。这样学生就能从生态系统的角度来分析生态环境问题的成因，从而为第二节“维护生态安全”中讲述的保护和修复生态系统、“坚持山水林田湖草沙一体化保护和系统治理”等内容奠定基础。新教材在帮助学生建构概念上，注重概念的深度理解和迁移应用。一是精选事实作为理解概念的支撑材料。二是在呈现事实材料后提出有深度的思考题，指向概念的建构。三是在概念的呈现上，避免生硬地直接给出概念，而是创设真实有趣的情境，精心设计学生活动，引导学生基于理解建构概念，从而将概念的学习与核心素养的提升有机融合；对于重要的概念，教材清晰、准确地阐述概念的内涵，并以黑体字呈现。四是在单元小结中梳理所学概念，以灵活多样的图解表征概念间的联系，帮助学生将所学知识结构化。五是在作业设计上提供新的真实情境，帮助学生将所学知识迁移应用，提高应用生物学知识分析和解决问题的能力，并且在应用中增进概念理解。（三）丰富和优化探究实践活动，强化科学思维新教材注重探究实践活动，对活动进行系统设计，统筹规划，提升可行性，力求普适通用，兼顾差异，通过活动落实核心素养的培养。教材中安排的探究实践活动丰富多样。从活动内容上看，包括观察、实验、调查、模型制作、植物栽培、动物饲养、发酵食品制作等；从活动栏目形式上看，包括“观察·思考”“分析·讨论”“实验·探究”“调查”“思维训练”“课外实践”“综合实践项目”等。在活动设计上注重引导学生在真实情境中提出问题、分析问题、解决问题，以培养学生的探究实践能力。“观察·思考”主要是让学生观察实物或图片，练习观察的方法，培养观察能力和思维能力。如对一些生物或非生物进行比较观察，观察花的结构等。“分析·讨论”主要是给学生提供图文资料，让学生进行分析，得出结论。教材在很大程度上改变了先说结论、后举实例的写法，让学生通过资料分析和讨论，自己得出结论，从而既建构概念，又锻炼思维。“实验·探究”是需要学生通过动手动脑来完成的活动，以培养学生的动手操作能力、思维能力、表达交流能力等。考虑到学生的能力水平，“实验·探究”在活动指导的编写上大致分为两类：一类是经典的“实验”，教材中明确实验目的要求、材料用具和方法步骤，学生的任务以动手操作和观察为主，不需要学生自行设计实验方案，如“制作并观察植物细胞临时装片”“观察叶片的结构”等；一类是开放性较大的“探究”，学生需要完成探究方案的设计和实施全过程，有的还需要学生自己提出要探究的问题，运用已有知识和经验作出假设，自主确定实验所需材料用具等，如“探究种子萌发的环境条件”“测定几种食物中的能量”等。七年级上册第一类活动较多，第二类较少；后续册次第二类活动比例提高，这既与不同册次的内容特点有关，也体现了学生探究能力发展的进阶性。“调查”旨在倡导走出课堂，到大自然或社会中去，就某个与生物学有关的问题进行调查，培养实践能力。如“调查本地区的某种生物资源”“调查当地生态环境现状，拟订保护行动计划”“调查当地的主要传染病”等。“思维训练”是为培养学生的科学思维而安排的练习性活动栏目，一则“思维训练”侧重训练一方面的思维技能。例如，有的训练“提出问题”，有的训练“作出假设”，还有“比较”“概括”“分类”“分析并解释实验数据”“推理”“判定因果”“系统、整体地思考问题”“评价证据与假说”“合理质疑”“区分事实和观点”“综合概括”等。“课外实践”旨在鼓励学生进行扩展性的探究和实践，供学生在课外选择完成，但是教师也应当提供机会让学生进行交流和讨论。同其他栏目相比，这个栏目中的活动给学生以更大的自主性，教材中没有给予详细的提示或指导。“综合实践项目”是为落实新课标提出的课时数不少于总课时10%的跨学科主题学习而编写的，全面覆盖新课标主题七“生物学与社会·跨学科实践”的三类实践活动。每单元安排1～2个综合实践项目，供学生根据实际情况自主选择完成。“综合实践项目”的编写注意把握以下要点：①创设真实的情境，提供必要的铺垫；②引导学生基于真实情境确定有挑战性的项目任务；③引导学生运用生物学科的概念和原理以及跨学科的知识和方法（包括工程技术手段），分析和解决问题，完成项目任务，必要时给予提示；④提示学生通过小组合作来进行方案的设计、优化和实施；⑤要求学生形成物化的产品；⑥提供评价要点或表格，引导学生进行展示交流和评价。（四）设计指向核心素养、层次化、情境化的作业系统，体现以评价促发展新教材基于课程内容、学业要求和学业质量标准，整体设计作业系统，以体现新课标提出的“学业评价促发展”的理念。一是习题设计指向学生的核心素养。在编制习题时，除了关注学生概念学习目标的达成，还充分联系学生生活、生产实践，或者以我国科研成果、中华优秀传统文化内容作为素材，使学生在分析和解决问题的过程中，发展科学思维、提升态度责任。例如，七年级上册“种子植物”一节的一道习题，先介绍我国古诗词中有非常丰富的关于植物的描写，《诗经》就记载了一百多种植物，再引导学生针对古诗词中的植物进行专题研究。这道题目是跨学科的，不但融入了中华优秀传统文化，还可以发展学生收集、整理、分析资料，以及表达和交流等能力。又如，七年级下册在“种子的萌发”一节后，以棉花种子在月球上萌发（搭载于我国研制的月球生物科普试验载荷中）为素材，既考查种子萌发这一概念的掌握情况，又通过介绍我国航天科技成就，激发学生的民族自豪感和爱国情怀，提升责任担当。二是重视习题的分层设计。每个单元都包括节的习题和单元复习题两部分，每节习题又分基础性和拓展性两个层次，分别是“概念检测”题和“拓展应用”。前者面向全体学生，重在检测概念掌握的情况，具有学习诊断功能；后者供学生选做，重在知识迁移和思维拓展，培养学生联系生产和生活实际，分析解决真实情境下复杂问题的能力，提升学生的社会责任意识。每单元后设置“复习与提高”，包括选择题和非选择题两种题型，前者重在本单元概念性知识综合掌握情况的检测，后者重在让学生综合运用本单元所学知识分析和解决实际问题，包括社会性科学议题。应当注意的是，在节习题的拓展题和单元复习题的非选择题中，都增设了一些开放性习题，鼓励学生从不同角度进行独立思考，不追求统一的标准答案。三是注重习题的情境创设。学生的概念学习须经历情境化（情境提供感性材料，引发问题，驱动探究，指向概念的建构）、去情境化（抽象概括）、再情境化（检测理解、迁移应用）的过程，习题的情境化是概念检测和应用的有效手段。新教材加大了创编情境化习题的力度，其情境大多来自学生真实的生活体验、自然现象、社会现实以及科学实验，从而让学生在新的情境中辨析概念，分析和解决实际问题，发展核心素养。除上述作业设计外，新教材还在“综合实践项目”等内容中给出评价要点；在“单元小结”中专设素养评价表，给出学生在学习相应单元后，在有关应用场景或真实情境中应展现的素养表现，引导学生进行自评和互评，体现教学评一致性。二、编写方式教编写方式的确定取决于对教材功能的认识。随着时代的发展，教材功能观早已超越单纯传授知识的认识，促进学生核心素养的发展成为教材编写的明确宗旨，“培根铸魂、启智增慧”是对新时代教材功能的精辟概括。具体来说，对学生的学习而言，教材应具有兴趣激发和活动指导、学科展示和内外衔接、思想引领和思维训练、总结拓展和检测评价等功能。对教师来说，教材应具有提供教学依据和教学资源、进行教法指导和评价支撑等功能。教材首先要让学生喜欢读，这是引导学生主动学习和自主探究的基础。教材还应当给学生个性化的学习和探究提供较充分的空间，为教师创造性地开展教学活动留有余地。从这些认识出发，新教材在编写方式上有以下特点。（一）创设情境，问题驱动，引导学生进行探究性学习学生的核心素养要在分析和解决真实问题的过程中形成和发展。因此，教材落实核心素养培养的基本思路就是让学生在真实的情境中，通过分析和解决生物学问题来建构生物学概念，建立生命观念，发展科学思维，提高科学探究能力，同时培育科学精神，养成科学态度；通过运用所学知识和方法分析解决社会和个人生活中的实际问题，提高学生的创新和实践能力，提升学生的健康意识和社会责任。1.情境创设教材中创设的情境首先要真实有趣，其次要让学生感到新奇，甚至能引发学生的认知冲突，进而能发现问题、提出问题。此外，情境要紧扣相关的教学目标，不能离题太远。