【摘要】
在人類的歷史上，計算機的誕生和發展無疑有着舉足輕重的地位。計算機水平的每一次提升都會帶給社會巨大的推動。雖然我們一直在努力，希望計算機的性能越來越強，但是現在的計算機的某些技術已經達到了極限，不可能再提高了。所以，尋找另一個提高的方向已十分必要。現在，生物計算機理論的提出和誕生給人們帶來了新的的希望。如果有朝一日生物計算機能夠普及，那這將會是計算機發展史上的一個重大突破。
【關鍵詞】
生物計算機 DNA 神經元 芯片
【正文】
一、計算機的發展
人們通常所説的計算機，是指電子數字計算機。一般認為，世界上第一台數字式電子計算機誕生於1946年2月，它是美國賓夕法尼亞大學物理學家莫克利（hly）和工程師埃克特（rt）等人共同開發的電子數值積分計算機（Electronic Numerical Integrator And Calculator，簡稱ENIAC）。ENIAC雖是第一台正式投入運行的電子計算機，但它不具備現代計算機“存儲程序”的思想。1946年6月，馮·諾依曼博士發表了“電子計算機裝置邏輯結構初探”論文，並設計出第一台“存儲程序”的離散變量自動電子計算機（The Electronic Discrete Variable Automatic Computer，簡稱EDVAC）。【1】
自馮·諾依曼設計的EDVAC計算機始，直到今天我們用芯片製作的多媒體計算機為止，電腦一代又一代，都沒能夠跳出“諾依曼機”的體系結構。馮·諾依曼為現代計算機的發展指明瞭方向。但是，隨着生物計算機、人工智能和神經網絡計算機的發展，“諾依曼機”一統天下的格局已經被打破。【2】
二、生物計算機的誕生
1994年，一位加州科學家首次使用試管中的DNA來解一道簡單的數學題，從而產生了利用DNA來儲存和處理信息的創意。這一創意也為計算機帶來了新的課題與發展方向。科學家們在研究中發現，仿生學同樣可以應用到計算機領域中。通過對生物組織體的研究，發現組織體是由無數的細胞組成，細胞由水、鹽、蛋白質和核酸等有機物組成。而有些有機物中的蛋白質分子像開關一樣，具有開與關的功能。因此，人類可以利用遺傳工程技術，仿製出這種蛋白質分子，用來作為元件製成計算機，科學家把這種計算機叫做生物計算機。【3】
計算機工業在近幾十年內飛速發展，然而目前，晶體管的密度已經達到當前所用技術的理論極限。所以，人們在不斷地尋找新的計算機結構。另外，人們在研究人工智能的同時，借鑑生物界的各種處理問題的方式，提出了一些生物計算機的模型，部分模型已經解決了一些經典計算機難以解決的問題。【4】
三、生物計算機的優良特性
生物計算機目前主要有以下幾類：生物分子或超分子芯片；自動機模型；仿生算法；生物化學反應算法。其中自動機模型以自動理論為基礎，致力於尋找新的計算機模式，特別是特殊用途的非數值計算機模式。目前研究的熱點集中在基本生物現象的類比，如神經網絡、免疫網絡、細胞自動機等。不同自動機的區別主要是網絡內部連接的差異，其基本的特徵是集體計算，或稱為集體主義，在非數值計算、模擬、識別方面有極大的潛力。神經網絡系統模擬大腦的工作方式，由大量簡單的神經元廣泛相互連接而成，形成一種拓撲結構。大腦具有相當高級的信息處理能力。與傳統計算機模型相比，大腦具有如下特徵：首先是大規模並行的處理能力；其次是大腦具有很強的“容錯性”和聯想功能；第三是大腦具有很強的自適應能性和自組織性。在這些方面，目前的傳統計算機模型是難於實現的。【5】
