生物教育和信息技能力术培养论文

　　生物教育和信息技能力术培养论文当今世界，人类社会进入了信息时代。信息技术素养成为一个人生活在这个时代必须具备的基本素养。生物科学素养是指公民参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学知识、探究能力以及当今世界，人类社会进入了信息时代。信息技术素养成为一个人生活在这个时代必须具备的基本素养。生物科学素养是指公民参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学知识、探究能力以及相关的情感态度与价值观。两者都是一个现代公民科学素养构成中重要的组成部分。如何将生物教育和信息技术的培养有机结合起来，使两者相与促进，互相补充，是现代教育面临的问题。本文就此问题进行讨论。1．信息素养和信息能力“信息素养(InformationLiteracy)”的本质是全球信息化需要人们具备的一种基本能力。信息素养这一概念是信息产业协会主席保罗?泽考斯基于1974年在美国提出的。简单的定义来自1989年美国图书馆学会(AmericanLibraryAssociation,ALA)，它包括:能够判断什么时候需要信息，并且懂得如何去获取信息，如何去评价和有效利用所需的信息。信息素养有9顶标准：①能够有效地和高效地获取信息；②能够熟练地、批判性地评价信息；③能够精确地、创造性地使用信息；④能探索与个人兴趣有关的信息；⑤能欣赏作品和其它对信息进行创造性表达的内容；⑥能力争在信息查询和知识创新中做得最好；⑦能认识信息对构建民主化社会的重要性；⑧能履行与信息和信息技术相关的符合伦理道德的行为规范；⑨能积极参与活动来探求和创建信息。在实际教育中，可以从不同的角度对信息素养的培养。从技术学角度看，信息素养的培养应定位在信息处理能力上；从心理学角度看，信息素养的培养应定位在解决信息问题的能力上；从社会学角度看，信息素养的培养应定位在信息交流的能力上；从文化学角度看，信息素养培养应定位在信息文化的多重建构能力方面等等。教育界共同认为，信息素养不仅仅是诸如信息的获取、检索、表达、交流等技能，还应该包括独立学习的态度和方法，将信息概念和已获得信息用于问题的解决，进行创造性思维的综合的信息能力。例如，利用信息概念解释进化现象。传统的生物进化理论，仅仅从时间进程上或生物系统的结构功能上说明生物界系统进化的历史进程。虽然在逻辑上人们认识到所谓进化应当包含着事物内部某种量的增加或积累，但一直无法给出能够描述进化进程的一般标准量，而只能用笼统的“由简单到复杂，由低等到高等，由水生到陆生” 来描述。运用信息概念，我们可以为进化提供一个一般性的定量标准：进化意味着一个生物系统状态信息量的增加，退化则意味着一个生物系统状态信息量的减少。这种解释对进化问题的理解提高到一个新的科学水平。2．生物教育中的信息能力培养1992年，Doyle在《信息素养在全美论坛的终结报告》中提出：一个具有信息素养的人，他能够认识到精确的和完整的信息是作出合理决策的基础，确定对信息的需求，形成基于信息需求的问题，确定潜在的信息源，制定成功的检索方案，从包括基于计算机的和其他的信息源获得信息，评价信息，组织信息用于实际问题，将新信息与原有的知识体系进行融合以及在批判性思考和问题解决的过程中使用信息。Doyle的话，提出了一般意义的获取、处理、评价、表达交流以及应用于问题解决等信息能力的培养问题。刘恩山教授在解析义务教育生物课程标准时，也把注重培养学生的信息素养列为课程标准的突出特点之一。他指出：“对学生信息素养的培养更多的应该在学科课程中完成。”就是说，信息能力的培养不只是信息技术课程的任务，生物学课程中也有许多信息素养培养的教育资源，应当充分加以利用，我们试举例子说明。1．信息分析方法信息论把世界的事物都看作是一种信息的实体和一个不断有信息输入和输出的动态系统。根据这种观点，我们可以在信息的获取、储存、加工、传输和反馈的一系列过程中对事物进行认识、研究和改造，这就是所谓的信息分析法。信息分析法的理论来源于《控制论》对反馈过程的研究。维纳在他的《控制论》一书中研究了有机体的自动调节行为，提出所有这些自动调节和自动控制的活动都包含着一种基本的信息流动和信息反馈过程。（图1）图1自动控制的信息反馈模型以大肠杆菌对乳糖的利用为例。大肠杆菌生活在没有乳糖的环境中，它的与利用乳糖有关的酶的结构基因便被阻遏蛋白所抑制。当把它转移到含乳糖的培养基上后，乳糖与阻遏蛋白结合使之失活，因而激活了结构基因，产生特定的酶，把乳糖分解成半乳糖和葡萄糖。以上是人们熟知的乳糖操纵子模型。从现象上看大肠杆菌在无乳糖的培养基上几乎不产生与利用乳糖有关酶，在乳糖培养基上，则产生这些酶，而且其数量与需要量相关，这是一种很典型的自动调节的目的性行为。而信息分析表明，这是底物诱导酶的产生，产物抑制酶的合成（负反馈）的结果。这种形式的反馈优点，是可以校准补偿器，使得它对任何种类的不变负载都是稳定的。