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篇1

前人已對韓國留學生的“把”字句習得展開了一些研究。例如，林載浩（2001）曾針對韓國學生習得“把”字句的情況做了初步考察，并作了偏誤分析。李寶貴（2004）也對韓國留學生的“把”字句做了偏誤分析。金道榮（2010）則通過對韓國學生的實證調(diào)查，結(jié)合歷史文獻中的相關(guān)資料，對阿爾泰語法背景下的漢語“把”字句偏誤生成機制進行了較為詳盡的分析，并提出了相應的教學對策。這些成果都為這一領(lǐng)域的研究提供了一定的基礎(chǔ)，但仍然需要從不同角度、采用不同方法展開更多的研究。

本文利用北語HSK動態(tài)作文語料庫，將其中收集的韓國學生的255條“把”字句偏誤進行分類和定量分析，并討論產(chǎn)生偏誤的原因。

二、“把”字句偏誤的分類和統(tǒng)計

本文首先把255條偏誤句分為“把”字的“當用而不用”“不當用而用”和“其他”三大類，并得到其總體情況（見表1）。

表1：韓國留學生“把”字句偏誤總體情況表

類型 數(shù)量 比例（%）

當用而不用“把” 80 31.4

不當用而用“把” 70 27.4

其他* 105 41.2

總數(shù) 255 100

（*這一類指用了“把”字句，但出現(xiàn)語序不符合規(guī)范、遺漏必要成分等情況。）

從表1可見，當用而不用“把”的偏誤比例高達31.4%，不當用而用“把”的比例有27.4%，這兩類偏誤的比例（58.8%）占了全部偏誤句的一半以上。由此可以看出，韓國留學生在學習“把”字句的過程中，最大的困難是不知道什么時候該用“把”，什么時候不該用“把”。這應該是留學生在習得漢語“把”字句時的普遍問題。

在第一次分類的基礎(chǔ)上，本文對255個偏誤句進行了再次分類，分為補語偏誤、謂語偏誤、賓語偏誤、狀語偏誤、單純?nèi)薄鞍选本洹ⅰ白尅薄笆埂闭`用為“把”等六種偏誤類型。

1.補語偏誤：主要體現(xiàn)在動詞后缺少相應的補語成分。值得注意的是，我們把光桿動詞的偏誤也歸于這一類。如：

（1）我也[C]是想，怎么把病人{CC治人}殺呢{CJba}？

（2）一個最親的最愛的人在他[C]身旁十分痛苦地喊叫或要求把他殺{CJba}。

2.謂語偏誤：主要是用了不能充當“把”字句謂語的動詞或是缺少謂語動詞。如：

（3）我叫×××，今年把大學畢[C]業(yè)了{CJba}。

（4）那天開始我把書朋友{CJba}。

3.賓語偏誤：多體現(xiàn)在缺少賓語或賓語是不確定的成分。

（5）都變成推{CC托}給別人做{CC作}事的人了{CJba}。

（6）人在生活中會遇[B曹]到困難，那時候有的人把困難{CC難[B觀]}克服下來{CJba}，另外一些人并不克服，甚至弄成自殺或走不好的路。

4.狀語偏誤：主要是出現(xiàn)在否定動詞、能愿動詞位置的錯誤。如：

（7）我們把這個問題不應該輕視{CJba}。

（8）把抽完的煙不要扔在路上{CJba}。

5.單純?nèi)薄鞍选薄Ｈ纾?/p>

（9）我呢，[BC]過得很好，交了好多朋友，而且{CC2而}自己照顧得很好{CJba}。

（10）還有汽車的喇叭聲，隨時行路人嚇[B下]一跳特別是小孩子{CJba}。

6.“讓”“使”誤用為“把”。如：

（11）同樣，個人也通過這種人生的困難，更多地{CC的}訓煉自己，把自己成為堅強的一個人{CJba}。

（12）在這樣經(jīng)濟不景氣的時候，你們把我留學到中國了{CJba}。

對上述六種類型的偏誤統(tǒng)計見表2。

表2：韓國留學生“把”字句偏誤類型統(tǒng)計表

偏誤類型 數(shù)量 比例（%）

補語偏誤 49 19.2

謂語偏誤 54 21.2

賓語偏誤 19 7.5

狀語偏誤 35 13.7

單純?nèi)薄鞍选?33 12.9

“讓”“使”誤用為“把 ” 33 12.9

無法分類 32 12.6

總數(shù) 255 100

由表2可見，謂語偏誤和補語偏誤出現(xiàn)的比例是最大的，兩者占了全部偏誤的40%以上。

通過表1和表2可以看出，韓國留學生在使用“把”字句時，主要出現(xiàn)的是謂語和補語偏誤。

我們根據(jù)“把”字句不同句式，對收集到的語料進行句式分類，以便探求韓國學生在使用“把”字句時，出現(xiàn)最多的偏誤句式，也就是最難習得的句式。

李英、鄧小寧（2005）在前人研究基礎(chǔ)上，將“把”字句總結(jié)劃分為15種句式，本文以此為基礎(chǔ)，統(tǒng)計255個偏誤句在每種句式中出現(xiàn)的比例，并和針對母語者的相關(guān)研究結(jié)果（呂文華，2008）進行對照，以找出母語者中使用最頻繁而學習者中偏誤也是最多的“把”字句句式（見表3）。

表3：漢語母語者“把”字句句式使用頻率和韓國留學生“把”字句句式偏誤頻率對照表

句式 呂文華（2008）（%） 本文（%）

1. S +把 + N1 + V 在/給/到/向 + N2 27.8 22

2. S +把 + N1 + V 成/作 + N2 6.3 25

3. S +把 + N + V （一/了） V 2.7 0.7

4. S +把 + N + V 了/著 3.8 2.3

5. S +把 + N1 + V + N2 3.1 2.7

6. S +把 + N + V +時量補語 1.1* 0

7. S +把 + N + V +動量補語 0.7

8. S +把 + N + V +結(jié)果補語 23.3 7.8

9. S +把 + N + V +趨向補語 19.9 7.4

10. S +把 + N + V +狀態(tài)補語 3.5* 1.6

11. S +把 + N + V +程度補語 1.6

12. S +把 + N +給 + V +其他成分（多表示不如意） 1.1 0

13. S +把 + N +一 V 2.8 0

14. S +把 + N +（A =動詞前的修飾語） 1.4 4.7

15. S +把 + N + V 1.5 38

*李英、鄧小寧（2005）的第6、7類和第10、11類在呂文華（2008）中各歸為一類。

通過表3，我們可以看出，在母語者中使用頻率較高的句式在韓國留學生中出現(xiàn)的偏誤也較多，例如，句式1、2、8、9是母語者中出現(xiàn)最多的“把”字句，使用比例高達77%，也是韓國留學生中出現(xiàn)偏誤較多的四種句式，比例高達62%。

值得注意的是，句式15在母語者中僅占1.5%，而韓國留學生出現(xiàn)偏誤的竟占38%，遠遠領(lǐng)先于其他句式的偏誤。我們推測，這是由于韓國學生對動詞不加考慮直接用于“把”字句，很大程度上是受到了母語語序的影響。這一點下文還要詳細分析。

三、偏誤原因分析

對韓國留學生“把”字句偏誤出現(xiàn)的原因，我們認為可以從學習策略的角度加以分析，包括補償策略、泛化策略和回避策略等三個方面。

（一）補償策略

補償策略是指學習者借用母語的某個語法手段來幫助目的語的產(chǎn)出，一般表現(xiàn)為母語遷移。

1.韓語語序遷移

偏誤分析研究早已發(fā)現(xiàn)，母語和目的語相似的地方有時反而更容易產(chǎn)生偏誤。漢語的基本語序是SVO，賓語一般位于謂語動詞的后面。但在“把”字句中，賓語的相對位置卻是在謂語動詞的前面。從“把”字句的形式上來看，就顯得和韓語的語序相同，而且“把”后的賓語和韓語的賓格名詞也有一定對應關(guān)系，韓國學生就容易按照母語的語序，不顧“把”字句的限制條件，簡單加上一個“把”字，以為這就是“把”字句了，因而經(jīng)常出現(xiàn)“S+把+O+V”這樣的句式。這也是上文提到為什么句式15的偏誤出現(xiàn)比例最高的原因。如：

（13）我們要理解他們的把死選擇的原因{CJba}。

2.及物和不及物動詞的劃分不同

漢語和韓語中對及物和不及物動詞的劃分并不是對應的。韓語中表示存在、思考、所有等非動作性動詞是及物動詞，可以直接帶賓語，而漢語中卻不是。漢語“把”字句中的及物動詞只是對應于韓語中動作性較強的動詞，并且對賓語有處置義，這樣的動詞才可以進入“把”字句。由于韓國學生很難判斷到底哪些漢語動詞是及物的、哪些算不及物的，就以韓語的劃分標準來使用漢語的動詞，因此造成大量的謂語偏誤。

（14）因為你們在世界上最了解我，把我心里所想的一切也都知道{CJba}。

3.韓語沒有補語

“把”字句的動詞一般不能單獨出現(xiàn)，動詞后常有別的成分，比較典型的用法是加上表結(jié)果、趨向等的補語。但在韓語中，動詞位于句子的末尾，后面不可能再出現(xiàn)補語。韓語的狀語可以表示漢語補語所表達的意思，并且都位于謂語動詞之前，是S+O+（）+V的語序。這樣一來，韓國學生在使用“把”字句時，如含有對動詞的修飾成分，就會采用狀語形式，而不采用補語形式，由此造成偏誤。例如：

（15）我愿意的工作就是導游，所以您公司[B可]把我招聘的話，你們[C]公司也是有利的{CJba}。

（二）泛化策略

“泛化”就是把目的語的一種語法規(guī)則無限擴大，用到其它不適合的句式中。韓國留學生大多是已經(jīng)形成了一定思維方式和語言習慣的成年人。成年人的抽象思維能力比較強，善于對事物進行總結(jié)概括，表現(xiàn)在語言學習上，則是會總結(jié)出一套語言規(guī)則加以運用。由于學生自己總結(jié)的規(guī)則不完全正確，或?qū)⒗蠋熤v授的某些語法規(guī)則進行類推和泛用，無形中擴大了使用范圍。

1.否定句式的泛化

在習得漢語的過程中，韓國留學生首先習得“否定詞+動詞”這一漢語否定句的基本語序，然后會把這個規(guī)則泛化到“把”字否定句中，造成了否定詞的位置偏誤。

（16）把抽完的煙不要扔在路上{CJba}。

2.動詞功能的泛化

學生“把”字句習得中的謂語偏誤，主要是誤用了不適用于“把”字句的謂語動詞。根據(jù)限制條件，“把”字句中不能用不及物動詞、能愿動詞、關(guān)系動詞、一般心理動詞、存現(xiàn)動詞、判斷動詞、趨向動詞等作謂語，而學生往往會使用這些動詞做“把”字句的謂語，導致出現(xiàn)病句。這是因為學生將“‘把’字句由動詞構(gòu)成”這一認知泛化類推到所有的動詞。

（17）我覺的困難和挫折是把年輕人成為強者{CJba}，所以我認為{CC以為}困難和挫折是所有的年輕人一定要經(jīng)歷{CC經(jīng)驗}的重要的事情。

這是由于學生把“成為”誤認為與“作為”是同樣的類型，從而產(chǎn)生偏誤。

3.回避策略

回避策略是指學生在使用目的語的過程中，因為對某一語音、某一詞語或某一句式把握不準，害怕出錯而采取的一種“避繁就簡、避難就易、避新就舊”的消極措施。回避策略的采用與學習者的個性有關(guān)，包括學習者個體的個性和學習者所屬民族的個性。一般認為，包括中國、日本、韓國等的東亞人總體都是偏向內(nèi)斂的性格，面子觀較強，因而在學習過程中可能更多地采用回避策略。上文統(tǒng)計中所發(fā)現(xiàn)的大量當用而不用“把”的偏誤，正是韓國留學生回避使用“把”字句的反映。

（18）現(xiàn)代人們追求的跟以前不太一樣，就是健康放在第一{CJba}。

對這種回避現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，我們在教學中也曾詢問韓國學生，他們的回應是，“把”字句太難了，不知道用了對不對，所以干脆都不用。

金道榮（2010）在針對韓國學生的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，“把”字句偏誤中，“泛用”占75.75%，而“回避”只占2.99%，微乎其微，因而認為“回避說”根據(jù)不足。然而，在本文的統(tǒng)計中，我們發(fā)現(xiàn)當用而不用“把”的比例高達31.4%，高于不當用而用“把”的比例（27.4%），是韓國留學生“把”字句習得的最大問題。所以，關(guān)于韓國留學生的回避問題，我們認為還得重新考慮，并予以足夠重視。

四、討論及教學建議

二語學習者在向目的語靠近的過程中，偏誤的出現(xiàn)是無可避免的。學習者學語的規(guī)則、利用已知規(guī)則來交際、出現(xiàn)偏誤、得到糾正并最終習得，這是每一個學習者的必經(jīng)過程。

我們認為，韓國留學生的“把”字句偏誤，反映了他們在習得過程中所采用的補償、泛化、回避等學習策略。其中的補償、泛化等策略屬于比較積極的策略，可以使學生在犯錯誤中進步；而回避則是一種消極策略，無疑將妨礙學生的進步。

根據(jù)本文的研究，回避是韓國學生“把”字句習得的最大問題。因此，在教學對策上，教師有必要對學生“把”字句的使用采取鼓勵的態(tài)度。

首先，教師應該區(qū)別對待學生出現(xiàn)的各種偏誤。對那些出現(xiàn)概率大的偏誤，如上文提到的“把”字句的1、2、8、9這4個句式，教師要及時加以糾正，并進行重點講解。而對一些小概率偏誤的出現(xiàn)，教師應該適當容忍，不必“逢錯必糾”。否則，就容易使學生產(chǎn)生“一用就錯”的感覺，挫傷學生學習的積極性，從而產(chǎn)生“不如不用”的想法，導致回避。

其次，教師應該多采用隱性教學法。Ellis（2003）曾提出，最佳的教學方式就是顯性教學與隱性教學相結(jié)合。“教學的策略性在于根據(jù)學生和所教語法項目的具體情況選擇相應的教學方式”（周殿軍，2009）?！鞍选弊志涫菨h語的常用句式之一，任何一個漢語母語者都能運用自如。但它恰恰又是漢語教學的一大難點，原因在于其復雜性。對于“把”字句的使用范圍和限制條件，目前學術(shù)界仍然是眾說紛紜。教科書雖然歸納了4項特點或限制條件，卻仍免不了“一般”“常?！薄氨容^少見”“有時候”等等模糊表述。即使學生把這些條件背得滾瓜爛熟，也是很難掌握的。在教學實踐中，往往是教師努力地進行講解，試圖把“把”字句的用法講清楚，但學生可能還是一頭霧水，或者似乎聽懂了，但還是不會用，因而在漢語交際中仍然予以回避。這就意味著，僅僅依靠課堂的顯性教學其實很難奏效。因此，教師應從語言習得規(guī)律出發(fā)，多采用有利于學生內(nèi)化漢語規(guī)則的隱性教學法，如“交際教學法”“支架式教學”等。