基于这些考虑，新教材在单元、章、节、探究活动、习题等环节，都创设了丰富而生动的问题情境。单元首页设计为对开页。学生翻开这一页，首先映入眼帘的是一幅具有视觉冲击力的图片，这幅新奇生动的题图就将学生带入与本单元主题密切相关的情境中。图侧是单元引言。单元引言首先紧扣图片展开相关的描述，有的是与图片相关的故事或场景，有的是相关的诗句名言，有的则描写了学生的生活经历。这样图文配合营造的情境，既能激发学生学习本单元的兴趣，认识学习本单元的重要意义，又能引发学生思考，从情境中发现与本单元主题相关的问题。每章的章引言都是一则科学故事，其中绝大多数是我国科学家的科研经历或成果。通过这样的科学故事，将学生带入与本章内容相关的探究情境中，感悟科学精神和科学方法，引出本章要探究的问题。每节在起始部分都设置了“想一想，议一议”，通过呈现自然现象、生活情境、科研数据、科学史案例、生产实践活动等创设情境，提出与本节内容密切相关的问题，激活学生思维。部分探究实践活动专门创设了情境，以激发学生的探求欲。例如，在“口腔对馒头（或米饭）的消化作用”这项探究活动中，在“提出问题”前写道：“取一块馒头（或一些米饭），放到嘴里细细咀嚼，慢慢地你就能感觉到甜味。”这有助于学生提出问题。再如，在“栽培一种植物，探究所需的环境条件”这个综合实践项目中，提供了浇水过多会导致植物烂根，贫瘠的土壤和盐碱地不适于栽种植物，土壤中有许多植物病菌等，而无土栽培可以有效应对这些问题，为学生明确项目意义、确定项目任务作了铺垫。2.问题设计新教材依托单元、章和节所创设的情境，设计了一系列层次化、结构化的问题，引导学生带着问题去进行探究性学习。在单元首页，有的单元引言中就提出了与情境相关的问题。例如，“第四单元人体生理与健康（一）”的引言中写道：“我们靠什么感知青山绿水、鸟语花香？靠什么呼吸清新的空气？在溪畔林间奔跑跳跃时，所需的能量来自哪里？”这些问题分别指向本单元要学习的关于人体神经系统、呼吸系统、消化系统等方面的重要概念。有的单元虽然在引言中没有明确提出问题，但是引言所创设的情境会激发学生的探求欲，有助于学生自己提出问题。各单元在单元引言之后，以“一起去揭秘”的形式提出了本单元要探究的核心问题。为了激发学生的好奇心和探求欲，这里问题的表述尽量避免过于抽象化和学术化，力求贴近学生心理，做到具象、通俗、生动、有趣。例如，“第四单元人体生理与健康（二）”的单元首页，“一起去揭秘”中的问题不是诸如“人的视觉和听觉是怎样形成的？”“反射是怎样产生的？”“激素有什么作用？”等抽象问题，而是以下问题：“你是如何听到外界的声音、看到五彩缤纷的世界的？”“手指不小心被扎到，你是先感觉到疼还是先缩手？”“在短跑测试等待发令枪响时，心跳为什么会加速？”在章引言部分，有的章在科学故事末尾直接提出了本章要探究的问题，有的在接下来第一节的“想一想，议一议”中基于科学故事提出问题。提出的问题都指向本章的重要概念。每节的“想一想，议一议”都基于情境提出了问题，这些问题比单元首页或章引言提出的问题更具体，指向本节要学习的重要概念或基本概念。在节的正文中还穿插设计了更具体的环环相扣的问题，以引导学生进行探究性学习。例如，第五单元第一章第一节“生物与环境的相互作用”，首先提出的问题是“什么是环境？是指生物生活的地点吗？”并结合普氏野马的例子，讲述环境的概念，以及生态因素的概念。然后让学生观察小麦田示意图，提出“影响小麦生活的生态因素有哪些？”“非生物因素是不是也影响动物的生活和分布呢？”等问题，安排“实验·探究非生物因素对某种动物的影响”。后续还有“生物是怎样适应环境的呢”（安排分析讨论活动）和“生物在适应环境的同时，是否也影响和改变环境”（安排调查活动）等问题。此外，在各种类型的探究实践活动指导中，新教材都设计了针对活动过程和结果的讨论题，引导学生得出结论，建构知识，发展核心素养。在许多章节，还设置了旁栏思考题，以拓宽学生的视野和思维空间。3.探究实践活动的呈现关于探究实践活动的呈现方式，一般是在“探究”的开始部分，先呈现问题情境，以引导学生发现问题，提出问题。考虑到学生提出问题能力的进阶发展，新教材在七年级上册和七年级下册前面部分的“探究”中，明确写出了要探究的问题；在七年级下册后面部分和八年级的“探究”中，则以填空的形式让学生填写要探究的问题。在作出假设这一环节，新教材在第一次出现的“探究”中，指出作假设要根据已有知识和生活经验，不能凭空猜测；在后续的“探究”中，则以填空的形式让学生自己填写所作假设。在制订计划这一环节，有的“探究”是在引导学生分析所提出的问题和假设的基础上，提供让学生参考的探究方案；有的“探究”是提出如何制订计划的思考题，让学生通过思考这些问题，理清思路，抓住制订探究计划的关键所在。在收集证据、得出结论等环节，则提示学生如何收集证据，观察、记录和整理探究结果，通过分析结果与假设之间的关系，得出结论。对相当一部分探究活动的材料用具和方法步骤不作严格的规定。探究项目一般还安排有“表达和交流”“讨论”等环节，以培养学生的信息交流能力，并引导学生对探究过程进行评价和反思。为了使学生更好地理解和进行科学探究活动，避免机械地套用固定的探究模式，教材中关于“探究”的体例并非千篇一律。例如，在“二氧化碳是光合作用必需的原料”这项“探究”中，就没有明确写出“提出问题”“作出假设”“制订计划”等标题，而是通过“提示”“分析结果，得出结论”“讨论”，来引导学生自主完成这项探究活动。（二）从感性到理性，从分析到综合，促进学生概念的形成和结构化从感性认识到理性认识，是人类认识客观事物的一般规律，学生的学习也是如此。感性认识何来？一是来自学生的生活经验，即学生在日常生活中通过观察形成的感性认识；二是来自学生在学习过程中亲自参与的观察、实验等探究实践活动；三是来自间接的事实性材料，包括教材上描述具体事物或现象的图文资料，教师呈现的视频、动画、图片等。新教材注重引导学生从感性认识上升到理性认识，即引导学生在认识现象的基础上，通过抽象概括等思维过程，认识事物的本质特征或共同特征，进而形成概念。具体方式包括：①联系学生的生活经验，或者描述自然相关现象，创设问题情境，造成悬念，激发学生学习相关知识的兴趣，为学生探究本质、建构概念打基础。例如，每节开始部分的“想一想，议一议”栏目就是这样设计的。②安排“观察·思考”“实验·探究”等活动栏目，引导学生先通过观察获得直接的感性认识，再通过思考和讨论上升到理性认识。③安排“分析·讨论”等活动，引导学生通过观察相关图片，阅读相关描述性文字，获得间接的感性认识，再通过思考和讨论上升到理性认识。④在新教材正文中先用图文结合的形式描述相关现象，再进行归纳和概括，帮助学生从感性到理性地认识生命现象和本质。从局部认识到整体认识，也是人类认识客观事物的一般规律。要了解一片森林，首先要了解它有哪些树木；然而如果仅停留在了解树木的层面，又会“只见树木，不见森林”。了解一片森林中有哪些树木，还有哪些动物和微生物，这就是分析；了解这些树木、动物和微生物之间的联系，了解它们是如何构成森林这个整体的，这就是综合。对细胞、组织、器官、系统、个体的了解也是如此。分析是综合的基础，综合是分析的升华。新教材的编写遵循从分析到综合的思路，引导学生在认识局部的基础上认识整体，将一个个反映局部特征的概念联系起来，将概念结构化，形成对事物的整体认识。例如，在“细胞的生活”一节，先分别讲述细胞膜控制物质进出、线粒体和叶绿体是能量转换器、细胞核是细胞的控制中心，最后进行综合概括：细胞的生活是物质、能量和信息的统一。值得注意的是，同以往教材相比，新教材更加注重引导学生的综合思维。节后设置的画概念图的习题，“思维训练”中设计的“综合概括”活动，“单元小结”中设计的概念梳理图解，都是帮助学生在分析的基础上进行综合的，这样可以促进学生建立良好的知识结构。（三）新教材内容具有一定的开放性，利于学生独立思考和自主学习培养学生的独立思考和自主学习能力，需要教材内容具有一定的开放性。