分子生物学的含义范文

导语：如何才能写好一篇分子生物学的含义，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

前人已对韩国留学生的“把”字句习得展开了一些研究。例如，林载浩（2001）曾针对韩国学生习得“把”字句的情况做了初步考察，并作了偏误分析。李宝贵（2004）也对韩国留学生的“把”字句做了偏误分析。金道荣（2010）则通过对韩国学生的实证调查，结合历史文献中的相关资料，对阿尔泰语法背景下的汉语“把”字句偏误生成机制进行了较为详尽的分析，并提出了相应的教学对策。这些成果都为这一领域的研究提供了一定的基础，但仍然需要从不同角度、采用不同方法展开更多的研究。

本文利用北语HSK动态作文语料库，将其中收集的韩国学生的255条“把”字句偏误进行分类和定量分析，并讨论产生偏误的原因。

二、“把”字句偏误的分类和统计

本文首先把255条偏误句分为“把”字的“当用而不用”“不当用而用”和“其他”三大类，并得到其总体情况（见表1）。

表1：韩国留学生“把”字句偏误总体情况表

类型 数量 比例（%）

当用而不用“把” 80 31.4

不当用而用“把” 70 27.4

其他* 105 41.2

总数 255 100

（*这一类指用了“把”字句，但出现语序不符合规范、遗漏必要成分等情况。）

从表1可见，当用而不用“把”的偏误比例高达31.4%，不当用而用“把”的比例有27.4%，这两类偏误的比例（58.8%）占了全部偏误句的一半以上。由此可以看出，韩国留学生在学习“把”字句的过程中，最大的困难是不知道什么时候该用“把”，什么时候不该用“把”。这应该是留学生在习得汉语“把”字句时的普遍问题。

在第一次分类的基础上，本文对255个偏误句进行了再次分类，分为补语偏误、谓语偏误、宾语偏误、状语偏误、单纯缺“把”句、“让”“使”误用为“把”等六种偏误类型。

1.补语偏误：主要体现在动词后缺少相应的补语成分。值得注意的是，我们把光杆动词的偏误也归于这一类。如：

（1）我也[C]是想，怎么把病人{CC治人}杀呢{CJba}？

（2）一个最亲的最爱的人在他[C]身旁十分痛苦地喊叫或要求把他杀{CJba}。

2.谓语偏误：主要是用了不能充当“把”字句谓语的动词或是缺少谓语动词。如：

（3）我叫×××，今年把大学毕[C]业了{CJba}。

（4）那天开始我把书朋友{CJba}。

3.宾语偏误：多体现在缺少宾语或宾语是不确定的成分。

（5）都变成推{CC托}给别人做{CC作}事的人了{CJba}。

（6）人在生活中会遇[B曹]到困难，那时候有的人把困难{CC难[B观]}克服下来{CJba}，另外一些人并不克服，甚至弄成自杀或走不好的路。

4.状语偏误：主要是出现在否定动词、能愿动词位置的错误。如：

（7）我们把这个问题不应该轻视{CJba}。

（8）把抽完的烟不要扔在路上{CJba}。

5.单纯缺“把”。如：

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

（10）还有汽车的喇叭声，随时行路人吓[B下]一跳特别是小孩子{CJba}。

6.“让”“使”误用为“把”。如：

（11）同样，个人也通过这种人生的困难，更多地{CC的}训炼自己，把自己成为坚强的一个人{CJba}。

（12）在这样经济不景气的时候，你们把我留学到中国了{CJba}。

对上述六种类型的偏误统计见表2。

表2：韩国留学生“把”字句偏误类型统计表

偏误类型 数量 比例（%）

补语偏误 49 19.2

谓语偏误 54 21.2

宾语偏误 19 7.5

状语偏误 35 13.7

单纯缺“把” 33 12.9

“让”“使”误用为“把 ” 33 12.9

无法分类 32 12.6

总数 255 100

由表2可见，谓语偏误和补语偏误出现的比例是最大的，两者占了全部偏误的40%以上。

通过表1和表2可以看出，韩国留学生在使用“把”字句时，主要出现的是谓语和补语偏误。

我们根据“把”字句不同句式，对收集到的语料进行句式分类，以便探求韩国学生在使用“把”字句时，出现最多的偏误句式，也就是最难习得的句式。

李英、邓小宁（2005）在前人研究基础上，将“把”字句总结划分为15种句式，本文以此为基础，统计255个偏误句在每种句式中出现的比例，并和针对母语者的相关研究结果（吕文华，2008）进行对照，以找出母语者中使用最频繁而学习者中偏误也是最多的“把”字句句式（见表3）。

表3：汉语母语者“把”字句句式使用频率和韩国留学生“把”字句句式偏误频率对照表

句式 吕文华（2008）（%） 本文（%）

1. S +把 + N1 + V 在/给/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/着 3.8 2.3

5. S +把 + N1 + V + N2 3.1 2.7

6. S +把 + N + V +时量补语 1.1* 0

7. S +把 + N + V +动量补语 0.7

8. S +把 + N + V +结果补语 23.3 7.8

9. S +把 + N + V +趋向补语 19.9 7.4

10. S +把 + N + V +状态补语 3.5* 1.6

11. S +把 + N + V +程度补语 1.6

12. S +把 + N +给 + 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 =动词前的修饰语） 1.4 4.7

15. S +把 + N + V 1.5 38

*李英、邓小宁（2005）的第6、7类和第10、11类在吕文华（2008）中各归为一类。

通过表3，我们可以看出，在母语者中使用频率较高的句式在韩国留学生中出现的偏误也较多，例如，句式1、2、8、9是母语者中出现最多的“把”字句，使用比例高达77%，也是韩国留学生中出现偏误较多的四种句式，比例高达62%。

值得注意的是，句式15在母语者中仅占1.5%，而韩国留学生出现偏误的竟占38%，远远领先于其他句式的偏误。我们推测，这是由于韩国学生对动词不加考虑直接用于“把”字句，很大程度上是受到了母语语序的影响。这一点下文还要详细分析。

三、偏误原因分析

对韩国留学生“把”字句偏误出现的原因，我们认为可以从学习策略的角度加以分析，包括补偿策略、泛化策略和回避策略等三个方面。

（一）补偿策略

补偿策略是指学习者借用母语的某个语法手段来帮助目的语的产出，一般表现为母语迁移。

1.韩语语序迁移

偏误分析研究早已发现，母语和目的语相似的地方有时反而更容易产生偏误。汉语的基本语序是SVO，宾语一般位于谓语动词的后面。但在“把”字句中，宾语的相对位置却是在谓语动词的前面。从“把”字句的形式上来看，就显得和韩语的语序相同，而且“把”后的宾语和韩语的宾格名词也有一定对应关系，韩国学生就容易按照母语的语序，不顾“把”字句的限制条件，简单加上一个“把”字，以为这就是“把”字句了，因而经常出现“S+把+O+V”这样的句式。这也是上文提到为什么句式15的偏误出现比例最高的原因。如：

（13）我们要理解他们的把死选择的原因{CJba}。

2.及物和不及物动词的划分不同

汉语和韩语中对及物和不及物动词的划分并不是对应的。韩语中表示存在、思考、所有等非动作性动词是及物动词，可以直接带宾语，而汉语中却不是。汉语“把”字句中的及物动词只是对应于韩语中动作性较强的动词，并且对宾语有处置义，这样的动词才可以进入“把”字句。由于韩国学生很难判断到底哪些汉语动词是及物的、哪些算不及物的，就以韩语的划分标准来使用汉语的动词，因此造成大量的谓语偏误。

（14）因为你们在世界上最了解我，把我心里所想的一切也都知道{CJba}。

3.韩语没有补语

“把”字句的动词一般不能单独出现，动词后常有别的成分，比较典型的用法是加上表结果、趋向等的补语。但在韩语中，动词位于句子的末尾，后面不可能再出现补语。韩语的状语可以表示汉语补语所表达的意思，并且都位于谓语动词之前，是S+O+（）+V的语序。这样一来，韩国学生在使用“把”字句时，如含有对动词的修饰成分，就会采用状语形式，而不采用补语形式，由此造成偏误。例如：

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

（二）泛化策略

“泛化”就是把目的语的一种语法规则无限扩大，用到其它不适合的句式中。韩国留学生大多是已经形成了一定思维方式和语言习惯的成年人。成年人的抽象思维能力比较强，善于对事物进行总结概括，表现在语言学习上，则是会总结出一套语言规则加以运用。由于学生自己总结的规则不完全正确，或将老师讲授的某些语法规则进行类推和泛用，无形中扩大了使用范围。

1.否定句式的泛化

在习得汉语的过程中，韩国留学生首先习得“否定词+动词”这一汉语否定句的基本语序，然后会把这个规则泛化到“把”字否定句中，造成了否定词的位置偏误。

（16）把抽完的烟不要扔在路上{CJba}。

2.动词功能的泛化

学生“把”字句习得中的谓语偏误，主要是误用了不适用于“把”字句的谓语动词。根据限制条件，“把”字句中不能用不及物动词、能愿动词、关系动词、一般心理动词、存现动词、判断动词、趋向动词等作谓语，而学生往往会使用这些动词做“把”字句的谓语，导致出现病句。这是因为学生将“‘把’字句由动词构成”这一认知泛化类推到所有的动词。

（17）我觉的困难和挫折是把年轻人成为强者{CJba}，所以我认为{CC以为}困难和挫折是所有的年轻人一定要经历{CC经验}的重要的事情。

这是由于学生把“成为”误认为与“作为”是同样的类型，从而产生偏误。

3.回避策略

回避策略是指学生在使用目的语的过程中，因为对某一语音、某一词语或某一句式把握不准，害怕出错而采取的一种“避繁就简、避难就易、避新就旧”的消极措施。回避策略的采用与学习者的个性有关，包括学习者个体的个性和学习者所属民族的个性。一般认为，包括中国、日本、韩国等的东亚人总体都是偏向内敛的性格，面子观较强，因而在学习过程中可能更多地采用回避策略。上文统计中所发现的大量当用而不用“把”的偏误，正是韩国留学生回避使用“把”字句的反映。

（18）现代人们追求的跟以前不太一样，就是健康放在第一{CJba}。

对这种回避现象产生的原因，我们在教学中也曾询问韩国学生，他们的回应是，“把”字句太难了，不知道用了对不对，所以干脆都不用。

金道荣（2010）在针对韩国学生的调查中发现，“把”字句偏误中，“泛用”占75.75%，而“回避”只占2.99%，微乎其微，因而认为“回避说”根据不足。然而，在本文的统计中，我们发现当用而不用“把”的比例高达31.4%，高于不当用而用“把”的比例（27.4%），是韩国留学生“把”字句习得的最大问题。所以，关于韩国留学生的回避问题，我们认为还得重新考虑，并予以足够重视。

四、讨论及教学建议

二语学习者在向目的语靠近的过程中，偏误的出现是无可避免的。学习者学语的规则、利用已知规则来交际、出现偏误、得到纠正并最终习得，这是每一个学习者的必经过程。

我们认为，韩国留学生的“把”字句偏误，反映了他们在习得过程中所采用的补偿、泛化、回避等学习策略。其中的补偿、泛化等策略属于比较积极的策略，可以使学生在犯错误中进步；而回避则是一种消极策略，无疑将妨碍学生的进步。

根据本文的研究，回避是韩国学生“把”字句习得的最大问题。因此，在教学对策上，教师有必要对学生“把”字句的使用采取鼓励的态度。

首先，教师应该区别对待学生出现的各种偏误。对那些出现概率大的偏误，如上文提到的“把”字句的1、2、8、9这4个句式，教师要及时加以纠正，并进行重点讲解。而对一些小概率偏误的出现，教师应该适当容忍，不必“逢错必纠”。否则，就容易使学生产生“一用就错”的感觉，挫伤学生学习的积极性，从而产生“不如不用”的想法，导致回避。

其次，教师应该多采用隐性教学法。Ellis（2003）曾提出，最佳的教学方式就是显性教学与隐性教学相结合。“教学的策略性在于根据学生和所教语法项目的具体情况选择相应的教学方式”（周殿军，2009）。“把”字句是汉语的常用句式之一，任何一个汉语母语者都能运用自如。但它恰恰又是汉语教学的一大难点，原因在于其复杂性。对于“把”字句的使用范围和限制条件，目前学术界仍然是众说纷纭。教科书虽然归纳了4项特点或限制条件，却仍免不了“一般”“常常”“比较少见”“有时候”等等模糊表述。即使学生把这些条件背得滚瓜烂熟，也是很难掌握的。在教学实践中，往往是教师努力地进行讲解，试图把“把”字句的用法讲清楚，但学生可能还是一头雾水，或者似乎听懂了，但还是不会用，因而在汉语交际中仍然予以回避。这就意味着，仅仅依靠课堂的显性教学其实很难奏效。因此，教师应从语言习得规律出发，多采用有利于学生内化汉语规则的隐性教学法，如“交际教学法”“支架式教学”等。