篇2

關(guān)鍵詞：《分子生藥學》；教學內(nèi)容；教材

分子生藥學是將生藥學與分子生物學有機融合而成的新興交叉學科，不僅繼承了傳統(tǒng)生藥學的內(nèi)容，更賦予生藥學新的任務和挑戰(zhàn)，是利用分子生物學技術(shù)研究藥用動植物的系統(tǒng)進化和鑒定、種質(zhì)資源評價與保護、道地藥材形成機制和活性成分合成與調(diào)控的一門學科[1]。1995年中國中醫(yī)科學院院士黃璐琦發(fā)表在《中國中藥雜志》的《展望分子生物技術(shù)在生藥學中的應用》一文中首次提到分子生藥學的概念[2]。這個學科創(chuàng)新性地將分子生物學理論知識應用于中藥研究中，是生藥學的一個新興分支，具有顯著的學科交叉屬性。該學科的分子生物學技術(shù)在中藥資源和中藥鑒定等領(lǐng)域中的應用越來越普遍。目前，已有近30所高等院校針對本科或研究生開設了分子生藥學課程及對應的實驗課[3]。從2008年新世紀全國高等中醫(yī)藥院校創(chuàng)新教材《分子生藥學》出版[4]，到2017年全國中醫(yī)藥行業(yè)高等教育“十三五”規(guī)劃教材《分子生藥學》[5]及國家衛(wèi)生和計劃生育委員會“十三五”規(guī)劃教材《分子生藥學專論》出版[6]，到2019年國家衛(wèi)生健康委員會“十三五”規(guī)劃教材《分子生藥學》出版[7]，再到全國中醫(yī)藥行業(yè)高等教育“十四五”規(guī)劃教材的編寫，標志著分子生藥學教育體系已經(jīng)建成，分子生藥學教學體系建設日漸完善[8]。開設此學科既為中藥鑒定提供了新的思路方法，也有助于學生更好地利用綜合知識解決在中藥鑒定及中藥資源研究上遇到的問題。2001年，北京中醫(yī)藥大學在全國領(lǐng)銜開設分子生藥學本科課程[9]，經(jīng)過近二十年的教學實踐，培養(yǎng)應用型人才，公開出版分子生藥學配套教材3部，其中“十三五”規(guī)劃教材兩部。

1不同版本《分子生藥學》整體結(jié)構(gòu)內(nèi)容對比

我國分子生藥學二十多年來經(jīng)歷了從無到有的變遷，雖然分子生藥學理論研究起步晚，但是經(jīng)過不斷更新先進的理論知識，再加上不斷補充前沿的研究成果，近年來分子生藥學研究有了質(zhì)的飛躍?！斗肿由帉W》3個不同版本教材的編排目的和適用對象不同。2017年國家衛(wèi)生和計劃生育委員會“十三五”規(guī)劃教材《分子生藥學專論》是針對中藥學、中藥資源與開發(fā)、中藥制藥和藥學等專業(yè)的研究生所用。2017年全國中醫(yī)藥行業(yè)高等教育“十三五”規(guī)劃教材《分子生藥學》是針對中藥學、中藥資源與開發(fā)、中藥制藥和藥學等專業(yè)的本科生所用?！斗肿由帉W》（中國中醫(yī)藥出版社）緒論部分概述了分子生藥學起源、含義、任務及學習方法等內(nèi)容，具有整體導讀作用。本書正文部分較其他兩個版本而言更加凝練，介紹了分子生藥學的基本原理、中藥分子鑒定技術(shù)、中藥活性成分生物合成與生長和道地藥材形成的遺傳機理四部分內(nèi)容，將重點置于培養(yǎng)學生的分子鑒定技術(shù)理論基礎(chǔ)和操作能力上。雖然全書內(nèi)容較少，但具有極強的實用性和概括性，有利于學生學習掌握?！斗肿由帉W》（人民衛(wèi)生出版社）緒論部分總結(jié)性地介紹了分子生藥學的定義、形成與發(fā)展以及研究內(nèi)容，并在章節(jié)末提出關(guān)于本學科發(fā)展前景的開放式討論，為全書做了有深度的鋪墊。正文部分將條理清楚的理論知識與簡潔易懂的彩圖相結(jié)合，圖文并茂，詳略有序。全書重點闡述中藥分子鑒定、中藥種質(zhì)資源、中藥資源功能基因組和中藥資源活性成分的生物合成與調(diào)控。在此基礎(chǔ)上拓展了藥用植物生長、道地藥材及其品質(zhì)的形成機制以及中藥活性成分的生物技術(shù)生產(chǎn)等內(nèi)容。本書突出介紹通過獲取中藥DNA條形碼序列對中藥進行快速準確鑒別的理論知識及實際操作步驟，結(jié)合前沿理論研究案例及開放性的復習思考題，有利于加深學生對分子生藥學學科內(nèi)涵的理解并提高其分子鑒定技術(shù)操作水平?！斗肿由帉W專論》（人民衛(wèi)生出版社），概論部分分為5個小節(jié)，分別介紹了生藥及其研究歷史以及分子生藥學的含義、形成背景、研究內(nèi)容及任務，并在最后提出對本學科的幾點展望，對學生具有重要的啟示作用。正文內(nèi)容包括分子生物學基礎(chǔ)、藥用植物分子系統(tǒng)學研究與應用、中藥的分子鑒定、道地藥材及品質(zhì)形成機制、藥用植物功能基因組學與系統(tǒng)生物學、藥用植物種質(zhì)資源保護、次生代謝產(chǎn)物的生物生產(chǎn)以及中藥合成生物學的研究與應用，正文部分著重介紹中藥分子鑒定以及道地藥材形成機制，學生通過學習本書能夠較好地掌握分子鑒定技術(shù)的理論基礎(chǔ)和操作方法。

2不同版本《分子生藥學》

編排方式對比（見表1~2）《分子生藥學》（中國中醫(yī)藥出版社）全書分為5個章節(jié)，包括1章緒論及4章正文內(nèi)容。全書按照分章分節(jié)分點的布局方式進行編排，概括性較強，有助于學生快速掌握學習重點?！斗肿由帉W》（人民衛(wèi)生出版社）全書分為8個章節(jié)，包括1章緒論及7章正文內(nèi)容。除緒論外，每一章都下分多個小節(jié)，每個小節(jié)按照“學習目的—基礎(chǔ)性名詞—案例導入—正文”的結(jié)構(gòu)編排，全書編排順序富有邏輯性和層次感，清晰的框架讓學生能夠通過目錄就快速抓住學習重點。每個章節(jié)后都附有復習討論題，有助于學生鞏固所學內(nèi)容。《分子生藥學專論》（人民衛(wèi)生出版社）全書分為9個章節(jié)，包括1章概論及8章正文內(nèi)容。每一章節(jié)都下分多個小節(jié)，每小節(jié)內(nèi)容又被細分為幾大點，結(jié)構(gòu)清晰，一目了然。每一章章首附有導讀，導讀部分通過對本章內(nèi)容進行高度概括來指導學生迅速抓住重點并掌握其內(nèi)在邏輯，起到了引導作用。

3不同版本《分子生藥學》

內(nèi)容體系對比（見表3）3種不同版本《分子生藥學》教材基本都包括了分子生藥學的含義、內(nèi)容和任務，DNA、RNA和蛋白質(zhì)的基本技術(shù)原理，中藥分子鑒定的概念、研究方法、研究進展，藥用植物種質(zhì)資源遺傳多樣性及分子評價，中藥活性成分的生物合成途徑及其中的結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控基因，中藥活性成分的體外培養(yǎng)和異源生產(chǎn)等內(nèi)容。從3種不同版本《分子生藥學》的內(nèi)容體系中可發(fā)現(xiàn)，各個版本教材之間是相互制約、相互依存和相互促進的。黃璐琦院士提出現(xiàn)階段《分子生藥學》是以中藥分子鑒定為基礎(chǔ)、道地藥材形成分子機制為特色、應用合成生物學生產(chǎn)活性成分為前沿，密切結(jié)合中藥生產(chǎn)和科研實踐，具有綜合性與創(chuàng)新性結(jié)合、可讀性與實用性統(tǒng)一的特色。

4對《分子生藥學》教材的展望

4.1結(jié)合各個版本優(yōu)勢，增強結(jié)構(gòu)的完整性

以上3個版本教材在編排上均具有突出優(yōu)勢，期望未來新版本的《分子生藥學》教材能夠結(jié)合以上各版本的優(yōu)勢，如分章分節(jié)分點作目錄、章節(jié)前附導讀以及案例、章節(jié)末附復習思考題等，進一步增強其結(jié)構(gòu)的完整及嚴謹性。

4.2加快版本更新速度，確保內(nèi)容的創(chuàng)新性

近年來，分子生藥學已發(fā)展成為熱門學科，具有一定的研究熱度，因此，教材的更新速度應該緊跟其研究進度，結(jié)合最新研究，及時糾正原教材中的一些錯誤內(nèi)容，并對新的研究成果進行補充，以確保教材內(nèi)容的準確性和創(chuàng)新性。

4.3適當進行圖文擴展，增強學習的趣味性

傳統(tǒng)的教材大多具有趣味性不夠的弊病，純粹的理論知識會讓教材略顯枯燥。因此，可適當插入一些圖片及趣味性的案例，提高學生的學習興趣，圖文并茂的內(nèi)容也會加深學生的形象記憶，從而有利于其掌握所學知識。隨著分子生物技術(shù)發(fā)展，分子生藥學在現(xiàn)代中醫(yī)藥研究中的作用越來越突出，教材是學科知識的載體，也是學科知識體系的濃縮和體現(xiàn)。因此，應及時優(yōu)化教材內(nèi)容體系，從而提高教學質(zhì)量和教學效率，提高學生對該學科的興趣。

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[8]黃璐琦.分子生藥學欄目編者按[J].中國中藥雜志，2017，42（2）：203-204.

篇3

生物化學與分子生物學是生命科學的帶頭學科，發(fā)展非常迅速[1]。由于是通過分子的角度來研究生命的現(xiàn)象，生物化學與分子生物學所涉及的概念抽象、內(nèi)容枯燥、學生相對難以掌握。如何幫助學生在有限的課堂學習中準確地把握各種生物化學與分子生物學知識，是很多生物化學與分子生物學任課老師積極努力探索的地方。筆者在教學中對某些內(nèi)容試用比喻的方式予以表達，這對于活躍課堂氣氛、把抽象的內(nèi)容形象化、增強學生的記憶有一定作用，是解決教學實際問題的方法策略和技術(shù)之一。

1 用描述性語言進行比喻

這種方式不拘泥于格式，運用起來比較方便，學生也容易理解，運用恰當新穎的比喻，使語言生動形象，讓人記憶深刻，增強講課的藝術(shù)魅力。此外，借助師生之間心靈的相知，情感的默契，結(jié)合具體的教學內(nèi)容，引發(fā)認知共鳴，也能“碰撞”出幽默的火花。

案例1：真核生物表達調(diào)控空間異性是指多細胞真核生物不同細胞基因表達存在差異。為了幫助學生理解看家基因與奢侈基因的表達，筆者用學生熟悉的開水房的水龍頭比做細胞的基因組，在不同的細胞中總有部分基因始終是開放的，好比總有幾個水龍頭是打開的，但是在不同細胞或者細胞不同時期一些基因的開關(guān)狀態(tài)是不同的。血紅蛋白由胎兒血紅蛋白向成人血紅蛋白演變的機制對闡明高等生物的基因表達、調(diào)控有重要意義。血紅蛋白是所有動物體內(nèi)輸送氧分子的主要載體，然而，在生物個體發(fā)育的不同階段，卻出現(xiàn)了不同形式的α和β亞基。在血紅蛋白亞基基因家族里，基因排列的順序即是他們在發(fā)育階段的表達順序。胎兒血紅蛋白對氧的親和力比成人更大，有利于胎兒的快速生長。如果緊接著描述這樣一個數(shù)據(jù)，學生理解、記憶可能會更深刻。在人出生后最初3個月里，我們體重每個月增長1/4，幸運的是，這種生長速度會慢慢減緩，否則的話，到了我們四歲的時候，我們的體重可以達到134t，和一頭藍鯨的重量一樣。在人體不同的發(fā)育階段，基因表達受發(fā)育水平的控制的，與其生長發(fā)育相適應的。

案例2：細胞分化是細胞功能逐漸的具體化，也是細胞的功能出現(xiàn)差異的過程。為了幫助學生很好的理解細胞分化的概念，將學生比喻為社會的一個細胞來理解細胞分化過程就顯的容易一些。社會就是有機體，每個人就是其組成細胞。就像學生在中學時期，可塑性強，未來潛在職業(yè)方向很多，但經(jīng)過大學這個時期的鍛造，在社會中的職能或角色逐漸確定，不同個體在社會中職能出現(xiàn)了差異，用這個過程描述細胞特化過程。

案例3：細胞中的線粒體就像小型發(fā)電廠，讓營養(yǎng)物質(zhì)進行氧化，釋放能量。但是相應的也會產(chǎn)生“污染”—氧自由基，破壞線粒體，同時損傷細胞和dna。

通過這樣描述，學生就能形成深刻的印象。同時可營造一種趣味盎然的和諧氣氛，使師生能其樂融融地探討這些枯燥的概念。結(jié)合神奇的生命現(xiàn)象講解，不但教學效果良好，同時可激發(fā)學生對生命的珍視和熱愛。

2 夸張性比喻

微觀現(xiàn)象是看不到，摸不著的。學生不容易理解，若把微觀夸大為宏觀的物體，比擬為能看到的事物，學生就容易接受了。

案例1：關(guān)于乳糖操縱子問題，當ac i的產(chǎn)物稱為lac阻遏蛋白（lac repressor），其功能是和lacz、y、a基因簇5′端的操縱基因（lac o），操縱基因位于啟動子(lac p)和結(jié)構(gòu)基因（lac zya）之間。阻遏物結(jié)合在操縱基因上時就阻礙了啟動子上的轉(zhuǎn)錄起始。當阻遏物結(jié)合在dna上會阻礙rna聚合酶轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因。為了把抽象的知識具體化，教學中通過引導學生把dna比作高架橋公交車軌道，把rna聚合酶想象成公交車，阻遏蛋白是趴在軌道上的人，作為誘導物的乳糖比作一塊大石頭。當阻遏物結(jié)合在dna上，即人趴在公交車軌道上，rna聚合酶這輛公交車就無法前行，轉(zhuǎn)錄抑制；當給那個人身上拴上個一塊大石頭，就無法趴在公交車軌道上，rna聚合酶這個公交車可以前行，轉(zhuǎn)錄就可以進行；當阻遏物結(jié)合在dna上，即人趴在公交車軌道上，偶爾會掉下來，rna聚合酶這輛公交車就快速“轉(zhuǎn)錄”1次，就表達少量的β-半乳糖甘酶，即出現(xiàn)基因表達的本底水平。

案例2：當細菌出現(xiàn)氨基酸的全面匱乏，細菌會產(chǎn)生應急反應，關(guān)閉各種rna、糖、脂肪、蛋白質(zhì)的化學反應過程，主要編碼合成氨基酸的酶?？蛰dtrna是產(chǎn)生應急信號的誘導物。在講解本內(nèi)容，讓學生聯(lián)系自己的生活開支來理解，當錢包空空，會壓縮其他開支，首先解決溫飽問題，度過難關(guān)。