具体来说，要变“权威的独白”为“编者与学生的对话”；要让教材不仅具有释疑解惑功能，而且具有启疑生惑功能；要给教师创造性地教、学生个性化地学留有较充分的空间，使教材在一定程度上成为一个向教师和学生开放的体系，具有一定的可塑性。教材内容的开放性主要表现在以下几个方面。①知识内容上的开放性。在讲述主干知识的基础上，提出一些拓展性的问题，对这些问题教材并不给出答案，而是让学生自己思考或探究。例如，“生物的特征”一节，在介绍生物的基本特征后，提出“任举一种你熟悉的生物，想一想，它也有这些特征吗？”“现在，假如有人问你：‘什么是生物？’你该怎么回答呢？”等问题；对某些反映科技进展或联系生产生活实际的内容，并不叙述得面面俱到，而是提出要求，让学生自己搜集信息，特别是联系当地和当前实际的信息；新教材的某些插图和单元小结中的概念梳理图解，留出一些空白让学生填写；等等。②探究实践活动的开放性。许多探究实践活动的写法重在引导，给学生提供必要的支架，同时让学生有较大的自主发挥空间；对探究的课题、材料用具和方法步骤不作过死的规定；对于难度较大的探究活动，新教材提供参考案例。③科学本质意义上的开放性。介绍生物科学上目前尚未解决的疑难问题或存在的争议，体现科学体系的开放性。例如，关于生命的起源，新教材在介绍了海洋化学起源说之后，以楷体字形式介绍了其他观点；关于生物进化的原因，在介绍了达尔文的自然选择学说之后，指出这一学说的局限性。④作业系统的开放性。有些练习题的答案不唯一，设计一些能够发挥学生独立思考和创新思维的表现型任务。（四）新教材内容分主次、有层次，既突出核心内容又适当拓宽学生视野1.新教材各节内容根据重要程度分别在主副栏安排新教材各节主体内容，按照主副栏的方式排列。核心生物学概念在主栏安排，其中又用三种字体来显示其重要程度的不同。黑体字呈现的是最重要的概念，要求层次是理解甚至应用；宋体字安排的是需要学生认真阅读的内容，是理解重要概念的支撑材料；楷体字安排的是选学内容，不作为面向全体学生的基础要求，供学有余力的学生学习。拓展性、次要的内容，如小资料、“？”、试一试等，在副栏安排。2.设置课外阅读栏目，给学生以多方面启迪新教材通过课外阅读栏目，提供了许多供学生自行阅读的资料，以拓展学生的视野，提升学生的“态度责任”素养。这些栏目包括“科学·技术·社会”“科学家的故事”“与生物学有关的职业”“生物学与文学”。“科学·技术·社会”栏目旨在反映科学、技术、社会之间的相互影响，帮助学生了解生物科学技术在社会中的广泛应用，认识科学技术在强国建设中的关键作用，关注社会性科学议题。值得注意的是，本次教材修订，这个栏目充实了许多反映我国科技、经济、社会发展新成就的内容，如节水农业、人工合成淀粉、在太空种菜、智能仿生手臂、“月宫一号”、基因组研究等，以激发学生民族自豪感和科技自立自强信念。“科学家的故事”栏目旨在展现科学家开展科学研究的过程、成就和感人事迹，帮助学生认识科学的历史和本质，培育科学精神，养成科学态度。本次教材修订，这个栏目充实了介绍我国科学家的内容，如“人民医学家林巧稚”“王振义：让肿瘤细胞‘弃邪归正’”“汤飞凡：使亿万人不得传染病”“钟扬的‘种子人生’”等，这些内容是我国科学家爱国、创新、求实、奉献等科学家精神的生动写照。“与生物学有关的职业”栏目旨在反映生物学与职业的联系，帮助学生认识学习生物学的意义，同时，对培养学生的劳动观念和职业意识也有重要作用。“生物学与文学”栏目旨在反映生物学与文学艺术的联系，体现科学与人文的结合，渗透人文精神，这也是生物学教育中渗透美育的一种有效途径。（五）文字表述力求通俗、准确、生动，图文并茂，提升学生阅读体验新教材的文字表述在确保科学性的前提下，力求增加亲合力。首先，在行文语气上避免居高临下的权威姿态，尽量以平等对话的姿态出现。其次，适当运用感性的文字，甚至是文学性的语言（如我国脍炙人口的古诗词）来烘托气氛，给学生带来情绪上的愉悦。再次，注重理性知识与现实生活的联系，以此来拉近抽象的理性内容与学生的心理距离，使学生认识到所学内容与现实生活的关系，认识到所学内容的价值，强化学习动机。思想观念和情感态度教育融合渗透在知识内容和探究实践活动中，作为隐性目标来处理，避免“贴标签”的方式，以求潜移默化、润物无声的功效。为提高教材内容的直观性，新教材配置了丰富多彩的彩色插图，包括照片图、写实图、示意图、模式图、流程图、图解等。为加强图文配合，新教材除采用传统的先文后图方式外，还采用先图后文（让学生先观察插图，带着问题看文字解释）、图中有文（图片中有较多的解释性或启发思考的文字）、以图代文（以图片呈现大量信息，以少量文字进行归纳）等多种形式。新教材的版式设计力求美观活泼，清新雅正，以利于激发学生的阅读兴趣，提升学生的阅读体验。本文选自《课程·教材·教法》2024年第8期

噬菌体生物学：一个世纪的历史回顾来源公众号：生命教育观察作为感染细菌细胞的小型病毒，噬菌体首次发现于1915年，百年以后的今天，这些噬菌体对基础生物学、生物技术和人类健康的科研贡献仍然是行之有效、没有减退的，它们的百年华诞是值得我们庆贺的。1915年，细菌学家弗雷德里克·图尔特（Frederick Twort）发表了第一篇描述噬菌体类病毒的论文，它们可以感染细菌，在细菌体内繁殖自己并杀死细菌细胞。从那以后，对这些病毒的研究，给生物学带来了巨大的变化，人们把这些病毒命名为噬菌体（bacteriophages, phages）。噬菌体为20世纪的分子生物学革命提供了实验体系和工具，它们的快速发展已经使生态学和进化的基础原理得到了检测。现在，我们知道了噬菌体是世界上最成功的生物学实体，它比任何其它生命形式都更加丰余和具有遗传多样性。尽管它们的重要性是显而易见的，但是这些迷人的实体的研究仍然还是一种小而全的科学行为。在此，我们简要地回顾噬菌体研究的历史，希望给新一代的噬菌体科学家们带来鼓舞和激励。图１噬菌体形态。感染细菌的病毒首次描述于1915年，但是一直到了1940年才有了第一张噬菌体（箭头）感染细菌的电镜图发表（图1a）。这些早期的图像帮助证实了，这些归因于噬菌体的效应事实上是由病毒导致的，而不是由酶活性造成的。现代电子显微镜（图1b、1c）得到的噬菌体图像揭示了噬菌体的结构和感染过程。图中的单词解释：a 最早的显微图像；b现代的显微图像、c2015年的显微图像；Head头部，sheath鞘，Baseplate基板。在20世纪早期，大多数噬菌体科学家都对使用病毒作为抗细菌生物感兴趣。这是一个不受控制的科学试验时代，人们被注射以噬菌体，病毒被向水井中倾倒，都是为了希望杀死病原体性细菌、比如导致霍乱的细菌。正是1928年亚历山大·弗莱明爵士（Alexander Fleming）对抗生素的发现，使这样的研究路线得到了戏剧性的减少。但是今天，由于抗生素抗性成为人们不得不关注的事实，“噬菌体疗法”的概念重新受到了人们的关注。其后，噬菌体科学的发展进入了定量王国，一个研究网络，由生物学家、生物化学家和物理学家组成并命名为“噬菌体群”，使用这些病毒作为模型，进行生命是如何工作的前沿研究。1952年，阿尔弗雷德·赫尔希（Alfred Hershey）和玛莎·蔡斯（Martha Chase）进行了一项著名的实验，用一台高速离心机将放射标记的噬菌体从细菌细胞中去掉，帮助科学家们认识到DNA是遗传物质，这项实验后来获得了诺贝尔奖。通过实验发现了许多噬菌体编码的DNA操作酶，比如DNA和RNA聚合酶、连接酶、核酸内切酶和核酸外切酶，接连不断地催生了分子生物学新认识、发展了生物技术产业，现在，世界各地每天都在使用着噬菌体蛋白质。限制性酶类保护着细菌免受噬菌体感染，为分子生物学家们提供了另一种不可缺少的工具。这种趋势持续到了今天，正如人们所见的，正是研究细菌如何防御噬菌体，使得科学家发现了CRISPR-Cas系统，随之才有基因组编辑革命的到来。随着遗传学密码在20世纪中期得到了解析，对一个完整的基因组进行测序成为了首要的研究目标。噬菌体成为了吸引人们眼球的目标，因为它们的基因组非常微小、还可以产生大量的DNA用于测序。弗雷德里克·桑格（Frederick Sanger） 和同事们于1977年完成了对ΦX174噬菌体的整个基因组的测序，其测序技术在其后几十年中的任何细胞基因组测序中得到了沿用。