生物計算機的主要原材料是生物工程技術產生的蛋白質分子，並以此作為生物芯片。生物元件比硅芯片上的電子元件要小很多，甚至可以小到幾十億分之一米，而且生物芯片本身具有天然獨特的立體化結構，其密度要比平面型的硅集成電路高五個數量級。如讓幾萬億個DNA分子在某種酶的作用下進行化學反應就能使生物計算機同時運行幾十億次。
生物計算機芯片本身還具有並行處理的功能，其運算速度要比當今最新一代的計算機快10萬倍，能量消耗僅相當於普通計算機的十億分之一，存儲信息的空間僅佔百億億分之一。生物芯片一旦出現故障，可以進行自我修復，所以具有自愈能力。生物計算機具有生物活性，能夠和人體的組織有機結合起來，尤其是與大腦和神經系統相連。這樣，生物計算機就可直接接受大腦的綜合指揮，成為人腦的輔助裝置或擴充部分，並能由人體細胞吸收營養補充能量，因而不需要外界能源。它將成為能植入人體內，幫助人類學習、思考、創造、發明的最理想的夥伴。另外，由於生物芯片內流動電子間碰撞的可能性極小，幾乎不存在電阻，所以生物計算機的能耗極小。【6】
四、我國的生物計算機
我國的首台生物計算機，是由上海交通大學生命科學研究中心和中科院上海生命科學院營養科學研究合作完成的，實驗中工作人員把自動機與表面DNA計算結合到了一起。這在我國屬首次，相關論文發表在中國《科學通報》第49卷第1期的英文版上。據介紹，這一DNA計算機採用雙色熒光標記對輸入與輸出分子進行同時檢測，用測序儀對自動運行過程進行實時監測，用磁珠表面反應法固化反應提高可控性操作技術等，以至於最終在一定程度上完成模擬電子計算機處理0和1信號的功能。將來通過計算芯片技術，把電子計算機的計算功能進行本質上的提升，在理論上和潛在的應用上都有重大意義。【7】
五、生物計算機的功能
生物計算機不僅有很好的性能，而且它的功能也十分強大。生物計算機既然是用一個個分子構成的，那麼它的體積就可以達到分子尺寸的水平，甚至注入人的血液內，達到“人機一體化”，檢測人體的情況。l998年英國雷丁大學的科學家凱文·沃爾威克把一塊芯片植入他的左手臂，這個芯片從此將他個人和電腦網絡連在一起。在接下來的九天裏，當他步入教學主樓，無需出示身份證，大門的電腦就根據他手臂上芯片傳遞的信息認出了他，芯片還替他打開了實驗室的自動門，幫他開燈。美國EMV公司在研究能夠幫助盲人重現光明的生物集成電路時，就用以蛋白質為基礎的生物微器件植入盲人眼球后部，利用胚胎神經細胞作為橋樑，同大腦視覺皮層聯繫起來，使盲人恢復“視力”。通過生物計算機，病人可以把自己的病情通過芯片傳給醫生體內的芯片，永遠不擔心病例丟失，病情講不清楚。【8】
六、生物計算機的發展前景
目前電腦的發展方向，一是使用生物芯片，二是使用量子器件。它們的工作原理與目前使用的電腦有本質上的不同。生物芯片的原理是在分子水平上，與生物學水平一致；而量子器件的原理是在更微觀的原子、光子層次水平上。生物芯片也稱為分子芯片，其元件大小都在分子尺度內，而生物計算機的關鍵在於DNA大分子操作的問題上。現有的計算機基本構件是開關元件，要製造生物計算機需要有開關元件的有機分子，即DNA分子。美國科學家埃德曼指出：DNA分子中含有大量的遺傳密碼，分子之間在某種酶的作用下完成生物化學反應，從一種基因代碼變為另一種基因代碼，反應前的基因代碼作為輸入數據，反應後的基因代碼作為運算結果。2000年美國加利福尼亞大學洛杉磯分校科學家根據生物大分子的不同形態，成功研製了DNA電腦的分子開關。【9】