案例3：在講解酶競爭性酶抑制作用，非競爭性酶抑制作用km和vax變化的時候，設計如下情景：把酶比作擺渡的船，船上的座位即是酶的活性中心；白人比作酶的底物，黑人比作酶競爭性的酶抑制劑。首先講解競爭性的酶抑制劑競爭的是酶的活性中心，前提是和酶底物結(jié)構(gòu)相似。由于存在競爭性的酶抑制劑，導致酶底物結(jié)合能力下降，km變大。在沒有黑人的前提下，船上的座位都坐的是白人，船的運載量都達到最大，即達到vax；在有黑人的情況下，白人可以上船，黑人也可以上船，反應速度v降低，但vax不變。怎么理解呢，當無限增加白人，黑人少到可以忽略不計，船上的座位都坐的是白人，即達到vax。非競爭性酶抑制作用，把酶比作擺渡的船，船上的座位即是酶的活性中心；白人比作酶的底物，非競爭性的酶抑制劑比作錨。非競爭性抑制劑與底物結(jié)構(gòu)不相似，并不影響酶底物的結(jié)合，所以km不變。當船拋錨后，無論怎么無限增加白人，船的運輸能力都不會達到最大。

這樣把抽象的現(xiàn)象，具體為常見的生活現(xiàn)象。學生很容易地就接受了，同時學生的學習興致更加高漲。

3 利用生活中的事物進行直觀比喻

生活中沒有幽默是乏味的，課堂上沒有幽默則是枯燥的。幽默在教學中的作用不可低估，它是語言的劑。一句幽默風趣的話，常令眾人大笑不已，不僅使人感到輕松、愉快，并且意蘊深刻，耐人尋味，使人在笑聲中領(lǐng)悟到其中的哲理，增長智慧。

轉(zhuǎn)貼于

教師要注重生活積累，善于觀察聯(lián)想，利用身邊生活中的直觀結(jié)構(gòu)，類比生物課程中的微觀結(jié)構(gòu)，有助于幫助學生理解生物學的基本知識和原理，化解疑難。借助學生身邊的事物進行比喻，可啟發(fā)學生的思維，調(diào)動學生學習的積極性，培養(yǎng)學生在生活中觀察和分析事物的能力，激發(fā)學生的學習興趣。

案例1：轉(zhuǎn)錄部分內(nèi)容：真核生物轉(zhuǎn)錄延長中有核小體移位和解聚現(xiàn)象。八聚于顆粒中央，外繞1.75圈左走向的dna鏈。組蛋白靠靜電引力與dna保持穩(wěn)定結(jié)合。核小體是染色質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位，也是為基因轉(zhuǎn)錄的一個通用抑制子(general repressor)。為了幫助學生理解真核生物轉(zhuǎn)錄延長中有核小體移位現(xiàn)象，通過悠悠球的滑動過程，核小體移位現(xiàn)象理解起來顯的直觀了許多。

依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止：ρ因子是一種分子量為46kda的蛋白質(zhì)，以六聚體為活性形式。ρ因子的六聚體被約70～80 nt的rna包繞，激活ρ因子的atp酶（atpase）活性，并向rna的3’端滑動，滑至rna聚合酶附近時，rna聚合酶暫停聚合活性，使rna∶dna雜化鏈解鏈，轉(zhuǎn)錄的rna釋放出來而終止轉(zhuǎn)錄。筆者在本內(nèi)容講解之前，首先會提問學生ρ因子和dna結(jié)合，還是和rna結(jié)合？學生大多理解的是ρ因子和dna結(jié)合。讓學生聯(lián)想自行車制動，通過障礙物的制動，首先需要障礙物足夠大，另外障礙物在車子的前方很危險。聯(lián)系自行車剎車日常知識，通過剎車機制來制動讓車輪，安全有效。轉(zhuǎn)錄終止方式有兩種，依賴ρ因子的轉(zhuǎn)錄終止、形成莖-環(huán)結(jié)構(gòu)影響rna聚合酶的構(gòu)象使轉(zhuǎn)錄暫停，聯(lián)系自行車剎車有片狀剎車，還有碟剎機制來理解。轉(zhuǎn)錄抗終止可以比作剎車失靈。

真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物加工修飾包括3’端加尾，加poly（a）信號是aauaaa，為了幫助學生記憶，可以通過記諧音“哎哎呦，哎哎哎哎”，結(jié)合轉(zhuǎn)錄完畢，用表示感嘆詞來記憶真核生物轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物3’端加尾信號。

案例2： 在講解基因開放、關(guān)閉、開放比率、本底水平這些概念的時候，讓學生聯(lián)想開水房的水龍頭，每個水龍頭代表一個基因。水龍頭開代表基因開放，水龍頭關(guān)代表基因關(guān)閉，有的水龍頭有點兒滑絲，一直有非常細的水流，即為本底水平。在生物不同發(fā)育階段或者不同的細胞中打開的水龍頭不同，在某個細胞或某個發(fā)育階段水龍頭打開的數(shù)量較整個基因組來說很少，比如人在某個時期開放的基因為總的基因組的1%左右[2]。

4 借助簡單道具或小游戲進行直觀比喻

案例1：在核酸化學、蛋白質(zhì)化學、糖化學里經(jīng)常要提到線性大分子的極性，這些概念對初學者來說理解有一定的困難。邀請若干位同學上前手拉手站立，處于最左邊的同學左手空出，最右邊的同學右手空出。幫助學生理解肽鏈氨基末端、核酸5’端、多糖非還原端；肽鏈羧基末端、核酸3’端、多糖還原端。內(nèi)切酶的作用是從中間打斷，外切酶是從外向內(nèi)一個“拽”下來，自然就有從左“拽”，從右“拽”之分，從而理解5’到 3’外切酶，3’到 5’外切酶；氨基肽酶，羧基肽酶。理解糖原的合成、分解均是在糖鏈的非還原端上進行的[3]。

案例2：多聚核糖體是細胞高效、節(jié)能的合成蛋白質(zhì)的方式。為了理解這個機制，聯(lián)系學生小時候的游戲之一跳大繩，一個接一個的跳入，從頭“工作”到尾，周而復始。

案例3：dna復制可以借助拉鏈來理解。一邊拉鏈為母鏈，拉鏈的提鉤比作dna聚合酶，拉鏈拉動的過程比作dna復制。為了擴展學生的知識面，在講授這部分內(nèi)容時可以添加dna做為藥物靶點的內(nèi)容。一些抗菌劑、抗腫瘤藥物會選擇細胞的dna作為其靶點。比如dna嵌入劑、dna鏈交聯(lián)劑、dna鏈切斷劑都是以dna為靶點的，結(jié)合拉鏈中卡一根線、拉鏈部分缺失、拉鏈中間交聯(lián)均會妨礙拉鏈的正常運行，這些藥物就是通過這些機制干擾dna復制從而發(fā)揮抗菌和抗腫瘤的作用。

案例4：層析法是利用不同物質(zhì)理化性質(zhì)的差異而建立起來的分離技術(shù)。所有的層析系統(tǒng)都由兩個相組成：一是固定相，另一是流動相。當待分離的混合物隨流動相通過固定相時，由于各組分的理化性質(zhì)存在差異，使各組分不斷地在兩相中進行分配。分部收集流出液，可得到樣品中所含的各單一組分，從而達到將各組分分離的目的。 層析有吸附層析、分配層析、凝膠層析、離子交換層析、親和層析等多種方法。

小游戲：邀請3位同學（男2，一胖一瘦，女1）——混合物，請班級過道兩旁的同學充當固定相（不動），教師作為流動相，第一次充當固定相的同學依照一個選擇標準（身材胖的被學生拉?。?，經(jīng)過選擇后，原本 “混”在一起的同學，現(xiàn)在所處的位置有先有后，再經(jīng)過洗脫液體洗脫，分別 “收集”。第二次按照性別為標準（男學生被拉住），再做一次游戲。幫助學生理解層析的原理有很多種，每選一種的層析方法，要根據(jù)待分離的物質(zhì)的理化性質(zhì)不同進行分離。

案例5：分光光度計。在使用分光光度計時，多數(shù)學生對t調(diào)0%，t調(diào)100%混淆不清。怎么讓學生理解t調(diào)0%，t調(diào)100%的含義呢？t調(diào)0%是對儀器的校準調(diào)零，t調(diào)100%是用空白管校準?？梢越Y(jié)合稱體重講解，t調(diào)0%是對儀器的校準調(diào)零相當于稱重前看看秤盤的指針是否指向“0”，指針偏左應在稱的體重基礎(chǔ)上減去指針偏離值，指針偏右，應在稱的體重基礎(chǔ)上加指針偏離值。t調(diào)100%是用空白管校準，減低背景的干擾，相當于“去皮”，在測的凈重的基礎(chǔ)上比較。

篇4

關(guān)鍵詞：道地性藥材 生理生化基礎(chǔ) 影響因素

中圖分類號：R282 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（b）-0254-02

中藥材的道地性是鑒別藥材品質(zhì)的專用名詞。道地藥材又稱地道藥材，是指歷史悠久，產(chǎn)地適宜，品種優(yōu)良，產(chǎn)量宏豐，炮制考究，療效突出，帶有地域性特點的藥材。確定道地性藥材需要考慮藥材的質(zhì)量、品質(zhì)和產(chǎn)地等多個因素，但其關(guān)鍵因素是臨床療效。道地性一直在長期的中醫(yī)藥實踐過程中作為評價藥材品質(zhì)的綜合性標準[1]。非道地性藥材和道地性藥材來源于相近或者是相同的物種，在化學成分、生藥性狀和形態(tài)等方面 有很強的相似性，因此，使用傳統(tǒng)方法鑒別道地藥材不僅困難較大，而且有很強的主觀性[2]?，F(xiàn)階段隨著生命科學的不斷發(fā)展，基因工程技術(shù)和分子生物學也日益成熟，已經(jīng)可以利用遺傳物質(zhì)DNA對生物遺傳的多樣性進行鑒定和分類。應用分子生物學技術(shù)引領(lǐng)人工資源培育、品種改良和中藥鑒定到分子水平時代[3]。另外，在新藥研發(fā)、作用機理研究、中藥質(zhì)量控制和中藥分子鑒定等方面，分子生物學技術(shù)都有重要的應用前景。該文從道地性藥材研究的重要性、形成的生理生化基礎(chǔ)及影響因素等方面對藥材的道地性進行簡要的綜述。

1 道地性藥材研究的重要性

道地藥材指的是藥材生長在特殊的自然生態(tài)環(huán)境下，從而使得品質(zhì)優(yōu)良，是中藥材的精粹，是人們長期以來對中藥品質(zhì)的一種特殊的綜合性指標[4]。道地藥材是我國的一種特色的傳統(tǒng)藥物，它特指那些具有中國特色、傳統(tǒng)公認、久經(jīng)中醫(yī)臨床驗證、來源于特定產(chǎn)區(qū)的名優(yōu)正品藥材[5]。我國具有長期的、傳統(tǒng)的中醫(yī)藥學，而在其醫(yī)療實踐中，藥材的道地性是一種獨特的、評價藥材品質(zhì)的綜合性標準。

2 道地性藥材形成的生理生化基礎(chǔ)

道地性藥材的形成與該藥材的主要藥效成分戚戚相關(guān)。藥材不同，藥效的差異也不同，比如：皂苷、萜類、黃酮等，這些成分/組分在體內(nèi)的溶解性、滲透性等生物藥劑學性質(zhì)均不一樣，可以從“多層次、多環(huán)節(jié)、多靶點”對疾病進行防治[6]。目前，對中藥物質(zhì)基礎(chǔ)的概念陳彥等人提出了“組分結(jié)構(gòu)”理論的創(chuàng)新研究[7]，他們采用組分結(jié)構(gòu)理論及其解析體系，闡述了夏枯草等中藥，由酚酸黃酮三萜3類組分組成防治非小細胞肺癌的基礎(chǔ)物質(zhì)，且結(jié)構(gòu)比為1.41∶0.44∶0.53和1.42∶0.44∶0.66。板藍根痛經(jīng)寶包括非揮發(fā)性物質(zhì)和揮發(fā)性物質(zhì)，非揮發(fā)性物質(zhì)主要由多糖酚酸生物堿組分構(gòu)成；揮發(fā)性物質(zhì)主要由酚類、酮類、醛類、醇類、酯類、烷烴類、烯烴類組分構(gòu)成。該理論和技術(shù)可以在研究方劑和道地藥材的優(yōu)效性時進行推廣使用（見表1）。

3 影響道地性形成的因素

植物藥材道地性是由其特定的次生物質(zhì)形成與積累所引起的。如異戊烯焦磷酸（isopentenyl pyrophosphate，IPP）是植物萜類生物合成途徑中一個重要的中間產(chǎn)物，在一些列酶的作用下生成萜類物質(zhì)，同時還可以生成甾體類物質(zhì)，這些甾體類物質(zhì)經(jīng)過一系列其他反應可生成甾體類生物堿。異戊烯焦磷酸是2-甲基-D-赤藻糖醇-4-磷酸途徑（2-methyl-D-erythritol-4-phosphate， 簡寫為MEP）與甲羥戊酸途徑（mevalonate pathway， 簡寫為MVA）的共同中間體，兩條途徑產(chǎn)生的異戊烯焦磷酸可以穿過質(zhì)體膜互為對方所用[8]。

栽培措施和生態(tài)環(huán)境可以誘導這些關(guān)鍵酶基因的表達，但這只是形成道地藥材的外因，各種環(huán)境因素可以在生長過程中影響甚至脅迫藥用植物，這些因子包括微生物、食草動物、病蟲害等生物因子和水分、溫度、光照、土壤等非生物因子。如張小波等[9]研究結(jié)果表明，溫度和日照對青蒿素含量的影響最大。黎開強等[10]研究表明，溫度較低時，川貝母的生育期也較長，適合鱗莖的生長，從而增加生物堿的含量。

中藥材生物量的形成和主要代謝產(chǎn)物的積累還與土壤含水量有著密切聯(lián)系，在不同強度水分脅迫下植物的生物量和代謝產(chǎn)物都會受到影響。劉大會等[11]研究表明，土壤嚴重干旱和水分過多時，丹參植株生長發(fā)育會受到嚴重影響，從而影響丹參藥材的道地性；輕度干旱可促進根部二氧丹參酮I、隱丹參酮、丹參酮I和丹參酮11A等4種丹參酮組分以及丹船酸B的積累和合成，并增強植株積累和吸收Fe、Cu、Zn、P、Mg、Ca、Mn、K等礦質(zhì)元素?？掠么旱萚12]研究證明，金銀花在輕度水分脅迫下會有大量的綠原酸分泌；而干旱強度增加后，花蕾的綠原酸含量顯著的低于對照組。

光照對道地藥材的影響主要與植物的形態(tài)建成和初級代謝產(chǎn)物的形成有關(guān)。如許翔鴻等[13]研究證明，適當遮蔭可使延胡索的生物堿總量增加。王志清等[14]研究表明，隨光照強度的減弱，根折干率增大，揮發(fā)油含量降低。

道地性藥材的形成還與土壤環(huán)境有很大關(guān)系，例如：根部分泌的有機物可以使土壤的微生物、含水量、pH值等生態(tài)環(huán)境和理化性質(zhì)發(fā)生改變，從而影響道地藥材次生代謝產(chǎn)物的形成和積累。如李衛(wèi)建等[15]研究表明，土壤中的有效磷和有效鉀含量對連翹種子中的連翹酯苷含量影響較大。郭巧生等[16]對來自不同產(chǎn)地的懷菊的微量元素的含量、總黃酮和綠原酸進行了測量，結(jié)果表明，土壤中的CEC含量、速效磷、速效鉀、脲酶都可以影響懷菊內(nèi)的化學成分。