生命系统的行为中最今人迷惑不解的就是目的性行为。古希腊的亚里士多德提出了用来解释事物本质的“四因说“，他把“目的因” 作为事物的根本因素。后来，人们发现在物理世界，运动变化是没有目的性的，它们服从于因果决定性或统计规律性：而生命系统在预定程序的范围内，具有自适应现象，即生命系统如生物体、生态系统等，都能调整其系统的结构和功能，以保证其整体功能的实现。这样的事例在生物界很普遍。例如哺乳动物的体温调节就是依靠神经系统的反馈机制来实现的。在这类调节机构中，首先必须有类似温度检测器的装置，时刻测定体温和体温的高低，并将有关信息传到中枢神经系统，经过体温调节中枢整合后，再向效应器发出信息，引起相应的肌肉收缩、汗腺及血管的改变等，来调节产热和散热平衡，以达到恒温。维纳的自动控制的信息反馈模型表明，系统的存在和行为除了物质和能量的作用外，信息的流动和反馈作用也非常重要。而且这个模型在自然界和社会中普遍存在，只是在不同的领域中会有不同的表现形式。因此，信息分析方法具有普遍的实践意义。2．黑箱法是信息分析方法和模型方法结合而产生的一种方法。所谓“黑箱”，就是指那些既不能打开，又不能从外部直接观察其内部状态的系统，比如人们的大脑只能通过信息的输入输出来确定其结构和参数。黑箱方法从综合的角度为人们提供了一条认识事物的重要途径，尤其对某些内部结构比较复杂的系统，对迄今为止人们的力量尚不能分解的系统，黑箱理论提供的研究方法是非常有效的。黑箱的研究方法的出发点在于：自然界中没有孤立的事物，任何事物间都是相互联系，相互作用的，所以，即使我们不清楚“黑箱”的内部结构，仅注意到它对于信息刺激作出如何的反应，注意到它的输入—输出关系，就可对它作出研究。如果我们能设计出一个系统，在同样的输入作用下，它的输出和所模拟的对象的输出相同或相似，就可以确认实现了模拟的目标。在此，信息的输入，就是一个事物对黑箱施加影响；信息的输出，就是黑箱对其他的事物的反作用。事实上人们在对信息进行分析和综合时，很少追求结构上的相似性，而总是把握信息的、行为功能的观点。例如，目前对神经干细胞的研究还基本处于“黑箱”过程，我们只知道体外培养的干细胞在一定条件下分化成不同类型的各种组织细胞，但我们并不知道这种细胞向各个方向线性分化的分子调控机制。3．程序意识和程序分析能力程序是由序列组成的，告诉计算机如何完成一个具体的任务。人类生活在一个“程序设计的世界” 里，科学上的发现、社会组织工作、人们的日常生活与学习都按照一定的程序进行；是否善于编排和执行自己工作、生活和学习的程序是人们能否有效地完成各种任务和获得一种有条理的生活的关键。因此，现代人除了传统的读写算意识与能力这些文化知识之外，还应该具有一种可以与之相比拟的程序设计意识与能力。这就是第二种文化—程序设计文化。程序的问题在生物界广泛存在，例如蛋白质合成程序、生物个体发育程序、细胞生命活动程序等等。以细胞为例，细胞像任何生命系统一样，都有一个发生、发展、衰亡的过程，细胞凋亡就是一种程序性死亡。就是说，除了结构和功能的有序性，细胞还具有时间序。例如，多细胞生物的细胞一般都具有该生物全套基因组，即具备全套遗传信息。发育生物学告诉我们。从理论上讲，有机体的任何一部分，只要其中含有建立一个完整有机体所必需的全部遗传信息，就可以作为一个生殖单位，在合适条件下就可以形成新个体。但实际上这些分化细胞已不能做到这一点了。因为它们虽然具有全套基因组，却不能按发育顺序表达它们。现在，对高等植物细胞，人们能用组织培养的方法，使它们恢复这种能力。而对动物细胞，目前还只能用核移植的方法来实现。除了生命过程中的程序问题外，生物技术问题也涉及程序。加强技术教育是本次生物课程改革的突出特点。生物技术包括工具和器械、工艺和流程等两个方面。无论哪个方面，“程序”都是基本问题，例如果酒和果醋的实验，其实验程序如图（2）。图2制作果酒和果腊实验流程示意图这此事例说明，生物课程可以也应当利用程序问题的事例，培养学生的程序意识和程序分析能力。4．超文本阅读和概念图文本的阅读和写作是人类的一种基本的信息能力。计算机文化对阅读和写作的影响主要表现在三个方面：⑴阅读和写作的对象从以文字为主，发展为以文字、符号、声音、图像、三维动画、影视等多媒体形式；⑵知识间的联结，从线性联结、螺旋式联结发展成网络式联结；⑶超文本使阅读方式向快速浏览、更多使用检索、必要时精读的方式发展。因此随着计算机的普及，超文本的阅读和写作已成为重要的信息能力。认知心理学认为，人类的记忆结构是网络式。网络式的记忆结构要求知识元素的呈现和表达是非线性的。在构建知识网络的过程中，“关键词”非常重要，它们是知识网络的“节点”。这种认识与超文本中“链接”的概念是一致的。基于对知识网络和知识建构的理解，人们在生物学课程教学中引入了“概念图”。“概念图”是由节点和连线组成的一系列概念的结构化表征。“概念图” 中的节点表示某一命题或领域内的各概念：连线则表示节点概念间的内在的逻辑关系。例如在学习光合作用和蒸腾作用后，进一步学习植物对环境的影响，可以形成以下概念图（图3）