目前，DNA計算機已經可以對赫姆震茲等數學問題求解。預計在10到15年內就可能製造出與微電子芯片相融合的高級DNA計算機。DNA計算機可以實現超大規模並行運算，運算速度極快，幾天的運算量就相當於目前世界上所有計算機問世以來的總運算量，11立方米的DNA溶液的存儲容量可以超過目前世界上所有計算機的存儲量。而且DNA計算機耗能極少，只有一台普通計算機的l0億分之一。它可以實現現有計算機無法實現的模糊推理功能和神經網絡運算功能，使真正的智能計算機得以實現。目前美、日、德等國科學家正在研製一種在微電子芯片上生長神經網絡的方法，希望研製出一種具有生命力的智能神經網絡，並將神經網絡的神經元與計算機芯片連接起來，用計算機來控制芯片上的神經元，進而達到控制動物的神經元。
現在，生物計算機僅處於起步階段。但不論如何，DNA計算機的提出，拓寬了人們的視野，啟發人們用算法的觀念研究生命，並向眾多領域提出了挑戰。要想真正進入實用階段還需要更多的時間和科學家更多的艱辛探索。【10】
【參考文獻】
【1】中國科學院計算技術研究所，電子計算機的誕生，計算機發展史，2011年版。
【2】孫宏濱，胡美鑫，關於生物計算機的思考，知識經濟，2009年8期。
【3】J.N Corsellis,er,Aunals of Human Biology,1977年9月22日。
【4】孫宏濱，胡美鑫，關於生物計算機的思考，知識經濟，2009年8期。【5】Scientific American,神經元計算機，2003年3月。
【6】黃俞成，生物計算機，北京電子，2006年2月。
【7】劉軍，首台計算機，首都醫藥，2004年4期。
【8】楊寶華，孫中濤，關於生物計算機技術研究的思考，仿生技術推動下的計算機發展生產率系統，2002年1期。
【9】曹來發，生物電腦最新進展，科技情報開發與經濟，2005年12期。
【10】殷海濱，第六代計算機，中學生物學，2007年8期。
摘要：
隨着經濟與科學的發展，生命科學在生活的各個方面都不乏它的身影。生物科學技術的發展也推動了人類經濟的快速前進。在物質多元化的今天，人們的生活也越來越不能缺乏生物科學的指引。生物對人的生活息息相關，生物作為整個生命過程的重要的參與者和決策者，對整個人類社會的發展有着重要的有着重要的指導意義。在物質高速發展的今天，我們人類社會的進步與發展更離不開生物的參與。生命科學概論就是從這一環節出發，從生物學的角度告訴我們，人類社會的發展離不開生物的息息相伴。生命科學概論通過細胞的癌變、微生物學基礎、生物資源、生物多樣性、血液與淋巴、遺傳病、生物能源、生物倫理學、疫苗等章節並將其中的理論知識貫穿於教學視頻中，讓我們對生物這一門學科的理解更為深刻。生命科學概論中對生物的研究出促進了生物學以及人類社會經濟的發展，將生物學更進一步的為我們人類做出貢獻。
關鍵詞：
生物科學 人類社會 經濟 多樣性 科學 科學技術
正文：生命科學概論生命科學概論通過細胞的癌變、微生物學基礎、生物資源、生物多樣性、血液與淋巴、遺傳病、生物能源、生物倫理學、疫苗等章節以及視頻教學講訴了生物學對人類社會發展所起的不可磨滅的作用。
1、細胞的癌變
細胞的癌變是指在個體發育過程中，大多數細胞能夠正常完成細胞分化。但是，有的細胞由於受到致癌因子的作用，不能正常完成細胞分化，因而變成了不受機體控制的、連續進行分裂的惡性增殖細胞，這種細胞就是癌細胞。細胞的畸形分化，與癌細胞的產生有直接關係。在我們人類社會，癌症的存在是普遍的，癌症的存在和發生與我們生活的環境是有着密切的聯繫的。生活在環境較好的地區的人患癌症的機率就相對較小，反之亦然 。當然，癌細胞的轉化也與我們的心理活動存在着密切的聯繫。可以説，癌細胞是與生俱來的得。只是它只會在適當的時機用基因所表達出來而已。
癌細胞與正常細胞相比有三大特徵：
1、癌細胞的形態結構發生了變化 。