藥材的道地性好壞還有栽培措施密切相關(guān)。不合理的栽種模式不僅極大地降低中藥材的產(chǎn)量，還會嚴重影響藥材的道地性，因此，人們提出了GAP（Good Agricultural Practice）種植的概念。張永清等[17]在研究藥用植物次生代謝與植物藥材質(zhì)量之間關(guān)系的基礎(chǔ)上論述了中藥材GAP基地建設中如何調(diào)控藥用植物次生代謝等問題。田豐等[18]對藥用作物的栽培特點進行了分析，并結(jié)合藥用作物的栽培現(xiàn)狀，提出了相應的栽培措施。

4 展望

該文作者在研究道地藥材時發(fā)現(xiàn)了以下一些問題：（1）研究道地藥材時，沒有涉及人文、環(huán)境和遺傳等方面，因此，沒有形成系統(tǒng)復雜性科學的思想。（2）忽視了“自然等級理論”和“尺度效應”。（3）沒有把數(shù)學作為基本工具進行觀察分析，因此，沒有量化的處理和分析樣本的全面性、代表性和結(jié)果。

現(xiàn)階段，我國在研究藥材的道地性時不僅品質(zhì)較少，而且研究的內(nèi)容和范圍也不全面。由道地性的內(nèi)涵可知，應該從分子水平等方面研究藥材的道地性，這也是今后研究的一個方向。

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篇5

關(guān)鍵詞： 高中生物模擬實驗 概念 意義 作用 教學建議

高中生物新教材實驗，無論是數(shù)量上還是質(zhì)量上，都較舊教材都有了很大變化，這對培養(yǎng)學生的素質(zhì)無疑有利的。從數(shù)量上看，由原來的24個實驗增加到26個，給學生創(chuàng)造了更多的動手機會，在質(zhì)量上增加了模擬實驗數(shù)目7個和調(diào)查方法，更易操作。但是，如果教師對上述特點缺乏足夠的認識，這些實驗就難以發(fā)揮預期作用。下面筆者就模擬實驗的意義、作用和教學探討。

1.模擬實驗的概念

在研究工作或?qū)嶒炛?，由于在實驗對象上不能或不允許進行實際實驗，為了取得對研究對象的認識，可以通過模擬的方法制成研究對象的模型，然后通過模型進行實驗，模擬研究對象的實際情況，這種實驗叫模擬實驗。

由于模擬實驗簡單，以至每逢實驗時，學生都會半開玩笑地說：“我們成了幼兒園大班學生了。”可是這是知識的驗證實驗，因為人們在進行科學研究時，常常要按照一定的目的，利用儀器和設備去控制和改變自然。但是，自然界有許多現(xiàn)象，人們很難直接控制和改變。這些包括：（1）被研究對象在空間上或時間上極為遙遠（例如人類的進化歷程）；（2）被研究的對象涉及的范圍廣泛，或者存在和發(fā)展延續(xù)時間很長（例如動植物的遺傳變異和自然選擇）；（3）由于被研究客體物理屬性決定了不能直接實驗（如太陽內(nèi)部的物理過程）；（4）當研究對象是人時，為了保證安全和健康，人不能直接用于實驗。對于以上自然現(xiàn)象和自然過程，當人們在研究時，所使用實驗手段就不能直接作用于所研究的現(xiàn)象或?qū)ο?，而必須采取模擬的手段進行。在教學活動中為了驗證某個理論而進行的學生實驗，為了取得直觀的效果，節(jié)約經(jīng)費，也可以用簡單的材料，模擬復雜的物理、化學或其他自然過程，并讓學生真正學到東西。正是由于這些特點，模擬實驗顯得尤為重要。

2.模擬實驗的意義和作用

生物學是以實驗為基礎(chǔ)的科學，是研究自然界一切生命現(xiàn)象的科學，它包括從宏觀的環(huán)節(jié)《生物學》到微觀的《細胞生物學》和《分子生物學》。從古至今，一切生命物質(zhì)的變化不僅受自身因素影響，而且受外界環(huán)境因素制約，在研究中如何趨利避害，正是人類對生物探索研究的漫長歷史，為我們開辟了一條科學思維的道路——模擬實驗。

模擬實驗中模型選擇的思維方法要遵循化繁為簡的原則。把復雜的實際問題轉(zhuǎn)化為理想的簡單問題，使它保留并突破決定事物本質(zhì)屬性的主要因素，排除次要和偶然的干擾。例如：模擬動物種群密度調(diào)查的標志重捕法，用50個紅豆代表50只老鼠，然后與一杯大豆混合（大豆代表土地），這樣第一次抓取計數(shù)其中紅豆并標志再放回杯中混合再抓取一次，計數(shù)紅豆數(shù)并數(shù)出紅豆中標志數(shù)。代入公式N=n（重捕個體數(shù)）/m（重補中標志個體數(shù)）×M（標志個體數(shù)），并計算出總數(shù)目。這個模擬實驗排除了老鼠死亡，因遷入遷出，因標志物影響動物而被捕食等干擾，簡單易做。

模擬實驗是科學性和假定性的辯證統(tǒng)一。它不僅要在實踐中接受檢驗，而且要在檢驗中擴展、補充和修正。例如：DNA模擬實驗的制作中，如果你用圓形代替磷酸，五邊形代替脫氧核糖，正方形代表含氮堿基，這樣在紙上貼出DNA模型，則只能說明DNA分子內(nèi)堿基間關(guān)系和DNA基本骨架，而不能體現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)具有三維立體性，堿基平面間平行關(guān)系等。不如用DNA結(jié)構(gòu)模型讓學生組裝，并旋轉(zhuǎn)得到DNA空間結(jié)構(gòu)。這樣的模型更貼切、更逼真、更形象，便于學生對所學知識的理解。

3.關(guān)于高中生物模擬實驗的教學

在中學生物教學內(nèi)容中，除了基本理論和基本知識外，實驗內(nèi)容多是驗證性的實驗操作，致使不少教師和學生受種種主觀因素影響，養(yǎng)成只重視知識而不關(guān)注思維方法的習慣，因而形成了思維惰性，認為生物學學習就是死記硬背，所以在測試中問答題都做得比較好，一遇到教靈活的實際問題便束手無策，或錯誤百出，原因是沒有真正掌握科學的思維方法。因此模擬實驗教學中需注意以下幾點。

3.1介紹模擬實驗目的及各物資代表的含義。

“模擬哺乳動物和卵細胞的形成過程”實驗，在實驗顆前首先要介紹實驗目的是看不同染色體數(shù)目的生物形成和卵細胞的過程和結(jié)果，各物質(zhì)代表的含義，使學生有目的地進行實驗操作，及各步驟所代表的含義，以及實驗結(jié)果的記錄。如果目的不明確，各物質(zhì)含義不清，就會使實驗課教學變成幼兒園在搭積木的游戲式教學，各學生搭的樣式各異，結(jié)果是學生浪費了學習時間又沒有掌握相應的知識。

3.2加強學生思維能力培養(yǎng)，引導學生設計新的模擬實驗。

類比思維是根據(jù)兩個對象在某些方面相似或相同，推出它們在其他方面可能相似或相同的一種思維方式。在設計模擬實驗時，為了培養(yǎng)學生類比思維，可用日常生活中材料代替課本中的材料。如DNA結(jié)構(gòu)模型的制作，實驗中用圓球代表磷酸，五邊形代表脫氧核糖，四種不同形狀的塑料代表堿基，經(jīng)過實驗得出結(jié)論。可是模型中不能反映堿基對平面間平行，于是有的學生自己設計實驗如下，用紅毛線代表DNA的基本骨架，用牙簽表示堿基對，這樣經(jīng)過實驗后，學生得出了結(jié)論。在實驗過程中，學生的思維能力得到了極大的訓練，教師也落實了大綱對學生思維能力的培養(yǎng)要求。

3.3引導學生發(fā)現(xiàn)實驗過程的不足，激發(fā)學生學習欲望。

無論什么模擬實驗，總能發(fā)現(xiàn)它的一些不足。例如在《制定真核細胞模型》的制作過程時，學生制作好后，發(fā)現(xiàn)安裝有困難，各細胞在相應位置，并且模型中也不能看到細胞器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，且只能平放。正是通過與實際的比較，學生對實驗才有所了解，產(chǎn)生對實驗進行改進的欲望。

參考文獻：

[1]汪忠主編.生物1·分子與細胞.江蘇教育出版社，2009.6.

篇6

關(guān)鍵詞：元神；基因組；個人模式；整體；中醫(yī)心理學

中圖分類號：R229

文獻標識碼：A

文章編號：1673-7717(2008)03-0624-03

Discussion on Biotic Mechanism of TCM Psychology

BI Jing-feng1，LIU Jia-qiang2，WANG Mi-qu2

(1.Shandong Univesity of Chinese Medicine，Jinan 250014，Shandong，China；

2.Chengdu University of Traditional Chinese Medicine，Chengdu 610075，Sichuan，China)

Abstract：The psychic noumenon is the whole of congenital Shen and the personality frame ，the research of TCM psychology does not depart from noumenon . The personality frame is result of society and education . The development of TCM psychology can be obtained by combining with modern biology and psychology.

Keywords：congenital Shen；genome；personality frame；whole；TCM psychology

自從王米渠先生1980年在《成都中醫(yī)學院學報》發(fā)表“中醫(yī)心理學說初談”后，中醫(yī)心理學研究已經(jīng)有20多年了，其中有各位名家的大量著作和，中醫(yī)心理學已經(jīng)取得了引人矚目的成就。而現(xiàn)代生物學已經(jīng)發(fā)展到功能基因組階段，對生命現(xiàn)象的揭示已經(jīng)由還原論發(fā)展到整體觀。中醫(yī)心理學是中醫(yī)研究心理因素在防治疾病規(guī)律和研究中醫(yī)認識事物的“心法”中，發(fā)展起來的一門新興學科[1]，但是中醫(yī)心理學的發(fā)展也不能離開心理本體的生物研究，心理因素的變化是與心之本體是無法分開的，因此研究心之本體的生物學的基礎(chǔ)是可以給予中醫(yī)心理學一些有意義的啟示的。本文擬從意識、心理的生物基礎(chǔ)結(jié)合中醫(yī)的基本理論做一些探討。

1 意識的含義

意識一詞，為佛教傳入中國后出現(xiàn)的。在此之前，我國古代稱之為心、神，泛指高級神經(jīng)活動。現(xiàn)在意識一詞正被很多學科所采用，但各學科對意識一詞都有自己的理解。 辯證唯物主義哲學：意識主要指人的主觀世界的一切心理活動的總和，包括意志、思念、認識等。它和客觀存在相對立。意識是大腦皮層的產(chǎn)物又是社會的產(chǎn)物，是對客觀存在的反映。心理學：認為意識是整個心理活動的總和，心理活動指情緒、情志、性格、思維、記憶、能力等，包括生理反射層、感知層、意識層、本體意識層(也叫潛意識)。西醫(yī)認為意識是人的覺醒狀態(tài)及能識別處理人與周圍環(huán)境的關(guān)系的功能。古代中醫(yī)講意識指整個思維活動，包括人對外界的感知、反映和思維。佛教：意和識具有不同含義，“意”指人思量或思考事物；“識”指分辨、區(qū)別、明了事物；而意與識都是心的功能，是心境作用的體現(xiàn)。心、意、識三者雖有區(qū)別，但又是一體。道教：不見諸道家典籍，與其相類者，有元神、識神、真意。

《黃帝內(nèi)經(jīng)?靈樞?本神》曰：“所以任物者謂之心(反映事物的功能在心)；心有所憶謂之意(心中對過去事物的回憶叫意)；意有所存謂之志(回憶過去，把它保存在心里并貫徹下去叫志)；因志而存變謂之思(由這個念頭，隨之發(fā)生變化叫思，即思考)；因思而遠慕謂之慮(思再向周圍擴展，又細又廣闊叫做慮。粗為思，細為慮)；因慮而處物謂之智(經(jīng)過考慮以后再處理事物叫智)”因此，古醫(yī)家認為思維活動包括心、意、志、思、慮、智6個層次，這6個層次在現(xiàn)在都可稱之為意念或意識活動。

2 形神學說

“形”“神”指的是形體和精神。人的生命整體，可以分為物質(zhì)之體與精神之用，形與神相即相須，不能分離，是辯證的統(tǒng)一。神有3個基本含義：(1)反映整個生命存在狀態(tài)的活動表現(xiàn)(包括代表生長壯己老、臟腑氣血運動變化的現(xiàn)象)，這是廣義之神；(2)主宰人體生命活動、產(chǎn)生思維活動的靈明神氣，這是狹義之神；(3)靈明神氣所具有的意識心理活動，這是狹義之神的功能活動。中醫(yī)心理學主要研究的是狹義之神及其功能活動。廣義之神的主體和集中表現(xiàn)仍然是狹義之神。

元神，或者叫本性，是由以心為主的五臟之氣升華而成，是更精細的五臟之氣。元神是人體的宏觀調(diào)控系統(tǒng)。古人把人的思維、情感、知覺等精神心理活動歸附于心，意志、情感歸附于五臟，五臟六腑又總歸于心來統(tǒng)率。元神之府在于腦，沒有腦就不會有元神的存在，正是由于神經(jīng)細胞的相互聯(lián)系才形成了腦，形成了元神。腦又通過激素和神經(jīng)纖維和五臟六腑、周身聯(lián)系組成了一個統(tǒng)一整體。腦細胞的物理、化學變化不等于人的意識活動。元神是整體的功能，在整體作用下完成了神經(jīng)細胞的功能活動。識神是意識心理思維活動，是元神的活動內(nèi)容和活動過程。

3 元神是物質(zhì)的意識也是物質(zhì)的

意識就是大腦的“產(chǎn)物”、大腦的“內(nèi)部狀態(tài)”。神經(jīng)系統(tǒng)是人的“元神”功能的實體物質(zhì)基礎(chǔ)，是由心之神為主結(jié)合其他臟腑之神志上升而形成的；在形成完整的神經(jīng)系統(tǒng)的過程中，是古猿經(jīng)過勞動和社會交往所逐漸形成的。進化是整體的，是神和實體物質(zhì)的進化發(fā)展。人的大腦是生理建構(gòu)和文化建構(gòu)的統(tǒng)一而成的整體。一方面，人類的文化建構(gòu)的活動與發(fā)展必須符合生理建構(gòu)整體的特性，另一方面文化建構(gòu)對生理建構(gòu)具有能動的反作用，促進生理建構(gòu)的演變，從而促進文化建構(gòu)的進化與發(fā)展[2]。人的大腦的生理建構(gòu)和文化建構(gòu)矛盾運動構(gòu)成了從古猿到人的進化和人的繼續(xù)發(fā)展。這是進化論在分子上的統(tǒng)一體現(xiàn)“神”的本質(zhì)及其功能是先賢所沒有完全講的，中醫(yī)學只有結(jié)合基因組學和信息學技術(shù)，意識活動的整體的微觀的生理本質(zhì)、分子運動機制才可以揭示出來。這樣，中醫(yī)學體系可以在更高更深的層次再次論證人的形神統(tǒng)一觀點的正確性。