随着更多其它噬菌体基因组的测序完成，人们发现噬菌体可以在个体之间交换基因和大片断的DNA，这种水平基因转移的发现改变了我们对于遗传变异性是如何产生的认识。海洋噬菌体群落是第一种被“鸟枪测序”的生物体，它催生了元基因组学（又称宏基因组学，metagenomics）的产生，也就是对微生物群落中所有成员进行大规模测序（并进行比较分析研究）。认识噬菌体已经帮助我们建立了对宿主细胞和疾病的基础认识（图1）。噬菌体整合入细菌基因组后，它们可以戏剧性地改变它们的细菌宿主的特征，这些宿主中最为致死性的细菌性病原体，比如霍乱弧菌、志贺菌和沙门菌等，许多就是通过这种机制来获得毒性因子的。分析噬菌体复制的生物学还揭示了噬菌体生命周期所需要的几种关键宿主编码因子，比如DNA旋转酶和“分子伴娘”蛋白质复合体GroEL和GroES。1971年，美国总统理查德·尼克松（Richard Nixon）公开宣布“对癌症作战”，噬菌体生物学家们被招募，活跃地参与了这场人体生物学研究之中。基于认识到噬菌体编码了一些蛋白质，类似于宿主的蛋白质，这些科学家们在人类基因组中寻找与其它病毒内基因相似的基因。他们不仅发现了这些基因，还建立了“原癌基因”（proto-oncogenes）的概念，它们存在于人体基因组中，当其突变时，是癌症的主要病因。另外一些噬菌体研究人员进入了DNA诱变、修复和重组的领域，建立了今天我们对癌症认识的基础。例如，科学家们认识到预先存在的突变可以使得细胞个体具有在不同环境条件下的生长优势，引发这样的理念：癌症细胞荷载有数十种预先存在的突变，它们可能与真实的肿瘤相关、也可能不相关。在艾滋病流行以后，噬菌体研究人员们打开了大门，认识到了逆转录病毒是如何整合入人类基因组的、什么样的宿主蛋白质参与了其中。在经历了20世纪70年代热切地研究噬菌体之后，噬菌体科学家们转向了不同的研究舞台、对噬菌体的研究大幅度下降。对于生物学家们的铁锤来说，噬菌体无疑是一种强有力的铁砧，为什么现在许多研究人员对它们没有足够的注意呢？一个原因可能是，正如在任何旧科学学科中频繁发生的那样，人们的认识如同文献一样，经历了一种由博到约的过程，噬菌体也是如此。为了有助于应对这种情况，我们提出了一些认识噬菌体的指导原则：第一个关键点是噬菌体对生物学多样性的贡献。在地球上大概有超过1031种噬菌体颗粒，每种细菌细胞则有大约10种噬菌体颗粒。在人体中，两个个体之间主要的遗传差异是他们胃内的噬菌体。在其它作用中引人注目的是，这些病毒形成了适应性强的免疫系统，其基础是应用了免疫球蛋白样蛋白质结构域高度可变的特性，类似于抗体的使用机理（以变应变）。第二个概念是噬菌体携带的基因所编码的蛋白质参与了调节宿主的基础生理学过程，比如新陈代谢和抗生素抗性。一个迷人的例子发生在海洋蓝藻细菌的光合作用中，这些细菌产生的光收集触角复合体的部件在噬菌体感染后是高度不稳定的、易于腐败。但是噬菌体携带的基因可以编码受损蛋白质的替代品，使得细菌得以持续产生生物质，而噬菌体如同爆炸般产生大量后代。因此，这些海洋噬菌体通过增加了光合作用的效能和产量，对海洋碳的巨量转换做出了伟大的贡献。第三种教训是任何细菌细胞的小而全的空间结构是由其噬菌体决定的。进化关系紧密相关的细菌之间的主要基因组学差异来源于整合进来的噬菌体（原噬菌体）及其基因组学事件，从插入和/或缺失到重大重排，有助于保卫细菌免受噬菌体感染。这种从不停止的由其噬菌体施加于细菌的选择压力是“红皇后假说”的最佳特征性的例子，也就是说，出于生存的需要，捕食动物与被捕食动物必须持续不断地进化。展望噬菌体，它的未来会是怎样的呢？这些种类的病毒相对容易合成，它们的基因组拥有模块化的特征，迎合了合成生物学家们的需要、对生物学功能进行工程化研究和实施。值此噬菌体被发现100周年之际，我们希望我们的生物学家伙伴们，放弃他们的细胞中心习惯，拥抱噬菌体吧！注：原文作者弗瑞斯特·罗韦尔（Forest Rohwer）和安卡·M·西格尔（Anca M. Segall）现供职于美国加州圣地亚哥州立大学生物学系病毒信息研究所。

科学过程技能的教学设计步骤和原则来源公众号：大格局 GREAT VISION    作者： 王健 等 教学设计模式将系统方法、线性和循环运作相结合，根据基本问题确立模式，并根据基本问题或基本成分确立教学设计的框架。为了更好地进行科学过程技能的培养，教师可依据首要教学原理，按照图1所示的教学框架进行教学设计。图1 首要教学原理培养科学过程技能的模式图一面向完整任务，确定技能目标面向完整任务是指教师需要确定一节课所要达成的具体而系统的目标。科学过程技能的培养应与概念教学整合在一起，相互促进，共同构成教学的核心任务。确定某个主题教学内容的科学过程技能目标是落实科学过程技能教学的第一步，然后在此基础上展示完整的教学任务。在生物学教学中，核心任务是以情境为载体帮助学生构建生物学概念和提升科学过程技能。对于不同年级的学生，不同科学过程技能的要求不同，技能的习得不可能一蹴而就，需要依据课程标准的要求，进行阶段培养，逐步提高其精熟程度。科学过程技能的学习过程不是直线上升的，而是呈现螺旋式上升的特点。在不同的活动任务中，可能都会涉及同一科学过程技能，因此，需要对技能的培养做整体规划和设计。根据教学的核心任务，设定科学过程技能的教学目标内容和层级。首先，需要明确具体科学过程技能的目标类别，例如识别变量、实验设计等。然后设定对技能所要达到的层次要求,例如识别待研究问题中涉及的变量，设计合适的方法来调节自变量，观测因变量，控制无关变量对研究结果可能产生的干扰，根据研究目的设计对照实验和重复实验，并根据研究目的和已有条件实施研究方案等。在确定核心任务的技能目标时，应遵循以下原则：（1）分析教学中的核心活动任务，明确所要达成的科学过程技能目标。（2）在教学过程中，确定达成相应科学过程技能目标的最佳教学策略。比如对于实验设计技能，教师应指导学生遵循实验设计的基本原则，按照一定步骤方法进行实验设计。（3）将技能教学目标与主要教学环节相匹配。比如教学目标中含有提出问题，核心任务中就应该设定相应的教学环节指导学生体验提出问题的过程，学习提出问题的基本要领。（4）所设定的科学过程技能目标在核心任务中做到全覆盖，即在教学过程中对设定的技能目标进行逐一训练。二激活旧知在教学设计时，教师需要做学情分析，充分了解学生的知识基础和技能水平，然后考虑激活他们原有的知识和技能，并指导学生尝试在新旧知识之间建立联结。若要激活学生的已有知识，首先需要分析学生的旧知处于何种水平，这也是进行教学设计的基础性工作。在激活旧知时，可以从学生实验学习经历当中寻找素材，也可以根据教学经验，结合以往教学过程对学生相应技能水平的了解做出初步判断。另外，教师还可以通过考试评价、日常实验表现等方式了解学生的知识和技能水平，然后以此为基础设定分层学习目标，以满足不同学习能力的学生的发展需求。同时，教师需要基于学生现有技能水平与预期目标之间的差距，补充必需的背景知识，比如在探究活动之前，学生需要理解特定探究活动的基本原理，他们才能够认同探究步骤，而不是机械地记忆这些步骤。另外，在必要的时候，教师还需要鼓励学生回忆或表达他们对相关科学过程技能的理解，从而展示其已有的技能水平。在进行教学设计时，激活旧知应遵循以下原则：（1）让学生回忆已经学习过的科学过程技能，或展示学习某项科学过程技能的经历。（2）向学生提供或鼓励他们构建所学技能的组织结构。教师鼓励学生将已学的技能与即将学习的技能相联结，或者直接给学生提供新旧技能联结的方式。（3）为学生展示新旧技能如何建立联系，指导学生思考如何将所学的新技能整合到已有的某个知识组织结构中去。在讲解所要学习的新知识和技能时，教师应指导学生思考如何将自己的已有技能运用到当前的情境中。（4）在尝试应用时，教师需提供必要的辅导，以帮助学生回忆起相应技能对应的组织结构，促进新技能的应用。学生在应用新技能（如实验设计技能）时，教师应指导他们将习得的新旧技能应用到当前的实践过程中。