2、能夠無限增殖。
3、癌細胞的表面也發生了變化。
由癌細胞的這三大特徵就可以看出來癌細胞對我們人類來説是一個多麼可怕的存在。由於細胞膜上的糖蛋白等物質減少，使得細胞彼此之間的黏着性減小，因而容易移動，轉移至其他組織或器官中分裂，生長。癌細胞轉移是患者死亡的重要原因。為防止正常細胞的癌變，應儘量避免接觸各種致癌物質，還要保持健康的心態，注意增強體制，養成良好的生活習慣。
癌細胞的致癌因子主要分為內因和外因兩種。外因主要為：物理致癌因子，化學致癌因子和病毒致癌因子。內因主要是人和動物體內普遍存在原癌基因，正常處於抑制狀態。原癌基因一旦被激活，就有可能發生癌變。 所以，要預防癌症的發生，我們就必須從自己做起，養成良好的生活習慣，杜絕癌症在自己體內的發生。
2、微生物學的基礎
微生物是包括細菌、病毒、真菌以及一些小型的原生動物、顯微藻類等在內的一大類生物羣體，它個體微小，卻與人類生活關係密切。涵蓋了有益有害的眾多種類，廣泛涉及健康、食品、醫藥、工農業、環保等諸多領域。從它的定義我們就可以瞭解到微生物的存在是普遍的。微生物個體微小，結構簡單，通常要用光學顯微鏡和電子顯微鏡才能看清楚的生物，統稱為微生物。微生物包括細菌、病毒、黴菌、酵母菌等。
微生物是地球上普遍存在的羣體，它們有着自己的特點、共性以及類羣。微生物的特點主要為個體微小、構造簡單、進化地位低、大多依靠有機物維持生命。微生物的共性主要為體積小，面積大；吸收多，轉化快 ；生長旺，繁殖快；適應強，易變異；分佈廣，種類多。類羣為細菌、病毒、真菌、放線菌、立次克體、支原體、衣原體、螺旋體。
微生物千姿百態，有些是腐敗性的，即引起食品氣味和組織結構發生不良變化。當然有些微生物是有益的，它們可用來生產如奶酪，麪包，泡菜，啤酒和葡萄酒。微生物能夠致病，能夠造成食品、布匹、皮革等發黴腐爛，但微生物也有有益的一面。最早是弗萊明從青黴素抑制其它細菌的生長中發現了青黴素，這對醫藥界來講是一個劃時代的發現。後來大量的抗生素從放線菌等的代謝產物中篩選出來。抗生素的使用在第二次世界大戰中挽救了無數人的生命。一些微生物被廣泛應用於工業發酵，生產乙醇、食品及各種酶製劑等；一部分微生物能夠降解塑料、處理廢水廢氣等等，並且可再生資源的潛力極大，稱為環保微生物；還有一些能在極端環境中生存的微生物，例如：高温、低温、高鹽、高鹼以及高輻射等普通生命體不能生存的環境，依然存在着一部分微生物等等。看上去，我們發現的微生物已經很多，但實際上由於培養方式等技術手段的限制，人類現今發現的微生物還只佔自然界中存在的微生物的很少一部分。
微生物對人類另一個最重要的影響之一是導致傳染病的流行。在人類疾病中有50%是由病毒引起。世界衞生組織公佈資料顯示：傳染病的發病率和病死率在所有疾病中佔據第一位。微生物導致人類疾病的歷史，也就是人類與之不斷鬥爭的歷史。在疾病的預防和治療方面，人類取得了長足的進展，但是新現和再現的微生物感染還是不斷髮生，像大量的病毒性疾病一直缺乏有效的治療藥物。一些疾病的致病機制並不清楚。大量的廣譜抗生素的濫用造成了強大的選擇壓力，使許多菌株發生變異，導致耐藥性的產生，人類健康受到新的威脅。一些分節段的病毒之間可以通過重組或重配發生變異，最典型的例子就是流行性感冒病毒。每次流感大流行流感病毒都與前次導致感染的株型發生了變異，這種快速的變異給疫苗的設計和治療造成了很大的障礙。而耐藥性結核桿菌的出現使原本已近控制住的結核感染又在世界範圍內猖獗起來。
3、生物資源