一切物質(zhì)都具有反映的特性，意識正是物質(zhì)的反映特性從簡單生命體的刺激感應性到動物的感覺心理以至在人體這個高級生命體上整體的表現(xiàn)，是神經(jīng)系統(tǒng)整體功能的體現(xiàn)。利用中醫(yī)學整體思想結(jié)合現(xiàn)代信息科學技術(shù)以及基因組學，可以從整體的角度真正解譯意識奧秘的有力工具。大腦細胞中含有超過其他體細胞的核糖核酸，而大腦又是以信息的接收、處理和發(fā)放等的信息代謝為主的，人類所接收的信息就很可能存儲在這些物質(zhì)的排列中(人的特定模式與RNA的某種比較固定排列有關(guān))；腦基因整體的結(jié)構(gòu)與功能構(gòu)成了人腦基因組的生理建構(gòu)整體的結(jié)構(gòu)與功能，這與元神很有關(guān)系(這不是元神本身)。元神與腦細胞內(nèi)的基因組非常相關(guān)，與腦細胞的基因靶點組成的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)很有關(guān)系。文化建構(gòu)構(gòu)成了人的特定模式：性格或者體質(zhì)。文化建構(gòu)與生理建構(gòu)可以比擬為RNA與DNA的關(guān)系，這僅僅是比擬。RNA的某種排列影響DNA的功能，影響基因的功能，但是DNA是起著主要的支配作用。文化建構(gòu)發(fā)生了某些變化則影響基因組功能的發(fā)揮，通過激素又影響了身體五臟六腑的某些變化。文化建構(gòu)的整體變化從分子生物學的角度上講是可以造成核內(nèi)某些功能基因組的某些變化，從而影響生理建構(gòu)。

4 元神與意識

意識是元神的運動形式，是元神的這種特殊物質(zhì)的活動狀態(tài)，是元神內(nèi)部的運動內(nèi)容及其運動過程。它來源于對人體生命過程中 的內(nèi)外環(huán)境的各種有關(guān)信息(社會的、自然的、人體生命的)的反映，并通過一定渠道主宰著人的生命活動。意識是物質(zhì)的，是不同于一般物質(zhì)存在形式的特殊物質(zhì)形式，是建立在人的大腦皮層這種特殊物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的特殊物質(zhì)運動形式，產(chǎn)生于大腦，從屬于大腦，又須臾不能脫離人腦，它不是實體性物質(zhì)。在人的不同生命階段(或?qū)哟?，意識活動的內(nèi)容、表現(xiàn)也不同。如嬰幼兒，雖然還不會說話，還不會運用概念，但元神可以發(fā)放指揮形體運動的指令，并且也有了感覺分析的功能。這時期的意識活動是以感覺、運動的有關(guān)信息為主要內(nèi)容的。幼年兒童的意識活動則可完整地反映事物的形象，即通常說的“形象思維”。成年人則是運用概念進行思考，即通常說的“邏輯思維”。

元神和神經(jīng)系統(tǒng)的關(guān)系、元神的上述體性是由神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)細胞的功能特性決定的。神經(jīng)細胞有異于一般的生物細胞，它在自身的新陳代謝過程中，不僅有一般生物細胞的吸收、排泄實體物質(zhì)(如水合離子、分子、有機分子)的功能，而且加強了接收和發(fā)放以能量為載體的信息的功能。這就使神經(jīng)細胞具有了更廣泛和外界聯(lián)系的渠道和內(nèi)容，而且這種功能隨著神經(jīng)系統(tǒng)的進化而不斷完善。任何實在物體都是該物的氣的有形的凝聚態(tài)，在其周圍還有稀疏的彌散氣。鑒于此，當神經(jīng)細胞密集到一定程度時，各神經(jīng)細胞周圍的元氣就互相滲透，混融連結(jié)成一個整體。這個整體既受神經(jīng)細胞變化的影響，也可以反作用于神經(jīng)細胞。動物進化到人，神經(jīng)系統(tǒng)高度發(fā)達，而且有了精密的分工，從而使得神經(jīng)細胞接收、發(fā)放能量和信息的功能進一步增強。眾多神經(jīng)細胞周圍的氣連成的整體也極大限度地增強，功能也發(fā)生了極大變化，它不僅可以反映外界事物，而且可以反映自身內(nèi)部的種種變化。

5 元神的變化

人的本質(zhì)就是人的社會性，人從社會交流中形成，人的自我的參照系統(tǒng)是社會的產(chǎn)物。人與社會是一整體，是古猿在社會交流中形成促進了元神的形成、促進了意識的形成。在后天生活中，人從社會中接受了信息，形成個人的意識的參照系統(tǒng)，也是個人的行為、性格等的模式。個人的意識的參照系統(tǒng)是客觀世界的各種特性，經(jīng)由人體各種感受功能內(nèi)化到神中的某種時空建構(gòu)，它是意識活動的內(nèi)在規(guī)定性的系統(tǒng)模式，是人的主觀世界中度量各種事物的量度模式，是認知、判別事物于指導行為的依據(jù)。人的一切思維活動都是在這個個人的意識的參照系統(tǒng)這個背景中進行的。個人的自我模式是在人和客觀反復接觸的實踐中，在感覺器官感知客觀世界的過程中，通過成人的語言灌輸逐步建立起來的。語言和意識的建立是緊密相關(guān)的，它們經(jīng)歷了一個由簡單到復雜的發(fā)展過程(該過程在種族發(fā)生史上，是經(jīng)過漫長的勞動過程逐步完成的)。

6 元神和參照系統(tǒng)互相影響

嬰兒的元神是白凈的，但是元神一旦形成就要發(fā)揮作用，于是自然界的各種信息都必然被接受。隨著具體事物的信息伴隨著一定的能量反復地進入元神，環(huán)境中的自然事件、人物、語言、意識等信息從一般到個別、從簡單到復雜地逐步內(nèi)化到元神中，成為人的主觀世界的內(nèi)容。當內(nèi)化的信息達到一定程度后，氣聚而成形，聚成實體促使腦神經(jīng)細胞變化，從而固定下來。這些固定下來的信息內(nèi)容成為了認知客觀事物的模板，而且將成為新映入的各種信息的背景。元神是意識活動的最基礎(chǔ)的調(diào)控系統(tǒng)，參照系統(tǒng)是個人的個性調(diào)控模式，二者形成了后天的人的元神系統(tǒng)。元神的功能活動就是意識心理等思維活動。在元神系統(tǒng)中，在神經(jīng)細胞的相互聯(lián)系中完成了整體――元神，在元神完成后又對自身各個分系統(tǒng)起著統(tǒng)率作用，對自身接受外界信息、處理信息起著主宰作用，在社會環(huán)境中完成了自我參照系統(tǒng)，在元神和參照系統(tǒng)的相互作用中并形成了后天生活的人：自我。自我是先天與后天的統(tǒng)一[2]。

7 意識心理活動

意識作為元神的運動內(nèi)容和運動過程，對神自身也是又影響的，對神自身的影響又可以作用到周身，在一定程度上使自身發(fā)生變化。良好的和向上的精神狀態(tài)有益于文化建構(gòu)的整體性以及基因組功能的發(fā)揮和身體整體性的提高，而不好的精神狀態(tài)則相反。這樣的例子在生活和臨床上舉不勝舉。

意識活動包括記憶、思考、情緒以及指令的形成，現(xiàn)代心理學對這些意識活動多從其形式及其引起的各種變化來研究和闡述的，沒有接觸到意識活動的本身的實質(zhì)?！端貑?五運行大論》所說：“肝在志為怒、脾在志為思、肺在志為憂、腎在志為恐”，是五臟所屬五志，據(jù)此可以劃定后天的參照系統(tǒng)對元神功能的影響劃分為七志。情緒是由某種刺激引起的個體自覺的心理失衡狀態(tài)，并通過表情表現(xiàn)出來，通常以快樂、憤怒、恐懼、悲哀為基本表現(xiàn)形式，在情緒狀態(tài)下，不僅有主觀的心理變化的感受，并且伴有個體的生理變化。氣一而動志，志一也可以動氣，就是指心理與身體的相互影響。

8 中醫(yī)心理學某些現(xiàn)象的生物解釋

道德和良心是意識活動、心理活動最根本的基礎(chǔ)，在這之上才是各種思維、意識、情緒等。人的意識的理想發(fā)展是中和之性。自我是什么，道德在人的本性的本質(zhì)是什么，良心的本質(zhì)是什么，都需要結(jié)合心理學去探討。

人的性格行為的本源來源于元神的功能，這也是中和的中，而和為元神功能作用的自然狀態(tài)。后天的參照系統(tǒng)是個人體質(zhì)與后天所受教育、文化環(huán)境影響的辯證統(tǒng)一。而這種模式也不是一成不變的，在后天的生活中可以發(fā)生變化，變化的大小根據(jù)個人意志和環(huán)境所定。

后天的參照系統(tǒng)是在人的成長過程中逐步形成的。人的社會參照系統(tǒng)有一個逐漸成長過程，不是一下子就形成的。體質(zhì)的成長過程分為胎教─胎兒期(妊娠10月)、變蒸─嬰幼兒期(出生后至2歲)、稚陽─兒童期(2～14歲)、成陽─青年期(14～30歲)、盛陽─成年(30～60歲)、衰陽─老年期(60～天年)，是自我和體質(zhì)的發(fā)展變化的統(tǒng)一。

元神是更精細的五臟之氣，那么它在與社會的交流中由于社會的影響，意識可能產(chǎn)生偏頗(參照系統(tǒng)出現(xiàn)了不和諧因素)，進而影響體質(zhì)(元神本身是不會發(fā)生變化，元神只是功能性的)。據(jù)陰陽氣多少及五行屬性的性質(zhì)類分人的性格體質(zhì)為太陽─火形人，少陽─金形人，陰陽和平─土形人，少陰─木形人，太陰─水形人。這是人的意識構(gòu)型和體質(zhì)的整體表現(xiàn)。

9 結(jié) 論

馬克思指出：“人的本質(zhì)并不是單個人的抽象物，實際上，它是一切社會關(guān)系的總和?！庇终f：“人這個種屬的類特性恰恰是自由的自覺的活動。”人不但是自然的人，更是社會的人，人的本質(zhì)實際上就是人的社會關(guān)系內(nèi)化到參照系后引發(fā)的各種生命活動，這種活動的類特性是有了自我的自由而自覺的活動。而這一切都與道德有直接的關(guān)聯(lián)。道德是意識活動中較深層次的活動，道德是人的類特性的內(nèi)在根據(jù)。

元神成于陰陽、五行，但是又等同于陰陽、五行，它是一個整體，是“一”，心理的中醫(yī)研究不應該僅從陰陽入手，更應該考慮心理的本身―人的元神和心理活動的背景―社會。研究人的心理，不但要研究人的心理自身的形成、運動機理，更重要的是把人放到社會中，在社會中考察人的心理成的各種變化。也可以結(jié)合現(xiàn)代分子生物學、神經(jīng)生物學、基因組學等，在分子基礎(chǔ)上認識人的神和人的意識的生理本質(zhì)。中醫(yī)心理學不但要在傳統(tǒng)中醫(yī)里繼承和探索，更應該結(jié)合現(xiàn)代社會科學和自然科學進行探索。

參考文獻

[1]劉家強.中醫(yī)基因組學的建立考釋[J].中醫(yī)藥學刊，2004，22(9)：1667-1669.

篇7

遺傳學的基礎(chǔ)是19世紀科學家孟德爾建立的，因此探索20世紀的遺傳學發(fā)展史應從他起。從1854年到1865年間，他對豌豆的遺傳性狀進行了長期的探索，他發(fā)現(xiàn)豌豆的很多性狀如豆粒的顏色能夠有規(guī)律地傳給下一代，他就想：究竟是什么因素控制著這一遺傳過程？于是他對這一控制因素進行了猜測，把它叫做遺傳因子。他在這一概念的基礎(chǔ)上初步建立了遺傳學。其實孟德爾并沒有真的觀察到這一因子，但他堅信，在豌豆遺傳現(xiàn)象的背后肯定有原因。用他的因子假設能夠很好地解釋他的豌豆的雜交實驗結(jié)果，于是他寫了論文《植物雜交實驗》在奧地利的一個地方性雜志上發(fā)表，但是它的觀點沒有得到人們的重視。1900年初，三位不同國家的科學家分別獨立地得出了與孟德爾相同的結(jié)論，他們都去查閱前人的文獻，并且都看到了孟德爾的文章，因此他們把這一發(fā)現(xiàn)的殊榮歸之于孟德爾。隨后，孟德爾的理論得到了諸多科學家的證實和承認。

1882年，德國生物學家弗來明發(fā)現(xiàn)了染色體及細胞的有絲分裂過程。1883年，比利時的生物學家范?貝爾登發(fā)現(xiàn)了性細胞在分裂的過程中染色體的數(shù)目減少一半，而在受精后又恢復正常。人們不禁要想：在基因與染色體之間到底有什么關(guān)系？有人曾經(jīng)設想染色體可能就是基因，但是，這里有一個問題：一種生物染色體是很少的（人有23對），但性狀卻多得多。但生物學家們已經(jīng)意識到，既然孟德爾定律已經(jīng)被證實，就必須把孟德爾的基礎(chǔ)概念――基因加以實體化，弄清基因與細胞內(nèi)部所發(fā)生的一系列過程的關(guān)系。

讓遺傳學走上細胞水平，形成20世紀的遺傳的染色體學說的巨大成就，主要應歸功于美國的遺傳學家摩爾根。在孟德爾的兩個定律上，摩爾根又提出了第三個，這就是經(jīng)典的“遺傳三定律”。1909年，摩爾根以果蠅為實驗對象，以顯微鏡觀察和統(tǒng)計學的計算方法，判定遺傳基因就在染色體上以直線排列，并探明了基因的一系列遺傳變異規(guī)律（如連鎖互換等）。但此時的基因被認為只是一個交換、重組和突變時無法再分的單位，它的物理、化學性質(zhì)仍然是個謎。要對生物的遺傳和變異進行控制，不弄清基因的結(jié)構(gòu)看來是不行的。于是生物學家們紛紛踏上了尋找基因的征程。從1930年到1952年美國的噬菌體研究小組經(jīng)過一系列的實驗確定：DNA是遺傳物質(zhì)。

但DNA如何儲存并表達遺傳信息，仍不得而知。這個問題引起了很多物理學家的興趣，1945年，E?薛定諤出版了一本輝煌的著作《生命是什么》，書中提出了遺傳密碼的概念。1953年4月25日是遺傳學史上最值得紀念的一天，這一天，英國的《自然》刊登了沃森和克里克的合作成果，他們提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，這一天是分子生物學的誕生日。1954年，物理學家伽莫夫提出三聯(lián)體密碼的概念，1961年，尼倫伯格和馬太利用三聯(lián)體密碼合成了由苯丙氨酸組成的多肽長鏈，到1963年，64種遺傳密碼的含義全部得到了解答，形成了一部密碼辭典。由此科學家們認為：基因是DNA分子的一個個片斷。可是，DNA只存在于細胞核中，而蛋白質(zhì)的合成是在細胞質(zhì)中進行的，是什么東西把細胞核中的遺傳信息轉(zhuǎn)達到了細胞質(zhì)中呢？信息RNA和轉(zhuǎn)運RNA的發(fā)現(xiàn)給這個問題提供了答案，1958年克立克提出的“中心法則”很快得到了證實。

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論文摘要：代謝組學是效仿基因組學和蛋白質(zhì)組學的研究思想，對生物體內(nèi)所有代謝物進行定量分析，并尋找代謝物與生理病理變化的相對關(guān)系的研究方式。本文在介紹代謝組學基本含義的基礎(chǔ)之上，對代謝組學的研究方法及其在環(huán)境微生物領(lǐng)域的研究進展進行了評述。