篇2

关键词：《分子生药学》；教学内容；教材

分子生药学是将生药学与分子生物学有机融合而成的新兴交叉学科，不仅继承了传统生药学的内容，更赋予生药学新的任务和挑战，是利用分子生物学技术研究药用动植物的系统进化和鉴定、种质资源评价与保护、道地药材形成机制和活性成分合成与调控的一门学科[1]。1995年中国中医科学院院士黄璐琦发表在《中国中药杂志》的《展望分子生物技术在生药学中的应用》一文中首次提到分子生药学的概念[2]。这个学科创新性地将分子生物学理论知识应用于中药研究中，是生药学的一个新兴分支，具有显著的学科交叉属性。该学科的分子生物学技术在中药资源和中药鉴定等领域中的应用越来越普遍。目前，已有近30所高等院校针对本科或研究生开设了分子生药学课程及对应的实验课[3]。从2008年新世纪全国高等中医药院校创新教材《分子生药学》出版[4]，到2017年全国中医药行业高等教育“十三五”规划教材《分子生药学》[5]及国家卫生和计划生育委员会“十三五”规划教材《分子生药学专论》出版[6]，到2019年国家卫生健康委员会“十三五”规划教材《分子生药学》出版[7]，再到全国中医药行业高等教育“十四五”规划教材的编写，标志着分子生药学教育体系已经建成，分子生药学教学体系建设日渐完善[8]。开设此学科既为中药鉴定提供了新的思路方法，也有助于学生更好地利用综合知识解决在中药鉴定及中药资源研究上遇到的问题。2001年，北京中医药大学在全国领衔开设分子生药学本科课程[9]，经过近二十年的教学实践，培养应用型人才，公开出版分子生药学配套教材3部，其中“十三五”规划教材两部。

1不同版本《分子生药学》整体结构内容对比

我国分子生药学二十多年来经历了从无到有的变迁，虽然分子生药学理论研究起步晚，但是经过不断更新先进的理论知识，再加上不断补充前沿的研究成果，近年来分子生药学研究有了质的飞跃。《分子生药学》3个不同版本教材的编排目的和适用对象不同。2017年国家卫生和计划生育委员会“十三五”规划教材《分子生药学专论》是针对中药学、中药资源与开发、中药制药和药学等专业的研究生所用。2017年全国中医药行业高等教育“十三五”规划教材《分子生药学》是针对中药学、中药资源与开发、中药制药和药学等专业的本科生所用。《分子生药学》（中国中医药出版社）绪论部分概述了分子生药学起源、含义、任务及学习方法等内容，具有整体导读作用。本书正文部分较其他两个版本而言更加凝练，介绍了分子生药学的基本原理、中药分子鉴定技术、中药活性成分生物合成与生长和道地药材形成的遗传机理四部分内容，将重点置于培养学生的分子鉴定技术理论基础和操作能力上。虽然全书内容较少，但具有极强的实用性和概括性，有利于学生学习掌握。《分子生药学》（人民卫生出版社）绪论部分总结性地介绍了分子生药学的定义、形成与发展以及研究内容，并在章节末提出关于本学科发展前景的开放式讨论，为全书做了有深度的铺垫。正文部分将条理清楚的理论知识与简洁易懂的彩图相结合，图文并茂，详略有序。全书重点阐述中药分子鉴定、中药种质资源、中药资源功能基因组和中药资源活性成分的生物合成与调控。在此基础上拓展了药用植物生长、道地药材及其品质的形成机制以及中药活性成分的生物技术生产等内容。本书突出介绍通过获取中药DNA条形码序列对中药进行快速准确鉴别的理论知识及实际操作步骤，结合前沿理论研究案例及开放性的复习思考题，有利于加深学生对分子生药学学科内涵的理解并提高其分子鉴定技术操作水平。《分子生药学专论》（人民卫生出版社），概论部分分为5个小节，分别介绍了生药及其研究历史以及分子生药学的含义、形成背景、研究内容及任务，并在最后提出对本学科的几点展望，对学生具有重要的启示作用。正文内容包括分子生物学基础、药用植物分子系统学研究与应用、中药的分子鉴定、道地药材及品质形成机制、药用植物功能基因组学与系统生物学、药用植物种质资源保护、次生代谢产物的生物生产以及中药合成生物学的研究与应用，正文部分着重介绍中药分子鉴定以及道地药材形成机制，学生通过学习本书能够较好地掌握分子鉴定技术的理论基础和操作方法。

2不同版本《分子生药学》

编排方式对比（见表1~2）《分子生药学》（中国中医药出版社）全书分为5个章节，包括1章绪论及4章正文内容。全书按照分章分节分点的布局方式进行编排，概括性较强，有助于学生快速掌握学习重点。《分子生药学》（人民卫生出版社）全书分为8个章节，包括1章绪论及7章正文内容。除绪论外，每一章都下分多个小节，每个小节按照“学习目的—基础性名词—案例导入—正文”的结构编排，全书编排顺序富有逻辑性和层次感，清晰的框架让学生能够通过目录就快速抓住学习重点。每个章节后都附有复习讨论题，有助于学生巩固所学内容。《分子生药学专论》（人民卫生出版社）全书分为9个章节，包括1章概论及8章正文内容。每一章节都下分多个小节，每小节内容又被细分为几大点，结构清晰，一目了然。每一章章首附有导读，导读部分通过对本章内容进行高度概括来指导学生迅速抓住重点并掌握其内在逻辑，起到了引导作用。

3不同版本《分子生药学》

内容体系对比（见表3）3种不同版本《分子生药学》教材基本都包括了分子生药学的含义、内容和任务，DNA、RNA和蛋白质的基本技术原理，中药分子鉴定的概念、研究方法、研究进展，药用植物种质资源遗传多样性及分子评价，中药活性成分的生物合成途径及其中的结构基因和调控基因，中药活性成分的体外培养和异源生产等内容。从3种不同版本《分子生药学》的内容体系中可发现，各个版本教材之间是相互制约、相互依存和相互促进的。黄璐琦院士提出现阶段《分子生药学》是以中药分子鉴定为基础、道地药材形成分子机制为特色、应用合成生物学生产活性成分为前沿，密切结合中药生产和科研实践，具有综合性与创新性结合、可读性与实用性统一的特色。

4对《分子生药学》教材的展望

4.1结合各个版本优势，增强结构的完整性

以上3个版本教材在编排上均具有突出优势，期望未来新版本的《分子生药学》教材能够结合以上各版本的优势，如分章分节分点作目录、章节前附导读以及案例、章节末附复习思考题等，进一步增强其结构的完整及严谨性。

4.2加快版本更新速度，确保内容的创新性

近年来，分子生药学已发展成为热门学科，具有一定的研究热度，因此，教材的更新速度应该紧跟其研究进度，结合最新研究，及时纠正原教材中的一些错误内容，并对新的研究成果进行补充，以确保教材内容的准确性和创新性。

4.3适当进行图文扩展，增强学习的趣味性

传统的教材大多具有趣味性不够的弊病，纯粹的理论知识会让教材略显枯燥。因此，可适当插入一些图片及趣味性的案例，提高学生的学习兴趣，图文并茂的内容也会加深学生的形象记忆，从而有利于其掌握所学知识。随着分子生物技术发展，分子生药学在现代中医药研究中的作用越来越突出，教材是学科知识的载体，也是学科知识体系的浓缩和体现。因此，应及时优化教材内容体系，从而提高教学质量和教学效率，提高学生对该学科的兴趣。

参考文献：

[1]黄璐琦，肖培根，郭兰萍，等.分子生药学：一门新兴的边缘学科[J].中国科学，2009，39（12）：1101-1110.

[2]黄璐琦.展望分子生物技术在生药学中的应用[J].中国中药杂志，1995（11）：643-645.

[3]徐娇，欧小宏，肖承鸿，等.中医药院校开设分子生药学课程的现状与建议[J].中国中医药现代远程教育，2020，18（14）：3-5.

[4]黄璐琦，肖培根.分子生药学[M].北京：中国中医药出版社，2008.

[5]刘春生，袁媛.分子生药学[M].北京：中国中医药出版社，2017.

[6]贾景明，刘春生.分子生药学专论[M].北京：人民卫生出版社，2017.

[7]袁媛，刘春生.分子生药学[M].北京：人民卫生出版社，2019.

[8]黄璐琦.分子生药学栏目编者按[J].中国中药杂志，2017，42（2）：203-204.

篇3

生物化学与分子生物学是生命科学的带头学科，发展非常迅速[1]。由于是通过分子的角度来研究生命的现象，生物化学与分子生物学所涉及的概念抽象、内容枯燥、学生相对难以掌握。如何帮助学生在有限的课堂学习中准确地把握各种生物化学与分子生物学知识，是很多生物化学与分子生物学任课老师积极努力探索的地方。笔者在教学中对某些内容试用比喻的方式予以表达，这对于活跃课堂气氛、把抽象的内容形象化、增强学生的记忆有一定作用，是解决教学实际问题的方法策略和技术之一。

1 用描述性语言进行比喻

这种方式不拘泥于格式，运用起来比较方便，学生也容易理解，运用恰当新颖的比喻，使语言生动形象，让人记忆深刻，增强讲课的艺术魅力。此外，借助师生之间心灵的相知，情感的默契，结合具体的教学内容，引发认知共鸣，也能“碰撞”出幽默的火花。

案例1：真核生物表达调控空间异性是指多细胞真核生物不同细胞基因表达存在差异。为了帮助学生理解看家基因与奢侈基因的表达，笔者用学生熟悉的开水房的水龙头比做细胞的基因组，在不同的细胞中总有部分基因始终是开放的，好比总有几个水龙头是打开的，但是在不同细胞或者细胞不同时期一些基因的开关状态是不同的。血红蛋白由胎儿血红蛋白向成人血红蛋白演变的机制对阐明高等生物的基因表达、调控有重要意义。血红蛋白是所有动物体内输送氧分子的主要载体，然而，在生物个体发育的不同阶段，却出现了不同形式的α和β亚基。在血红蛋白亚基基因家族里，基因排列的顺序即是他们在发育阶段的表达顺序。胎儿血红蛋白对氧的亲和力比成人更大，有利于胎儿的快速生长。如果紧接着描述这样一个数据，学生理解、记忆可能会更深刻。在人出生后最初3个月里，我们体重每个月增长1/4，幸运的是，这种生长速度会慢慢减缓，否则的话，到了我们四岁的时候，我们的体重可以达到134t，和一头蓝鲸的重量一样。在人体不同的发育阶段，基因表达受发育水平的控制的，与其生长发育相适应的。

案例2：细胞分化是细胞功能逐渐的具体化，也是细胞的功能出现差异的过程。为了帮助学生很好的理解细胞分化的概念，将学生比喻为社会的一个细胞来理解细胞分化过程就显的容易一些。社会就是有机体，每个人就是其组成细胞。就像学生在中学时期，可塑性强，未来潜在职业方向很多，但经过大学这个时期的锻造，在社会中的职能或角色逐渐确定，不同个体在社会中职能出现了差异，用这个过程描述细胞特化过程。

案例3：细胞中的线粒体就像小型发电厂，让营养物质进行氧化，释放能量。但是相应的也会产生“污染”—氧自由基，破坏线粒体，同时损伤细胞和dna。

通过这样描述，学生就能形成深刻的印象。同时可营造一种趣味盎然的和谐气氛，使师生能其乐融融地探讨这些枯燥的概念。结合神奇的生命现象讲解，不但教学效果良好，同时可激发学生对生命的珍视和热爱。

2 夸张性比喻

微观现象是看不到，摸不着的。学生不容易理解，若把微观夸大为宏观的物体，比拟为能看到的事物，学生就容易接受了。

案例1：关于乳糖操纵子问题，当ac i的产物称为lac阻遏蛋白（lac repressor），其功能是和lacz、y、a基因簇5′端的操纵基因（lac o），操纵基因位于启动子(lac p)和结构基因（lac zya）之间。阻遏物结合在操纵基因上时就阻碍了启动子上的转录起始。当阻遏物结合在dna上会阻碍rna聚合酶转录结构基因。为了把抽象的知识具体化，教学中通过引导学生把dna比作高架桥公交车轨道，把rna聚合酶想象成公交车，阻遏蛋白是趴在轨道上的人，作为诱导物的乳糖比作一块大石头。当阻遏物结合在dna上，即人趴在公交车轨道上，rna聚合酶这辆公交车就无法前行，转录抑制；当给那个人身上拴上个一块大石头，就无法趴在公交车轨道上，rna聚合酶这个公交车可以前行，转录就可以进行；当阻遏物结合在dna上，即人趴在公交车轨道上，偶尔会掉下来，rna聚合酶这辆公交车就快速“转录”1次，就表达少量的β-半乳糖甘酶，即出现基因表达的本底水平。