生物資源是自然資源的有機組成部分，是指生物圈中對人類具有一定經濟價值的動物、植物、微生物有機體以及由它們所組成的生物羣落。生物資源包括基因、物種以及生態系統三個層次，對人類具有一定的現實和潛在價值，它們是地球上生物多樣性的物質體現。自然界中存在的生物種類繁多、形態各異、結構千差萬別，分佈極其廣泛，對環境的適應能力強，如平原、丘陵、高山、高原、草原、荒漠、淡水、海洋等都有生物的分佈。目前已經鑑定的生物物種約有200萬種，據估計，在自然界中生活着的生物約有2000～5000萬種。它們在人類的生活中佔有非常重要的地位，人類的一切需要如衣、食、住、行、衞生保健等都離不開生物資源。此外，它們還能提供工業原料以及維持自然生態系統穩定。地球是人類賴以生存的家園，是人類的棲身之所、衣食之源。所以我們人類更應該好好保護地球的生物資源，合理的加以利用，以維護我們賴以生存的家園。
生物資源包括動物資源、植物資源和微生物資源三大類，在三大大類廣佈於我們所生活的世界，並對我們的生活與發展有着舉足輕重的影響。
一、“通識教育”與生命科學教育
1、“通識教育”理念的認識
通識教育是指對所有大學生普遍進行的有關共同內容的教育，包括基礎性科學知識的傳授、公民意識的養成、健全人性的薰陶以及一些非專業性的實際能力的培養。其目的在於：培養學生具有廣博的科學基礎和文化背景，提高學生的價值觀念、歷史視野、認知風格和創新能力。使學生能夠創造知識、自我更新、適應社會多種職業需求和社會環境的變化，從而實現個人的最高價值。
我國現行的本科教育過分注重專業知識和技能的培養，已不適應現代社會知識面廣、適應力強、具有思辨和創新能力人才的要求。因而注重能力、方法和性情培養的通識教育日益受到我國高等教育界的普遍關注。專業教育與通識教育結合，培養現代社會所需要的高素質人才，已成為高等教育發展的必然選擇。
2、生命科學教育是通識教育的重要領域
目前困擾人類生存和發展的諸多重大問題：人口膨脹、糧食不足、環境污染日益嚴重、能源短缺、生態平衡失調、疑難疾病等的解決均寄希望於生命科學和技術的進步。生命科學已成為自然科學向前飛速發展的帶頭學科，它與物理學、化學、數學、計算機科學等學科緊密相關。如：人類基因組計劃和基因芯片的研究，要求計算機技術、化學、物理等各個領域的知識和理論的融合；在化學工程領域，化學合成過程中可以引入生物催化等。人類基因組的解讀改變我們對生命整體的認識，生命中最基本的生、老、病、死將重新在基因組研究的剖析下體現其隱密性，這對未來社會各個層面的發展不論是工程、法律、經濟等學科均將產生重大的影響。生命科學不僅拓寬了傳統學科的理論和技術，同時生命科學技術的發展也帶動了自然科學的學科交叉及邊緣學科的空前發展。生命科學類通識教育的開展，對完善學生知識結構，培養具有現代生命科學意識的綜合人才發揮重要作用，生命科學教育是通識教育的重要領域，高等教育中生命科學通識教育勢在必行。
二、生命科學通識教育現狀
通識教育作為一種教育理念近年來逐漸被我國教育界所接受和認同，國內的一些知名高校開始着手實施通識教育，並開展了現代生命科學相關領域專業及通識的訓練，全國已有幾十所高校開設了非生物類本科生“生命科學導論”或“普通生物學”或“生物工程概論”等生物學課程，編寫出版了不同類型的適用於非生物類不同層次類型生物學課程教學的多種教材、系列課程教學大綱及網絡課程和普及讀物，以滿足不同層次學生的需求。但仍有相當部分普通高校在生命科學通識教育特別是非生物專業生命科學的通識教育的認識和實施上存在許多片面和不足。我校生命科學通識教育在生物專業中處於剛剛起步階段，仍有許多值得探究和改進的地方，而非生物專業中的生命科學通識教育仍然沒有啟動，如何在“通識教育理念下開展生命科學教育，實現面向全體學生的生命科學通識教育是一個值得探討的問題。