（5）学生有机会反思习得的新知识和技能如何与原有知识和技能相联系。在新技能的应用过程中，教师应设计相应的教学环节让学生对新学习的知识和技能与原有的知识和技能进行比较，寻找它们的异同点，为新旧知识和技能之间建立联结提供支持。三呈现新知对于不同的科学过程技能，可以选用恰当的教学策略加以呈现，比如语言讲授、PPT展示、视频展示、操作演示等，不管选择哪种展示策略，其根本目标都是为学生提供关于新知识或技能的范例。在探究教学过程中，需要系统地训练学生的科学过程技能，需根据科学过程技能的训练目标，设计相应活动任务，应遵循“目标—策略—活动”的一致性。在教学设计时，呈现新知需遵循以下原则：（1）为学生提供在真实或模拟环境中学习相关科学过程技能的机会。教师在指导学生学习不同科学过程技能的要领时，应采用真实或模拟的探究情境案例来进行，而不仅仅进行抽象讲解。（2）教师向学生展示每个科学过程技能的预期结果。教师在指导学生理解某项科学过程技能时，应向他们展示该技能学习过程中的阶段性成果和最终结果。（3）教师引导学生关注技能的使用条件或要求。（4）教学内容应按照由易到难的顺序来呈现。教师可通过多种形式展示对某项科学过程技能的指导和要求，做到循序渐进，逐步精熟。（5）呈现新知识时使用恰当的媒体。教师在指导学生理解某项科学过程技能时，可以选择恰当的媒体来辅助呈现。四应用新知在完成科学过程技能的教学后，要为学生提供及时实践的训练机会，并进行过程性评价，对学生的表现提供必要的反馈信息。对于学生在学习后科学过程技能目标的达成情况，可通过对学生在实验中的表现、学案的填写情况、课后作业或小测成绩等途径来评价，评价的方式应多样化。对于科学过程技能的评价尤其不能仅限于纸笔，需要结合学生的实验完成情况、纸笔作业或小测试、实验反思等多种信息来进行综合评价。在教学设计时，应用新知需遵循以下原则：（1）学生在真实或模拟情境中进行实践，按照每项科学过程技能的要求来完成任务。（2）组织学生进行自评，教师及时进行评价反馈（告知学习者某项操作或动作是否恰当）。教师应引导学生留意并反思自己的实验探究过程，包括操作方法和思维方式，组织学生开展互评，并对学生在实验探究过程的具体表现进行及时的反馈。（3）为学生提供由简单到复杂的任务序列，而不只是一个单项任务。（4）在不同的任务序列中，按照任务序列的先后顺序，针对某项科学过程技能，为学生提供的学习指导应随着实验任务的进行而逐渐减少，在后续的任务中，留给学生更多实践应用的机会。（5）及时进行反馈。五融会贯通为学生提供更多的实践应用机会，进行知识技能的迁移应用，激发学生进一步学习的动机，并将其看作是检验学生科学过程技能水平的重要环节。在完成实践活动后，尽量给学生提供能够应用新知识、新技能的拓展项目活动，这项活动应贴近生活，便于学生理解，也应尽可能降低活动的客观条件要求，使得大多数学生都有机会将新获得的知识和技能应用于问题解决，能获得新的体验以及对知识和技能的深入理解。在教学设计时，融会贯通需要遵循以下原则：（1）学生应有机会反思、讨论和辩论他们学到的科学过程技能。教师应提供机会让学生反思已经习得的技能。（2）学生应有机会探索个性化的方法，来创造性地使用他们学到的新技能，比如拓展性的实验探究课题等。（3）学生应有机会公开展示他们学到的新技能，比如参加比赛、汇报和分享研究成果等。（本文选编自王健、姚舒、周有祥等著《中学生物学科学过程技能的培养研究》，广西教育出版社。注释从略，如需要查阅或引用，请阅原书）

施一公：生命的本质和生命的极限施一公 ，男，汉族，1967年5月5日出生于河南省郑州市，结构生物学家，主要从事细胞凋亡及膜蛋白两个领域的研究。施一公教授是中国科学院院士、欧洲分子生物学学会外籍会士、美国国家科学院外籍院士、美国艺术与科学院外籍院士，清华大学教授，曾任清华大学副校长。 现任中国科学技术协会第十届全国委员会副主席，西湖大学校长，清华大学生命科学与医学研究院院长、欧美同学会副会长。施一公1989年本科毕业于清华大学，1995年在美国约翰·霍普金斯大学获博士学位。2017年获第二届“未来科学大奖”之“生命科学奖”。2018年12月，入选“中国改革开放海归40年40人”榜单。2019年12月18日，入选“中国海归70年70人”榜单。2020年8月，获得2020年度陈嘉庚科学奖之生命科学奖。此文为施一公教授在“未来论坛年会上发表的题为《生命科学认知的极限》的演讲。与以往不同的是，施一公此番并未局限于生命医学，他从人类生命饱受心血管疾病、癌症和神经退行性疾病的三大挑战开始，讲述了人类如何通过科学来接受生命挑战。但最终，人对生命认知的极限问题将他的科学思索，由生物医学带向量子力学，向我们展现了一个生物学家面对生命之谜的不懈追问。演讲全文：今天，我想跟大家探讨一下生命的本质和生命的极限。1、我们先看看人从哪而来？人的整个出生过程是这样的：一个精子在卵子表面不停地游逛，寻找一个入口，找到合适位点以后，会分泌一些酶，然后钻进去。卵子很聪明，一般不会让第二个精子再有机会，所以一有精子进来，马上把入口封死。精子进来后就被降解，然后精子的细胞核和卵子的细胞核结合，形成双倍体，受精卵开始发育，逐渐分裂为2个细胞、再分裂为4个细胞、8个细胞、16个细胞，此时受精卵还在子宫外面游逛，还没有着床。继续分裂下去，形成64个细胞、128个细胞，这时它快要找到着床地点了。着床之后，继续发育。你们可能知道也可能不知道，短短四个礼拜，胎儿开始有心跳。慢慢地，神经管形成了，脊椎形成了，四肢开始发育，通过细胞凋亡，开始形成手指头。到四五个月的时候，胎儿开始在母亲肚子里踢腾。出生之前，胎儿的大脑发育非常快，各种神经突触迅速形成。然而不要忘了，这样一个鲜活的生命来自于一个受精卵。生命开始之后，生命的历程很漫长，这里面有很多苦恼。我记得我看过一首打油诗是这样说的：0岁闪亮登场，10岁茁壮成长，20岁为情彷徨，30岁拼命打闯，40岁基本定向，50岁回头望望，60岁告老还乡，70岁搓搓麻将，80岁晒晒太阳，90岁躺在床上，100岁挂在墙上。2、科学如何应对生命挑战我们生命的历程饱受挑战，有很多来自于疾病，其中三类疾病和人类有很大关系。（1）其中心血管疾病是最重要的杀手，仅在中国每年就有303万人死于心血管疾病，占32%。（2）第二种疾病也很可怕，就是癌症，我们身边的人常常被癌症夺去生命，中国每年有265万人死于癌症，占28%。（3）第三类疾病死亡率不高，但是对人的困扰很大，严重影响生活质量，就是神经退行性疾病，有多位世界名人都曾受这类疾病的折磨。此外还有34%的人死于其他原因，其中大部分是传染病，一小部分是交通事故和意外伤害。我今天想告诉大家的是：我们如何运用科学去接受生命的挑战。在古代，我们在黑暗中摸索，比如说当代的屠呦呦为找到治疗疟疾的方法，就是看了古典药学得到灵感，导致了青蒿素的发现。后来弗莱明发现青霉素，已经是用科学的方法论来探索。1985年以后，由于戈尔茨坦和布朗发现了低密度脂肪颗粒的受体(LDL受体)，开启了真正的征服心血管疾病的历程。人类始终用科学在应对挑战，从简单的摸索和经验积累，到最后通过基础研究驱使药物的发现。我有三个例子在此分享：第一个例子就是心血管疾病。研究发现，导致心血管形成斑块的低密度脂蛋白和受体结合以后会被细胞内吞，内吞以后低密度脂肪的颗粒会被降解，而受体会回到细胞表面，可以重生，再去把新的低密度脂蛋白拉到细胞内去，从而减少对人体有害的低密度脂蛋白。1985年，戈尔茨坦和布朗两位科学家，(也是在座的王晓东的博士后导师)，就是因为发现了低密度脂蛋白的受体而获得诺贝尔生理或医学奖。在戈尔茨坦、布朗和日本科学家Endo Akira等一大批人的努力下，很多降胆固醇的他汀类药物问世了，包括1987年问世的第一个心血管疾病的药物。迄今为止，最有名的他汀类药物立普妥(阿托伐他汀)已经过了专利保护期，在座的就应该有人服用过这种药。在它于2011年专利过期之前，全球销售额高达160亿美元，堪称药神。我们一直在用基础研究去探索最前沿的和疾病做斗争的方式，我们虽然有很多他汀类药物，但是很多高血脂的人仅仅靠吃他汀类药物，并不能阻止心血管软斑块和硬斑块的形成。