案例2：当细菌出现氨基酸的全面匮乏，细菌会产生应急反应，关闭各种rna、糖、脂肪、蛋白质的化学反应过程，主要编码合成氨基酸的酶。空载trna是产生应急信号的诱导物。在讲解本内容，让学生联系自己的生活开支来理解，当钱包空空，会压缩其他开支，首先解决温饱问题，度过难关。

案例3：在讲解酶竞争性酶抑制作用，非竞争性酶抑制作用km和vax变化的时候，设计如下情景：把酶比作摆渡的船，船上的座位即是酶的活性中心；白人比作酶的底物，黑人比作酶竞争性的酶抑制剂。首先讲解竞争性的酶抑制剂竞争的是酶的活性中心，前提是和酶底物结构相似。由于存在竞争性的酶抑制剂，导致酶底物结合能力下降，km变大。在没有黑人的前提下，船上的座位都坐的是白人，船的运载量都达到最大，即达到vax；在有黑人的情况下，白人可以上船，黑人也可以上船，反应速度v降低，但vax不变。怎么理解呢，当无限增加白人，黑人少到可以忽略不计，船上的座位都坐的是白人，即达到vax。非竞争性酶抑制作用，把酶比作摆渡的船，船上的座位即是酶的活性中心；白人比作酶的底物，非竞争性的酶抑制剂比作锚。非竞争性抑制剂与底物结构不相似，并不影响酶底物的结合，所以km不变。当船抛锚后，无论怎么无限增加白人，船的运输能力都不会达到最大。

这样把抽象的现象，具体为常见的生活现象。学生很容易地就接受了，同时学生的学习兴致更加高涨。

3 利用生活中的事物进行直观比喻

生活中没有幽默是乏味的，课堂上没有幽默则是枯燥的。幽默在教学中的作用不可低估，它是语言的剂。一句幽默风趣的话，常令众人大笑不已，不仅使人感到轻松、愉快，并且意蕴深刻，耐人寻味，使人在笑声中领悟到其中的哲理，增长智慧。

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教师要注重生活积累，善于观察联想，利用身边生活中的直观结构，类比生物课程中的微观结构，有助于帮助学生理解生物学的基本知识和原理，化解疑难。借助学生身边的事物进行比喻，可启发学生的思维，调动学生学习的积极性，培养学生在生活中观察和分析事物的能力，激发学生的学习兴趣。

案例1：转录部分内容：真核生物转录延长中有核小体移位和解聚现象。八聚于颗粒中央，外绕1.75圈左走向的dna链。组蛋白靠静电引力与dna保持稳定结合。核小体是染色质的基本结构单位，也是为基因转录的一个通用抑制子(general repressor)。为了帮助学生理解真核生物转录延长中有核小体移位现象，通过悠悠球的滑动过程，核小体移位现象理解起来显的直观了许多。

依赖ρ因子的转录终止：ρ因子是一种分子量为46kda的蛋白质，以六聚体为活性形式。ρ因子的六聚体被约70～80 nt的rna包绕，激活ρ因子的atp酶（atpase）活性，并向rna的3’端滑动，滑至rna聚合酶附近时，rna聚合酶暂停聚合活性，使rna∶dna杂化链解链，转录的rna释放出来而终止转录。笔者在本内容讲解之前，首先会提问学生ρ因子和dna结合，还是和rna结合？学生大多理解的是ρ因子和dna结合。让学生联想自行车制动，通过障碍物的制动，首先需要障碍物足够大，另外障碍物在车子的前方很危险。联系自行车刹车日常知识，通过刹车机制来制动让车轮，安全有效。转录终止方式有两种，依赖ρ因子的转录终止、形成茎-环结构影响rna聚合酶的构象使转录暂停，联系自行车刹车有片状刹车，还有碟刹机制来理解。转录抗终止可以比作刹车失灵。

真核生物转录产物加工修饰包括3’端加尾，加poly（a）信号是aauaaa，为了帮助学生记忆，可以通过记谐音“哎哎呦，哎哎哎哎”，结合转录完毕，用表示感叹词来记忆真核生物转录产物3’端加尾信号。

案例2： 在讲解基因开放、关闭、开放比率、本底水平这些概念的时候，让学生联想开水房的水龙头，每个水龙头代表一个基因。水龙头开代表基因开放，水龙头关代表基因关闭，有的水龙头有点儿滑丝，一直有非常细的水流，即为本底水平。在生物不同发育阶段或者不同的细胞中打开的水龙头不同，在某个细胞或某个发育阶段水龙头打开的数量较整个基因组来说很少，比如人在某个时期开放的基因为总的基因组的1%左右[2]。

4 借助简单道具或小游戏进行直观比喻

案例1：在核酸化学、蛋白质化学、糖化学里经常要提到线性大分子的极性，这些概念对初学者来说理解有一定的困难。邀请若干位同学上前手拉手站立，处于最左边的同学左手空出，最右边的同学右手空出。帮助学生理解肽链氨基末端、核酸5’端、多糖非还原端；肽链羧基末端、核酸3’端、多糖还原端。内切酶的作用是从中间打断，外切酶是从外向内一个“拽”下来，自然就有从左“拽”，从右“拽”之分，从而理解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、分解均是在糖链的非还原端上进行的[3]。

案例2：多聚核糖体是细胞高效、节能的合成蛋白质的方式。为了理解这个机制，联系学生小时候的游戏之一跳大绳，一个接一个的跳入，从头“工作”到尾，周而复始。

案例3：dna复制可以借助拉链来理解。一边拉链为母链，拉链的提钩比作dna聚合酶，拉链拉动的过程比作dna复制。为了扩展学生的知识面，在讲授这部分内容时可以添加dna做为药物靶点的内容。一些抗菌剂、抗肿瘤药物会选择细胞的dna作为其靶点。比如dna嵌入剂、dna链交联剂、dna链切断剂都是以dna为靶点的，结合拉链中卡一根线、拉链部分缺失、拉链中间交联均会妨碍拉链的正常运行，这些药物就是通过这些机制干扰dna复制从而发挥抗菌和抗肿瘤的作用。

案例4：层析法是利用不同物质理化性质的差异而建立起来的分离技术。所有的层析系统都由两个相组成：一是固定相，另一是流动相。当待分离的混合物随流动相通过固定相时，由于各组分的理化性质存在差异，使各组分不断地在两相中进行分配。分部收集流出液，可得到样品中所含的各单一组分，从而达到将各组分分离的目的。 层析有吸附层析、分配层析、凝胶层析、离子交换层析、亲和层析等多种方法。

小游戏：邀请3位同学（男2，一胖一瘦，女1）——混合物，请班级过道两旁的同学充当固定相（不动），教师作为流动相，第一次充当固定相的同学依照一个选择标准（身材胖的被学生拉住），经过选择后，原本 “混”在一起的同学，现在所处的位置有先有后，再经过洗脱液体洗脱，分别 “收集”。第二次按照性别为标准（男学生被拉住），再做一次游戏。帮助学生理解层析的原理有很多种，每选一种的层析方法，要根据待分离的物质的理化性质不同进行分离。

案例5：分光光度计。在使用分光光度计时，多数学生对t调0%，t调100%混淆不清。怎么让学生理解t调0%，t调100%的含义呢？t调0%是对仪器的校准调零，t调100%是用空白管校准。可以结合称体重讲解，t调0%是对仪器的校准调零相当于称重前看看秤盘的指针是否指向“0”，指针偏左应在称的体重基础上减去指针偏离值，指针偏右，应在称的体重基础上加指针偏离值。t调100%是用空白管校准，减低背景的干扰，相当于“去皮”，在测的净重的基础上比较。

篇4

关键词：道地性药材 生理生化基础 影响因素

中图分类号：R282 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0254-02

中药材的道地性是鉴别药材品质的专用名词。道地药材又称地道药材，是指历史悠久，产地适宜，品种优良，产量宏丰，炮制考究，疗效突出，带有地域性特点的药材。确定道地性药材需要考虑药材的质量、品质和产地等多个因素，但其关键因素是临床疗效。道地性一直在长期的中医药实践过程中作为评价药材品质的综合性标准[1]。非道地性药材和道地性药材来源于相近或者是相同的物种，在化学成分、生药性状和形态等方面 有很强的相似性，因此，使用传统方法鉴别道地药材不仅困难较大，而且有很强的主观性[2]。现阶段随着生命科学的不断发展，基因工程技术和分子生物学也日益成熟，已经可以利用遗传物质DNA对生物遗传的多样性进行鉴定和分类。应用分子生物学技术引领人工资源培育、品种改良和中药鉴定到分子水平时代[3]。另外，在新药研发、作用机理研究、中药质量控制和中药分子鉴定等方面，分子生物学技术都有重要的应用前景。该文从道地性药材研究的重要性、形成的生理生化基础及影响因素等方面对药材的道地性进行简要的综述。

1 道地性药材研究的重要性

道地药材指的是药材生长在特殊的自然生态环境下，从而使得品质优良，是中药材的精粹，是人们长期以来对中药品质的一种特殊的综合性指标[4]。道地药材是我国的一种特色的传统药物，它特指那些具有中国特色、传统公认、久经中医临床验证、来源于特定产区的名优正品药材[5]。我国具有长期的、传统的中医药学，而在其医疗实践中，药材的道地性是一种独特的、评价药材品质的综合性标准。

2 道地性药材形成的生理生化基础

道地性药材的形成与该药材的主要药效成分戚戚相关。药材不同，药效的差异也不同，比如：皂苷、萜类、黄酮等，这些成分/组分在体内的溶解性、渗透性等生物药剂学性质均不一样，可以从“多层次、多环节、多靶点”对疾病进行防治[6]。目前，对中药物质基础的概念陈彦等人提出了“组分结构”理论的创新研究[7]，他们采用组分结构理论及其解析体系，阐述了夏枯草等中药，由酚酸黄酮三萜3类组分组成防治非小细胞肺癌的基础物质，且结构比为1.41∶0.44∶0.53和1.42∶0.44∶0.66。板蓝根痛经宝包括非挥发性物质和挥发性物质，非挥发性物质主要由多糖酚酸生物碱组分构成；挥发性物质主要由酚类、酮类、醛类、醇类、酯类、烷烃类、烯烃类组分构成。该理论和技术可以在研究方剂和道地药材的优效性时进行推广使用（见表1）。

3 影响道地性形成的因素

植物药材道地性是由其特定的次生物质形成与积累所引起的。如异戊烯焦磷酸（isopentenyl pyrophosphate，IPP）是植物萜类生物合成途径中一个重要的中间产物，在一些列酶的作用下生成萜类物质，同时还可以生成甾体类物质，这些甾体类物质经过一系列其他反应可生成甾体类生物碱。异戊烯焦磷酸是2-甲基-D-赤藻糖醇-4-磷酸途径（2-methyl-D-erythritol-4-phosphate， 简写为MEP）与甲羟戊酸途径（mevalonate pathway， 简写为MVA）的共同中间体，两条途径产生的异戊烯焦磷酸可以穿过质体膜互为对方所用[8]。

栽培措施和生态环境可以诱导这些关键酶基因的表达，但这只是形成道地药材的外因，各种环境因素可以在生长过程中影响甚至胁迫药用植物，这些因子包括微生物、食草动物、病虫害等生物因子和水分、温度、光照、土壤等非生物因子。如张小波等[9]研究结果表明，温度和日照对青蒿素含量的影响最大。黎开强等[10]研究表明，温度较低时，川贝母的生育期也较长，适合鳞茎的生长，从而增加生物碱的含量。

中药材生物量的形成和主要代谢产物的积累还与土壤含水量有着密切联系，在不同强度水分胁迫下植物的生物量和代谢产物都会受到影响。刘大会等[11]研究表明，土壤严重干旱和水分过多时，丹参植株生长发育会受到严重影响，从而影响丹参药材的道地性；轻度干旱可促进根部二氧丹参酮I、隐丹参酮、丹参酮I和丹参酮11A等4种丹参酮组分以及丹船酸B的积累和合成，并增强植株积累和吸收Fe、Cu、Zn、P、Mg、Ca、Mn、K等矿质元素。柯用春等[12]研究证明，金银花在轻度水分胁迫下会有大量的绿原酸分泌；而干旱强度增加后，花蕾的绿原酸含量显著的低于对照组。

光照对道地药材的影响主要与植物的形态建成和初级代谢产物的形成有关。如许翔鸿等[13]研究证明，适当遮荫可使延胡索的生物碱总量增加。王志清等[14]研究表明，随光照强度的减弱，根折干率增大，挥发油含量降低。

道地性药材的形成还与土壤环境有很大关系，例如：根部分泌的有机物可以使土壤的微生物、含水量、pH值等生态环境和理化性质发生改变，从而影响道地药材次生代谢产物的形成和积累。如李卫建等[15]研究表明，土壤中的有效磷和有效钾含量对连翘种子中的连翘酯苷含量影响较大。郭巧生等[16]对来自不同产地的怀菊的微量元素的含量、总黄酮和绿原酸进行了测量，结果表明，土壤中的CEC含量、速效磷、速效钾、脲酶都可以影响怀菊内的化学成分。

药材的道地性好坏还有栽培措施密切相关。不合理的栽种模式不仅极大地降低中药材的产量，还会严重影响药材的道地性，因此，人们提出了GAP（Good Agricultural Practice）种植的概念。张永清等[17]在研究药用植物次生代谢与植物药材质量之间关系的基础上论述了中药材GAP基地建设中如何调控药用植物次生代谢等问题。田丰等[18]对药用作物的栽培特点进行了分析，并结合药用作物的栽培现状，提出了相应的栽培措施。

4 展望

该文作者在研究道地药材时发现了以下一些问题：（1）研究道地药材时，没有涉及人文、环境和遗传等方面，因此，没有形成系统复杂性科学的思想。（2）忽视了“自然等级理论”和“尺度效应”。（3）没有把数学作为基本工具进行观察分析，因此，没有量化的处理和分析样本的全面性、代表性和结果。

现阶段，我国在研究药材的道地性时不仅品质较少，而且研究的内容和范围也不全面。由道地性的内涵可知，应该从分子水平等方面研究药材的道地性，这也是今后研究的一个方向。

参考文献

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[3]王康正，高文远，范磊，等.DNA分子诊断技术在药用植物研究上的应用[J].中国中药杂志，1997，22（12）：707-709.