三、“通識教育”理念下如何開展生命科學教育
1、根據生源特點，設定相應教學目標
通識教育課程要求的是一種基礎性的、普適性的課程內容，強調對基本原理與基本方法的學習。因為學生學習的知識越基礎，接受新知識的能力、解決新問題的能力就越強。不應把過多的應用性課程和專業性較強的課程列入通識課程中。因此，對高校生命科學通識課的教學目標定位如下：通過學習，不僅讓學生了解生命科學的發展歷史、研究領域、研究手段和研究成果，還要讓他們深入瞭解某些熱點研究領域的最新成就和進展以及生命科學和其他學科的相互交叉、相互滲透，從而激發學生對生命科學的求知熱情和探索興趣，拓寬知識面，幫助和促進學生形成一種科學的、理性的思維方式，培養他們具備科學的思想和方法處理和解決學習中碰到的難題。
面對與生命科學關係比較密切的理工科專業本科生，生命科學作為一門基礎課程，其課程目標在於使非生命科學類專業的理科學生掌握生命科學基本知識和願理，拓寬知識領域，完善知識結構，開闊思路，培養科學思維能力和創新精神，提高整體素質；激發對生命科學的興趣和創造性火花，從各自的領域出發尋找與生命科學的交叉點，探索生命科學的奧祕；特別是增強多學科交叉與滲透的意識，為跨學科學習和研究奠定基礎，以利於成長為適應未來社會需要的跨學科高層次的人才。面向文科各專業以及部分理科專業的本科生，生命科學作為供全校學生選修的一門文化素質課程，其課程目標是拓寬學生的知識面，改善知識結構，提高綜合素質，適應未來社會的需要，併為商界、新聞界、法學界和其他領域決策層儲備高素質、複合型和創新型的人才；同時，通過了解人類自身、瞭解人類與環境的關係，建立科學的世界觀，增強現代健康意識，昇華人格。
2、根據教學目標選擇教學內容
根據以上教學目標，在教學內容的選擇上，既要使生命科學的系統知識與21世紀生命科學的重大學科方向和領域、面臨的重大理論和應用問題以及解決這些問題所需的技術和方法等學生感興趣的熱點問題有機地結合，又要增強多學科交叉與滲透的意識，為跨學科學習和研究奠定基礎。不同專業、不同年級的學生有着不同的背景和基礎，因此，對講授的內容就要求不同，可供開設的相關課程有：生物學與人類文明、生物技術、基因工程、人體生物學、疾病與保健、觀賞動物養殖、生態與環保、環境保護與人類生存和發展、人體奧祕、營養與健康、性科學與性教育、生物倫理、庭園藝學、室院花卉、微生物與人類健康、生物史、遺傳與優生、家庭小藥房、生理心理學、昆蟲與人類、生物進化論、生物學前沿、動物世界、生物學方法論、花卉欣賞與養護、人口問題講座、遺傳與健康、植物葉貼藝術與標本製做、生物科學技術及實驗，等等。多模式地開設生命科學通識課，不僅可以滿足學生對不同專業領域知識的渴求，更可以豐富他們的專業知識。
3、改進傳統教學方法，激發學習興趣
通識教育要求教師傳授給學生的並不僅是死板的知識與技能，而是傳授他們正確的科學觀和思考問題、解決問題的邏輯方式，提高他們的知識視野與科學素養，努力培養他們的思維方式、洞察力、智慧和探索精神。為突出生命科學的學科特點，在教學上可以多采取系列講座方式，根據不同的教學目標選擇其中相關內容，然後將講授內容分為幾個部分，每部分又分為幾個專題，每部分有各自的中心，各個專題前後之間相互聯繫，又各自相對獨立。在傳授方式上，多開設一些研討班形式的課程，使課程本身成為教師與學生合作開展探究知識的過程，保持學生與教師之間的良好溝通，在民主、自由的課堂中，激發學習興趣，才能更好地達到通識教育的。目的。另外要採用多媒體教學方式，大量增加動畫和音像教學的比例，儘可能展現生命科學豐富多彩的一面。通過多種教學手段相互補充，使學生對一些陌生的生命科學概念、生物技術的原理和操作、生命科學的微觀現象和生命進化歷程等有更直觀的認識。
