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关键词:道尔顿;分子量;相对分子质量;量和单位;量符号
1引言
在生物学和医学研究论文中,常会碰到一些看似简单,实则使人头痛的物理量、计量单位和符号问题。例如,作者常常需要对研究的目标物质进行描述,其中一个重要的指标就是其分子大小。在我们的编辑实践当中发现,来稿中很多研究论文在描述关于物质分子大小时存在着这样的现象:多数研究论文仍然使用“分子量”这一物理量,以“道尔顿”或“千道尔顿”为单位(××D或××kD)来描述;有的使用了“相对分子质量”这一物理量但是书写却不正确;只有极少部分论文正确地使用和书写了这一物理量。究竟应如何正确使用?
2描述物质分子大小的物理量
对所研究的原子和分子的质量进行描述,以往多使用“道尔顿(D)”这一单位。英国化学家JohnDalton(1766-1844)是近代化学之父,在化学方面提出了定量的概念,总结出了质量守恒定律、定比定律和化合量(当量)定律。在此基础上,1803年又发现了化合物的倍比定律,提出了元素的原子量概念,并制成最早的原子量表。人们为了纪念道尔顿,以他的名字作为原子质量单位,定义为12C原子质量的1/12,1D=1/Ng,N为阿伏加德罗常数。
以往我们常用的描述物质分子大小的物理量是分子量,它是“单质或化合物以分子形式存在时的相对质量”[1]。我们知道,以一个12C重量的1/12为标准,其他的原子质量同这标准相对照得出相对质量,称为这个原子的原子量[2]。分子量是物质分子或特定单元的平均质量与核素12C原子质量的1/12之比,等于分子中原子的原子量之和[3]。
对于分子来说,一个分子的质量,用道尔顿表示时,应该是“蛋白质A的质量为××道尔顿”。因为分子量为该物质的分子的质量与12C原子的质量的1/12之比,所以如果说“蛋白质A的分子量为××道尔顿”,乃是不正确的表示方法。
3国家标准中规定的物理量
道尔顿是核物理与反应堆技术中惯用的质量旧单位,自1960年起,用原子质量单位(u)代替它,规定1dalton=1u≈1.6605402×10-27kg[4]。
作为国家标准,与国际标准一致,现行有效的1993年修订的国家标准《量和单位》选择了“相对原子质量”和“相对分子质量”这两个物理量名称,并在GB3102.8—93的引言中说明:“本标准中的相对原子质量Ar和相对分子质量Mr,以前分别称为原子量和分子量,在使用中,应有计划地逐步采用本标准的名称。”
所谓相对原子质量Ar是指“元素的平均原子质量与核素12C原子质量的1/12之比”,即Ar=m/mu(m为元素的平均原子质量);物质的相对分子质量是指“物质的分子或特定单元的平均质量与核素12C原子质量的1/12之比”,即Mr=m/mu(m为物质的平均分子质量)。它们是量纲一的量,其单位为1[5]161。
4正确运用“相对分子质量”等物理量和单位
由于历史的原因,在道尔顿当初提出原子量的概念时指出,“同一种元素的原子有相同的重量(weight),不同元素的原子有不同的重量。”因此“atomicweight”在中文里翻译成了“原子量”。但是当时重量和质量(mass)是相同的概念,实际中获得的都是原子的相对质量,但仍然称作原子量,这也许是原子量和分子量的单位一直用“道尔顿”的原因。
但国家标准中规定了应当使用“相对分子质量”来描述分子的相对大小,那么,关于道尔顿(D),在现实中用作“原子质量”或“分子质量”单位时,原来的1D=1u;用作“相对原子质量”或“相对分子质量”单位时,原来的1D=1,即其单位为1。
虽然“道尔顿”属非SI单位即非法定计量单位,但由于历史的原因,鉴于目前科学界尚有大量使用“D”或“kD”的文献存在,在某些类型的论文写作中,作者往往会坚持在某些数据中使用“D”或“kD”。例如在综述类论文中,被引用文献数据中“D”常常不可避免。在这种情况下,有人[6]认为应尊重作者的选择,虽然期刊中会出现“非法的”D,但不应视为“违法”。超级秘书网
5正确运用“相对分子质量”的量符号
既然明确了描述物质分子大小的物理量,在使用“相对分子质量”这一量符号时,很多期刊没有能准确把握,造成了很多错误。在国内免疫学相关的7本杂志以及其他生物学、医学类的杂志,发现在稿约、正文以及SDS-PAGE、Westernblotting等结果图中,“相对分子质量”这一量符号出现了很多种写法,如:Mr、Mr、Mr、Mr以及仍然沿用kD为单位等多种情况。那么,究竟应该如何书写这一量符号呢?根据科技书刊外文字符使用规范[5]197-201:量符号、代表量和变动性数字及坐标轴的下标符号应用斜体;量符号中除表示量和变动性数字及坐标轴的下标字母用正体。根据这一原则,相对分子质量中M是量符号,应用斜体;下标r是relative(相对的)的首字母,不是量符号,也不是代表变动性数字,更不是坐标轴符号,应使用正体。因此,正确的写法是Mr。类似地,相对原子质量的正确写法是Ar。
6结语
生物学和医学类科技期刊是广大科研工作者展示其学术成果的舞台,要科学地将一系列学术成果展现出来,要实现科技期刊的标准化与规范化,就要改变人们长期以来的习惯,需要广大科(下转257页)(上接256页)技期刊编辑担负起科技期刊的社会责任,加强宣传和普及,需要作者和编辑同仁长期不断的共同努力,才能最终得以实现。
参考文献
[1]辞海编辑委员会.辞海:缩印本[M].1979版,上海:上海辞书出版社,1979:274.
[2]原子量[OL].(2008-12-07)[2009-02-12]./view/101827.htm.
[3]分子量[OL].(2008-10-10)[2009-02-12]./view/346251.htm.
[4]陈冠初.生命科学类期刊量和单位的标准化[J].编辑学报,2002,14(2):110.