[4]肖小河，王伽伯，鄢丹，等.“道地综合指数”的构建及其应用价值[J].中国中药杂志，2012，37（11）：1513-1517.

[5]张重义，林文雄，林瑞余.中国道地药材研究现状与展望[J].亚热带农业研究，2007，3（4）：258-260.

[6]孙娥，贾晓斌，陈斌，等.基于物质基础组分的中药多元释药系统研究思路与应用[J].中国中药杂志，2012，37（14）：2181-2185.

[7]陈彦，封亮，朱春霞，等.中药物质基础的组分结构理论与多维结构质控技术研究及其在中药产品过程质控中的应用[J]//2013年江苏中医药科学技术奖获奖项目.江苏中医药，2013（4）：83.

[8]张琳，王继涛，张大为，等.珍稀濒危药用铁皮石斛HMGR基因的克隆和特征分析[J].药学学报，2014，49（3）：411-418.

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[10]黎开强，吴卫，郑有良，等.温度对川贝母生理指标、鳞莲产量及总生物碱含量的影响[J].中国中药杂志，2008，33（16）：1948-1951.

[11]刘大会，郭兰萍，黄璐琦，等.土壤水分含量对丹参幼苗生长及有效成分的影响[J].中国中药杂志，2011，36（3）：321-325.

[12]柯用春，周凌云，徐迎春，等.土壤水分对金银花总绿原酸含量的影响[J].中国中药杂志，2005，30（15）：1201-1202.

[13]许翔鸿，王挣涛，余国奠.光照对延胡索生长及生物碱积累影响的初步研究[J].中药材，2004，27（11）：804-805.

[14]王志清，郑培和，逄世峰，等.光照强度对北细辛生长发育及质量的影响[J].中国中药杂志，2011，36（12）：1558-1567.

[15]李卫建，李先恩.连翘有效成分含量与土壤养分的量化关系研究[J].中国中药杂志，2005，30（20）：1577-1580.

[16]郭巧生，梁迎暖，张重义，等.土壤因子对怀菊质量影响研究[J].中国中药杂志，2008，33（2）：123-128.

篇5

关键词： 高中生物模拟实验 概念 意义 作用 教学建议

高中生物新教材实验，无论是数量上还是质量上，都较旧教材都有了很大变化，这对培养学生的素质无疑有利的。从数量上看，由原来的24个实验增加到26个，给学生创造了更多的动手机会，在质量上增加了模拟实验数目7个和调查方法，更易操作。但是，如果教师对上述特点缺乏足够的认识，这些实验就难以发挥预期作用。下面笔者就模拟实验的意义、作用和教学探讨。

1.模拟实验的概念

在研究工作或实验中，由于在实验对象上不能或不允许进行实际实验，为了取得对研究对象的认识，可以通过模拟的方法制成研究对象的模型，然后通过模型进行实验，模拟研究对象的实际情况，这种实验叫模拟实验。

由于模拟实验简单，以至每逢实验时，学生都会半开玩笑地说：“我们成了幼儿园大班学生了。”可是这是知识的验证实验，因为人们在进行科学研究时，常常要按照一定的目的，利用仪器和设备去控制和改变自然。但是，自然界有许多现象，人们很难直接控制和改变。这些包括：（1）被研究对象在空间上或时间上极为遥远（例如人类的进化历程）；（2）被研究的对象涉及的范围广泛，或者存在和发展延续时间很长（例如动植物的遗传变异和自然选择）；（3）由于被研究客体物理属性决定了不能直接实验（如太阳内部的物理过程）；（4）当研究对象是人时，为了保证安全和健康，人不能直接用于实验。对于以上自然现象和自然过程，当人们在研究时，所使用实验手段就不能直接作用于所研究的现象或对象，而必须采取模拟的手段进行。在教学活动中为了验证某个理论而进行的学生实验，为了取得直观的效果，节约经费，也可以用简单的材料，模拟复杂的物理、化学或其他自然过程，并让学生真正学到东西。正是由于这些特点，模拟实验显得尤为重要。

2.模拟实验的意义和作用

生物学是以实验为基础的科学，是研究自然界一切生命现象的科学，它包括从宏观的环节《生物学》到微观的《细胞生物学》和《分子生物学》。从古至今，一切生命物质的变化不仅受自身因素影响，而且受外界环境因素制约，在研究中如何趋利避害，正是人类对生物探索研究的漫长历史，为我们开辟了一条科学思维的道路——模拟实验。

模拟实验中模型选择的思维方法要遵循化繁为简的原则。把复杂的实际问题转化为理想的简单问题，使它保留并突破决定事物本质属性的主要因素，排除次要和偶然的干扰。例如：模拟动物种群密度调查的标志重捕法，用50个红豆代表50只老鼠，然后与一杯大豆混合（大豆代表土地），这样第一次抓取计数其中红豆并标志再放回杯中混合再抓取一次，计数红豆数并数出红豆中标志数。代入公式N=n（重捕个体数）/m（重补中标志个体数）×M（标志个体数），并计算出总数目。这个模拟实验排除了老鼠死亡，因迁入迁出，因标志物影响动物而被捕食等干扰，简单易做。

模拟实验是科学性和假定性的辩证统一。它不仅要在实践中接受检验，而且要在检验中扩展、补充和修正。例如：DNA模拟实验的制作中，如果你用圆形代替磷酸，五边形代替脱氧核糖，正方形代表含氮碱基，这样在纸上贴出DNA模型，则只能说明DNA分子内碱基间关系和DNA基本骨架，而不能体现DNA结构具有三维立体性，碱基平面间平行关系等。不如用DNA结构模型让学生组装，并旋转得到DNA空间结构。这样的模型更贴切、更逼真、更形象，便于学生对所学知识的理解。

3.关于高中生物模拟实验的教学

在中学生物教学内容中，除了基本理论和基本知识外，实验内容多是验证性的实验操作，致使不少教师和学生受种种主观因素影响，养成只重视知识而不关注思维方法的习惯，因而形成了思维惰性，认为生物学学习就是死记硬背，所以在测试中问答题都做得比较好，一遇到教灵活的实际问题便束手无策，或错误百出，原因是没有真正掌握科学的思维方法。因此模拟实验教学中需注意以下几点。

3.1介绍模拟实验目的及各物资代表的含义。

“模拟哺乳动物和卵细胞的形成过程”实验，在实验颗前首先要介绍实验目的是看不同染色体数目的生物形成和卵细胞的过程和结果，各物质代表的含义，使学生有目的地进行实验操作，及各步骤所代表的含义，以及实验结果的记录。如果目的不明确，各物质含义不清，就会使实验课教学变成幼儿园在搭积木的游戏式教学，各学生搭的样式各异，结果是学生浪费了学习时间又没有掌握相应的知识。

3.2加强学生思维能力培养，引导学生设计新的模拟实验。

类比思维是根据两个对象在某些方面相似或相同，推出它们在其他方面可能相似或相同的一种思维方式。在设计模拟实验时，为了培养学生类比思维，可用日常生活中材料代替课本中的材料。如DNA结构模型的制作，实验中用圆球代表磷酸，五边形代表脱氧核糖，四种不同形状的塑料代表碱基，经过实验得出结论。可是模型中不能反映碱基对平面间平行，于是有的学生自己设计实验如下，用红毛线代表DNA的基本骨架，用牙签表示碱基对，这样经过实验后，学生得出了结论。在实验过程中，学生的思维能力得到了极大的训练，教师也落实了大纲对学生思维能力的培养要求。

3.3引导学生发现实验过程的不足，激发学生学习欲望。

无论什么模拟实验，总能发现它的一些不足。例如在《制定真核细胞模型》的制作过程时，学生制作好后，发现安装有困难，各细胞在相应位置，并且模型中也不能看到细胞器内部结构，且只能平放。正是通过与实际的比较，学生对实验才有所了解，产生对实验进行改进的欲望。

参考文献：

[1]汪忠主编.生物1·分子与细胞.江苏教育出版社，2009.6.

篇6

关键词：元神；基因组；个人模式；整体；中医心理学

中图分类号：R229

文献标识码：A

文章编号：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

自从王米渠先生1980年在《成都中医学院学报》发表“中医心理学说初谈”后，中医心理学研究已经有20多年了，其中有各位名家的大量著作和，中医心理学已经取得了引人瞩目的成就。而现代生物学已经发展到功能基因组阶段，对生命现象的揭示已经由还原论发展到整体观。中医心理学是中医研究心理因素在防治疾病规律和研究中医认识事物的“心法”中，发展起来的一门新兴学科[1]，但是中医心理学的发展也不能离开心理本体的生物研究，心理因素的变化是与心之本体是无法分开的，因此研究心之本体的生物学的基础是可以给予中医心理学一些有意义的启示的。本文拟从意识、心理的生物基础结合中医的基本理论做一些探讨。

1 意识的含义

意识一词，为佛教传入中国后出现的。在此之前，我国古代称之为心、神，泛指高级神经活动。现在意识一词正被很多学科所采用，但各学科对意识一词都有自己的理解。 辩证唯物主义哲学：意识主要指人的主观世界的一切心理活动的总和，包括意志、思念、认识等。它和客观存在相对立。意识是大脑皮层的产物又是社会的产物，是对客观存在的反映。心理学：认为意识是整个心理活动的总和，心理活动指情绪、情志、性格、思维、记忆、能力等，包括生理反射层、感知层、意识层、本体意识层(也叫潜意识)。西医认为意识是人的觉醒状态及能识别处理人与周围环境的关系的功能。古代中医讲意识指整个思维活动，包括人对外界的感知、反映和思维。佛教：意和识具有不同含义，“意”指人思量或思考事物；“识”指分辨、区别、明了事物；而意与识都是心的功能，是心境作用的体现。心、意、识三者虽有区别，但又是一体。道教：不见诸道家典籍，与其相类者，有元神、识神、真意。

《黄帝内经・灵枢・本神》曰：“所以任物者谓之心(反映事物的功能在心)；心有所忆谓之意(心中对过去事物的回忆叫意)；意有所存谓之志(回忆过去，把它保存在心里并贯彻下去叫志)；因志而存变谓之思(由这个念头，随之发生变化叫思，即思考)；因思而远慕谓之虑(思再向周围扩展，又细又广阔叫做虑。粗为思，细为虑)；因虑而处物谓之智(经过考虑以后再处理事物叫智)”因此，古医家认为思维活动包括心、意、志、思、虑、智6个层次，这6个层次在现在都可称之为意念或意识活动。

2 形神学说

“形”“神”指的是形体和精神。人的生命整体，可以分为物质之体与精神之用，形与神相即相须，不能分离，是辩证的统一。神有3个基本含义：(1)反映整个生命存在状态的活动表现(包括代表生长壮己老、脏腑气血运动变化的现象)，这是广义之神；(2)主宰人体生命活动、产生思维活动的灵明神气，这是狭义之神；(3)灵明神气所具有的意识心理活动，这是狭义之神的功能活动。中医心理学主要研究的是狭义之神及其功能活动。广义之神的主体和集中表现仍然是狭义之神。