为什么呢？科学家发现，是因为这些人体内的低密度脂蛋白受体逐渐被降解得找不到了，如何把他们的受体的数量恢复出来，就是问题的核心。几年之前，科学家找到了PCSK9蛋白，它可以结合低密度脂肪蛋白的受体。结合到受体以后，低密度脂蛋白颗粒被受体一起拉到细胞内内吞了，也就是说，低密度脂蛋白受体在被细胞内吞的同时就牺牲了，也就不能再把流淌于血液中的低密度脂蛋白降解掉，这样低密度脂蛋白大量堆积，就形成了软斑块和硬斑块，最后带来致命的心血管疾病。这个过程是基础研究发现的，而发现这个过程的著名科学家海伦，是一位女性，获得了2015年的生命科学的突破奖。第二个例子我们讲讲治疗癌症的新的曙光。大家听过很多次的「免疫疗法」。这个免疫疗法最有名的一个例子，是2015年8月20日，美国前总统卡特向所有世界上关心他的人宣布，自己得了晚期黑色素瘤，而且当时已经有4个2毫米大的肿瘤在脑子里，已经扩散了，他认为自己的时间不多了。然而短短3个月以后，2015年12月6日，他再次出现在大家面前，告诉人们，通过分子疗法，他脑子里的4个肿瘤已经完全找不到了。他的分子疗法就包括一个很有名的免疫疗法，就是针对PD-1表面受体的单克隆疗法。免疫疗法从根本上改变了人类对疾病的斗争方式。这种疗法的创始人，也是这一概念的发现者James Allison同样获得了生命科学突破奖。对这一过程也做出了重大贡献的科学家中，还包括一位中国人，就是陈列平博士。第三个例子是神经退行性疾病。非常遗憾，至今人类根本不知道病因，尽管我可以告诉大家很多的理论、数据和实践，但我们只是大概知道这个病是怎么回事。现在世界上有4700万人饱受这种疾病的困扰，预计2050年时，每3秒钟就有一个新的病人出现，我们会有超过一亿三千万人受它的困扰。神经退行性疾病中最有名的就是老年痴呆症症，也叫阿尔茨海默综合症。得这个病的病人很痛苦，因为生活不能自理。老年痴呆晚期的患者大脑里面有一个个很可怕的洞，大脑被吞噬掉了。虽然不知道到底是什么原因导致了老年痴呆症，但是大家公认，如果从分子水平上认识老年痴呆症，也许会为治疗带来曙光。我自己的实验室也在朝这个方向努力。我们去年在原子分辨率上首次报道了与老年痴呆有直接关系的人源γ分泌酶的结构，这个人源γ分泌酶被认为是导致老年痴呆症必不可少的一个致病蛋白，所以也许通过后续的深化研究，我们可以找到治疗老年痴呆症的办法。3、认知生命有极限我举了心血管疾病、癌症、老年痴呆症的例子，最后过渡到大脑。不要说我们对老年痴呆症的病因不清楚，对大脑这样一个神秘的器官我们也知之甚少，我们基本上可以说什么都不知道。尽管我们有很好的学习记忆的模型，我们可以模拟出学习记忆的过程，但究竟是不是这样？我们真的不知道。我甚至认为包括我们的电信号记录的神经冲动电位，只是一个表象，不一定是学习记忆的本质。为什么？因为我们确实是这样一个生物人，是一堆原子构成的人在理解生命。我们在用我们的五官，就是视觉、嗅觉、听觉、味觉、触觉理解这个世界。这个过程是不是客观的呢，肯定不是客观的。我们的五官感受世界以后，把信息全部集中到大脑，但是我们不知道大脑是如何工作的，所以在这方面也不能叫客观。我们人究竟是什么呢？仔细想一想，人是怎么样处理信息的呢？我们先来对信息也就是物质做一个定义。我们有三个层面的物质：（1）第一个物质是宏观的，就是我们可以感知到的，直觉可以看到的东西，比如人是一个物质，房子也是一个物质，天安门、故宫都是物质。（2）第二个层面是微观的，包括眼睛看不到的东西也叫微观，我们可以借助仪器感知到、测量到，从直觉上认为它存在，比如说原子、分子、蛋白，比如说很远的一百亿光年以外的星球。（3）第三个层面，就是超微观的物质。对这一类，我们只能理论推测，用实验验证，但是从来不知道它是什么，包括量子，包括光子。尽管知道粒子可以有自旋和能级、能量，但是我们真的很难通过直觉理解，这就是超微观世界。但尽管如此，我们还是要想一想，这个世界是超微观世界决定微观世界，微观世界决定宏观世界。我们人是什么？人就是宏观世界里的一个个体，所以我们的本质一定是由微观世界决定，再由超微观世界决定。我毫不怀疑我就是一个薛定谔方程、一个生命形式、一个能量形式，但不知道怎么解这个方程，不知道思维是怎么产生的，仅此而已。我相信，你也应该相信，我们每个人不仅是一堆原子，而是一堆粒子构成的。所以，我们真的就是一堆由粒子构成的原子，如此之简单。我们有多少原子?大约有6×10^27个原子，形成大约60种不同的元素，但真正的比较多的元素，不过区区11种。原子通过共价键形成分子，分子聚在一起形成分子聚集体，然后形成小的细胞器、细胞、组织、器官，最后形成一个整体。但是你会觉得，不管你怎么做研究，都无法解释人的意识，这超越了我们能说出和能感知的层面。我认为要解释意识，一定得超出前两个层次，到量子力学层面去考察。我自己认为是这样的。4、量子纠缠是可以进化的现象吗?所以我想班门弄斧讲一讲量子纠缠。1935年，当爱因斯坦(Einstein)和波多尔斯基(Podolsky)以及罗森(Rosen)一起，写出了著名的EPR佯谬之后，提出了量子纠缠。实际上”量子纠缠“这个词并不是爱因斯坦提出来的，而是薛定谔提出来的，当时看来是很不可思议的。量子纠缠的意思是说，两个纠缠的量子不管相距多远，它们都不是独立事件。当你对一个量子进行测量的时候，另外一个相距很远的量子居然也可以被人知道它的状态，可以被关联地测量，很不可思议。但这样一个简单的现象既然存在于客观世界，我相信它会无处不在，包括存在于我们的人体里。是不是这样呢?当然是这样。量子纠缠怎么样影响我们的生命，其实我们不知道，为什么？因为这不是我们可以用直觉去感受的。加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)著名的理论和实验物理学家Matthew Fisher就笃信，人的意识、记忆和思维是量子纠缠的，要用量子理论来解释。那怎么证明呢？他说我一定要在实物上证明，要寻找量子纠缠的实体。很多科学家找了很长时间，发现神经细胞里面的微管可以形成量子纠缠，但是微管的时间尺度是10^(-20)秒到10^(-13)秒，远远小于人的记忆和意识的形成时间。但是他通过理论的实践，以模拟的方式找到了，他正在进行实验验证。比如把磷和钙放在一起，也就是磷酸钙，当磷酸钙以波斯纳分子集群(Posner molecule or cluster)形式存在的时候，它的量子纠缠时间可以长达105秒!能把这样一个极其脆弱的，对声、光、电、热都极其敏感的量子纠缠现象的持续时间提高15个数量级，那么如果再提高5个数量级，就可以达到年的水平，以年为单位来保存量子纠缠现象。那么依此类推，你们觉不觉得，有一天我们人类会发现量子纠缠也是一个可以进化的现象，它可以保存一百年、一千年、一万年。也就是说，量子纠缠，它在远古的时候就存在了，在进化过程中被保存了下来。我要问你们四个问题：1 第一个问题，你们相信有第六感官吗？很多人会说不相信。2 第二个问题，有没有可能，两个人会以未知的方式进行交流？你会说也许，不会像第一个问题那样肯定地说不信。3 第三个问题，量子纠缠是否存在于人类的认知世界里面？存在于大脑里？我相信听了我的讲座，你会觉得很有可能。4 第四个问题，量子纠缠是不是适用于地球上的物质呢？你一定会说一定适用，因为我们已经证明了。但其实简单讲，这四个问题是完全一样的问题，倒推回去就说明一定有第六感官，只是我们无法感受，所以叫”第六感官“。那么我们人究竟是什么？我们只不过是由一个细胞走过来的，就是受精卵，所有受精卵在35亿年以前，都来自于同一个细胞，同一团物质，一个处于复杂的量子纠缠的体系，就这么简单。其实我不知道这里面是什么，但是我相信它。我每呼吸一次会摄入10^22次方的氧原子进入我的身体，进入共价结构。这一口呼吸至少有10^4次方以上的氧原子，被处在世界上一个很遥远角落里的，我没有见过的人呼吸过至少一次，这在一个月内就会做到，人一辈子一直在这么做。而两个人在一个房间里的时候，一天可以有63克的氧气在彼此的肺当中交换。科学发展到今天，我们看世界完全像盲人摸象一样，我们看到的世界是有形的，我们自己认为它是客观的世界。其实我们已知的物质的质量在宇宙中只占4%，其余96%的物质的存在形式是我们根本不知道的，我们叫它暗物质和暗能量。那么盲人摸象般地认识世界是科学吗？一定是科学。每个人摸的都是真实存在，而且都是客观存在的，都是看得见摸得着的，我们现在也是如此。只是我们不知道摸的是象的后背，还是尾巴，还是耳朵。我认为人类的认知极限就在于，我们是一堆原子，我们处在宏观世界，但我们希望隔着两个世界去看超微观世界。那是一个最美好的、极其美妙的世界。谢谢大家！