论文摘要:为了提高病原生物学教学质量,我们在实验教学内容、教学方法、教学手段等方面进行了一系列有益的探索、改革,取得了良好的效果。
病原生物学包含医学微生物学与人体寄生虫学2门相关学科,是医学人才培养课程体系中一门重要的专业基础课川。实验课是病原生物学教学的重要组成部分,实验教学的质量直接影响着这们课程的整体教学效果。传统的教学模式中存在重理论讲授、轻实践操作的现象。学生缺乏动手能力和开拓创新精神,很难适应素质教育的需求。我们经过长期的教学实践,深切的体会到只有强化病原生物学实验课各个环节,采用经典与创新结合的教学方法,传统与现代并用的教学手段,才能有效地提高教学质量。
一、实验教学内容的优化、改革
根据专业培养目标和学科发展的要求,制定实验教学大纲和教学计划,编写实验教材、优化教学内容,注重培养学生的综合能力,改革单调的演示验证性实验。逐步开设综合性、设计性实验,激发学生创新意识,锻炼、培养学生独立操作及分析和解决问题的能力。
二、培养学生严谨求实的科学态度及作风
每次实验课前,首先让学生充分预习实验内容,实验过程中教师应帮助学生建立“有菌观念”,养成“无菌操作”的良好习惯。及时纠正错误,规范实验操作,实验课上一定要强调“眼见为实,实事求是”的重要性,强调实验结果的准确性。对于实验报告中抄袭实验讲义,编造实验结果,不讲求实事求是的现象要予以严肃批评教育,同时也和未获得预期结果的学生一起探讨原因,营造切磋研讨,教学相长的机会和氛围。在实验教学中潜移默化地培养学生求精敬业的医学职业道德,为以后科研及临床工作奠定良好的基础。
三、强化技能训练
实践技能训练是培养学生综合能力最有效的途径,我们在强化技能训练的同时,将能力培养和态度培养贯穿于实践教学的始终。如显微镜油镜的使用、革兰染色法与抗酸染色法操作、细菌的培养与鉴定技术等。对锻炼和培养学生的精细动作,细致的观察力及一丝不苟、精益求精的工作态度等都极为重要。通常一个完整的实验过程,涉及实验设计、操作步骤、结果观察、报告书写等方面,教师要充分利用实验教学过程中的每一个环节,切实加强学生综合能力的培养。
四、培养学生动手操作能力
4.1明确实验目的首先向学生阐述实验目的,鼓励其亲自动手,独立操作。
4.2将社会实践融人到实验教学中在教学过程中,针对一些常见病原性疾病的实验诊断方法进行相关实验诊断和检测。如学生应用透明胶带法自行检查蠕形蜡感染;应用粪便生理盐水涂片法检查蠕虫卵;应用酶联免疫吸附试验等方法对自身血清中的乙型肝炎、丙型肝炎抗原、抗体进行检测。因为这些实验都是检测自己的感染情况,所以学生实验操作都非常认真,实验过程中既掌握了操作技术,又深刻体会了实验技术在临床实际工作中的应用,同时学生在实验中对自身的健康状况又有了进一步的了解,极大地激发了实验兴趣。
4.3发扬团队协作精神对部分需要多人共同完成的实验,实行小组长负责制,实验小组成员之间相互协作,密切配合,要求在最短的时间内完成实验,训练学生的组织能力和团结协作能力。
五、充分利用多媒体教学手段。提高实验教学效率
多媒体教学是将文字、图形、动画、视频、声音等多种信息加工组合在一起来呈现知识信息。多媒体突破了微观限制,帮助学生加深理解教学内容,将不易单纯用语言表达清楚的抽象复杂的理论直观地表现出来,变抽象思维为形象认识,使教学内容生动形象。病原生物学实验有一些内容以模式图和实物标本难以展示,应充分运用现代计算机多媒体进行辅助教学,激发学生的求知欲望和实验兴趣。比如在讲解用悬滴法进行细菌的动力测定时,学生经常无法找到正确的视野,除了显微镜使用原因之外,更多的是学生对细菌运动没有直观的认识。为此,我们特意制作了常见细菌的动力学观察视频资料,学生在短短的几分钟时间内对细菌的运动和显微镜的使用便有了初步的认识,操作和观察效率大为提高,激发了学生自主学习兴趣,教学效果也有了显著提高。
六、建立合理的实验考核体系
在成人GIST中,约60%发生于胃,30%发生于小肠,5%发生于十二指肠,<5%发生于结直肠,<1%发生于食管和阑尾[1]。约70%的GIST由梭形细胞构成,约20%由类上皮细胞构成,约10%为混合型[11],大多数胃小间质瘤由梭形细胞构成。在一项研究中,直径<5mm的胃间质瘤全部是由梭形细胞构成,且均为KIT或CD34阳性,其中约90%位于胃近端[11]。GIST瘤体切面多呈饱满,部分区域存在囊性变性、坏死或出血,在相邻的腹膜表面偶可发现卫星结节[1]。GIST的临床症状主要包括早期饱腹感及疲劳感,其次是贫血症状,腹膜内出血,胃肠管腔内出血,腹痛及腹胀;部分GIST病人由于发生肿瘤破裂、胃肠道梗阻而发生急性腹痛或阑尾炎样腹痛[1]。具有临床症状的GIST平均直径接近5cm,多呈孤立性、局限性结节。虽然多数小GIST生物学行为多呈良性表现,但也有少数小GIST在临床及影像学上呈恶性表现。内镜超声(EUS)高危特征包括边界不规整、囊腔、溃疡、强回声及性质不均匀。胃小间质瘤多呈外生性壁外生长,每50个高倍镜视野(HPF)下的核分裂数(核分裂像)较低,形态学上多为非侵袭性、良性表现,生物学行为表现为自限性、惰性生长,此类小GIST常无特殊临床表现。与胃小间质瘤相比,十二指肠及小肠等部位的小间质瘤更容易出现梗阻及出血等临床症状。虽然胃肠道外间质瘤(EGIST)与GIST在组织学和免疫学上相似,但与胃间质瘤相比,EGIST形态学上更接近于小肠间质瘤,表现为侵袭性生长[12]。掌握小GIST临床病理表现及生物学行为特征对于制定小GIST的处置策略具有重要意义及临床实用价值。
2小GIST的临床诊断
目前,临床上诊断小GIST的诊断手段主要包括胃镜、结肠镜及小肠镜等纤维内镜、胶囊内镜、EUS、增强CT及氟代脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描(FDG-PET)等检查。对于胃肠道黏膜下的小GIST,纤维内镜及胶囊内镜一般可以直视发现;但GIST多具有外生性壁外生长的特性,对于GIST壁外部位的大小难以界定,同时也难以区分GIST位于胃肠壁内亦或壁外压迫所致。EUS可以在一定程度上弥补内镜技术的不足,有助于明确包块的形态特征,并进一步明确诊断[13]。然而,通过EUS或食管、胃、十二指肠镜检诊断GIST的准确性有待商榷[1]。对于怀疑小GIST的病人,行内镜(条件允许应加行EUS检查)联合增强CT可以提高诊断准确率,对于早期诊断小GIST至关重要[7]。近年有报道,明确GIST的诊断须行超声引导下细针穿刺[14]。但对于较易切除的小GIST,笔者不建议行穿刺活检,因GIST质地柔软易碎,活检可能导致瘤体破裂,增加肿瘤细胞医源性播散的风险。临床上根据需要,可联合形态学、免疫学(CD117和CD34)及基因学(KIT和PDGFRA)等多种检查手段明确诊断。《指南》推荐,对于最初怀疑为GIST的病人,应详细询问病史,同时根据需要,选择适当的检查,如增强CT(或联合MRI)、内镜(或联合超声内镜)、FDG-PET、EUS以及生化检测,如肝功能检查(LFTs)、全血细胞计数等[1]。笔者建议,无论选择何种检查手段,均应以病人为中心,根据病人的临床特征及个体化差异,选择最恰当的检查方式,以明确诊断,制定最佳的临床对策。
3小GIST的良恶性及危险度评价
鉴定小GIST恶性潜能对指导制定临床对策至关重要。临床上针对小GIST常呈自限性生长、大多无临床症状的特征,一般对策应为密切随访观察。相比于胃,位于十二指肠和小肠的小GIST病人更易发生出血等临床症状,此时须尽早干预治疗。对于存在高危EUS特征的小GIST病人,其危险度较高,建议积极干预治疗。Joensuu[15]对美国国立卫生研究院(NIH)危险度分级系统进行了修订,目前,对于局限性GIST危险度评估包括肿瘤原发部位(非原发于胃的GIST较原发胃的GIST预后差)、肿瘤大小、核分裂像以及肿瘤是否发生破裂等。Miettinen等根据对1600多例GIST病人的随访结果得出结论,对于核分裂像<5个/50HPF的胃小间质瘤(直径<2cm),可认为其是良性病变。《共识》指出,对于任何部位的原发肿瘤,核分裂像≤5个/50HPF的小GIST(直径≤2cm),危险度分级为极低,无术后复发风险,核分裂像为6个/50HPF~10个/50HPF的小GIST,危险度分级为中等;虽然核分裂像>5个/50HPF的小GIST病例较少,但临床应视为可复发风险组,需定期随访观察[10]。而发生肿瘤破裂的小GIST,无论核分裂像多少,危险度分级均为高级别,术后复发风险极高。此分级系统提示:虽然绝大多数小GIST(直径≤2cm)生物学行为表现为惰性生长,不易进展,但是仍有少数小GIST具有恶性特征,危险度高,应给予足够重视。然而,此分级系统具有一定的局限性,此系统仅适用于原发GIST切除术后病人进行预后及复发评估,是否需增加术后补充治疗尚未评定;该分级系统亦无法用于术前评估GIST危险度。核分裂像的检测需要离体的肿瘤标本,而多数小GIST可完整切除,《共识》不推荐对此类小GIST术前进行常规活检或穿刺,且不适当的活检会引起肿瘤破溃、出血及增加肿瘤播撒风险;其次,内镜下活检常常难以明确病理诊断,因为只有少数GIST累及黏膜时才能取到肿瘤组织,且偶可导致肿瘤严重出血及播散[10]。《共识》增加《2010年版WHO消化道肿瘤分类》和《2013年版WHO软组织肿瘤分类》的6类8级标准,并根据预后分组将GIST分为良性、恶性潜能未定和恶性三类,作为“NIH危险度分级修订版”参考。