元神，或者叫本性，是由以心为主的五脏之气升华而成，是更精细的五脏之气。元神是人体的宏观调控系统。古人把人的思维、情感、知觉等精神心理活动归附于心，意志、情感归附于五脏，五脏六腑又总归于心来统率。元神之府在于脑，没有脑就不会有元神的存在，正是由于神经细胞的相互联系才形成了脑，形成了元神。脑又通过激素和神经纤维和五脏六腑、周身联系组成了一个统一整体。脑细胞的物理、化学变化不等于人的意识活动。元神是整体的功能，在整体作用下完成了神经细胞的功能活动。识神是意识心理思维活动，是元神的活动内容和活动过程。

3 元神是物质的意识也是物质的

意识就是大脑的“产物”、大脑的“内部状态”。神经系统是人的“元神”功能的实体物质基础，是由心之神为主结合其他脏腑之神志上升而形成的；在形成完整的神经系统的过程中，是古猿经过劳动和社会交往所逐渐形成的。进化是整体的，是神和实体物质的进化发展。人的大脑是生理建构和文化建构的统一而成的整体。一方面，人类的文化建构的活动与发展必须符合生理建构整体的特性，另一方面文化建构对生理建构具有能动的反作用，促进生理建构的演变，从而促进文化建构的进化与发展[2]。人的大脑的生理建构和文化建构矛盾运动构成了从古猿到人的进化和人的继续发展。这是进化论在分子上的统一体现“神”的本质及其功能是先贤所没有完全讲的，中医学只有结合基因组学和信息学技术，意识活动的整体的微观的生理本质、分子运动机制才可以揭示出来。这样，中医学体系可以在更高更深的层次再次论证人的形神统一观点的正确性。

一切物质都具有反映的特性，意识正是物质的反映特性从简单生命体的刺激感应性到动物的感觉心理以至在人体这个高级生命体上整体的表现，是神经系统整体功能的体现。利用中医学整体思想结合现代信息科学技术以及基因组学，可以从整体的角度真正解译意识奥秘的有力工具。大脑细胞中含有超过其他体细胞的核糖核酸，而大脑又是以信息的接收、处理和发放等的信息代谢为主的，人类所接收的信息就很可能存储在这些物质的排列中(人的特定模式与RNA的某种比较固定排列有关)；脑基因整体的结构与功能构成了人脑基因组的生理建构整体的结构与功能，这与元神很有关系(这不是元神本身)。元神与脑细胞内的基因组非常相关，与脑细胞的基因靶点组成的网络结构很有关系。文化建构构成了人的特定模式：性格或者体质。文化建构与生理建构可以比拟为RNA与DNA的关系，这仅仅是比拟。RNA的某种排列影响DNA的功能，影响基因的功能，但是DNA是起着主要的支配作用。文化建构发生了某些变化则影响基因组功能的发挥，通过激素又影响了身体五脏六腑的某些变化。文化建构的整体变化从分子生物学的角度上讲是可以造成核内某些功能基因组的某些变化，从而影响生理建构。

4 元神与意识

意识是元神的运动形式，是元神的这种特殊物质的活动状态，是元神内部的运动内容及其运动过程。它来源于对人体生命过程中 的内外环境的各种有关信息(社会的、自然的、人体生命的)的反映，并通过一定渠道主宰着人的生命活动。意识是物质的，是不同于一般物质存在形式的特殊物质形式，是建立在人的大脑皮层这种特殊物质结构基础上的特殊物质运动形式，产生于大脑，从属于大脑，又须臾不能脱离人脑，它不是实体性物质。在人的不同生命阶段(或层次)，意识活动的内容、表现也不同。如婴幼儿，虽然还不会说话，还不会运用概念，但元神可以发放指挥形体运动的指令，并且也有了感觉分析的功能。这时期的意识活动是以感觉、运动的有关信息为主要内容的。幼年儿童的意识活动则可完整地反映事物的形象，即通常说的“形象思维”。成年人则是运用概念进行思考，即通常说的“逻辑思维”。

元神和神经系统的关系、元神的上述体性是由神经系统的神经细胞的功能特性决定的。神经细胞有异于一般的生物细胞，它在自身的新陈代谢过程中，不仅有一般生物细胞的吸收、排泄实体物质(如水合离子、分子、有机分子)的功能，而且加强了接收和发放以能量为载体的信息的功能。这就使神经细胞具有了更广泛和外界联系的渠道和内容，而且这种功能随着神经系统的进化而不断完善。任何实在物体都是该物的气的有形的凝聚态，在其周围还有稀疏的弥散气。鉴于此，当神经细胞密集到一定程度时，各神经细胞周围的元气就互相渗透，混融连结成一个整体。这个整体既受神经细胞变化的影响，也可以反作用于神经细胞。动物进化到人，神经系统高度发达，而且有了精密的分工，从而使得神经细胞接收、发放能量和信息的功能进一步增强。众多神经细胞周围的气连成的整体也极大限度地增强，功能也发生了极大变化，它不仅可以反映外界事物，而且可以反映自身内部的种种变化。

5 元神的变化

人的本质就是人的社会性，人从社会交流中形成，人的自我的参照系统是社会的产物。人与社会是一整体，是古猿在社会交流中形成促进了元神的形成、促进了意识的形成。在后天生活中，人从社会中接受了信息，形成个人的意识的参照系统，也是个人的行为、性格等的模式。个人的意识的参照系统是客观世界的各种特性，经由人体各种感受功能内化到神中的某种时空建构，它是意识活动的内在规定性的系统模式，是人的主观世界中度量各种事物的量度模式，是认知、判别事物于指导行为的依据。人的一切思维活动都是在这个个人的意识的参照系统这个背景中进行的。个人的自我模式是在人和客观反复接触的实践中，在感觉器官感知客观世界的过程中，通过成人的语言灌输逐步建立起来的。语言和意识的建立是紧密相关的，它们经历了一个由简单到复杂的发展过程(该过程在种族发生史上，是经过漫长的劳动过程逐步完成的)。

6 元神和参照系统互相影响

婴儿的元神是白净的，但是元神一旦形成就要发挥作用，于是自然界的各种信息都必然被接受。随着具体事物的信息伴随着一定的能量反复地进入元神，环境中的自然事件、人物、语言、意识等信息从一般到个别、从简单到复杂地逐步内化到元神中，成为人的主观世界的内容。当内化的信息达到一定程度后，气聚而成形，聚成实体促使脑神经细胞变化，从而固定下来。这些固定下来的信息内容成为了认知客观事物的模板，而且将成为新映入的各种信息的背景。元神是意识活动的最基础的调控系统，参照系统是个人的个性调控模式，二者形成了后天的人的元神系统。元神的功能活动就是意识心理等思维活动。在元神系统中，在神经细胞的相互联系中完成了整体――元神，在元神完成后又对自身各个分系统起着统率作用，对自身接受外界信息、处理信息起着主宰作用，在社会环境中完成了自我参照系统，在元神和参照系统的相互作用中并形成了后天生活的人：自我。自我是先天与后天的统一[2]。

7 意识心理活动

意识作为元神的运动内容和运动过程，对神自身也是又影响的，对神自身的影响又可以作用到周身，在一定程度上使自身发生变化。良好的和向上的精神状态有益于文化建构的整体性以及基因组功能的发挥和身体整体性的提高，而不好的精神状态则相反。这样的例子在生活和临床上举不胜举。

意识活动包括记忆、思考、情绪以及指令的形成，现代心理学对这些意识活动多从其形式及其引起的各种变化来研究和阐述的，没有接触到意识活动的本身的实质。《素问・五运行大论》所说：“肝在志为怒、脾在志为思、肺在志为忧、肾在志为恐”，是五脏所属五志，据此可以划定后天的参照系统对元神功能的影响划分为七志。情绪是由某种刺激引起的个体自觉的心理失衡状态，并通过表情表现出来，通常以快乐、愤怒、恐惧、悲哀为基本表现形式，在情绪状态下，不仅有主观的心理变化的感受，并且伴有个体的生理变化。气一而动志，志一也可以动气，就是指心理与身体的相互影响。

8 中医心理学某些现象的生物解释

道德和良心是意识活动、心理活动最根本的基础，在这之上才是各种思维、意识、情绪等。人的意识的理想发展是中和之性。自我是什么，道德在人的本性的本质是什么，良心的本质是什么，都需要结合心理学去探讨。

人的性格行为的本源来源于元神的功能，这也是中和的中，而和为元神功能作用的自然状态。后天的参照系统是个人体质与后天所受教育、文化环境影响的辩证统一。而这种模式也不是一成不变的，在后天的生活中可以发生变化，变化的大小根据个人意志和环境所定。

后天的参照系统是在人的成长过程中逐步形成的。人的社会参照系统有一个逐渐成长过程，不是一下子就形成的。体质的成长过程分为胎教─胎儿期(妊娠10月)、变蒸─婴幼儿期(出生后至2岁)、稚阳─儿童期(2～14岁)、成阳─青年期(14～30岁)、盛阳─成年(30～60岁)、衰阳─老年期(60～天年)，是自我和体质的发展变化的统一。

元神是更精细的五脏之气，那么它在与社会的交流中由于社会的影响，意识可能产生偏颇(参照系统出现了不和谐因素)，进而影响体质(元神本身是不会发生变化，元神只是功能性的)。据阴阳气多少及五行属性的性质类分人的性格体质为太阳─火形人，少阳─金形人，阴阳和平─土形人，少阴─木形人，太阴─水形人。这是人的意识构型和体质的整体表现。

9 结 论

马克思指出：“人的本质并不是单个人的抽象物，实际上，它是一切社会关系的总和。”又说：“人这个种属的类特性恰恰是自由的自觉的活动。”人不但是自然的人，更是社会的人，人的本质实际上就是人的社会关系内化到参照系后引发的各种生命活动，这种活动的类特性是有了自我的自由而自觉的活动。而这一切都与道德有直接的关联。道德是意识活动中较深层次的活动，道德是人的类特性的内在根据。

元神成于阴阳、五行，但是又等同于阴阳、五行，它是一个整体，是“一”，心理的中医研究不应该仅从阴阳入手，更应该考虑心理的本身―人的元神和心理活动的背景―社会。研究人的心理，不但要研究人的心理自身的形成、运动机理，更重要的是把人放到社会中，在社会中考察人的心理成的各种变化。也可以结合现代分子生物学、神经生物学、基因组学等，在分子基础上认识人的神和人的意识的生理本质。中医心理学不但要在传统中医里继承和探索，更应该结合现代社会科学和自然科学进行探索。

参考文献

[1]刘家强.中医基因组学的建立考释[J].中医药学刊，2004，22(9)：1667-1669.

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遗传学的基础是19世纪科学家孟德尔建立的，因此探索20世纪的遗传学发展史应从他起。从1854年到1865年间，他对豌豆的遗传性状进行了长期的探索，他发现豌豆的很多性状如豆粒的颜色能够有规律地传给下一代，他就想：究竟是什么因素控制着这一遗传过程？于是他对这一控制因素进行了猜测，把它叫做遗传因子。他在这一概念的基础上初步建立了遗传学。其实孟德尔并没有真的观察到这一因子，但他坚信，在豌豆遗传现象的背后肯定有原因。用他的因子假设能够很好地解释他的豌豆的杂交实验结果，于是他写了论文《植物杂交实验》在奥地利的一个地方性杂志上发表，但是它的观点没有得到人们的重视。1900年初，三位不同国家的科学家分别独立地得出了与孟德尔相同的结论，他们都去查阅前人的文献，并且都看到了孟德尔的文章，因此他们把这一发现的殊荣归之于孟德尔。随后，孟德尔的理论得到了诸多科学家的证实和承认。

1882年，德国生物学家弗来明发现了染色体及细胞的有丝分裂过程。1883年，比利时的生物学家范・贝尔登发现了性细胞在分裂的过程中染色体的数目减少一半，而在受精后又恢复正常。人们不禁要想：在基因与染色体之间到底有什么关系？有人曾经设想染色体可能就是基因，但是，这里有一个问题：一种生物染色体是很少的（人有23对），但性状却多得多。但生物学家们已经意识到，既然孟德尔定律已经被证实，就必须把孟德尔的基础概念――基因加以实体化，弄清基因与细胞内部所发生的一系列过程的关系。

让遗传学走上细胞水平，形成20世纪的遗传的染色体学说的巨大成就，主要应归功于美国的遗传学家摩尔根。在孟德尔的两个定律上，摩尔根又提出了第三个，这就是经典的“遗传三定律”。1909年，摩尔根以果蝇为实验对象，以显微镜观察和统计学的计算方法，判定遗传基因就在染色体上以直线排列，并探明了基因的一系列遗传变异规律（如连锁互换等）。但此时的基因被认为只是一个交换、重组和突变时无法再分的单位，它的物理、化学性质仍然是个谜。要对生物的遗传和变异进行控制，不弄清基因的结构看来是不行的。于是生物学家们纷纷踏上了寻找基因的征程。从1930年到1952年美国的噬菌体研究小组经过一系列的实验确定：DNA是遗传物质。