郭学恒：基于素养培育的免疫学核心概念解析来源公众号：生物学通报编者按随着现代免疫学的发展及《普通高中生物学课程标准（2017 年版 2020 年修订）》对中学生核心素养培育要求的提出，免疫学在中学生物学教学中日益受到关注。《基于素养培育的免疫学核心概念解析》一文从助力学生核心素养的涵育和构建免疫学概念系统的角度出发，对炎症等免疫学核心概念进行了详细和精准的解析。作者从国内外主流免疫学经典教材中，寻求知识的源头和准确的释义，同时又详尽地标注了引用的文献出处，给广大师生留下进一步思考和探索的空间，体现了基于素养培育的中学免疫学知识系统教育教学的目标。——文章外审评议人本刊副主编：王月丹基于素养培育的免疫学核心概念解析郭学恒 （教育部教育考试院）摘要免疫调节是发展稳态与平衡观核心素养的重要内容基础。免疫学内容的复杂性给学生设置了一定的认知门槛。对免疫细胞、细胞因子、炎症、淋巴细胞活化、自身免疫等核心概念的认知与辨析，有助于强化对免疫调节的分子和细胞生物学基础的学科理解，构建免疫学概念系统。免疫学教学中，应把握主要特征，避免认知的零碎化；紧扣免疫应答的关键环节，建立免疫细胞与应答过程的联系，提升认知的联系性；从免疫协作视角比较差异与互补之处，促进认知水平的进阶。关键词核心素养 免疫学 免疫调节 免疫细胞 细胞因子 炎症免疫调节是中学生物学理解稳态概念 、发展稳态与平衡观的重要内容基础。近年来，免疫学与健康生活的关系愈显紧密，在生物学教学中备受重视。与《普通高中生物课程标准（实验）》相比，《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）将免疫调节与神经调节、体液调节并列为维持机体稳态的调节方式。相应地，高中生物学新教材（如2019年人教版）内容由“免疫调节”一节升格为一章，内容的深度和广度随之发生明显变化。在高中生物学新教材的教学实践中，不少教师感到难以适应，学生也面临着一定的认知障碍，其主要症结在于内容明显增多 、难度显著提高，缺乏可循的认知方式与结构，这主要源于对免疫学核心概念和基本过程的理解不到位。为促进《课程标准》的教学落实，使学生更好地学习免疫学内容，需要对免疫学核心概念和主要过程，包括免疫细胞、细胞因子、炎症、淋巴细胞活化、神经内分泌免疫调节及自身免疫等，进行梳理解析与关联辨析，以构建免疫学概念系统，助力学生核心素养的涵育，发展生命观念科学思维、科学探究、社会责任等生物学学科核心素养。 免疫学的复杂性反映了免疫系统多样性与特殊性，亦显示出免疫学发展的历程特征。免疫系统涵盖免疫器官、免疫细胞、免疫分子 3 个层次，其中免疫细胞是免疫调节的基本功能单位。01免疫细胞免疫细胞集中分布的场所是免疫器官。免疫系统是机体健康的防卫系统，对全身各处进行监控和巡逻，几乎全身各处都有免疫细胞的分布，因此免疫细胞不是免疫器官所专属。与非免疫器官（如肝、肾、小肠）不同，免疫器官是免疫细胞集中分布的场所。根据功能差异，免疫细胞发生的场所称为中枢免疫器官，如骨髓 是绝大部分免疫细胞发育和成熟的场所，胸腺是 T 细胞分化成熟的场所。免疫细胞进行免疫应答的场所称为外周免疫器官，如脾脏、淋巴结。脾脏主要对血源病原体进行免疫应答；淋巴结主要对组织细胞外液中的病原体进行免疫应答，包括经皮肤、黏膜组织入侵的病原体。免疫细胞的多样分类标准产生诸多易混概念，造成了学习免疫学的理解障碍，故而需厘清各种免疫细胞相关术语的含义及相互关系，以构建清晰的免疫细胞认知网络，有助于达成选择性 必修课程《稳态与调节》对免疫细胞的内容要求 （次位概念 1.5.1）。1.1 分类标准 1：血细胞类型白细胞 （leukocyte）是一类血细胞，免疫细胞均可视为白 细胞。血细胞都由造血干细胞分化产生，血细胞包括白细胞、红细胞和血小板 3 类。白细胞属于血细胞的分类范畴，免疫细胞是参与免疫应答的细胞，二者均包括淋系细胞和髓系细胞，是一类细胞在不同维度的称谓。 1.2 分类标准 2：分化来源免疫细胞多样性较为丰富，其分类标准亦有差异。免疫细胞按发育来源分为淋系细胞和髓系细胞。淋系细胞中的 T 细胞和 B 细胞均为淋巴细胞，淋巴细胞的主要特征是具有抗原特异性受体，是适应性免疫应答的主要效应细胞，能够分化形成记忆细胞。除淋巴细胞之外，其他免疫细胞主要参与固有免疫应答，包括淋系细胞中的自然杀伤细胞、固有淋巴样细胞和全部髓系细胞（图 1）。1.3 分类标准 3：功能特质吞噬细胞和抗原提呈细胞是根据特定功能命名的细胞类型。吞噬细胞包括巨噬细胞、粒细胞和树突状细胞 （图 1），具有较强的吞噬和消化病原体的能力。巨噬细胞广泛分布于多种组织，如消化道、呼吸道、泌尿生殖道、脾脏、肝脏等，是这些组织的主要吞噬细胞类型。粒细胞的细胞核呈多片连续小叶的形态，因而又称多型核细胞；根据粒细胞对染料着色的差异，分为中性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜酸性粒细胞 3 类，主要分布于血液之中；中性粒细胞数量最多，是进行固有免疫应答的主要细胞类型。病原体入侵机体的主要位点是消化道等黏膜组织和血液，巨噬细胞“坚守”黏膜组织，中性粒细胞“坚守”血液，巨噬细胞还可招募中性细胞至感染位点，共同监控入侵的病原体并进行固有免疫应答。树突状细胞主要分布于淋巴器官和外周组织，吞噬的病原体主要通过降解产生抗原多肽进行抗原提呈以激活 T 细胞，其吞噬目的主要在于抗原提呈，因而不属于前线细胞。巨噬细胞和中性粒细胞属于前线细胞，吞噬目的主要在于大规模地直接杀灭病原体。 1.4 分类标准 4：活化状态发育成熟的淋巴细胞在血液和淋巴液中移动，尚未被病原体活化，这种状态的淋巴细胞称为初始淋巴细胞。初始淋巴细胞接触特定病原体后增殖分化，以参与适应性免疫应答，这种状态的淋巴细胞称为效应淋巴细胞，包括辅助性 T 细胞、细胞毒性 T 细胞及 浆细胞。02免疫应答入侵机体的病原体先诱导固有免疫应答，之后再转向适应性免疫应答，这 2 种免疫应答的时程、位置、效应细胞和分子、抗原特异性等多方面有所差异，但相互协调配合。细胞因子作为免疫 调节的信号分子参与免疫调节。炎症反应是固有免疫应答过程中的关键环节，为后续抗原特异性 T 细胞及 B 细胞的活化奠定基础和决定方向。厘清免疫应答主要过程有助于达成《课程标准》对非 特异性免疫和特异性免疫的内容要求（次位概念 1.5.2 和 1.5.3）。 2.1 细胞因子细胞因子是一类小分子可溶性蛋白质，主要由免疫细胞产生，是免疫调节信息交流的主要信号分子。细胞因子是免疫系统 的激素，其作用模式与激素相似，低浓度即可发挥作用，具有高效性，需要结合特定受体发挥效应。细胞因子效应范围通常较小，多作用于分泌细胞自身或邻近细胞，小部分细胞因子可进入血液循环调控远距离靶细胞。 2.2 炎症炎症通常是指感染或组织损伤诱导组织液、血浆蛋白和白细胞积聚的局部反应。病原体感染或组织损伤发生的短时间内即可产生炎症反应，感染或受损组织部位的巨噬细胞被活化产生细胞因子和趋化因子，使炎症部位组织液增加，并招募中性粒细胞及随后的单核细胞、淋巴细胞等在炎症部位聚集。炎症在抗感染过程中主要发挥 3 个方面的作用：1）诱导免疫细胞和效应分子在感染部位聚集以增强病原体的清除；2）诱导局部血液凝固形成屏障以阻止感染扩大；3）促进组织修复。2.3 T 细胞活化初始淋巴细胞对抗原的识别有差异。T 细胞只能识别 MHC 装载的抗原肽， 因此初始 T 细胞的活化需要 APC 将抗原处理并提 呈。