4小GIST的临床对策
《指南》建议对于GIST病人可采取多学科专家组(MDT)诊疗模式[1]。对于未发生并发症及肿瘤无转移的早期病人,一般不推荐进行MDT诊疗模式;对于发生并发症或肿瘤转移的进展期病人,推荐进行MDT诊疗模式。笔者认为,对于病情较复杂、诊断不明、病期较晚或临床医师在选择病人治疗策略发生分歧时,应启动MDT诊疗模式,根据GIST特点及病人个体化差异,选择最佳的策略。
4.1随访观察针对无临床症状、无高危EUS特征的小GIST,临床上一般采取密切随访观察对策,但对于无高危EUS特征的小GIST,长期EUS随访发现,仍有部分病人术后复发[19]。对于小GIST病人,有学者建议随访采取EUS检测或EUS联合增强CT检查的方案,随访频率为至少每2年1次。《指南》规定,对于直径<2cm的胃小间质瘤,若不存在边界不规整、囊腔、溃疡、强回声及性质不均匀等高危EUS特征,应每6~12个月复查EUS。笔者认为,对于风险极低的病例,可降低随访频率;反之,风险增高,随访频率随之增高。《共识》与《指南》意见基本一致,对于小GIST,若EUS证实存在不良因素,如边缘不规则、溃疡、强回声和异质性,应考虑手术切除;否则,暂不手术,应每6~12个月复查EUS。
4.2小GIST的治疗
4.2.1内镜下治疗绝大多数小GIST起源于固有肌层,多呈外生性壁外生长,与周围组织边界较难判断,有时内镜下观察直径较小的肿瘤,实际外生部分较大,内镜下切除很难保证其切缘阴性,若切除过深过大又极易导致穿孔及出血,故行内镜下根治性切除术困难较大[20]。有学者指出,对于微小GIST病人应采取谨慎态度,在考虑行内镜切除治疗之前,必须充分告知病人风险[7]。《共识》指出,内镜下操作发生出血、穿孔和肿瘤种植等并发症的风险相对较高,不作为常规推荐[10]。目前关于内镜治疗后行EUS随访的策略仍存争议,Sun等[21]报道,内镜下治疗联合术后系统EUS随访,对于小GIST是一项既有效又安全的策略。笔者认为,对于经验丰富的内镜治疗中心,在保证手术安全性及根治性的基础上,可进行探索性尝试与临床试验,但是治疗后应制定系统的随访策略。
4.2.2外科治疗目前尚缺乏循证医学证据证实小GIST是否必须定期EUS随访,但有并发症发生风险或有症状者建议考虑手术切除[22]。《指南》建议,对于有高危EUS特征(边界不规整、囊腔、溃疡、强回声、性质不均匀)的小GIST病人应手术完整切除,术后3~5年内每3~6个月复查1次CT,之后每年复查1次;无高危EUS特征的病人每6~12个月复查1次EUS。《共识》指出,对于无症状的拟诊胃小间质瘤,若存在高危EUS特征,应考虑切除。临床医生应根据病人的个体化差异,选择最佳的外科治疗方式。
4.2.2.1腹腔镜手术治疗随着腹腔镜技术的不断推广和应用,越来越多的外科医师选择腹腔镜手术切除GIST,但目前GIST腹腔镜下手术仍处于探索阶段。有研究表明,腹腔镜GIST切除术具有复发率低、住院时间短以及病死率低等优点。《指南》指出,直径<5cm的胃间质瘤可行腹腔镜手术切除。《共识》指出,腹腔镜手术一般可用于胃间质瘤的治疗,而其他部位GIST不推荐行腹腔镜手术治疗[10]。笔者认为,对于小GIST的腹腔镜手术,目前暂不适合作为常规推荐,但是对于腹腔镜手术经验丰富的医生,可根据部位和大小进行综合评定,确保术中无肿瘤破裂及瘤细胞播散的前提下,选择性地行腹腔镜手术治疗。
4.2.2.2传统开放手术治疗外科手术完整切除肿瘤仍是治愈小GIST的首选治疗方式,但具体术式应根据肿瘤部位及生长方式决定。由于手术的根治性与否与疾病的预后密切相关,因此,《共识》推荐行GIST病灶的整块完整切除[10]。手术切除应做到镜下切缘阴性(R0切除),同时应避免肿瘤破裂及出血等,积极降低术中造成瘤细胞播散的风险,在保证手术安全性的基础上,尽量保证肿瘤的根治性。多数胃小间质瘤可能伴随终生或自行萎缩退化,并不需要积极地外科干预。当胃小间质瘤有高危EUS特征或其恶性危险度较高时,应对其进行局部切除。《共识》建议,对于直肠小间质瘤,恶性程度较高,且肿瘤增大后保肛手术难度增加,倾向于早期手术切除[10]。对于小GIST,手术完整切除仍是主要手术方式。目前,尚无明确证据显示小GIST病人术后是否需要辅助药物治疗,虽然核分裂像>5个/50HPF的小GIST病例较少,但临床应视为可复发风险组,需定期随访观察。
5结语
现代科学和社会发展难道不再需要古生物学了吗?或是像有些学者指出的(Feldman,1994;石磊,2009),古生物学要灭绝了吗?从进入21世纪以来的科学和社会发展来看,古生物学不仅没有灭绝,而且种种迹象表明,古生物学可能正逐步走入新的复苏和飞跃阶段.
2、新时期古生物学的发展机遇
进入21世纪,古生物学的发展迎来前所未有的机遇,这主要表现在以下几个方面:(1)近年来大量新的重要古生物化石材料和信息的发掘和一些新的化石分布规律的揭示,给自然科学领域不断带来新的认识和启示,并且在一定程度上影响和改变了许多重要的传统科学认识.中国古生物学者在这方面的贡献最大.对于中国古生物学在这方面的贡献,国际最具影响力的两个刊物《Nature》和《Science》都曾经给予前所未有的专门归纳和评述,并曾将其中15篇报道和评述集成专辑出版(Gee,2001).(2)进入21世纪,环境问题已经成为人类生存的最大挑战之一.与当代环境恶化紧密相随的生物多样性剧减,使人们不得不联想到地质历史时期曾经发生过以古生物大灭绝为标志的重大地质事件,因而有学者提出当前我们人类正面临着“第六次大灭绝”(LeakeyandLewin,1996;何卫红等,2004;Barnoskyetal.,2011).因此“全球变化”已经成为当前最热门的主题,无论在科学领域,还是在政界范围,与生物和人类生存密切相关的环境(以及能源)问题,都已经成为推动或者制约科技进步和国家发展的关键,例如新能源的开发碳减排等.(3)人类只有一个地球,已知的生命也只生活在地球上.随着科技的进步,人类寻找地外生命和外太空生存空间的努力已全面展开.但是经过大量的努力后,到目前为止我们了解到的地外星球只能与我们地球的初期状态进行比较.因此,地球早期生命起源及其拥有的环境条件研究,成为外太空生命探测的指向标.基于地球生命与环境为一体的“GAIA假说”(LovelockandVolk,2003),已经指导了近年来的地外生命和环境探索.(4)古生物化石对于青少年有着极大的吸引力,其对于广大民众来说也是如此.其主要原因是,它们曾经是在地球上生活过的生物,既真实又具体,但绝大多数已经灭绝了.它们的生存及消亡,对于我们人类也具有启示意义.对它们的认识和了解,正是培养青少年科学思维和提升民众科学素质的最有效途径.因而在国家和社会经济发展到一定阶段后,各类以古生物化石为特色的自然历史博物馆大量产生.其不仅是政府行为,用来提升民众的科学素质,而且也有一定的经济和社会效益.同样地,由于化石是不可再生的自然资源,以化石为交易对象的各种正规和非正规的地下市场也活跃起来.(5)尽管当代科技进步发展了许多定年和划分对比地层的新方法,但到目前为止还没有比古生物化石更经济有效而可靠的地层年代确定和划分对比手段.虽然全国1:20万大区域地质调查已经建立了良好的地层格架,但新时期在许多领域的科学研究和实践应用中,仍离不开古生物学的精细研究,如年代地层界线层型GSSP的确定造山带地层学研究精细的矿产地质资源调查与评价等.只是这些工作对于古生物学知识的需求通常更加专业化,且需求量相对有限.(6)21世纪科学发展的新高度,在微观领域,生命科学在微生物等研究方面不断取得新的进展,不仅带动了生命科学的飞跃发展,而且也促进了地微生物学(geomicrobiology)的新生;在宏观领域,地球系统科学中生物圈与地球其他圈层之间的关系是最复杂也最有生命力的部分(孙枢和王成善,2008),它迫切需要从地球历史的角度认识和探索地球生物与环境的协同演化关系和过程,从而给古生物学的发展带来新的机遇.可以说,古生物学的研究领域正在拓宽和深入,并逐步向地球生物学(geobiology)发展.