但DNA如何储存并表达遗传信息，仍不得而知。这个问题引起了很多物理学家的兴趣，1945年，E・薛定谔出版了一本辉煌的著作《生命是什么》，书中提出了遗传密码的概念。1953年4月25日是遗传学史上最值得纪念的一天，这一天，英国的《自然》刊登了沃森和克里克的合作成果，他们提出了DNA的双螺旋结构模型，这一天是分子生物学的诞生日。1954年，物理学家伽莫夫提出三联体密码的概念，1961年，尼伦伯格和马太利用三联体密码合成了由苯丙氨酸组成的多肽长链，到1963年，64种遗传密码的含义全部得到了解答，形成了一部密码辞典。由此科学家们认为：基因是DNA分子的一个个片断。可是，DNA只存在于细胞核中，而蛋白质的合成是在细胞质中进行的，是什么东西把细胞核中的遗传信息转达到了细胞质中呢？信息RNA和转运RNA的发现给这个问题提供了答案，1958年克立克提出的“中心法则”很快得到了证实。

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论文摘要：代谢组学是效仿基因组学和蛋白质组学的研究思想，对生物体内所有代谢物进行定量分析，并寻找代谢物与生理病理变化的相对关系的研究方式。本文在介绍代谢组学基本含义的基础之上，对代谢组学的研究方法及其在环境微生物领域的研究进展进行了评述。

一、代谢微生物概述

代谢组学(metabonomics/ metabolomics) 是效仿基因组学和蛋白质组学的研究思想，对生物体内所有代谢物进行定量分析，并寻找代谢物与生理病理变化的相对关系的研究方式，是系统生物学的组成部分。其研究对象大都是相对分子质量1000以内的小分子物质。先进分析检测技术结合模式识别和专家系统等计算分析方法是代谢组学研究的基本方法。化学分析技术中最常用的是1H核磁共振(1HNMR)以及色谱(毛细管电泳)-质谱联用(X-MS)。目前代谢组数据处理的主要方法是:应用主成分分析(PCA) 等将从原始图谱信息或预处理后的信息进行归类，并采用相应的可视化技术直观地表达出来;建立类别间的数学模型，使各类样品间达到最大的分离，并利用建立的多参数模型对未知的样本进行预测;最终建立可利用的该领域的应用数据库和专家系统。应用代谢组学可进行疾病诊断、对药物进行毒性评价和研究植物细胞代谢等。

二、代谢组学的研究方法

代谢物组学分析中，对于不同类型的代谢产物，往往要采取不同的分析方法进行研究。目前，代谢物组学通常采用红外光谱法( infraredspectroscopy ， IR) 、核磁共振( nuclear magneticresonance ， NMR)、质谱(mass spectrometry ， MS) 、高效液相色谱( high performance liquidchromatography ， HPLC) 以及各种技术的耦联，如气象色谱耦联质谱( gas chromatography2mass spectrometry，GC/MS)和液相色谱耦联质谱(liquid chromatography2mass spectrometry，LC/MS)来分析研究代谢物并为其绘制图谱。这些技术的耦联可以提高对样品的分辨率、敏感性及选择度，有利于对更多的生物体系内的代谢物绘制图谱。一般来说，选择代谢物组学分析方法时，其原则是要同时考虑仪器和技术的检测速度、选择性和灵敏度，找到一种最适合目标化合物的方法。

三、代谢组学在微生物领域的研究进展

(一)微生物分类，突变体筛选以及功能基因研究

经典的微生物分类方法多根据微生物形态学以及对不同底物的代谢情况进行表型分类。最近，随着分子生物学的突飞猛进，基因型分类方法如16SrDNA测序，DNA杂交以及PCR指纹图谱等方法得到了广泛应用。然而，某些菌株按照基因型与表型两类方法分类会得出不同的结果。因此，根据不同的分类目的联合应用这两类方法已成为一种趋势。BIOLOG等方法在表型分类中应用较为广泛，但是，代谢谱分析方法(metabolic p rofiling)异军突起，逐渐成为一种快速、高通量，全面的表型分类方法。采用代谢组分类时，可以通过检测胞外代谢物来加以鉴别。常用的胞外代谢物检测方法为样品衍生化后进行GC2MS分析、薄层层析或HPLC2MS分析，最后通过特征峰比对进行分类。Bundy等采用NMR分析代谢谱成功地区分开临床病理来源以及实验室来源的不同杆菌(bacillus cereus)。除了表型分类外，代谢组学数据可以应用于突变体的筛选。在传统研究中的沉默突变体(即未发生明显的表型变化的突变体)内，突变基因可能导致了某些代谢途径发生变化，通过代谢快照(metabolic snap shot)可以发现该突变体并研究相应基因的功能。

(二)发酵工艺的监控和优化

发酵工艺的监控和优化需要检测大量的参数，利用代谢组学研究工具可以减少实验数量，提高检测通量，并有助于揭示发酵过程的生化网络机制，从而有利于理性优化工艺过程。Buchholz等采用连续采样的方法研究了大肠杆菌在发酵过程中的代谢网络的动力学变化。他们在葡萄糖缺乏的培养液培养的大肠杆菌中加入葡萄糖，并迅速混匀，按每秒4～5次的频率连续取样。利用酶学分析、HPLC/LC2MS等手段监测样品中多达30种以上的代谢物、核苷以及辅酶，从而解析了葡萄糖以及甘油的代谢途径和底物摄取体系。通过统计学分析建模，发现在接触葡萄糖底物后的15～25s范围内，大肠杆菌体内发生的葡萄糖代谢物变化与经典生化途径相符，但随后的过程则与经典途径不符，推测可能存在新的未知调控步骤。Takors认为，通过上述代谢动力学研究，掌握代谢途径及网络中的关键参数，将直接有利于代谢工程的优化，包括菌株的理性优化以及发酵参数的调控。

(三)环境微生物研究

微生物降解是环境中去除污染物的主要途径。深入了解污染物在微生物内的代谢途径，将有助于人们优化生物降解的条件，从而实现快速的生物修复。这些代谢中间体大都通过萃取、分析方法进行逐个研究，并借助专家经验拟合出代谢途径，其动力学过程亦很少触及。代谢组学方法的采用有可能改变这一现状。Boersma等采用代谢组学方法研究氟代酚的微生物降解途径。氟代化合物具有特殊的19F核磁共振属性，19F的核磁共振灵敏度与1H核相近;由于生物体内无内源性19F核磁信号，因而无本底干扰。所有19F核磁信号均可归结于异生素及其代谢物。19F核的化学位移值宽，约为700ppm(1H为15ppm，13C为250ppm)。较宽的化学位移导致19 F在不同取代物的峰图不易产生重叠。因此，借助核磁共振技术可以更方便地研究含氟化合物的代谢中间体。Boersma等根据总代谢物的核磁共振图谱，推测出红球菌内羟化酶在不同的取代位(1，2，3三种不同的取代数量)羟基化氟代酚，然后再通过儿茶酚内位双加氧酶开环形成氟代粘糠酸的代谢过程。此外，他们还首次检测到开环后的下游代谢物，即通过氯粘糠酸异构酶生成氟代粘糠酸内酯以及氟代马来酸等中间代谢物。根际(rhizosphere)空间在植物2微生物相互作用中发挥着重要的作用。Narasimhan等利用根际代谢物组(rhizosphere metabolomics)方法，阐释了植物分泌物对根际微生物降解多氯代酚( PCB)的作用机制。然而，在采用拟南芥突变体(产生较少的phenylp ropanoids)的对照组中，降解菌的数量较低，降解率也仅达50%。结果表明植物根际分泌的次级代谢物促进降解菌的繁衍增殖，从而促进了污染物的降解。

此外，微生物代谢组学还应研究如何改进样品的制备方法。例如，在代谢组研究中，为了中止细胞代谢反应采用冷淬火(cold quenching)方法，将细胞样品迅速置于低温(液氮或-70℃甲醇中)，这会导致许多微生物发生冷休克(cold2shock) ，释放出大量的胞内物质，引起代谢组学定量研究发生偏差。

参考文献：

[1]周宏伟，谭凤仪，钟音，栾天罡.代谢组学及其在微生物领域的研究进展[J].分析化学.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

生物药剂学与药物动力学原为两个独立的边缘学科，由于两者学科内容联系紧密，原卫生部将其教材合二为一，形成了“生物药剂学与药物动力学”，为药剂学的分支学科[1]。目前我国大部分高等医药院校药学专业和药剂学专业本科均开设此门课程。生物药剂学主要研究药物及其剂型在体内的吸收、分布、代谢与排泄过程，而药物动力学应用动力学原理和数学方法，对药物进入体内后量时变化或血药浓度经时变化进行定量描述。该课程为药学类专业学生的核心专业课程之一，通过对药物体内过程的质与量进行研究，对于新药设计、新剂型新制剂开发、药物的质量评价、药品管理等工作都具有重要作用[2-3]。

生物药剂学与药物动力学涉及高等数学、分子生物学、药剂学、药物分析、药理学、生物化学等多学科知识，在本科教学过程中同学往往反映“难学懂、难记忆、难应用”。为了提升教学质量，国内多所学校已对该学科进行了多元教学法、多学科交叉法、以授课为基础的学习（lecture-based learning，LBL）、基于问题的学习（problem-based learning，PBL）、PBL-LBL结合模式等多种教学方法的研究与实践，取得了显著的教学效果[4-6]。发生认识论是由著名的瑞士心理学家让?皮亚杰（Jean Piaget，1896～1980）提出和建立的。其理论强调，教学过程中应以学生为中心，教师是学生意义建构的帮助者和促进者。坚持“以学生为中心”的教学，就是认为学生是认知行为的主体，新的知识必须与学生的经验和思维产生联系，并内化到学生原有的知识体系中；教师是教学行为的主导，在知识建构活动中发挥设计者、组织者、参与者、指导者和评估者的作用，其传授的知识要与学生的认知结构相适应。目前，尚未见对生物药剂学与药物动力学理论课教学内容进行分析和建构。本文拟应用“发生认识论”的原理和方法对生物药剂学与药物动力学教学内容进行建构，为上述教学方法的应用提供支撑。

1 皮亚杰发生认识论基本思想

发生认识论最初来源于对儿童数学学习等的研究。皮亚杰认为，认识起源于主体和客体之间相互作用的过程，知识不是现实的简单复制，获得的唯一途径是动作，动作是获得知识的源泉和基础；思维发展根源于主、客体相互作用的活动，经主体内化了的动作进一步协调而形成认知结构。皮亚杰据此提出了人的认知发展过程中四个最核心的概念：图式、同化、顺应、平衡。图式是指动作结构，是个体认识事物的基础；同化是客体对主体的适应，是个体将客体纳入主体已有的图式之中的?C能；顺应是主体过去已经形成的反应对客体的适应，是个体改变主体已有的图式以适应客体的机能。同化和顺应是皮亚杰认知发展理论的核心，既相互对立又相互依存。人对知识的学习是逐步从简单发展为复杂，不断促进认识的发展，其主要动力就是认识过程中的平衡。平衡是指个体通过自我调节机制，使认知发展从一个相对平衡的状态向另一种更高级状态过渡的过程。个体在认识过程中，总是先以已有图式去同化客体，若获得成功即得到认识结构的暂时平衡；若不成功，则做出顺应，改变现有图式，再去同化客体，直至达到认识结构的平衡[7-10]。

2 发生认识论适用于生物药剂学与药物动力学教学

生物药剂学与药物动力学的学习依赖分子生物学、药剂学、药物分析等基础学科，同时又与高等数学密切相关。该学科的本质是用数学方法和动力学原理研究药物在体内的转运过程，为合理用药和合理制药提供研究方法和科学依据。发生认识论具有在生物药剂学与药物动力学中应用的天然基础。

2.1 建立数学思维方式

生物药剂学与药物动力学主要应用动力学原理和数学的处理方法，研究通过口服、静脉注射、静脉滴注、肌内注射等多种途径给药后药物在体内的吸收、分布、代谢与排泄过程的量变规律，以数学表达式阐明不同部位药物浓度与时间变化的关系，是一门用数学分析手段来处理药物在体内动态过程的科学。基础药学的学习需要大量的机械记忆，对抽象和逻辑思维能力锻炼较少，造成了药学专业学生思维往往拘泥于具体的对象，注重对其特征、形态、功能的观察和描述，不善于开展抽象思维活动。而数学的学习需要学生依靠已有的数学现实空间，将当前的知识纳入已有经验，进行归属或验证，通过新旧知识融合成为一个整体的、新的数学空间。而且学生对数学知识的建构，往往不能一次完成，需要经过多次反复和深化。发生认识论是在研究儿童数学学习过程中建立起来的，具有与本学科学习的共通性[11]。本学科的学习就需要学生从生物现象和临床特征出发，进行抽象思维和逻辑推理活动，经过多次知识融合，透过现象抓住本质，完成认识过程中的平衡化。