一、代謝微生物概述

代謝組學(metabonomics/ metabolomics) 是效仿基因組學和蛋白質(zhì)組學的研究思想，對生物體內(nèi)所有代謝物進行定量分析，并尋找代謝物與生理病理變化的相對關(guān)系的研究方式，是系統(tǒng)生物學的組成部分。其研究對象大都是相對分子質(zhì)量1000以內(nèi)的小分子物質(zhì)。先進分析檢測技術(shù)結(jié)合模式識別和專家系統(tǒng)等計算分析方法是代謝組學研究的基本方法?；瘜W分析技術(shù)中最常用的是1H核磁共振(1HNMR)以及色譜(毛細管電泳)-質(zhì)譜聯(lián)用(X-MS)。目前代謝組數(shù)據(jù)處理的主要方法是:應用主成分分析(PCA) 等將從原始圖譜信息或預處理后的信息進行歸類，并采用相應的可視化技術(shù)直觀地表達出來;建立類別間的數(shù)學模型，使各類樣品間達到最大的分離，并利用建立的多參數(shù)模型對未知的樣本進行預測;最終建立可利用的該領(lǐng)域的應用數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)。應用代謝組學可進行疾病診斷、對藥物進行毒性評價和研究植物細胞代謝等。

二、代謝組學的研究方法

代謝物組學分析中，對于不同類型的代謝產(chǎn)物，往往要采取不同的分析方法進行研究。目前，代謝物組學通常采用紅外光譜法( infraredspectroscopy ， IR) 、核磁共振( nuclear magneticresonance ， NMR)、質(zhì)譜(mass spectrometry ， MS) 、高效液相色譜( high performance liquidchromatography ， HPLC) 以及各種技術(shù)的耦聯(lián)，如氣象色譜耦聯(lián)質(zhì)譜( gas chromatography2mass spectrometry，GC/MS)和液相色譜耦聯(lián)質(zhì)譜(liquid chromatography2mass spectrometry，LC/MS)來分析研究代謝物并為其繪制圖譜。這些技術(shù)的耦聯(lián)可以提高對樣品的分辨率、敏感性及選擇度，有利于對更多的生物體系內(nèi)的代謝物繪制圖譜。一般來說，選擇代謝物組學分析方法時，其原則是要同時考慮儀器和技術(shù)的檢測速度、選擇性和靈敏度，找到一種最適合目標化合物的方法。

三、代謝組學在微生物領(lǐng)域的研究進展

(一)微生物分類，突變體篩選以及功能基因研究

經(jīng)典的微生物分類方法多根據(jù)微生物形態(tài)學以及對不同底物的代謝情況進行表型分類。最近，隨著分子生物學的突飛猛進，基因型分類方法如16SrDNA測序，DNA雜交以及PCR指紋圖譜等方法得到了廣泛應用。然而，某些菌株按照基因型與表型兩類方法分類會得出不同的結(jié)果。因此，根據(jù)不同的分類目的聯(lián)合應用這兩類方法已成為一種趨勢。BIOLOG等方法在表型分類中應用較為廣泛，但是，代謝譜分析方法(metabolic p rofiling)異軍突起，逐漸成為一種快速、高通量，全面的表型分類方法。采用代謝組分類時，可以通過檢測胞外代謝物來加以鑒別。常用的胞外代謝物檢測方法為樣品衍生化后進行GC2MS分析、薄層層析或HPLC2MS分析，最后通過特征峰比對進行分類。Bundy等采用NMR分析代謝譜成功地區(qū)分開臨床病理來源以及實驗室來源的不同桿菌(bacillus cereus)。除了表型分類外，代謝組學數(shù)據(jù)可以應用于突變體的篩選。在傳統(tǒng)研究中的沉默突變體(即未發(fā)生明顯的表型變化的突變體)內(nèi)，突變基因可能導致了某些代謝途徑發(fā)生變化，通過代謝快照(metabolic snap shot)可以發(fā)現(xiàn)該突變體并研究相應基因的功能。

(二)發(fā)酵工藝的監(jiān)控和優(yōu)化

發(fā)酵工藝的監(jiān)控和優(yōu)化需要檢測大量的參數(shù)，利用代謝組學研究工具可以減少實驗數(shù)量，提高檢測通量，并有助于揭示發(fā)酵過程的生化網(wǎng)絡機制，從而有利于理性優(yōu)化工藝過程。Buchholz等采用連續(xù)采樣的方法研究了大腸桿菌在發(fā)酵過程中的代謝網(wǎng)絡的動力學變化。他們在葡萄糖缺乏的培養(yǎng)液培養(yǎng)的大腸桿菌中加入葡萄糖，并迅速混勻，按每秒4～5次的頻率連續(xù)取樣。利用酶學分析、HPLC/LC2MS等手段監(jiān)測樣品中多達30種以上的代謝物、核苷以及輔酶，從而解析了葡萄糖以及甘油的代謝途徑和底物攝取體系。通過統(tǒng)計學分析建模，發(fā)現(xiàn)在接觸葡萄糖底物后的15～25s范圍內(nèi)，大腸桿菌體內(nèi)發(fā)生的葡萄糖代謝物變化與經(jīng)典生化途徑相符，但隨后的過程則與經(jīng)典途徑不符，推測可能存在新的未知調(diào)控步驟。Takors認為，通過上述代謝動力學研究，掌握代謝途徑及網(wǎng)絡中的關(guān)鍵參數(shù)，將直接有利于代謝工程的優(yōu)化，包括菌株的理性優(yōu)化以及發(fā)酵參數(shù)的調(diào)控。

(三)環(huán)境微生物研究

微生物降解是環(huán)境中去除污染物的主要途徑。深入了解污染物在微生物內(nèi)的代謝途徑，將有助于人們優(yōu)化生物降解的條件，從而實現(xiàn)快速的生物修復。這些代謝中間體大都通過萃取、分析方法進行逐個研究，并借助專家經(jīng)驗擬合出代謝途徑，其動力學過程亦很少觸及。代謝組學方法的采用有可能改變這一現(xiàn)狀。Boersma等采用代謝組學方法研究氟代酚的微生物降解途徑。氟代化合物具有特殊的19F核磁共振屬性，19F的核磁共振靈敏度與1H核相近;由于生物體內(nèi)無內(nèi)源性19F核磁信號，因而無本底干擾。所有19F核磁信號均可歸結(jié)于異生素及其代謝物。19F核的化學位移值寬，約為700ppm(1H為15ppm，13C為250ppm)。較寬的化學位移導致19 F在不同取代物的峰圖不易產(chǎn)生重疊。因此，借助核磁共振技術(shù)可以更方便地研究含氟化合物的代謝中間體。Boersma等根據(jù)總代謝物的核磁共振圖譜，推測出紅球菌內(nèi)羥化酶在不同的取代位(1，2，3三種不同的取代數(shù)量)羥基化氟代酚，然后再通過兒茶酚內(nèi)位雙加氧酶開環(huán)形成氟代粘糠酸的代謝過程。此外，他們還首次檢測到開環(huán)后的下游代謝物，即通過氯粘糠酸異構(gòu)酶生成氟代粘糠酸內(nèi)酯以及氟代馬來酸等中間代謝物。根際(rhizosphere)空間在植物2微生物相互作用中發(fā)揮著重要的作用。Narasimhan等利用根際代謝物組(rhizosphere metabolomics)方法，闡釋了植物分泌物對根際微生物降解多氯代酚( PCB)的作用機制。然而，在采用擬南芥突變體(產(chǎn)生較少的phenylp ropanoids)的對照組中，降解菌的數(shù)量較低，降解率也僅達50%。結(jié)果表明植物根際分泌的次級代謝物促進降解菌的繁衍增殖，從而促進了污染物的降解。

此外，微生物代謝組學還應研究如何改進樣品的制備方法。例如，在代謝組研究中，為了中止細胞代謝反應采用冷淬火(cold quenching)方法，將細胞樣品迅速置于低溫(液氮或-70℃甲醇中)，這會導致許多微生物發(fā)生冷休克(cold2shock) ，釋放出大量的胞內(nèi)物質(zhì)，引起代謝組學定量研究發(fā)生偏差。

參考文獻：

[1]周宏偉，譚鳳儀，鐘音，欒天罡.代謝組學及其在微生物領(lǐng)域的研究進展[J].分析化學.2007(2).

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Constructure of course contents of biopharmaceutics and pharmacokinetics according to the principles of genetic epistemology

TANG Yuan LIU Hongmei JIA Jiaojiao ZHANG Jianxiang LI Xiaohui JIA Yi

Department of Pharmaceutics， College of Pharmacy， the Third Military Medical University， Chongqing 400038， China

[Abstract] Biopharmaceutics and pharmacokinetics is one of the core curricula of pharmacy students， which study drug transport in vivo by mathematical methods and dynamics principle. The principle of genetic epistemology is established by psychologist Jean Piaget， and the nature of cognitive development is considered as a process of continuous adaptation and balance in the theory. The principle of genetic epistemology is used to construct course contents of biopharmaceutics and pharmacokinetics in this paper. The schema is carried out to promote the assimilation and adaptation to lead to reaching a new cognitive equilibrium in the teaching process； moreover， this process is helpful to achieve better teaching effects.

[Key words] Biopharmaceutics and pharmacokinetics； Genetic epistemology； Teaching contents； Constructure

生物藥劑學與藥物動力學原為兩個獨立的邊緣學科，由于兩者學科內(nèi)容聯(lián)系緊密，原衛(wèi)生部將其教材合二為一，形成了“生物藥劑學與藥物動力學”，為藥劑學的分支學科[1]。目前我國大部分高等醫(yī)藥院校藥學專業(yè)和藥劑學專業(yè)本科均開設此門課程。生物藥劑學主要研究藥物及其劑型在體內(nèi)的吸收、分布、代謝與排泄過程，而藥物動力學應用動力學原理和數(shù)學方法，對藥物進入體內(nèi)后量時變化或血藥濃度經(jīng)時變化進行定量描述。該課程為藥學類專業(yè)學生的核心專業(yè)課程之一，通過對藥物體內(nèi)過程的質(zhì)與量進行研究，對于新藥設計、新劑型新制劑開發(fā)、藥物的質(zhì)量評價、藥品管理等工作都具有重要作用[2-3]。

生物藥劑學與藥物動力學涉及高等數(shù)學、分子生物學、藥劑學、藥物分析、藥理學、生物化學等多學科知識，在本科教學過程中同學往往反映“難學懂、難記憶、難應用”。為了提升教學質(zhì)量，國內(nèi)多所學校已對該學科進行了多元教學法、多學科交叉法、以授課為基礎(chǔ)的學習（lecture-based learning，LBL）、基于問題的學習（problem-based learning，PBL）、PBL-LBL結(jié)合模式等多種教學方法的研究與實踐，取得了顯著的教學效果[4-6]。發(fā)生認識論是由著名的瑞士心理學家讓?皮亞杰（Jean Piaget，1896～1980）提出和建立的。其理論強調(diào)，教學過程中應以學生為中心，教師是學生意義建構(gòu)的幫助者和促進者。堅持“以學生為中心”的教學，就是認為學生是認知行為的主體，新的知識必須與學生的經(jīng)驗和思維產(chǎn)生聯(lián)系，并內(nèi)化到學生原有的知識體系中；教師是教學行為的主導，在知識建構(gòu)活動中發(fā)揮設計者、組織者、參與者、指導者和評估者的作用，其傳授的知識要與學生的認知結(jié)構(gòu)相適應。目前，尚未見對生物藥劑學與藥物動力學理論課教學內(nèi)容進行分析和建構(gòu)。本文擬應用“發(fā)生認識論”的原理和方法對生物藥劑學與藥物動力學教學內(nèi)容進行建構(gòu)，為上述教學方法的應用提供支撐。

1 皮亞杰發(fā)生認識論基本思想

發(fā)生認識論最初來源于對兒童數(shù)學學習等的研究。皮亞杰認為，認識起源于主體和客體之間相互作用的過程，知識不是現(xiàn)實的簡單復制，獲得的唯一途徑是動作，動作是獲得知識的源泉和基礎(chǔ)；思維發(fā)展根源于主、客體相互作用的活動，經(jīng)主體內(nèi)化了的動作進一步協(xié)調(diào)而形成認知結(jié)構(gòu)。皮亞杰據(jù)此提出了人的認知發(fā)展過程中四個最核心的概念：圖式、同化、順應、平衡。圖式是指動作結(jié)構(gòu)，是個體認識事物的基礎(chǔ)；同化是客體對主體的適應，是個體將客體納入主體已有的圖式之中的?C能；順應是主體過去已經(jīng)形成的反應對客體的適應，是個體改變主體已有的圖式以適應客體的機能。同化和順應是皮亞杰認知發(fā)展理論的核心，既相互對立又相互依存。人對知識的學習是逐步從簡單發(fā)展為復雜，不斷促進認識的發(fā)展，其主要動力就是認識過程中的平衡。平衡是指個體通過自我調(diào)節(jié)機制，使認知發(fā)展從一個相對平衡的狀態(tài)向另一種更高級狀態(tài)過渡的過程。個體在認識過程中，總是先以已有圖式去同化客體，若獲得成功即得到認識結(jié)構(gòu)的暫時平衡；若不成功，則做出順應，改變現(xiàn)有圖式，再去同化客體，直至達到認識結(jié)構(gòu)的平衡[7-10]。

2 發(fā)生認識論適用于生物藥劑學與藥物動力學教學

生物藥劑學與藥物動力學的學習依賴分子生物學、藥劑學、藥物分析等基礎(chǔ)學科，同時又與高等數(shù)學密切相關(guān)。該學科的本質(zhì)是用數(shù)學方法和動力學原理研究藥物在體內(nèi)的轉(zhuǎn)運過程，為合理用藥和合理制藥提供研究方法和科學依據(jù)。發(fā)生認識論具有在生物藥劑學與藥物動力學中應用的天然基礎(chǔ)。

2.1 建立數(shù)學思維方式

生物藥劑學與藥物動力學主要應用動力學原理和數(shù)學的處理方法，研究通過口服、靜脈注射、靜脈滴注、肌內(nèi)注射等多種途徑給藥后藥物在體內(nèi)的吸收、分布、代謝與排泄過程的量變規(guī)律，以數(shù)學表達式闡明不同部位藥物濃度與時間變化的關(guān)系，是一門用數(shù)學分析手段來處理藥物在體內(nèi)動態(tài)過程的科學?；A(chǔ)藥學的學習需要大量的機械記憶，對抽象和邏輯思維能力鍛煉較少，造成了藥學專業(yè)學生思維往往拘泥于具體的對象，注重對其特征、形態(tài)、功能的觀察和描述，不善于開展抽象思維活動。而數(shù)學的學習需要學生依靠已有的數(shù)學現(xiàn)實空間，將當前的知識納入已有經(jīng)驗，進行歸屬或驗證，通過新舊知識融合成為一個整體的、新的數(shù)學空間。而且學生對數(shù)學知識的建構(gòu)，往往不能一次完成，需要經(jīng)過多次反復和深化。發(fā)生認識論是在研究兒童數(shù)學學習過程中建立起來的，具有與本學科學習的共通性[11]。本學科的學習就需要學生從生物現(xiàn)象和臨床特征出發(fā)，進行抽象思維和邏輯推理活動，經(jīng)過多次知識融合，透過現(xiàn)象抓住本質(zhì)，完成認識過程中的平衡化。