3、当前古生物学发展面临的挑战
然而,当前的古生物学发展仍然面临着很大的困难和挑战.第一,传统古生物学研究仍在一定程度上存在重理论轻应用的情况.古生物学不仅要重视研究古生物的生物学,包括古生物复原生态恢复生物演化等,而且也要强调古生物的资源和环境效应,如烃源岩的古生物学生物成矿和找矿作用环境微生物和生态修复等.古生物学需要从深化理论研究和拓宽实际应用两方面同时进行努力.第二,虽然人们重视了当代和未来的全球变化研究,但却对过去全球变化未给予应有的重视.我们现今生活的地球只是其数十亿年坎坷演变历史中的一个瞬间,当代人类宜居的环境是生物界与地球环境经过长期相互作用共同演化的产物.因此要正确认识当代人类生活的环境面貌,预测未来的全球变化,就必须解析地质历史时期的生物界及其与地球环境相互作用的历史,以启示人类正确处理当代和未来的人―地关系,才能制定可持续发展的资源和环境利用措施.第三,科技的进步和经济实力的增强,人们迫切地希望飞出地球去开辟新的居住地,而忽视了当前我们的地球环境是地球古生物历尽艰辛长期改造和适应的结果.只有全面理清了我们地球历史上从生命起源,经历无数关键节点的演化飞跃,直到人类诞生的历程及其生存背景条件,才能制定切实可行的各类星际生存空间的探测目标.第四,现有的教育体制在很大程度上限制了中小学生的科学兴趣和科学探索的培养.虽然大多数少年儿童在早年的时候都对化石着迷,并具有探索自然科学的热情,但很快在随后的模式化教育中被扼杀,因为他们的主要精力必须投入到与升学直接相连的应试教育中,不能再有太多时间来发展自己的兴趣了.在一些以商业利益为目的的环境中,化石虽然被作为一件真实的科学珍品而受到广大民众的青睐,但或者由于民众古生物学知识的缺乏,或者由于经营者的利益追求,也或是经营者也缺乏相应的古生物学知识,许多化石常被演绎为一些莫名其妙的“民间传说”,而且“以讹传讹”,误导民众,甚至歪曲科学(廖卉,1998).更有甚的是,由于地方管理者和民众的古生物学知识的缺乏,在各种利益的驱动下,滥采乱挖,使得一大批不可再生的珍贵化石资源遭到毁灭性的破坏,从而对人类自然科学研究带来不可弥补的损失.第五,受前期行业不景气的影响,有不少人偏见地认为,古生物学在地层研究中已失去作用,因而一些基层单位很不重视古生物地层工作.在某些古生物学相关行业,一些部门和基层领导对古生物学工作重视不够.例如在区调工作中很少布置化石采集鉴定工作量.在许多新区,生物地层工作水平有所下降,而古生物地层工作是需要野外和室内较多的投入和比较专业型的人员才能完成,尤其精细的古生物地层研究更需要耐心和投入,这与当前普遍追求的高效益时代之间存在矛盾,因此古生物学在许多基层单位得不到应有的重视.此外,许多古生物学家也常不易跳出传统古生物学的研究范畴.新时期的古生物学研究,不仅要研究古生物本身,更需要注重借助古生物来研究整个地球,要研究从微观到宏观生物及其作用对象的各个方面.除了与生物直接相关的环境和地球表层系统外,甚至还要通过古生物来示踪地球深部过程或地外事件,例如板块运动超级地幔柱活动外星撞击等事件,因为这些重大事件都会在生物界的发展和适应过程中留下可靠的印记.由此可见,当今古生物学的发展既面临重大机遇,也面临严峻挑战,古生物学教育肩负有重大历史使命.进入21世纪,古生物学的发展已经与科学技术发展和人类文明进步一起进入到一个新的发展阶段,古生物学教育必须与时俱进,跟上科学和社会发展的步伐,探索新的发展途径.
4、古生物学教育的途径
21世纪的古生物学教育必须顺应时代的发展,在3个层次上进行改革探索,即专业的古生物学教育非专业的古生物学教育和普及古生物学教育.其中专业古生物学教育的重点是调整课程设置,适应科学的发展;非专业古生物学教育的关键是改革教学内容,顺应社会经济和建设的需求;而普及古生物学教育的核心是因材施教,培养各类社会服务所需要的人才.