2.2 依赖于已有图式

发生认识论认为，认识来源于活动，并在活动的基础上建立起认识的图式[12]。人们总是用自己已经具有的图式去认识事物，具有累积性、交织性、由简单到复杂的特性。成功的教学必须是以学生现有的图式为基础，充分适应了学生同化、顺应和平衡过程的教学。学生在学习生物药剂学与药物动力学之前，已学习过高等数学、药剂学、分子生物学、药物分析学、药理学等基础课程和专业课程。在现有的学习过程中，需要教师充分了解上述学科的特点和学生的掌握情况，有针对性地促进学生已有的图式和当前教学活动的联系，使学生将新知识尽可能纳入已有经验，进行归属或验证，直至达成对知识的深层理解。经过多次的反复和深化，完成原有图式和本课程知识内容重新建构的顺应过程。

2.3 体现阶段性和连续性特征

发生认识论认为，认识的发展具有阶段性和连续性。人是在对具体知识的学习中，逐步从简单结构发展为复杂结构，并发展自己的认识的。人的认识发展具有阶段性，每个阶段具有不同的特征；同时，其发展阶段具有连续性，各个阶段按顺序发展，没有某个阶段会突然出现，也不会发生跳跃和颠倒。认识发展就是一个从平衡到不平衡、再到新的平衡不断往复提升的过程[13]。生物药剂学与药物动力学的阶段性和连续性特征，既体现在与其他学科的承前启后上，又体现在“先生物意义后数学模型”“先单室后多室”“先线性后非线性”等学科内在逻辑方面。

2.4 体现认知的个体差异

发生认识论认为，人认识的本质是认识主体在一定的社会环境下，通过自身的经验能动地建构对客体的认识。由于不同个体现有图式的不一致，导致其同化、顺应和平衡的过程也不一样。在学习过程中，学生都是以已有的背景知识为基础来建构新的知识体系，每个人的学习背景都是有差异的，从而导致了不同主体最终学习的效果不同。在教学过程中，我们发现学生课前对高等数学和药学专业课的掌握程度参差不齐，显著影响了生物药剂学与药物动力学的教学效果。例如，对动力学指标生物学意义的数学抽象能力不足，严重影响了数学公式在药物动力学实践中的准确应用。只有充分认识和考虑学生认知的个体差异，体现不同个体认知活动中同化、顺应和平衡活动的不同，才能提升学生的学习质量。

3 发生认识论对生物药剂学与药物动力学教学内容的建构

皮亚杰的发生认识论认为，头脑中的图式可以形成一个有规则的一般图式，其代表着主体某一时期的智力程度和认知水平；他还用同步性实验证实，人如果达到某种智慧水平，就能够完成同样水平的问题[14]。而且人的认识图式不是一成不变，是由低级向高级、由简单向复杂发展的，这就是图式的建构过程。生物药剂学与药物动力学的教学过程就是根据该学科的内在联系，让学生将生物药剂学的基本概念和基本理论同化到现有图式之中，改变原有的高等数学图式以适应药物动力学的理论、公式和应用，使学生的认知发展达到更高的平衡状态。由于每个学生的基础知识和思维模式都不相同，每个人的现有图式也不一样，因此教师在生物药剂学与药物动力学教学过程中对思维过程的展开不能替代学生自己的活动，而应该让学生在课前和课中不断地开展合理的图式准备，以利于新的图式平衡的达成。图式的发展演进情况最终体现在教学效果的好坏上。教材是教学的主要内容，对学生的学习起着重要的参考和引导作用，其编写要求为知识框架逻辑清楚、内容详实全面、公式及推导准确完整，但直接使用不一定适合于学生的思维展开。因此在实际授课过程中，教师应该运用发生认识论的原理对生物药剂学与药物动力学的教学内容进行重新建构。

3.1 开展图式准备

首先，?_展基础学科图式准备。生物药剂学与药物动力学是一门综合性课程，需要多学科知识的基础。教师在其教学过程中应该非常重视导入性的复习基础知识，比如：学习药物的跨膜转运和吸收，需要了解生物膜的结构和性质、胃肠道的结构与功能、皮肤和黏膜的结构与功能等生理学基础；学习药物的分布，需要了解循环系统、淋巴系统、血脑屏障、胎盘屏障等解剖学和生理学基础；学习药物的代谢，需要了解氧化、还原、水解、结合等代谢反应的生物化学基础；学习药物的排泄，需要了解肾脏排泄、胆汁排泄、其他途径排泄的生理学基础和疾病对其影响的病理学基础；学习药物动力学的各个模型，需要掌握动力学原理和高等数学的处理方法。

其次，完善学科内部图式准备。在学习生物药剂学与药物动力学之前，让学生了解本学科的主要研究内容和基本概念，勾勒出本学科的基本框架，对后期各章节的学习具有重要的指导意义。学习生物药剂学时，要让学生对物理性质、化学性质、剂型、配伍等药物因素，以及年龄、性别、生理、疾病、遗传等生物因素有明确认识；学习药物动力学时，要让学生知道动力学的研究有线性与非线性之分，而线性方法又包括单室模型和多室模型，同时还需要知道剂量、浓度、表观分布容积、速率常数、生物半衰期和清除率等关键参数。

通过上述图式基础的准备，调整了学生现有的认知结构，使之处于准备接受、处理新知识的状态，使本学科的新知识在学生的认知结构中易于找到可对应内容，以便与学生现有的认知结构发生实质性的融合。而且教师在图式基础的准备过程中，应该发挥“主导”作用，让学生认识到哪些知识准备是必须的，以便发挥自身的“主体”作用，针对性地补齐自己的短板。如果图式基础的准备到位，那么接下来的教学过程就容易事半功倍。

3.2 促进同化和顺应，达到新的平衡

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关键词：DNA计算机；计算方式；生命观

1 DNA计算的理论、特点和问题

1994年11月美国计算机科学家 L．阿德勒曼（L．Adleman）在《科学》上公布了DNA计算机的理论，并成功的运用DNA计算机解决了一个有向哈密尔顿路径问题[1]。这一成果迅速在国际上产生了巨大反响[2]，同时也引起了国内学者的关注[3]。一些人相信，DNA计算蕴含的理念可使计算的方式产生“进化”。另一些人则看到DNA计算的理念将有助于揭示生命的本质与演化。总之，这一全新的计算理论，将在数学与生命科学中产生极其深远而广大的影响。同时它也提出了一系列值得我们深思的哲学性问题。

DNA计算机目前尚处在理论研究阶段，一旦它在实用意义上获得成功，DNA计算将彻底改变计算机硬件的性质。在过去的半个世纪里，计算机完全就是物理芯片的同义词。但阿德勒曼DNA计算机则是一种化学反应计算机[4]。它的基本构想是：以DNA碱基序列作为信息编码的载体，利用现代分子生物学技术，在试管内控制酶作用下的DNA序列反应，作为实现运算的过程；这样，以反应前DNA序列作为输入的数据，反应后的DNA序列作为运算的结果。阿德勒曼具体应用哈密尔顿有向图这个经典NPC问题，详细描述了他的理论。

DNA计算机的提出，产生于这样一个发现，即生物与数学的相似性：①生物体异常复杂的结构是对由DNA序列表示的初始信息执行简单操作（复制、剪接）的结果；②可计算函数f（w）的结果可以通过在w上执行一系列基本的简单函数而获得。阿德勒曼不仅意识到这两个过程的相似性，而且意识到可以利用生物过程来模拟数学过程，更确切地说是，DNA串可用于表示信息，酶可用于模拟简单的计算。这是因为：①DNA是由称作核苷酸的一些单元组成，这些核苷酸随着附在其上的化学组或基的不同而不同。共有四种基：腺瞟吟、鸟瞟吟、胞嘧啶和胸腺嘧啶，分别用A、G、C、T表示。一些单个的核苷酸顺序连在一起形成DNA链。单链DNA可以看作是由符合A、G、C、T组成的字符串。从数学上讲，这意味着我们可以用一个含有四个字符的字符集∑＝A、G、C、T来为信息编码（电子计算机仅使用0和1这两个数字）。②DNA序列上的一些简单操作需要酶的协助，不同的酶发挥不同的作用。起作用的有四种酶：a．限制性内切酶，主要功能是切开包含限制性位点的双链DNA；b．DNA连接酶，它主要是把一个DNA链的端点同另一个链连接在一起；c．DNA聚合酶，它的功能包括DNA的复制与促进DNA的合成；d．外切酶，它可以有选择地破坏双链或单链DNA分子。正是基于这四种酶的协作实现了DNA计算。

自阿德勒曼用DNA计算机解决了哈密尔顿有向图问题，随后很快便有人用DNA计算机相继解决了其他一些疑难问题（NPC完全问题），如可满足性问题等。与电子计算机相比，DNA计算机有明显的优势。不过，这些还仅仅是利用分子技术解决的几个特定问题，是为解决特定问题而进行的一次性实验。DNA计算机还没有一个固定的程式。由于问题的多样性导致所采用的分子生物学技术的多样性，具体问题需要设计具体的实验方案。于是，便引出了两个根本性的问题，阿德勒曼最早就意识到了它们：①DNA计算机可以解决哪些问题？确切地说，DNA计算机是完备的吗？即通过操纵DNA能完成所有的（图灵机）可计算函数吗？②是否可设计出可编程序的DNA计算机？即是否存在类似于电子计算机的通用计算模型——图灵机——那样的通用DNA系统（模型）？目前，人们正处在对这两个根本性问题的研究过程之中。在我们看来，这就类似于在电子计算机诞生之前的20世纪三四十年代——理论计算机的研究阶段。如今，已经提出了多种DNA计算模型，但各有千秋，公认的DNA计算机的“图灵机”还没有诞生。相对而言，一种被称为“剪接系统”的DNA计算机模型较为成功[5]。

由于DNA链可以比作在四字符集上的串，为DNA计算建模的自然方式就是利用专门处理字符和字符串的形式语言理论。建模的关键就是要将实际的DNA重组抽象为数学上的剪接操作。实际的DNA重组，就是在前面所提到的四种“工具酶”的作用下，对DNA链的切割和粘贴的组合过程。其数学抽象称为剪接操作。大体可做如下描述：给定字符集∑（其元素为符号）及其上的两个字符串x、y，利用剪接规则r剪接x和y的过程可以分为：①在由剪接规则r决定的位置上切割x和y；②分别将结果中x的前段和y的后段、y的前段和x的后段连在一起。∑ 的剪接规则 r是形如α1#β1$α2#β2的词，其中α1、β1、α2、β2是∑的串，＃和$是∑外的标记符。我们称z和w是根据剪接规则r＝α1#β1$α2#β2剪接x和y的结果，当且仅当存在∑上的x1、xƇ、y2、yƈ使得

x=x1α1β1xƇ， y＝y2α2β2yƈ

且 z=x1α1β2yƈ， w=y2α2β1xƇ

并记作（x，y） （z，w）。α1β1和α2β2这两个串称为剪接位点；x和y称为剪接项。剪接规则r决定了切割的位点和位置：第一项在α1和β1之间，第二项在α2和β2之间。值得注意的是位点α1β1和α2β2会分别在x和y中出现多次，如果这样，选择哪一个位点是不确定的。结果会造成对x和y剪接的结果是（z，w）的一个集合。

将剪接操作当作基本工具来构建一种生成机制，便形成了剪接系统。给定一个字符串集A，A∑*，∑*为字符集∑上由连接操作生成的字符串的集合（∑*中的元素为串），以及一个剪接现则集R（r∈R∑*＃∑*$∑*＃∑*），由此所生成的东西是由如下方法得到的串组成；从集A开始，在A和已获得的串上重复使用剪接规则。另外，应该说明一点，通常剪接x和y得到z和w后，仍可以将x和y当作剪接项，与此相似，对新生成的z和x也没有数量上的限制。但对某些串仅可使用有限次。故在数学上不用集合来表示剪接项，而用多重集——在每个时刻都应当记录每个串可用的个数。至此，可以给出剪接系统的一个简洁而又严格的定义：剪接系统是一个四元组r＝（∑、T、A、R），其中∑是一个字符集，T ∑是终结字符集，A是∑*上的多重集，R是剪接规则的集合。

定义了DNA计算的数学模型后，便可以来回答前面提出的DNA计算的完备性与通用性问题。在计算机科学中，众所周知的丘奇一图灵论点深刻地刻画了任何实际计算机的计算能力——任何可计算函数都是可由图灵机计算的函数（一般递归函数）。现已证明：剪接系统是计算完备的，即任何可计算函数都可以用剪接系统来计算。换句话说就是，任何图灵机可计算的函数都可以由这种DNA计算模型来计算。反之亦然。这就回答了DNA计算机可以解决哪些问题——全部图灵机可计算问题。