2.2 依賴于已有圖式

發(fā)生認識論認為，認識來源于活動，并在活動的基礎(chǔ)上建立起認識的圖式[12]。人們總是用自己已經(jīng)具有的圖式去認識事物，具有累積性、交織性、由簡單到復雜的特性。成功的教學必須是以學生現(xiàn)有的圖式為基礎(chǔ)，充分適應了學生同化、順應和平衡過程的教學。學生在學習生物藥劑學與藥物動力學之前，已學習過高等數(shù)學、藥劑學、分子生物學、藥物分析學、藥理學等基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程。在現(xiàn)有的學習過程中，需要教師充分了解上述學科的特點和學生的掌握情況，有針對性地促進學生已有的圖式和當前教學活動的聯(lián)系，使學生將新知識盡可能納入已有經(jīng)驗，進行歸屬或驗證，直至達成對知識的深層理解。經(jīng)過多次的反復和深化，完成原有圖式和本課程知識內(nèi)容重新建構(gòu)的順應過程。

2.3 體現(xiàn)階段性和連續(xù)性特征

發(fā)生認識論認為，認識的發(fā)展具有階段性和連續(xù)性。人是在對具體知識的學習中，逐步從簡單結(jié)構(gòu)發(fā)展為復雜結(jié)構(gòu)，并發(fā)展自己的認識的。人的認識發(fā)展具有階段性，每個階段具有不同的特征；同時，其發(fā)展階段具有連續(xù)性，各個階段按順序發(fā)展，沒有某個階段會突然出現(xiàn)，也不會發(fā)生跳躍和顛倒。認識發(fā)展就是一個從平衡到不平衡、再到新的平衡不斷往復提升的過程[13]。生物藥劑學與藥物動力學的階段性和連續(xù)性特征，既體現(xiàn)在與其他學科的承前啟后上，又體現(xiàn)在“先生物意義后數(shù)學模型”“先單室后多室”“先線性后非線性”等學科內(nèi)在邏輯方面。

2.4 體現(xiàn)認知的個體差異

發(fā)生認識論認為，人認識的本質(zhì)是認識主體在一定的社會環(huán)境下，通過自身的經(jīng)驗能動地建構(gòu)對客體的認識。由于不同個體現(xiàn)有圖式的不一致，導致其同化、順應和平衡的過程也不一樣。在學習過程中，學生都是以已有的背景知識為基礎(chǔ)來建構(gòu)新的知識體系，每個人的學習背景都是有差異的，從而導致了不同主體最終學習的效果不同。在教學過程中，我們發(fā)現(xiàn)學生課前對高等數(shù)學和藥學專業(yè)課的掌握程度參差不齊，顯著影響了生物藥劑學與藥物動力學的教學效果。例如，對動力學指標生物學意義的數(shù)學抽象能力不足，嚴重影響了數(shù)學公式在藥物動力學實踐中的準確應用。只有充分認識和考慮學生認知的個體差異，體現(xiàn)不同個體認知活動中同化、順應和平衡活動的不同，才能提升學生的學習質(zhì)量。

3 發(fā)生認識論對生物藥劑學與藥物動力學教學內(nèi)容的建構(gòu)

皮亞杰的發(fā)生認識論認為，頭腦中的圖式可以形成一個有規(guī)則的一般圖式，其代表著主體某一時期的智力程度和認知水平；他還用同步性實驗證實，人如果達到某種智慧水平，就能夠完成同樣水平的問題[14]。而且人的認識圖式不是一成不變，是由低級向高級、由簡單向復雜發(fā)展的，這就是圖式的建構(gòu)過程。生物藥劑學與藥物動力學的教學過程就是根據(jù)該學科的內(nèi)在聯(lián)系，讓學生將生物藥劑學的基本概念和基本理論同化到現(xiàn)有圖式之中，改變原有的高等數(shù)學圖式以適應藥物動力學的理論、公式和應用，使學生的認知發(fā)展達到更高的平衡狀態(tài)。由于每個學生的基礎(chǔ)知識和思維模式都不相同，每個人的現(xiàn)有圖式也不一樣，因此教師在生物藥劑學與藥物動力學教學過程中對思維過程的展開不能替代學生自己的活動，而應該讓學生在課前和課中不斷地開展合理的圖式準備，以利于新的圖式平衡的達成。圖式的發(fā)展演進情況最終體現(xiàn)在教學效果的好壞上。教材是教學的主要內(nèi)容，對學生的學習起著重要的參考和引導作用，其編寫要求為知識框架邏輯清楚、內(nèi)容詳實全面、公式及推導準確完整，但直接使用不一定適合于學生的思維展開。因此在實際授課過程中，教師應該運用發(fā)生認識論的原理對生物藥劑學與藥物動力學的教學內(nèi)容進行重新建構(gòu)。

3.1 開展圖式準備

首先，?_展基礎(chǔ)學科圖式準備。生物藥劑學與藥物動力學是一門綜合性課程，需要多學科知識的基礎(chǔ)。教師在其教學過程中應該非常重視導入性的復習基礎(chǔ)知識，比如：學習藥物的跨膜轉(zhuǎn)運和吸收，需要了解生物膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、胃腸道的結(jié)構(gòu)與功能、皮膚和黏膜的結(jié)構(gòu)與功能等生理學基礎(chǔ)；學習藥物的分布，需要了解循環(huán)系統(tǒng)、淋巴系統(tǒng)、血腦屏障、胎盤屏障等解剖學和生理學基礎(chǔ)；學習藥物的代謝，需要了解氧化、還原、水解、結(jié)合等代謝反應的生物化學基礎(chǔ)；學習藥物的排泄，需要了解腎臟排泄、膽汁排泄、其他途徑排泄的生理學基礎(chǔ)和疾病對其影響的病理學基礎(chǔ)；學習藥物動力學的各個模型，需要掌握動力學原理和高等數(shù)學的處理方法。

其次，完善學科內(nèi)部圖式準備。在學習生物藥劑學與藥物動力學之前，讓學生了解本學科的主要研究內(nèi)容和基本概念，勾勒出本學科的基本框架，對后期各章節(jié)的學習具有重要的指導意義。學習生物藥劑學時，要讓學生對物理性質(zhì)、化學性質(zhì)、劑型、配伍等藥物因素，以及年齡、性別、生理、疾病、遺傳等生物因素有明確認識；學習藥物動力學時，要讓學生知道動力學的研究有線性與非線性之分，而線性方法又包括單室模型和多室模型，同時還需要知道劑量、濃度、表觀分布容積、速率常數(shù)、生物半衰期和清除率等關(guān)鍵參數(shù)。

通過上述圖式基礎(chǔ)的準備，調(diào)整了學生現(xiàn)有的認知結(jié)構(gòu)，使之處于準備接受、處理新知識的狀態(tài)，使本學科的新知識在學生的認知結(jié)構(gòu)中易于找到可對應內(nèi)容，以便與學生現(xiàn)有的認知結(jié)構(gòu)發(fā)生實質(zhì)性的融合。而且教師在圖式基礎(chǔ)的準備過程中，應該發(fā)揮“主導”作用，讓學生認識到哪些知識準備是必須的，以便發(fā)揮自身的“主體”作用，針對性地補齊自己的短板。如果圖式基礎(chǔ)的準備到位，那么接下來的教學過程就容易事半功倍。

3.2 促進同化和順應，達到新的平衡

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關(guān)鍵詞：DNA計算機；計算方式；生命觀

1 DNA計算的理論、特點和問題

1994年11月美國計算機科學家 L．阿德勒曼（L．Adleman）在《科學》上公布了DNA計算機的理論，并成功的運用DNA計算機解決了一個有向哈密爾頓路徑問題[1]。這一成果迅速在國際上產(chǎn)生了巨大反響[2]，同時也引起了國內(nèi)學者的關(guān)注[3]。一些人相信，DNA計算蘊含的理念可使計算的方式產(chǎn)生“進化”。另一些人則看到DNA計算的理念將有助于揭示生命的本質(zhì)與演化。總之，這一全新的計算理論，將在數(shù)學與生命科學中產(chǎn)生極其深遠而廣大的影響。同時它也提出了一系列值得我們深思的哲學性問題。

DNA計算機目前尚處在理論研究階段，一旦它在實用意義上獲得成功，DNA計算將徹底改變計算機硬件的性質(zhì)。在過去的半個世紀里，計算機完全就是物理芯片的同義詞。但阿德勒曼DNA計算機則是一種化學反應計算機[4]。它的基本構(gòu)想是：以DNA堿基序列作為信息編碼的載體，利用現(xiàn)代分子生物學技術(shù)，在試管內(nèi)控制酶作用下的DNA序列反應，作為實現(xiàn)運算的過程；這樣，以反應前DNA序列作為輸入的數(shù)據(jù)，反應后的DNA序列作為運算的結(jié)果。阿德勒曼具體應用哈密爾頓有向圖這個經(jīng)典NPC問題，詳細描述了他的理論。

DNA計算機的提出，產(chǎn)生于這樣一個發(fā)現(xiàn)，即生物與數(shù)學的相似性：①生物體異常復雜的結(jié)構(gòu)是對由DNA序列表示的初始信息執(zhí)行簡單操作（復制、剪接）的結(jié)果；②可計算函數(shù)f（w）的結(jié)果可以通過在w上執(zhí)行一系列基本的簡單函數(shù)而獲得。阿德勒曼不僅意識到這兩個過程的相似性，而且意識到可以利用生物過程來模擬數(shù)學過程，更確切地說是，DNA串可用于表示信息，酶可用于模擬簡單的計算。這是因為：①DNA是由稱作核苷酸的一些單元組成，這些核苷酸隨著附在其上的化學組或基的不同而不同。共有四種基：腺瞟吟、鳥瞟吟、胞嘧啶和胸腺嘧啶，分別用A、G、C、T表示。一些單個的核苷酸順序連在一起形成DNA鏈。單鏈DNA可以看作是由符合A、G、C、T組成的字符串。從數(shù)學上講，這意味著我們可以用一個含有四個字符的字符集∑＝A、G、C、T來為信息編碼（電子計算機僅使用0和1這兩個數(shù)字）。②DNA序列上的一些簡單操作需要酶的協(xié)助，不同的酶發(fā)揮不同的作用。起作用的有四種酶：a．限制性內(nèi)切酶，主要功能是切開包含限制性位點的雙鏈DNA；b．DNA連接酶，它主要是把一個DNA鏈的端點同另一個鏈連接在一起；c．DNA聚合酶，它的功能包括DNA的復制與促進DNA的合成；d．外切酶，它可以有選擇地破壞雙鏈或單鏈DNA分子。正是基于這四種酶的協(xié)作實現(xiàn)了DNA計算。

自阿德勒曼用DNA計算機解決了哈密爾頓有向圖問題，隨后很快便有人用DNA計算機相繼解決了其他一些疑難問題（NPC完全問題），如可滿足性問題等。與電子計算機相比，DNA計算機有明顯的優(yōu)勢。不過，這些還僅僅是利用分子技術(shù)解決的幾個特定問題，是為解決特定問題而進行的一次性實驗。DNA計算機還沒有一個固定的程式。由于問題的多樣性導致所采用的分子生物學技術(shù)的多樣性，具體問題需要設計具體的實驗方案。于是，便引出了兩個根本性的問題，阿德勒曼最早就意識到了它們：①DNA計算機可以解決哪些問題？確切地說，DNA計算機是完備的嗎？即通過操縱DNA能完成所有的（圖靈機）可計算函數(shù)嗎？②是否可設計出可編程序的DNA計算機？即是否存在類似于電子計算機的通用計算模型——圖靈機——那樣的通用DNA系統(tǒng)（模型）？目前，人們正處在對這兩個根本性問題的研究過程之中。在我們看來，這就類似于在電子計算機誕生之前的20世紀三四十年代——理論計算機的研究階段。如今，已經(jīng)提出了多種DNA計算模型，但各有千秋，公認的DNA計算機的“圖靈機”還沒有誕生。相對而言，一種被稱為“剪接系統(tǒng)”的DNA計算機模型較為成功[5]。

由于DNA鏈可以比作在四字符集上的串，為DNA計算建模的自然方式就是利用專門處理字符和字符串的形式語言理論。建模的關(guān)鍵就是要將實際的DNA重組抽象為數(shù)學上的剪接操作。實際的DNA重組，就是在前面所提到的四種“工具酶”的作用下，對DNA鏈的切割和粘貼的組合過程。其數(shù)學抽象稱為剪接操作。大體可做如下描述：給定字符集∑（其元素為符號）及其上的兩個字符串x、y，利用剪接規(guī)則r剪接x和y的過程可以分為：①在由剪接規(guī)則r決定的位置上切割x和y；②分別將結(jié)果中x的前段和y的后段、y的前段和x的后段連在一起?！?的剪接規(guī)則 r是形如α1#β1$α2#β2的詞，其中α1、β1、α2、β2是∑的串，＃和$是∑外的標記符。我們稱z和w是根據(jù)剪接規(guī)則r＝α1#β1$α2#β2剪接x和y的結(jié)果，當且僅當存在∑上的x1、x?、y2、y?使得

x=x1α1β1x?， y＝y(tǒng)2α2β2y?

且 z=x1α1β2y?， w=y2α2β1x?