4、提供多種形式的考核方法
課程考核具有成績檢測、信息反饋、導向激勵等多項功能。生命科學通識教育應強調多層面、多方式和多層標準，重視綜合素質與知識運用的考核。多種形式的考核方法對生命科學通識教育的開展起很大的促進作用。可供嘗試的方法有：筆試與實驗操作相結合，期會考核與平時成績相結合，開卷與閉卷相結合等多種形式的考核方法；另外，作業、課堂提問、小組答辯賽、課程小論文以及對本課程提出建設性建議等均可作為平時成績考核方面。靈活多樣化的考核方式避免了學生為考試而學習的被動狀態，有效檢測並促進學生自主學習激情，從而實現生命科學通識教育的最終目標。
摘要：
作者通過雲平台和移動終端深度融合，將智慧課堂教學模式應用於“生命科學概論”課程的教學中，實現了課堂教學決策數據化、資源獲取智能化、師生互動多維化、教師評價實時化。本課堂實踐表明，通過運用智慧課堂教學模式，實現了課堂內外教學資源的整合，有助於增強學生的互動性、參與性與自主性，激發了學習興趣，有效地提高了知識的掌握程度。
關鍵詞：
雲技術；移動終端；智慧課堂；互動式教學
● 前言
在“大數據+人工智能+移動終端”時代背景下，如何構建基於“雲+端”技術的智慧課堂，使“低頭族”變成“興趣族”，是目前教育界一個緊迫的任務。智慧課堂是信息技術與教育深度融合的產物，是以培養創新型人才為目標，以大數據挖掘、人工智能分析為基礎，實施課前資源智能推送、課中實時交流互動、課後學情分析與評價等學習活動，進行學習過程記錄與多元智能評價的新型教學策略。[1]醫學實驗技術專業作為筆者所在學校新設立的專業，具有專業新、課程新、培養任務新的特點，更應該與時俱進，筆者通過在該專業“生命科學概論”課程中構建移動端的智慧課堂，利用網絡雲平台，採用多維互動式教學方法，以期打造一個智能、高效的課堂教學模式。
● “雲+端”智慧課堂的特點
智慧課堂可提供多維的互動形式，如師生之間、生生之間、人與技術、人與資源等，其特點包括以下幾個方面。[2]
①資源智能推送。智慧課堂可以為學習者提供豐富多樣的媒體資源，包括教學大綱、電子教案、微課視頻、圖片和網頁等，還可以根據學生的個性化特點和差異，對不同的學生推送有針對性的學習資料，使得學生得以鞏固比較薄弱的環節，提高學習效率。
②實時交流互動。智慧課堂的最大特點是實現了師生之間和學生之間的實時交流互動。例如討論組，師生都可以在需要時發表意見，提出問題，教師或學生可以實時解答，使課堂教學得到延伸。
③評價即時反饋。智慧課堂教學中可以採取綜合的學習評價體系，這個評價貫穿了教學的全過程，包括課前預習測評與反饋、課堂上實時的教學反饋與評價以及課後作業的跟蹤。全方位的反饋評價不僅可以使教師很好地掌握學生的學習動態與學習感受，還使課堂評價形成了完備的評價體系。
④教學決策支持。智慧課堂所生成的評價資源、學生學習習慣、視頻觀看、資料下載等數據都可以成為數據挖掘的基礎數據，對學生學習的全過程進行總結並以數據化或圖形化的方式呈現出來。教師就可以依靠數據挖掘的結果精準地掌握學情，及時調整授課內容和教學重點等。
● 智慧課堂在“生命科學概論”課程中的應用
生命科學概論是研究生命現象和規律的一門基礎科學，它包含生物學的多個分支學科，是生物學的一個縮影和通論。課程內容包括生物大分子、細胞形態結構、新陳代謝、信息傳遞、遺傳變異、動植物與微生物類羣、生物多樣性、生態與環境等模塊。其目的是讓學生了解整個生物界和生命科學的概況，加強對生命科學基本概念和內在聯繫與規律的學習，提高學生主動探索生命奧祕的積極性。