4.1专业古生物学教育
专业教育的目的是要培养从事古生物学科学研究实践应用探索和传承古生物学文化的专门人才,他们肩负有维系和发展古生物学科学的历史重任.20世纪的古生物学经历了从门类古生物学理论古生物学生物地质学的渐进演变历史,顺应了时代的发展(Newell,1987;殷鸿福,1994b;Goodwin,2006).无论在科学研究还是在实践应用领域中都取得了重要成绩.也使得古生物学的学科体系不断完善科学内涵不断丰富学科地位不断提升,为科学发展和社会进步的贡献力也不断增强.21世纪的古生物学面临新的机遇和挑战.科技进步和人类认识的飞跃,微观领域的地微生物学和宏观领域的地球系统科学的发展,催生了“地球生物学”(geobiology),它是地球科学与生命科学和环境科学的交叉融合领域,其基本内核是从地球历史的角度探索生物与环境的相互作用和协同演化关系(殷鸿福等,2008;童金南等,2010).由此可见,地球生物学应该是古生物学在新时期的跨跃(谢树成等,2006).而地球科学生命科学和环境科学又都是新世纪发展最迅猛的龙头学科之一,因此可以预见地球生物学将具有巨大的发展潜力.古生物学的本质是地质学与生物学的交叉结合,因此在传统的古生物学专业教育中,课程的设置和教学内容的安排都特别兼顾了地质学和生物学两方面的核心科学内容.相应地,在新时期的专业古生物学教学改革中,必须对其主干课程进行相应的调整和内容更新,既要引入地球科学生命科学和环境科学领域基础核心课程内容,也要注意吸收这些学科领域的一些新的知识内涵,以满足新兴“地球生物学”科学研究和实践应用所必须具备的知识需求.因此可以认为,调整和重新规划与地球生物学相关课程并更新其教学内容是进行专业古生物学教育的重点.表1摘选了中国地质大学(武汉)(含原北京地质学院和武汉地质学院)几个代表性阶段与古生物学相关的课程设置情况,其基本上反映了各阶段古生物学专业人才培养的特点和知识结构需求.波动比较大的是九十年代以后,当地层古生物专业被撤消之后,中国地质大学(武汉)一直采取的是以地质学专业招生,在大学三年级以后选择专业方向的人才培养方式,即在地质学专业课程中只学习“古生物地史学”(一般为70学时),到后一年半的专业方向学习阶段再选择性地学习一些与古生物学相关的课程并从事古生物地层学的毕业论文工作.进入21世纪后,地质学专业古生物学课程的设置更加简化,在专业化学习阶段通常保留的一般只有“微体古生物学”“地层学”等,但阶段性地探索新增有“化石鉴定技术”“生物地质学”“地球表层学”等具有专业针对性和前沿性的课程.然而,这显然达不到专业古生物学教育的目的,于是古生物学专业人才培养的任务转嫁到了研究生阶段.由于在研究生阶段基础课程的学习不是主要任务,虽然学生可以采取补课的形式来充实基础知识,但缺乏系统性有规划的基础教育,很难达到专业人才培养的目的,因此在很大程度上影响了近年来古生物学专业人才的培养.鉴于此,我们认为专业古生物学人才的培养还必须从本科教育开始,依据当前学科发展现状和趋势,结合当前古生物学专业化方向(地质学专业)的本科教学体制,重新规划古生物学专业课程的设置及教学内容的安排.在课程设置上,传统的古生物学课程仍是必须的,包括普通古生物学地史学古生态学地层学等,但必须增加一些地球生物学交叉学科的基础课程,如普通生物学微生物学环境科学概论环境生态学等,或者将这些必要的基础科学知识融合到本学科的其他基础课程中.鉴于课时总量的控制,除普通生物学外,其他课程可以考虑作为本专业方向的重点选修课,同时还要增加一些古生物学应用专业的主干课程作为重点选修课,以使得本专业学生具备探索古生物学实践应用的基础知识.如果在本科学习阶段能够在这些方面打下良好的基础,再通过研究生阶段的专门科学训练,可望能够培养出具有较好古生物学专业基础,并在科学研究和实践应用等方面做出重要贡献的专业型古生物学人才,从而推动古生物学的科学发展和实践进步.
4.2非专业古生物学教育
非专业古生物学教育主要是针对地学其他专业,甚至相关的生命科学和环境科学专业的学生进行的古生物学基础知识教育,目的是培养学生在科研教育生产和社会实践中能够应用古生物学,运用古生物学知识作为工具,服务于其所在领域的科研或实践活动.非专业古生物学教育针对的教育面最广,也是各界学者从业及讨论最多但一直没有得到比较好地解决的问题之一.一般说来,这方面的古生物学知识教学课程比较单一,即古生物学,或称为古生物学基础古生物学概论等,也有与地史学或地层学合在一起称为古生物地史学或地层学及古生物学等.只有少数与古生物学相近的学科专业有时还增设有其他与古生物学相关的专业课程,如微体古生物学古植物学等.由于这些专业的古生物学课程一般在课时上明显少于地层古生物学专业相应的课程,常规的处理办法就是压缩其教学内容,但保持原课程内容体系.例如对于80学时的地层古生物学专业的古生物学课程,一般要求学生掌握80个左右的“标准化石”,而相应地对于40学时的非地层古生物学专业的古生物学课程,就要求学生掌握40个左右的“标准化石”.这种教学内容的安排在当年以古生物化石作为地层年代确定的主要手段的地质工作中并未受到广泛质疑.但自20世纪后期其就受到明显的争议,也致使许多非古生物学专业同行认为古生物学在其研究中失去了作用.这不仅影响了古生物学的科学地位,而且直接影响到古生物学在实践应用中的潜能开发.由此可见,这方面的古生物学教学内容的改革迫在眉睫.由于当前已不再有地层古生物学专业,极少数学校新开的古生物学专业招生人数十分有限,大部分学校实行的是以地质学专业招生,而在培养的后期进行古生物学专业化本科人才培养.但即使这样,接受古生物学专门教育的人数也十分有限,因此古生物学教育的主体仍是非古生物学专业的学生.当前针对这类学生的古生物学课程一般只有一门“古生物学”或“古生物地史学”,或其他变化名称的课程,也即对于大多数学生的主要古生物学知识传授必须贯穿在这门课程中.因此说非专业古生物学教育的核心是教学内容的改革.多年来,我们一直在探索进行古生物学教学内容的改革,主要也是针对非古生物学的地质类专业学生的古生物学课程内容的优化组织.其基本方案已经体现在近年出版的《古生物学》教材中(童金南和殷鸿福,普通高等教育“十五”国家级规划教材,高等教育出版社,2007).同时也修编了针对非地质类专业的《古生物地史学概论》教材(杜远生和童金南主编,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,中国地质大学出版社,2009).主要改革精神是5个“强调”,即强调基础理论教学强调科学体系教学强调研究方法教学强调科学应用教学和强调与科学前沿和学科发展结合.改革的目的是,加强基础理论知识培养,使教学内容更加贴近科学前沿和实践应用需求(童金南和殷鸿福,2008,2009).几年来的教学实践表明,这些改革尝试对于当代科学和实践中古生物学知识的运用起到了积极作用,但仍未达到理想的效果,因此还需要进一步探索.在一次古生物学教育与人才培养研讨会上,一位专家对高校古生物学教学提出一条很值得我们深思的意见.他认为当前形势下高校的古生物学教育应该重点教会学生3个问题,即什么是古生物?古生物能解决什么问题?以及如何研究古生物?显然这最后一个问题主要是针对专业古生物学教育中需要考虑的内容,但前两个问题则是所有古生物学课程教学中的重点.鉴于此,非古生物学专业的古生物学课程内容应该着重于古生物学基础知识和古生物学应用两个方面.由此看来,进一步的古生物学教学内容的改革重点,是要进一步缩减门类古生物学方面的内容,但要大大加强古生物学应用方面的教学内容.从而培养学生认识古生物并能在实际工作中应用古生物学知识的能力.
4.3普及古生物学教育
普及古生物学教育的基本目的是提高普通民众认知古生物的能力,增进社会各界各阶层对古生物学的了解,能够共同合理地利用和保护古生物资源,发挥其应有的科学和社会服务功能,引导和培养青少年及民众对自然科学的兴趣,造福全人类.古生物学知识的普及教育主要借助于各种媒介和政府部门.媒介是直接向社会提供古生物学知识服务的渠道,如各种报刊杂志媒体网站展示宣传等,尤其是当前大量兴起的自然历史或古生物博物馆,前所未有地打开了向广大民众传播古生物学知识的渠道(Rebbert,2007).而政府部门则是推动科学普及教育的最重要力量,其主要贡献是在政策上给予引导和支持,例如在中小学教育中强调对古生物学等自然科学知识的要求;引导和支持各种专业媒介(尤其博物馆)建设并向全民开放;制定和引导实施古生物资源的保护和合理利用;规范古生物学知识宣传和普及教育;严厉打击各种破坏古生物化石资源的行为;支持古生物学科学普及和研究工作.虽然古生物学知识普及教育工作主要依靠政府和社会媒介,但从事古生物学科普和管理人才的培养任务仍在各古生物学教育部门,而且这类科普人才一般还必须具有比较专深的古生物学知识能力,才能比较准确地将有关古生物材料科学通俗地传播给普通民众.另一类人员是从事古生物资源保护政府部门或相关职能部门的工作人员,他们也必须具备有初步的古生物资源鉴别以及从专业角度进行古生物资源保护的能力.由于科普媒介多种多样,化石资源丰富多彩,民众的科学知识能力和知识需求日新月异,因此科普教育的对象千变万化,对于这类从业人员的培训教育必须因材施教,从最专业的古生物学人才培养,到普通古生物化石管理人员的一般知识普及等,需要分层次按目标地进行课程设计和内容组织,以取得最佳效果.