并記作（x，y） （z，w）。α1β1和α2β2這兩個串稱為剪接位點；x和y稱為剪接項。剪接規(guī)則r決定了切割的位點和位置：第一項在α1和β1之間，第二項在α2和β2之間。值得注意的是位點α1β1和α2β2會分別在x和y中出現(xiàn)多次，如果這樣，選擇哪一個位點是不確定的。結(jié)果會造成對x和y剪接的結(jié)果是（z，w）的一個集合。

將剪接操作當作基本工具來構(gòu)建一種生成機制，便形成了剪接系統(tǒng)。給定一個字符串集A，A∑*，∑*為字符集∑上由連接操作生成的字符串的集合（∑*中的元素為串），以及一個剪接現(xiàn)則集R（r∈R∑*?！?$∑*＃∑*），由此所生成的東西是由如下方法得到的串組成；從集A開始，在A和已獲得的串上重復使用剪接規(guī)則。另外，應該說明一點，通常剪接x和y得到z和w后，仍可以將x和y當作剪接項，與此相似，對新生成的z和x也沒有數(shù)量上的限制。但對某些串僅可使用有限次。故在數(shù)學上不用集合來表示剪接項，而用多重集——在每個時刻都應當記錄每個串可用的個數(shù)。至此，可以給出剪接系統(tǒng)的一個簡潔而又嚴格的定義：剪接系統(tǒng)是一個四元組r＝（∑、T、A、R），其中∑是一個字符集，T ∑是終結(jié)字符集，A是∑*上的多重集，R是剪接規(guī)則的集合。

定義了DNA計算的數(shù)學模型后，便可以來回答前面提出的DNA計算的完備性與通用性問題。在計算機科學中，眾所周知的丘奇一圖靈論點深刻地刻畫了任何實際計算機的計算能力——任何可計算函數(shù)都是可由圖靈機計算的函數(shù)（一般遞歸函數(shù)）?，F(xiàn)已證明：剪接系統(tǒng)是計算完備的，即任何可計算函數(shù)都可以用剪接系統(tǒng)來計算。換句話說就是，任何圖靈機可計算的函數(shù)都可以由這種DNA計算模型來計算。反之亦然。這就回答了DNA計算機可以解決哪些問題——全部圖靈機可計算問題。

對于第二個問題——是否存在基于剪接的可編程計算機——也有了肯定的答案：對每個給定的字符集T，都存在一個剪接系統(tǒng)，其公理集和規(guī)則集都是有限的，而且對于以T為終結(jié)字符集的一類系統(tǒng)是通用的。這就是說，理論上存在一個基于剪接操作的通用可編程的DNA計算機。程序由往通用計算機公理集中添加的字符串組成。程序會有多個，而可利用的公理集合有無窮多個。這些計算機使用的生物操作只有合成、剪接（切割一連接）和抽取。

理論上DNA計算機具有現(xiàn)代電子計算機同樣的計算能力，但它具有的巨大潛力（功能）卻是電子計算機不可比擬的：DNA計算機運算速度極快，其幾天的運算量就相當于計算機問世以來世界上所有計算機的總運算量；它的貯存容量非常大，1立方分米的DNA溶液可以存儲1萬億億位二進制的數(shù)據(jù)，超過目前所有計算機的存儲容量；它的能量消耗只有一臺普通計算機的十億分之一。如此優(yōu)越的分子計算機當然是激動人心的。然而它離開發(fā)、實際應用還有相當?shù)木嚯x，尚有許多現(xiàn)實的技術(shù)性問題需要去解決。如生物操作的困難，有時輕微的振蕩就會使DNA斷裂；有些DNA會粘在試管壁、抽筒尖上，從而就在計算中丟失了。盡管DNA計算機面對著許許多多的質(zhì)疑，但它的提出者阿德勒曼教授依然是極其樂觀的：DNA計算機剛剛提出，尚在胚胎時期，與發(fā)展了半個世紀的電子計算機相比，確實相形見細。在他看來，提出DNA計算機并不就是要與電子計算機競爭。首先，分子計算的觀念拓寬了人們對自然計算現(xiàn)象的理解，特別是生物學中基本算法的理解。另外，DNA計算的觀念向現(xiàn)有的計算機科學和數(shù)學提出了挑戰(zhàn)，相信它所蘊涵的理念可以使計算的方式發(fā)生進化。

DNA計算理論是目前西方發(fā)達國家的一個研究熱點，有些困難已經(jīng)通過新的程序設計技術(shù)（無須等待生物技術(shù)的發(fā)展），采用概率算法及修改數(shù)學問題等傳統(tǒng)的解決方案得以解決。人們大都相信，分子計算的實際應用在未來是可行的。另外，要知道，類似合成雜交、抽取等所有生物操作的問題，都已被大自然中的生物系統(tǒng)所涉及，而且這些問題在生物體內(nèi)已成功的解決了，這就不會在生物體外解決不了。向大自然學習，問題就會得到解決。

2 DNA計算：計算方式的進化

1994年11月阿得勒曼在提出DNA計算機的時候就相信：DNA計算機所蘊涵的理念可使計算的方式產(chǎn)生進化。后來的研究者就更堅信這一點了。如加拿大的卡爾（L．Kari）就更明確的指出：“DNA計算是考察計算問題的一種全新的方式?；蛟S這正是大自然做數(shù)學的方法：不是用加和減，而是用切割和粘貼、用插入和刪除。正如用十進制計數(shù)是因為我們有十個手指那樣，或許我們目前計算中的基本功能僅因為人類歷史使然。正如人們已經(jīng)采用其它進制計數(shù)一樣，或許現(xiàn)在是考慮其它的計算方式的時候了”[6]。我們以為，這一說法是很有啟示性的。確實，仔細回顧一下人類計算方式或計算技術(shù)的歷史，就不難體會到目前人們的計算方式確實是一種歷史的結(jié)果，而非計算本性的邏輯必然。不過為了進一步論證和拓展這一觀點，下面有必要就什么是計算。計算的方式是什么等問題給予一個簡要的回答。

計算的本質(zhì)是什么？應該說人類對其已經(jīng)有了一個基本的清晰的認識，這就是遞歸論或可計算性理論中所揭示的一個基本內(nèi)容：計算就是依據(jù)一定的法則對有關(guān)符號串的變換過程。根據(jù)丘奇一圖靈論點，一切可計算的函數(shù)都是遞歸函數(shù)。抽象地說，計算的本質(zhì)就是遞歸。不過這里我們想給出一個直觀的描述：計算就是從已知符號開始，一步一步地改變符號串，經(jīng)過有限步驟后，最終得到一個滿足預定條件的符號串的過程。這樣一種有限的符號串的變換過程與遞歸過程是等價的、一致的。所謂計算方式就是符號變換的操作方式，尤其指最基本的動作方式。廣義地講，還應包括符號的載體或符號的外在表現(xiàn)形式。從中國古代的籌算方式（一組竹棍表征）、珠算方式，到后來的筆算方式就是一系列的計算方式的變化（它們各自具有各自的操作方式）。相對于后來的機器計算方式，這些計算的方式均可歸結(jié)為“手工計算方式”，其特點是用手工操作符號，實施符號的變換——擺排竹棍、撥弄算珠或書寫符號。機器計算的歷史可以追溯到1641年，當年18歲的法國數(shù)學家帕斯卡爾從機械時鐘得到啟示——齒輪也能計數(shù)，成功地制作了一臺齒輪傳動的八位加法計算機。這使人類計算方式、計算技術(shù)進入了一個新的階段。后來經(jīng)過人們數(shù)百年的艱辛努力，終于在1945年成功地研制出了世界上第一臺電子計算機。從此，人類進入了一個全新的計算技術(shù)時代。就電子計算機而言，至今它也經(jīng)歷了四個大的時期。從最早的帕斯卡爾齒輪機到今天最先進的電子計算機，計算技術(shù)有了長足的發(fā)展。這是一個計算方式發(fā)生重大變革的歷史時期。這時計算表現(xiàn)為一種物理性質(zhì)的機械的操作過程。但是，無論是手工計算還是機器計算，其計算方式——操作的基本動作都是一種物理性質(zhì)的符號變換，具體是由“加”和“減”這種基本動作構(gòu)成的。二者的區(qū)別就在于前者是手工的，后者是自動的。

然而，如今出現(xiàn)的DNA計算則有了更大的本質(zhì)性的變化。計算不再是一種物理性質(zhì)的符號變換，而是一種化學性質(zhì)的符號變換，即不再是物理性質(zhì)的‘“加”、“減”操作，而是化學性質(zhì)的切割和粘貼、插入和刪除。這種計算方式的變革是前所未有的，具有劃時代的意義。它將徹底改變計算機硬件的性質(zhì)，改變計算機基本的運作方式，其意義將是極為深遠的。我們完全可以做這樣一番想象，一旦DNA計算機全面實現(xiàn)，那么真正的“人機合一”就會實現(xiàn)。到那時，人們最不需要的就是電腦，因為大腦本身就是一臺自然的DNA計算機，人們真正需要的只是一個接口。DNA計算機蘊涵的理念不僅可以使計算的方式產(chǎn)生進化，而且可以使人類的大腦、思維產(chǎn)生進化。這是我們對阿德勒曼認識的一點補充。然而，盡管DNA計算較之以往的各種計算有了重大的變革，但是，在計算本質(zhì)上，它同人類有史以來的一切計算都是等價的、一致的。這是因為：任何可計算函數(shù)都可由剪接系統(tǒng)來實現(xiàn)，即任何圖靈機可計算的函數(shù)也可以由DNA計算機來計算。反之，任何由剪接系統(tǒng)計算的函數(shù)都可由留靈機計算。這就是說，DNA計算也是一種遞歸計算。這一結(jié)論有著重要的數(shù)學意義。它一方面使人們認識了DNA計算的本質(zhì)；另一方面進一步證實或支持了丘奇一圖靈論點，使丘奇一圖靈論點首次獲得了電子計算機之外的生物計算機的證實，這種證實自然是更加有力的。

綜上所述，我們看到，計算之所以為計算，在于它具有一種根本的遞歸性，或在于它是一種可一步一步進行的符號串變換操作。至于這種符號變換的操作方式如何，以及符號的載體或其外在表現(xiàn)形式如何，都不是本質(zhì)性的東西，它們無不是一種歷史的結(jié)果，無不處于一種不斷變革或進化的過程之中。符號可以用一組竹棍表征、用一組算珠表征、用一組字母表征，也可以用齒輪表征、用電流表征，還可以分子表征、電子表征等等。不同表征下的符號變換有著不同的操作方式，甚至同一種表征下的符號變換都可以有不同的操作方式。在此，計算本質(zhì)的統(tǒng)一性與計算方式的多樣性得到了深刻的體現(xiàn)。我們相信，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，計算方式的多樣性還會有新的表現(xiàn)。既然DNA計算機的出現(xiàn)已經(jīng)打開了人們暢想未來計算方式的思維視窗，那么就讓我們翹首以待吧。

3 DNA計算：生命進化的方式

生命是什么？生命是怎樣進化的？這是人類一個永恒的話題。隨著自然科學的不斷發(fā)展，生命問題也在不斷變換著其形式，人們對它的理解、認識也在不斷地更新，以適應新的理論的發(fā)展與進步。在20世紀八九十年代，由于人類基因組計劃、計算機人工生命、遺傳方法和DNA計算機等一系列全新的理論和觀念的出現(xiàn)，使人們對生命是什么、生命是怎樣進化的等重大基礎(chǔ)性問題再一次產(chǎn)生了新的理解。這種理解的核心內(nèi)容是：生命就是一臺自然計算機。生命的法則就是算法，生命就是以計算的方式在進化著。DNA計算對這樣一種生命觀給予了強有力的支持。DNA計算表明了計算存在于生物學的根基上，計算處于生命的核心，生命本身就是由一系列復雜的計算組成的。下面我們對此作一個簡要的論述。

什么是算法？簡單地說，算法就是求解某類問題的通用法則或方法。通常要求用它能夠在有限步驟內(nèi)一步一步地完成對問題的求解。換句話說，算法也就是對有關(guān)數(shù)據(jù)或符號進行變換的方法規(guī)則。計算就是對算法的執(zhí)行或?qū)?shù)據(jù)、符號依據(jù)有關(guān)規(guī)則進行的變換操作。長期以來，計算、算法一直是數(shù)學的專有概念。但如今由于電子計算機深刻而廣泛的運用，使人們對這兩個基本概念有了更寬泛地認識，使它們泛化到了整個自然界。認為自然界就是一臺巨型自然計算機。任何一種自然過程都是自然規(guī)律作用于一定條件下的物理或信息過程，其本質(zhì)上都體現(xiàn)了一種嚴格的計算和算法特征。在此，自然系統(tǒng)相當于計算機的硬件，自然規(guī)律相當于計算機的軟件，而自然過程就是計算機的計算過程。生命系統(tǒng)作為自然界中最復雜最有特色的系統(tǒng)，它也就是形形的自然計算機中的一種。

DNA計算機就是對生命這種自然機的一種表征。這是因為，DNA是生命的信息庫和程序庫，既是一套自復制的程序，同時又是一個以進化論為基礎(chǔ)發(fā)展過來并正在發(fā)展的程序。它構(gòu)成了遺傳、發(fā)育、進化統(tǒng)一的物質(zhì)基礎(chǔ)?，F(xiàn)代生物學表明，一方面DNA可以看作是由A、G、C、T四個字符組成的字符串。從數(shù)學上講，這意味著我們可以用一個含有四個字符的字符集∑={A、G、C、T}為信息編碼。DNA代碼與計算機代碼所不同的只是它不是二進制的，而是一種四進制代碼。有人甚至指出：除了專業(yè)術(shù)語不同之外，分子生物學雜志里面的每一頁都可以換成計算機技術(shù)雜志的內(nèi)容。另一方面，DNA能夠?qū)υ撔畔⑤d體進行一系列可控制的變換（即化學反應）。變換的具體方式是DNA的復制、剪切、連接、修復，變換的過程就是一種生命過程，也即生命的自構(gòu)造性特征。因此，我們完全可以把生命看作是一臺自然計算機，生命的進化法則就是算法。另外，DNA作為一種自然語言，和計算機程序語言一樣，具有不同的層次，具有遞歸、并行、模塊化的基本特征?，F(xiàn)代生物學表明，一維線性分子在特定的環(huán)境中通過復雜而準確的信息處理，可拓展為一個豐富的四維時空生命體，這種展現(xiàn)過程所獲得的新信息反過來又不斷地反映到一維線性分子中，導致生物物種的不斷進化。這正是DNA程序語言層次性的表現(xiàn)。一維DNA序列只不過是最低級的生命機器語言，所有的高級語言都必須編譯成DNA序列語言才能執(zhí)行。目前，DNA這種自然語言的詞法、句法規(guī)則我們尚不清楚，但本質(zhì)上是一種程序化語言[7] 。

DNA計算機的提出，就是一種分子算法的化學實現(xiàn)。以前分子算法，如自復制自動機、胞格自動機、遺傳算法、人工生命等全都是在電子計算機上實現(xiàn)的，DNA計算機的出現(xiàn)是分子算法的化學實現(xiàn)的開端。這種立足于可控的生物化學反應或反應系統(tǒng)，無疑更加有力地直接地表明了生物現(xiàn)象與過程的計算特征。而這對于現(xiàn)代生物學的研究自然有著十分積極的影響。正如阿得勒曼所說：DNA計算機的構(gòu)想，是從另一個角度出發(fā)啟示人們用算法的觀念研究生命。“算法對于生命的意義，就在于以過程或程序描述代替對生物的狀態(tài)或結(jié)構(gòu)描述，將生命表示為一種算法的邏輯，把對生命的研究轉(zhuǎn)換成為對算法的研究”[8]。在這個意義上，生命就是程序、就是算法——一種能夠?qū)崿F(xiàn)自我復制、自我構(gòu)造和自我進化的算法。在尼葛洛龐帝的《數(shù)字化生存》中，有一個已是眾所周知的主題論斷：計算不再只和計算機有關(guān)，它決定我們的生存。但是，尼葛洛龐帝僅是從社會生活的意義上說這番話的。我們在這里則要賦予它另一種新的含義——生理生存，即計算決定我們的肉體的生存。

生物學界這種算法觀念的廣泛運用，更增強了人們運用算法觀念看待整個自然界的信心，拓展了人們對自然現(xiàn)象的理解。要知道生命是最復雜的自然現(xiàn)象之一，是自然界進化的最高代表。因此，我們完全有理由猜想：整個宇宙也是按算法構(gòu)成的，是按算法演化的?，F(xiàn)實世界之萬事萬物只不過是算法的復雜程度的多樣性。從虛無到存在、從非生命到生命、從感覺到意識，或許整個世界的進化過程就是一個計算復雜性不斷增長的過程?？磥懋呥_哥拉斯或許真是對的：萬物皆數(shù)！應該說，這便是DNA計算機所蘊涵的最深奧的哲學理念：數(shù)學可能是萬物的基礎(chǔ)，數(shù)學可能是現(xiàn)實世界和可能世界的核心。今天，我們或許應該將畢達哥拉斯的哲學再向前推進一步：存在的意識就是數(shù)學意識。因為DNA計算宣稱數(shù)學處于生命的核心。

參考文獻

[1]L M Adleman. Molecular Computation of Solutions to Combinatorial Problems [J].Science， 1994.266. Science， 1994． 266．

[2]M Linial. On the Potential of Molecular Computing [J]. Science， 1995．268．

[3]鄧少平，等．DNA計算的一些基本問題［J］．科學（中文版），1996（5）．

[4]Barry Cipra．Computer Science discovers DNA［J］．What's Happening in the Mathematical Science．AMS，1996（3）．