初始 T 细胞被树突状细胞活化依次需要 3 个信号。第一信号：特异性识别抗原肽，诱导 T 细胞激活。初始 T 细胞识别并结合树突状细胞提呈的抗原肽，诱导 T 细胞初步激活。第二信号：共刺激分子配对，诱导 T 细胞增殖。APC 识别抗原后细胞表面共刺激分子表达水平升高，如 CD80 等。在第一信号基础之上，APC 表面的共刺激分子（如 CD80）与 T 细胞表面的共刺激分子（如 CD28）配对结合，诱导 T 细胞增殖。第三信号：APC 产生细胞因子，诱导 T 细胞分化。APC 产生的细胞因子作用于 T 细胞诱导其分化方向，使之成为特定类型的效应 T 细胞。 2.4 B 细胞活化B 细胞可识别完整病原体，也可识别小分子。某些病原体抗原诱导的体液免疫应答需要 T 细胞参与，这些抗原称为胸腺依赖性（thymus-dependent，TD）抗原，具体是需要辅助性 T 细胞。TD 抗原通常为蛋白质组分，既可被初始 B 细胞识别，又可被树突状细胞识别。作为 APC，初始 B 细胞可直接识别病原体并处理和提呈抗原肽至细胞表面，可被 T 细胞识别。识别 B 细胞提呈抗原肽的 T 细胞是辅助性 T 细胞，由树突状细胞处理和提呈该 TD 抗原后诱导产生。即 TD 抗原被初始 B 细胞和树突状细胞 2 种 APC 提呈，且初始 B 细胞和辅助性 T 细胞对同一抗原应答才可结合以发挥辅助作用。B 细胞活化类似于 T 细胞活化，需要 MHC 提呈的抗原肽被辅助性 T 细胞识别，共刺激信号以及细胞因子。B 细胞表面有共刺激分子 CD40，辅助性 T 细胞表面有 CD40 配体 CD40L 与之结合，从而诱导 B 细胞增殖。辅助性 T 细胞分泌多种细胞因子促进 B 细胞 分化，如 IL-21。2.5 免疫记忆适应性免疫应答过程中，淋巴细胞被活化后均可分化为记忆细胞。CD4+ T 细胞和 CD8+ T 细胞均可分化为记忆 T 细胞，记忆 T 细胞再次接触抗原后可分别分化为辅助性 T 细胞和 CTL。记忆 T 细胞识别抗原和初始 T 细胞相同，均只能识别 APC 提呈的抗原肽，而不能直接识别完整病原体。记忆 B 细胞识别抗原方式与初始 B 细胞相同。03免疫调节免疫调节与神经调节、体液调节相互协调以维持机体稳态。若免疫稳态失衡，机体对自身物质进行免疫应答，则产生自身免疫（autoimmunity）。对自身免疫的准确把握有助于对免疫功能异常 的概念认知（《课程标准》中次位概念 1.5.4）。 3.1 神经-内分泌-免疫调节机体的系统可分为基本功能系统和调节系统 2 类。基本功能系统包括循环、呼吸、消化、生殖等系统，主要执行物质代谢和生殖等生理功能。调节系统包括神经、内分泌和免疫系统，主要对基本功能系统进行调节，控制机体生长发育和参与机体防御。调节系统可感受和传递内、外环境的信息，各调节系统感受的刺激信息类型有所差异：神经系统感受和传递冷热、触觉等刺激信息；内分泌系统感受和传递来自神经和免疫系统的各类信息；免疫系统主要感受和传递细菌、病毒、毒素、肿瘤等信息。 神经、内分泌和免疫系统调节网络形成的基础是具有共同的信号系统，即神经递质、激素、细胞因子及其受体。3.2 自身免疫是免疫耐受的失衡机体自身的蛋白质组分与外来病原体蛋白质组分相同，具有作为抗原的化学属性。通常免疫系统对自身抗原不产生应答反应；若免疫失调，对自身抗原产生免疫应答，即发生自身免疫。 免疫系统具有精准识别自身抗原和外来抗原的能力，通常自身抗原诱导免疫耐受，外来抗原诱导免疫应答。淋巴细胞接触抗原而不应答的状态称为免疫耐受。应用免疫耐受可用于治疗过敏、自身免疫病以及缓解移植器官的排斥。免疫耐受的建立失败或状态紊乱失衡，使免疫系统对自身抗原进行免疫应答导致组织损伤或疾病，即为自身免疫。04教学建议为消解免疫学内容的复杂性特征给师生设置的认知门槛，在教学过程中应采用适当的方法助推学生科学构建免疫学的概念体系，以科学的路径有效缓解学生的畏难情绪，促进免疫学内容育 人价值的落地。 4.1 把握核心，聚焦主要特征过多关注细节或全部信息，在免疫学的认知初期阶段容易使学生迷失在概念的丛林中，易因混淆或偏差而形成阻碍认知进一步深化的前概念，因此，教师应抽提免疫学概念及免疫应答过程的主干，以主要特征及一般规律为核心要义，先行建立基本理解和构建概念，在后续的学习过程中再对先前的概念信息进行拓展和补充。4.2 梳理脉络，紧扣关键环节 免疫应答过程较为复杂。对于免疫应答过程的理解和把握， 以关键环节的主要免疫细胞功能为节点，在细胞主要功能的基础之上建立应答过程脉络，织密免疫细胞与免疫应答过程的联系网络。同样地，在建立免疫应答路径的过程中可加深对免疫细胞结构和功能的理解，由此加深元件与过程之间的网络化认知。4.3 构建体系，注重差异比较免疫系统是一个繁杂精妙的防卫系统，各种免疫细胞及免疫分子之间相互协调与配合，在时程、区位、靶标、功能、行为、效应等维度体现出完善的协作机制。例如，病原体入侵之初进行应答迅速、特异性低的固有免疫应答，后期进行应答缓慢、特异性高的适应性免疫应答；中枢免疫器官负责免疫细胞生成，外周免疫器官负责免疫应答；细胞免疫应答主要针对胞内病原体，体液免疫应答主要针对胞外病原体，其主要效应机制分别为 CTL 或抗体介导。从免疫协作视角看免疫细胞功能和免疫应答过程，注重比较其差异的互补之处，理解免疫系统如此设计的缘由，有助于形成免疫学概念网络体系，深化免疫学认知水平。文章来源:郭学恒.基于素养培育的免疫学核心概念解析[J]. 生物学通报, 2024, 59(1): 84-89.  

从选题到结题：撰写高质量生物学科教学论文的全流程指南 来源公众号：周其飘名教师工作室从选题到结题：撰写高质量生物学科教学论文的全流程指南撰写高质量生物学科教学论文，需遵循从选题、资料收集、设计研究、实施研究、数据分析、撰写论文至结题的一系列严谨步骤。以下为全流程指导：011.选题阶段：目标明确：研究目的和意图应清晰，关注生物教学领域热点问题或待解决教学难题。创新性与可行性：选题应具创新性和实际应用价值，同时考虑研究条件与技术能力，确保课题可行性。022.文献调研：深入了解：查阅相关文献，掌握研究现状、进展、问题及未来趋势，为后续研究提供理论依据和参考。分析归纳：综合分析和归纳收集到的文献，整理研究课题的关键理论点和研究方法。033.设计研究方案：研究方法选择：根据选题内容，选用合适的教育科学研究方法，如实验法、调查法、案例分析法等。研究工具设计：包括问卷、实验操作程序、观察记录表等，预测试工具有效性和可靠性。研究计划制定：详细规划研究时间节点、人员分工、样本选取、数据收集与处理方式等。044.实施研究：执行研究设计：开展教学实践，收集数据，确保数据真实性和有效性。质量控制：对研究过程进行质量控制，保障研究结果可靠性和准确性。055.数据分析与解读：数据整理与清洗：整理和清洗收集的数据，确保准确性和完整性。统计分析：运用适当统计方法分析数据，揭示生物学教学规律或问题。结果解读：结合研究假设和理论框架，深度解读分析结果，探讨影响生物学科教学效果的因素及作用机制。066.撰写论文：论文结构：遵循学术论文基本结构(摘要、引言、材料与方法、结果、讨论、结论、参考文献)撰写。写作要求：论文应逻辑清晰、论述严密、语言准确，突出研究成果的新颖性、科学性和实用性。077.修改与审稿：审查修订：完成初稿后，反复审查修订，确保无逻辑错误、表述不清等问题，可邀请同行专家或导师审阅并提供建议。针对反馈：针对审稿人或编辑意见进行针对性修改，不断完善论文质量。088.投稿发表与结题：选择合适期刊：根据研究内容和质量，选择合适学术期刊投稿，提交论文及相关材料，耐心等待审稿和回复。论文发表：论文被接收发表，标志着课题研究基本完成。整理研究资料：整理研究过程中的所有资料，撰写结题报告。申请结题验收：向相关部门或资助机构申请结题验收，完成整个研究过程。综上所述，撰写高质量生物学科教学论文全流程指南，每个环节均至关重要，需细心对待。严谨研究方法和严密论证过程，方能撰写出具有学术价值和实际应用意义的论文，为生物教学领域发展作出贡献。