一、观察指导
学生的学习从感性认识开始,以感知为基础,而观察是一种有目的、有计划的感知活动。生物学科的直观性很强。教者除了提供挂图、模型、标本、实物、录像等丰富的感性材料外,还应指导学生多接触动植物和大自然,留心生活中的生物学知识。如指导学生多观察花草树木、虫鱼鸟兽,参观动物园,观看《动物世界》和《人和自然》等电视节目,拓宽观察的广度。
在观察具体事物时,应指导学生明确观察内容、步骤和方法。明确观察内容就是让学生知道观察什么,在此基础上,学生才能通过观察得出结论或验证结论。低年级的学生,由于知觉的无意识性,注意力易分散,因而应充分运用心理学的注意规律,使他们的注意力具有指向性和集中性。观察的步骤一般是由整体到部分,从上到下,从前到后,由表及里。观察的方法有全面观察、重点观察和对比观察等。全面观察的要求是认真、细致、全方位,全面观察有利于培养学生良好的观察习惯,有利于形成学生严谨的治学态度。重点观察就是结合学习内容的重点和难点,对某一方面或几个方面进行深入地观察。如“观察花的结构”时应重点观察雄蕊和雌蕊等。对比观察即通过对两事物的观察比较寻找异同。
在观察的基础上,还应进一步启发学生思考,实现由现象到本质、由具体到抽象、由感性到理性的飞跃。
二、阅读指导
阅读是自学的基础,是学生获得知识的重要手段,它还有助于突破教学中的重点和难点。
阅读从时间上分课前、课中、课后阅读。课前阅读可以发现问题、带着问题听课;课中阅读帮助形成正确的概念、原理和规律;课后阅读温故而知新,梳理知识形成网络。只有当学生明确了阅读的意义,才能积极参与阅读并乐于阅读。
在阅读时让学生做到眼、口、脑、手并用,养成良好的阅读习惯。例如:阅读中对于概念、规律等结论性内容用笔勾勾划划;对于说明概念的内涵和外延的修饰语或限制词可加上着重号;对于文中晦涩的文字可反复吟读,理解其意;对于不能理解的内容要加上问号。随着学生阅读水平的提高,教者要求学生阅读后能提出问题并能提纲挈领地归纳大意,形成知识结构。此外还要指导学生重视图表的阅读,明确其意,领会其质。
三、知识精加工的指导
新授课后或阶段性复习时,学生对所学知识进行精加工是理解整理知识的过程,是去粗取精浓缩知识的过程,是去伪存真形成真知的过程。常见的方法有比较法、分类法、联系法、归纳法等。
(一)比较法
有比较才有鉴别,求同法和求异法是进行比较的两种重要手段。求同法即找出事物之间相同点。如通过对叶绿体和线粒体的比较可以得出两细胞器的三方面的相同点:双层膜结构;遗传上的独立性;与能量代谢有关。求异法即找出不同点,例如通过对动、植物细胞亚显微结构的比较可总结出植物细胞特有的结构——细胞壁、大液泡、质体、以及高等动物细胞特有的结构——中心体。
比较法是学习过程中最常用的方法也是其它方法的基础,在教学中应强化这样的训练以达到运用自如的地步。
(二)分类法
根据一定的标准对有关材料进行科学分类,分类随标准而异,在比较的基础上进行分类。如新陈代谢从“方向上”分同化作用和异化作用,从“性质上”分物质代谢和能量代谢。新陈代谢的类型从同化作用上分自养型和异养型,从异化作用上分需氧型和厌氧型。
(三)联系法
每门学科都有其严密的知识体系,学科内部以及不同学科间都存在着联系。教学中应指导学生从横向、纵向两方面去挖掘相关知识的联系。如渗透作用与物理学上的扩散作用的联系,遗传问题与数学上排列组合和概率的联系,染色体、基因、DNA、碱基排列顺序四者的联系,遗传规律与细胞分裂的联系等。
生物体是一个互为联系的统一体,生物体各结构之间,结构与功能间、结构与环境之间都存在着联系。教学中可以指导学生从细胞、组织、器官、系统四个水平寻找结构间的联系,体会结构与功能、结构与环境的统一性。如人体的呼吸、消化、循环、泌尿、内分泌和神经系统之间以新陈代谢为纽带而相互联系。
此外还要加强理论与实际的联系,用生物学知识解释生活中的某些生物学现象,做到学以致用。
(三)归纳法
归纳法是学生在占有学习材料的基础上,对材料进行提纲挈领总结概括形成知识点或知识体系。归纳时思维方式可采用发散思维和聚合思维。归纳方法可采用符号纲要法和主题词法等。例如利用发散思维可将染色体的知识点归纳如下:
附图{图}
利用聚合思维可将光合作用的条件、场所、过程、实质、意义浓缩于光合作用的总反应式中。将细胞分裂中前、中、后、末期的特征归纳为:“仁、膜消失现两体;赤道板上排整齐;均分牵拉向两极;仁、膜重视重开始。”
以上几种知识精加工方法具有交叉性,使用时不要把它们截然分开。
四、记忆方法的指导
艾宾浩斯的“遗忘曲线”告诉我们,学习刚结束遗忘也就开始了,并且遗忘表现出“先快后慢”的规律。教师在教学中应指导学生及时复习,一章节一单元结束后再进行阶段性复习,与遗忘作斗争。
2.利用探究探究教学是指在教师引导下,学生主动参与到发现问题,寻找答案的过程中,以培养学生解决问题能力的教学活动。以探究的方式讲授核心概念,可以将抽象的知识以实验的过程让学生感知,因此被众多教师用于课堂教学。《标准》提出“倡导探究性学习,力图促进学生学习方式的变革,引导主动参与探究过程,逐步培养学生获取新知识、分析和解决问题、交流与合作等能力,培养创新精神和实践能力。““以核心概念”基因”为例,利用探究教学策略的设计如下:①提出探究问题:基因是否等于DNA?②推理与设计分析:一个DNA分子就是一个基因吗?③取证:通过对资料数据分析出全部基因的碱基对数>DNA分子的碱基对数,得出结论:基因只是DNA的片段。④解释证据:海蜇的绿色荧光蛋白基因转到小鼠体内,发现小鼠能发光,证明海蜇的发光基因不仅传给小鼠,而且能表现出来,起到控制小鼠的特定性状的作用,即具有了特定的“效应”。因此就顺利地从DNA水平上给基因下一个完整的定义:基因是有遗传效应的DN段。
3.通过比喻或模型比喻或模型法可以让抽象问题更易理解和直观化。如核心概念“染色体组”可以用扑克牌的类比法来讲授;核心概念“减数分裂”可用模型法讲授,用橡皮泥反映染色体的形态变化,用红绿分别代表来自父方和母方的一对同源染色体,模拟减数分裂过程中各时期染色体的行为。又如,在讲述DNA分子的结构时,教师将DNA分子的平面结构比喻成梯子,磷酸和脱氧核糖交替排列构成了梯子的扶手,碱基间构成的氢键就是梯子的踏板,这样可很好地加深学生对DNA组成的认识。
4.采用概念图概念图是用来组织和表征知识的工具,它通常将某一主题的有关概念置于圆圈或方框之中,然后用连线将相关的概念和命题连接,连线上标明两个概念之间的意义关系。一个完整概念图的完成需要经过以下几个步骤:①选取一个知识领域;②确定关键概念和概念等级;③初步拟定概念图的纵向分层和横向分支;④建立概念之间的连接,并在连线上用连接词标明两者之间的关系;⑤在以后的学习中不断修改和完善。理想的概念图的具有以下几个特征:①概念间具有明确包容关系的层次结构;②概念间的内在逻辑关系可以用适当的词或词组标注出来;③)不同层级概念间的纵横联系清楚、明确,并形成一些交叉点:纵向联系说明概念间的包容与被包容的关系;横向联系可以说明处于概念图中同一层级水平的概念间的有意义联系;而交叉关系则说明处于不同层级概念间的联系。故而,在概念图中的概念是不能被单独表征的。如在核心概念“染色体”的教学中和学生一起构建如下的概念图:
图1核心概念“染色体”的概念图5.借助现代信息技术辅助手段现代信息技术在辅助教学上的主要手段有网络技术、通信技术、虚拟现实技术、多媒体技术等。在教学过程中,教师使用最广泛的是多媒体技术,它是以计算机为基础,以交互方式处理、传输和管理文本、图形、图像、视频、动画和声音等运载信息的媒体技术。此项技术具有声、图、文并茂,形成多种感官刺激,有利于对知识的记忆和保持;渲染理想的教学环境等优点。如在讲授“细胞增殖”、“减数分裂”、“神经调节”等抽象、复杂知识时,教师可以用动画来演示这些过程性知识。
在新课程理念下以“提高高中学生的生物科学素养”为根本任务的《标准》指导下,借助于生物科学史去建构概念,有效展示了概念的发展过程,学生在这样的教学中学习的不仅仅是条条框框的生物学知识,更重要的是得到了科学方法的训练,落实了“知识、能力、情感态度价值观”的三维目标。采用实验探究进行概念学习,就是通过学生自主设计实验后在教师指导下实验,通过学生的亲自实践不仅可利用科学事实建构科学概念,同时能发挥学生的主动性,要让学生积极地思考,积极地参与学习活动,提高学生对生物学的学习兴趣。通过比喻或模型、信息技术辅助学概念,都是属于借助一定手段使抽象概念直观化。概念图的运用是进一步训练学生建立概念、理解概念的方法。
生命科学中的“规律、原理和方法”都是借助于有关生物学概念,才得以表述。而概念是人脑对现实的对象和现象的一般特征和本质特征的反映。因此,在生物学教学中学生准确、深刻地理解、掌握概念,不仅是学好生物学的前提,也是发展学生智力和逻辑思维能力的必要条件。因此,生物教师要重视概念教学,运用有效的策略帮助学生正确理解和运用概念,进而运用生物学原理、规律解决生产、生活实践中的有关生物学问题。
在教学进程中,要坚持以技能为目的,让学生学会自主学习。高三复习课教学往往会无意识强化教师“教”的主体地位,过度关注知识内容而缺乏学习技能性的指导,扼杀学生的问题意识与创造能力,延阻学生的个性发展。但若课堂缺乏教师的引领作用,学生就会失去学习目标,不能准确定位学习活动,更谈不上能力的提升。因此,在教学活动中,教师的主导和学生的主体作用都是不可忽视的。高效的复习要能体现师生双方的互动,只有整体性把握好师生双方的角色关系,教学活动才能形成合力;教与学互为促进,让学生逐渐学会自主学习,教学预期目标才能实现。可这样设计高三一轮复习思路:学生预复习,唤醒已有的知识教师组织开展学生活动,重构纠错,克服重难点巩固练习,学生进行知识的查漏补缺,理解应用。例如,对必修2中“DNA是主要的遗传物质”的复习:通过学生回忆“肺炎双球菌的转化实验和噬菌体侵染细菌的实验”用到的实验材料与实验过程;教师组织学生围绕系列问题讨论,重难点放在“对照实验中的变量控制、结论分析和实验的设计思路”;课后巩固练习,让学生对细节问题进行拓展延伸,如肺炎双球菌的R型菌与S型菌的转化原理、结果,用什么同位素并如何标记噬菌体,标记的部位等。复习过程中,教师备课除了把握教材内容的整体性之外,还要注重从学生的学情出发,针对学生预复习作业中错误率高的知识点和问题来设计学生活动。上课时教师尽量少讲多听,少说多看,让学生在参与活动的过程中坦诚地暴露错误和盲点,然后引导学生进行分析归纳。此外,复习课容量切忌过大,课堂中要留够学生思考、讨论的时间;课尾要留有学生整理、消化、质疑的时间;在整个学习过程中,教师要针对生物学科特点给学生进行学法指导和习惯的培养。
2把握学生活动的整体性,有助于学生置身课堂之中
学生是学习活动的主体,课堂教学有学生的有效参与才能真正提高教学质量。丰富学生的课堂活动,调动学生的各种器官,这样才能帮助学生真正置身于课堂之中。在高三复习时切忌急功近利,采用传统的教学模式,这样反而会造成教学的低效。学生活动应该以语言为基础,思维发展为目标,强调个体的主动参与,群体间的合作探究。在高三一轮复习教学中,教师要指导学生自主阅读、专心听讲、主动答问、合理笔记的基本活动。同时,还应组织开展集体活动。例如①通过小组讨论和小组合作中学生的教,帮助教师发现和解决细小的问题。②通过学生板演,包括板写和板画,发现学生的思维过程及其暴露出的错误,进行有针对性的讲解。例如,在复习“细胞有丝分裂”时,图形辨别是学生学习的难点,可采取以下教学设计:布置2个学生板画(分别画植物细胞、动物细胞有丝分裂的后期)师生一起纠正完善(尽量在原图上改正)总结归纳画细胞图的要点(细胞的种类体现在细胞的形状、有无中心体、膜是否凹陷;细胞分裂的时期体现在染色体的形态、分布、数目)。纠正的过程就是识图的过程,把画图和识图巧妙结合在一起,帮助学生克服难点。③通过集体记忆,在课前预习阶段让学生记忆某重要知识内容以备接下来课堂应用;课中讲完某个重要知识点后预留少量时间给学生强化;课尾对整节课的消化巩固性记忆。由于生物学科知识多且零散,通过学生记忆活动,对夯实学科基础极有帮助。
3把握课堂环节的整体性,有助于学生提高学习效率
1.1幼虫形态及生活习性观察在试验地采集大小不同的幼虫,放置于装有新鲜杏树叶片的养虫笼内(50cm×50cm×50cm),每天更换一次新鲜的杏树叶片以便幼虫取食,观察幼虫的取食行为和化蛹行为,并记录叶片质量的变化。
1.2成虫形态及行为观察
1.2.1羽化行为观察取装有新鲜杏树枝叶的养虫笼(80cm×80cm×80cm),把黄褐天幕毛虫的茧平铺于枝叶上,将养虫笼置于通风处,保持自然温度,光周期同自然光周期,每天枝叶表面喷适量水(防止枝叶枯萎),每隔2d更换一次新鲜的杏树枝叶。观察养虫笼内成虫的羽化行为,每小时统计一次羽化成虫的性别及数量。
1.2.2求偶、行为观察及寿命调查将同一天羽化高峰期羽化的未雌蛾和雄蛾按雌、雄比为1∶1放入小纱笼(60cm×60cm×60cm)中进行饲养,另取2个同样大小的小纱笼分别放入相同数目未雌、雄蛾,雌、雄蛾单独饲养。在每个小纱笼中悬挂一个用5%的蜂蜜水浸湿的脱脂棉球,为成虫提供营养源。每天24h观察其活动、求偶和交尾行为,定时清理纱笼中死亡的成虫,记录纱笼中剩余成虫的性别及数量。
1.3成虫产卵行为观察将交尾后的雌虫转移至另一纱笼(30cm×30cm×30cm)中,观察雌虫的产卵行为,统计产卵量及遗腹卵量。
2结果与分析
2.1形态特征