对于第二个问题——是否存在基于剪接的可编程计算机——也有了肯定的答案：对每个给定的字符集T，都存在一个剪接系统，其公理集和规则集都是有限的，而且对于以T为终结字符集的一类系统是通用的。这就是说，理论上存在一个基于剪接操作的通用可编程的DNA计算机。程序由往通用计算机公理集中添加的字符串组成。程序会有多个，而可利用的公理集合有无穷多个。这些计算机使用的生物操作只有合成、剪接（切割一连接）和抽取。

理论上DNA计算机具有现代电子计算机同样的计算能力，但它具有的巨大潜力（功能）却是电子计算机不可比拟的：DNA计算机运算速度极快，其几天的运算量就相当于计算机问世以来世界上所有计算机的总运算量；它的贮存容量非常大，1立方分米的DNA溶液可以存储1万亿亿位二进制的数据，超过目前所有计算机的存储容量；它的能量消耗只有一台普通计算机的十亿分之一。如此优越的分子计算机当然是激动人心的。然而它离开发、实际应用还有相当的距离，尚有许多现实的技术性问题需要去解决。如生物操作的困难，有时轻微的振荡就会使DNA断裂；有些DNA会粘在试管壁、抽筒尖上，从而就在计算中丢失了。尽管DNA计算机面对着许许多多的质疑，但它的提出者阿德勒曼教授依然是极其乐观的：DNA计算机刚刚提出，尚在胚胎时期，与发展了半个世纪的电子计算机相比，确实相形见细。在他看来，提出DNA计算机并不就是要与电子计算机竞争。首先，分子计算的观念拓宽了人们对自然计算现象的理解，特别是生物学中基本算法的理解。另外，DNA计算的观念向现有的计算机科学和数学提出了挑战，相信它所蕴涵的理念可以使计算的方式发生进化。

DNA计算理论是目前西方发达国家的一个研究热点，有些困难已经通过新的程序设计技术（无须等待生物技术的发展），采用概率算法及修改数学问题等传统的解决方案得以解决。人们大都相信，分子计算的实际应用在未来是可行的。另外，要知道，类似合成杂交、抽取等所有生物操作的问题，都已被大自然中的生物系统所涉及，而且这些问题在生物体内已成功的解决了，这就不会在生物体外解决不了。向大自然学习，问题就会得到解决。

2 DNA计算：计算方式的进化

1994年11月阿得勒曼在提出DNA计算机的时候就相信：DNA计算机所蕴涵的理念可使计算的方式产生进化。后来的研究者就更坚信这一点了。如加拿大的卡尔（L．Kari）就更明确的指出：“DNA计算是考察计算问题的一种全新的方式。或许这正是大自然做数学的方法：不是用加和减，而是用切割和粘贴、用插入和删除。正如用十进制计数是因为我们有十个手指那样，或许我们目前计算中的基本功能仅因为人类历史使然。正如人们已经采用其它进制计数一样，或许现在是考虑其它的计算方式的时候了”[6]。我们以为，这一说法是很有启示性的。确实，仔细回顾一下人类计算方式或计算技术的历史，就不难体会到目前人们的计算方式确实是一种历史的结果，而非计算本性的逻辑必然。不过为了进一步论证和拓展这一观点，下面有必要就什么是计算。计算的方式是什么等问题给予一个简要的回答。

计算的本质是什么？应该说人类对其已经有了一个基本的清晰的认识，这就是递归论或可计算性理论中所揭示的一个基本内容：计算就是依据一定的法则对有关符号串的变换过程。根据丘奇一图灵论点，一切可计算的函数都是递归函数。抽象地说，计算的本质就是递归。不过这里我们想给出一个直观的描述：计算就是从已知符号开始，一步一步地改变符号串，经过有限步骤后，最终得到一个满足预定条件的符号串的过程。这样一种有限的符号串的变换过程与递归过程是等价的、一致的。所谓计算方式就是符号变换的操作方式，尤其指最基本的动作方式。广义地讲，还应包括符号的载体或符号的外在表现形式。从中国古代的筹算方式（一组竹棍表征）、珠算方式，到后来的笔算方式就是一系列的计算方式的变化（它们各自具有各自的操作方式）。相对于后来的机器计算方式，这些计算的方式均可归结为“手工计算方式”，其特点是用手工操作符号，实施符号的变换——摆排竹棍、拨弄算珠或书写符号。机器计算的历史可以追溯到1641年，当年18岁的法国数学家帕斯卡尔从机械时钟得到启示——齿轮也能计数，成功地制作了一台齿轮传动的八位加法计算机。这使人类计算方式、计算技术进入了一个新的阶段。后来经过人们数百年的艰辛努力，终于在1945年成功地研制出了世界上第一台电子计算机。从此，人类进入了一个全新的计算技术时代。就电子计算机而言，至今它也经历了四个大的时期。从最早的帕斯卡尔齿轮机到今天最先进的电子计算机，计算技术有了长足的发展。这是一个计算方式发生重大变革的历史时期。这时计算表现为一种物理性质的机械的操作过程。但是，无论是手工计算还是机器计算，其计算方式——操作的基本动作都是一种物理性质的符号变换，具体是由“加”和“减”这种基本动作构成的。二者的区别就在于前者是手工的，后者是自动的。

然而，如今出现的DNA计算则有了更大的本质性的变化。计算不再是一种物理性质的符号变换，而是一种化学性质的符号变换，即不再是物理性质的‘“加”、“减”操作，而是化学性质的切割和粘贴、插入和删除。这种计算方式的变革是前所未有的，具有划时代的意义。它将彻底改变计算机硬件的性质，改变计算机基本的运作方式，其意义将是极为深远的。我们完全可以做这样一番想象，一旦DNA计算机全面实现，那么真正的“人机合一”就会实现。到那时，人们最不需要的就是电脑，因为大脑本身就是一台自然的DNA计算机，人们真正需要的只是一个接口。DNA计算机蕴涵的理念不仅可以使计算的方式产生进化，而且可以使人类的大脑、思维产生进化。这是我们对阿德勒曼认识的一点补充。然而，尽管DNA计算较之以往的各种计算有了重大的变革，但是，在计算本质上，它同人类有史以来的一切计算都是等价的、一致的。这是因为：任何可计算函数都可由剪接系统来实现，即任何图灵机可计算的函数也可以由DNA计算机来计算。反之，任何由剪接系统计算的函数都可由留灵机计算。这就是说，DNA计算也是一种递归计算。这一结论有着重要的数学意义。它一方面使人们认识了DNA计算的本质；另一方面进一步证实或支持了丘奇一图灵论点，使丘奇一图灵论点首次获得了电子计算机之外的生物计算机的证实，这种证实自然是更加有力的。

综上所述，我们看到，计算之所以为计算，在于它具有一种根本的递归性，或在于它是一种可一步一步进行的符号串变换操作。至于这种符号变换的操作方式如何，以及符号的载体或其外在表现形式如何，都不是本质性的东西，它们无不是一种历史的结果，无不处于一种不断变革或进化的过程之中。符号可以用一组竹棍表征、用一组算珠表征、用一组字母表征，也可以用齿轮表征、用电流表征，还可以分子表征、电子表征等等。不同表征下的符号变换有着不同的操作方式，甚至同一种表征下的符号变换都可以有不同的操作方式。在此，计算本质的统一性与计算方式的多样性得到了深刻的体现。我们相信，随着科学技术的不断发展，计算方式的多样性还会有新的表现。既然DNA计算机的出现已经打开了人们畅想未来计算方式的思维视窗，那么就让我们翘首以待吧。

3 DNA计算：生命进化的方式

生命是什么？生命是怎样进化的？这是人类一个永恒的话题。随着自然科学的不断发展，生命问题也在不断变换着其形式，人们对它的理解、认识也在不断地更新，以适应新的理论的发展与进步。在20世纪八九十年代，由于人类基因组计划、计算机人工生命、遗传方法和DNA计算机等一系列全新的理论和观念的出现，使人们对生命是什么、生命是怎样进化的等重大基础性问题再一次产生了新的理解。这种理解的核心内容是：生命就是一台自然计算机。生命的法则就是算法，生命就是以计算的方式在进化着。DNA计算对这样一种生命观给予了强有力的支持。DNA计算表明了计算存在于生物学的根基上，计算处于生命的核心，生命本身就是由一系列复杂的计算组成的。下面我们对此作一个简要的论述。

什么是算法？简单地说，算法就是求解某类问题的通用法则或方法。通常要求用它能够在有限步骤内一步一步地完成对问题的求解。换句话说，算法也就是对有关数据或符号进行变换的方法规则。计算就是对算法的执行或对数据、符号依据有关规则进行的变换操作。长期以来，计算、算法一直是数学的专有概念。但如今由于电子计算机深刻而广泛的运用，使人们对这两个基本概念有了更宽泛地认识，使它们泛化到了整个自然界。认为自然界就是一台巨型自然计算机。任何一种自然过程都是自然规律作用于一定条件下的物理或信息过程，其本质上都体现了一种严格的计算和算法特征。在此，自然系统相当于计算机的硬件，自然规律相当于计算机的软件，而自然过程就是计算机的计算过程。生命系统作为自然界中最复杂最有特色的系统，它也就是形形的自然计算机中的一种。

DNA计算机就是对生命这种自然机的一种表征。这是因为，DNA是生命的信息库和程序库，既是一套自复制的程序，同时又是一个以进化论为基础发展过来并正在发展的程序。它构成了遗传、发育、进化统一的物质基础。现代生物学表明，一方面DNA可以看作是由A、G、C、T四个字符组成的字符串。从数学上讲，这意味着我们可以用一个含有四个字符的字符集∑={A、G、C、T}为信息编码。DNA代码与计算机代码所不同的只是它不是二进制的，而是一种四进制代码。有人甚至指出：除了专业术语不同之外，分子生物学杂志里面的每一页都可以换成计算机技术杂志的内容。另一方面，DNA能够对该信息载体进行一系列可控制的变换（即化学反应）。变换的具体方式是DNA的复制、剪切、连接、修复，变换的过程就是一种生命过程，也即生命的自构造性特征。因此，我们完全可以把生命看作是一台自然计算机，生命的进化法则就是算法。另外，DNA作为一种自然语言，和计算机程序语言一样，具有不同的层次，具有递归、并行、模块化的基本特征。现代生物学表明，一维线性分子在特定的环境中通过复杂而准确的信息处理，可拓展为一个丰富的四维时空生命体，这种展现过程所获得的新信息反过来又不断地反映到一维线性分子中，导致生物物种的不断进化。这正是DNA程序语言层次性的表现。一维DNA序列只不过是最低级的生命机器语言，所有的高级语言都必须编译成DNA序列语言才能执行。目前，DNA这种自然语言的词法、句法规则我们尚不清楚，但本质上是一种程序化语言[7] 。

DNA计算机的提出，就是一种分子算法的化学实现。以前分子算法，如自复制自动机、胞格自动机、遗传算法、人工生命等全都是在电子计算机上实现的，DNA计算机的出现是分子算法的化学实现的开端。这种立足于可控的生物化学反应或反应系统，无疑更加有力地直接地表明了生物现象与过程的计算特征。而这对于现代生物学的研究自然有着十分积极的影响。正如阿得勒曼所说：DNA计算机的构想，是从另一个角度出发启示人们用算法的观念研究生命。“算法对于生命的意义，就在于以过程或程序描述代替对生物的状态或结构描述，将生命表示为一种算法的逻辑，把对生命的研究转换成为对算法的研究”[8]。在这个意义上，生命就是程序、就是算法——一种能够实现自我复制、自我构造和自我进化的算法。在尼葛洛庞帝的《数字化生存》中，有一个已是众所周知的主题论断：计算不再只和计算机有关，它决定我们的生存。但是，尼葛洛庞帝仅是从社会生活的意义上说这番话的。我们在这里则要赋予它另一种新的含义——生理生存，即计算决定我们的肉体的生存。

生物学界这种算法观念的广泛运用，更增强了人们运用算法观念看待整个自然界的信心，拓展了人们对自然现象的理解。要知道生命是最复杂的自然现象之一，是自然界进化的最高代表。因此，我们完全有理由猜想：整个宇宙也是按算法构成的，是按算法演化的。现实世界之万事万物只不过是算法的复杂程度的多样性。从虚无到存在、从非生命到生命、从感觉到意识，或许整个世界的进化过程就是一个计算复杂性不断增长的过程。看来毕达哥拉斯或许真是对的：万物皆数！应该说，这便是DNA计算机所蕴涵的最深奥的哲学理念：数学可能是万物的基础，数学可能是现实世界和可能世界的核心。今天，我们或许应该将毕达哥拉斯的哲学再向前推进一步：存在的意识就是数学意识。因为DNA计算宣称数学处于生命的核心。

参考文献

[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]邓少平，等．DNA计算的一些基本问题［J］．科学（中文版），1996（5）．

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