2.1.1成虫雄成虫体长(1.58±0.24)cm、翅展(3.26±0.27)cm,触角为双栉齿状,体翅淡黄色,前翅中央有2条深褐色的细横线,2条线间的部分色较深呈褐色宽带;后翅中部的褐色横线不明显(图1-a)。雌成虫体长(2.23±0.20)cm、翅展(4.47±0.20)cm,触角为锯齿状,体翅颜色较深为黄褐色,腹部色也较深。前翅红褐色,中部有条深褐色宽带,宽带两侧色较淡,前翅褐色宽带纹的内外侧呈淡黄褐色纹;后翅斑纹不明显,呈淡褐色(图1-b)。
2.1.2卵椭圆形,灰白色,高(1.28±0.12)cm,顶部中央凹下,卵壳非常坚硬,数百粒卵围绕当年新生杏树枝条整齐排列成圆桶状,形似顶针或指环,因此,其也被称为“顶针虫”(图1-d)。
2.1.3幼虫共5龄,老熟幼虫体长(4.38±0.58)cm,头部灰蓝色,顶部有2个黑色的圆斑,体侧有鲜艳的蓝灰色、黄色和黑色相间的横带,体背线为黄白色,气门黑色。体背长有黑色的长毛,侧面为淡褐色长毛(图1-e和图1-f)。
2.1.4蛹雄蛹体长(1.90±0.12)cm,雌蛹体长(2.28±0.11)cm,雄蛹体长明显较雌蛹短(P<0.05),而体色相差不大,刚开始为黄褐色,随后逐渐变成深黑褐色,体表有金黄色细毛(图1-g)。
2.1.5茧雄茧和雌茧体长分别为(2.42±0.12),(3.0±0.11)cm,均为黄白色,椭圆形,丝质双层且坚固。
2.2生活史在大同市阳高县杏树林,黄褐天幕毛虫一年发生一代,以胚胎发育的幼虫在卵壳内越冬,第2年5月上旬小幼虫开始钻出卵壳,取食卵块附近杏树枝条上的新生嫩叶,随后转移到杏树树枝分杈处吐丝、结网形成白色网幕。5月下旬老熟幼虫开始结茧化蛹,6月底7月初为成虫羽化盛期,成虫羽化后即交尾产卵,卵多产于被害杏树当年新生枝条上。
2.3生活习性
2.3.1幼虫幼虫共5龄,1~3龄的黄褐天幕毛虫幼虫白天群集在网幕中,晚上爬出网幕取食杏树叶。幼虫近老熟时开始分散活动,白天往往潜伏在树干下部或树杈处,晚上爬到树冠上取食,此时幼虫食量大增(图2),极易暴发成灾,5月下旬至6月上旬是幼虫为害盛期,同期老熟幼虫开始于单片杏树卷叶内、2片或多片杏树叶间以及果园两旁杂草丛中结茧化蛹。
2.3.2成虫
2.3.2.1羽化行为每天14:00—24:00均可观察到成虫羽化,其中,以17:00—19:00羽化最为集中,羽化数占当天羽化总量的73%(图3)。黄褐天幕毛虫羽化时,蛹体在白色网幕中蠕动,用头部顶破虫茧,待头部蛹壳开裂出一小孔,成虫逐渐从蛹壳中爬出,钻出网幕。刚羽化的成虫双翅潮湿且折叠成皱缩状,整个背部外露,随着成虫频繁振翅,双翅慢慢展开,随后双翅合拢立于背上,与脊背成90°角,大约10~15min后双翅水平放下于身体两侧。
2.3.2.2成虫寿命在未情况下,雌、雄蛾的最长寿命均为7d,但平均寿命雄蛾((4.57±0.035)d)明显高于雌蛾((4.13±0.142)d)(P<0.05)。混养条件下,雌、雄蛾的寿命分别为(3.620±0.166),(4.070±0.365)d,与未雌、雄的寿命相比均缩短。
2.3.2.3求偶和交尾行为成虫羽化后,在白天大多静止不动,受到惊吓时才会进行短距离飞行,晚上活动频繁。成虫羽化后的第1个暗期大部分雌蛾即开始求偶,呈现召唤状态,雌蛾求偶时其两翅微向两侧外伸,后腹末端经几次伸缩后,露出产卵器及性腺体,性腺体翘起与腹部成一定角度,如果没有进行交尾,此状态可维持1~2h。雌蛾的召唤对雄蛾能产生明显的定向行为,当雄蛾接受到雌蛾释放的性信息素信号时,便定向飞往雌蛾,在其周围频繁振翅飞行,处于高度兴奋状态,并不时伸出抱握器,不断用翅和身体接触雌虫,直至交尾成功。交尾时雌雄成虫尾部连在一起,多呈“一”字形,极少数为“人”字形,并保持静止不动。
2.3.2.4产卵行为当天过的雌蛾即开始产卵,产卵前雌蛾四处爬行,腹部弯曲,双翅微颤,尾部露出伪产卵器,探测寻求适宜的位置进行产卵。在养虫笼内,雌蛾多产卵于纱网四周边缘缝隙处;在林间,雌蛾多产卵于当年新生的细杏树枝条上。每头雌蛾一般产1个卵块,每个卵块的卵量为200~400粒不等,少数雌蛾能产2个卵块。实验室内观察发现,未的雌蛾也有产卵行为,且平均产卵量大于过的雌蛾(表2)。
2.4天敌种类相关文献报道,天幕毛虫天敌种类繁多,在卵期、幼虫期、蛹期有不同种类寄生性天敌,多为寄生蜂,也有少数寄生蝇,而捕食性天敌以益鸟为主,如喜鹊、大山雀、红尾伯劳等[4]。本试验在室内饲养的蛹内发现了2种寄生性天敌,即寄生蜂和寄生蝇(图4-A,B)。在2013年寄生蜂的寄生率很低,<1%,未见寄生蝇;2014年寄生蜂的寄生率上升到5.8%,寄生蝇的寄生率为2.3%。
2.5防治
2.5.1卵期和蛹期防治黄褐天幕毛虫是一种喜阳的昆虫,成虫一般在杏树林的边缘产卵,冬季杏树叶片脱落,在杏树枝条上的卵块非常容易被发现,便于采集。因此,可以在冬季通过人工剪除黄褐天幕毛虫的卵,并集中烧毁的方法进行防治。
2.5.2幼虫期防治
2.5.2.1人工防治利用白天低龄幼虫群集网幕内的习性,将带有网幕的叶片和枝条及时剪除,通过人工捣毁丝巢进行灭杀。
2.5.2.2药剂防治5月上中旬,幼虫多处于2~3龄时期,此时害虫取食量少,抵抗力弱,是防治的最佳时期,可使用生物制剂来控制虫口密度,有效减少幼虫为害,如采用苏特灵常量喷洒、苦参碱喷洒、阿维菌素超低量喷雾等方法。
2.5.3成虫期防治在成虫羽化高峰期(6月下旬至7月上旬),利用成虫的趋光性进行黑光灯或高压汞灯诱杀,降低成虫率,进而控制其产卵量,减少越冬卵基数。
2.5.4利用天敌防治通过适时适量释放寄生性天敌和保护益鸟等捕食性天敌进行生物防治。
3结论与讨论
目前,对黄褐天幕毛虫形态特征的报道,只对成虫期的雌虫和雄虫的形态特征进行了差异性描述,却未从蛹和茧的雌、雄个体大小不同进行区分,本研究对此进行了详细比较。本研究结果表明,雄蛹和雌蛹体长分别为(1.90±0.12),(2.28±0.11)cm,雄茧和雌茧体长分别为(2.42±0.12),(3.0±0.11)cm,雄虫的蛹和茧的个体明显比雌虫小。杏树是阳高县的主要经济作物之一,阳高县政府充分利用当地良好的地理位置和适宜的气候条件优势,着力建设现代化农业示范区杏树经济林,特色杏果业已成为提高当地农民经济收入、致富奔小康的支柱型产业之一。黄褐天幕毛虫通过取食杏树叶片继而对树木为害,致使杏的质量和产量大幅度下降,给当地造成了严重的经济损失。本试验研究了黄褐天幕毛虫生物学特性,对于掌握其发生发展规律,及时制定有效的监测和防治措施起着非常重要的作用。首先,冬天杏树叶片脱落,枝条上的卵块极易被发现,便于采集,因此,可通过人工采集卵块的方法来降低卵的孵化量;其次,利用白天低龄幼虫群集潜伏在网幕内的特性,可以通过精确喷洒药物,避免过量使用药物而造成环境污染以及资源浪费;成虫具有趋光性,可以通过黑光灯诱杀成虫,进而降低产卵率。