1.課前預習環節
教師一方面根據本章節內容，進行學情分析，包括本章節的基本知識點、重難點分析，本章節與上下章節之間知識連貫性分析，學生的學習行為習慣分析等，從而確定本章的教學目標及最佳教學方法，如啟發式、討論式、小組合作式、案例式等，並提前準備好若干討論話題及隨堂測驗題目。另一方面，根據教學目標提前向學生推送本章節的教學資源，如課件、視頻、動畫、圖片及微課等，讓學生對課程內容進行預習。在生命科學概論中，每一章節筆者都會精心挑選並上傳視頻、動畫，幫助學生進行重難點解析，如神經元的動作電位、靜息電位是如何產生的、引起基因突變的原因、植物形態結構等。學生可以在任何時間自由觀看，提高了學習興趣。
2.課中學習環節
首先，在開始階段學生自主介紹課前預習的有關內容，變被動學習為主動學習。教師則可以從中瞭解學生在預習中理解不透的一些知識點，從而在後續講解過程中重點闡述這些疑難點。其次，在授課過程中，教師可以穿插佈置一些隨堂測驗題目，通過網絡雲平台即時推送到每個學生的手機端。測驗題目以客觀題目為主，學生提交後，雲平台可以進行自動批改和結果反饋。教師則根據課堂測驗反饋結果和數據統計分析，快速找出學生對知識掌握的薄弱點，並進行問題辨析，通過智慧課堂的互動交流解決學生遇到的問題。[3]針對課堂互動，教師既可以藉助平台的互動功能，如設置搶答環節，對回答較好的學生加1～2分，計入平時分，也可以佈置分組任務，引導學生開展分組探究，並要求小組討論後提交成果及展示發言，還可以穿插佈置熱點話題進行討論等。另外，教師還可以讓學生通過手機端提交自己的見解，並將反饋結果集中投屏到大屏幕上，先由學生互評，再由教師集中點評，這樣既活躍了課堂氣氛，又使學生進一步理解了知識點。
3.課後複習環節
每次課結束後，教師可以佈置個性化線上作業，即根據每個學生在課堂學習中的表現和知識掌握程度進行個性化推送。學生則通過移動終端在限定時間內完成線上作業並提交。客觀題由系統自動批改，主觀題由教師給出分數或等級。教師可以根據每次作業分數了解學生對知識的掌握情況，並採取針對性的課後指導，如利用學習通錄製微課、小視頻等推送給學生，方便學生隨時隨地複習。另外，教師還可以利用平台自帶的班級聊天羣，與學生展開線上討論與交流，如哪些不良的生活方式會導致基因突變的發生等。通過對話題的討論，大家也會改正一些不良的生活習慣。
● 智慧課堂應用效果分析
1.將“低頭族”變成“興趣族”
在互聯網時代，部分學生沉迷於網絡遊戲、淘寶購物、娛樂視頻等，成為“低頭族”。因此，如何充分利用移動終端設備，把學生的興趣轉移到學習中來，一直是高校管理者的困惑。在“雲+端”智慧課堂教學模式下，學生無論在課前、課中或課後都需利用移動終端登錄雲課堂APP，自主學習課件、參與討論、在線測試、小組互動、觀看微課視頻，以及查收教師佈置的任務等。移動智能設備不再只是網絡遊戲、娛樂八卦的平台，而是資源搜索、視頻製作、自主學習、小組討論、在線測試的有效工具，使學習變得更有“興趣”。[4]
2.將教師的“獨角戲”變成師生“共唱戲”
在“雲+端”智慧課堂教學模式下，教師不再是課堂的主角，也改變了過去“一言堂”的局面，其身份有了很大轉變，主要起到課堂組織、指導、答疑、點評、總結的作用。學生則成為完成課堂教學任務的主角，通過利用移動終端進行資源蒐集、課件學習、視頻製作、小組討論、測試反饋等一系列活動，學生的課堂參與度大大提高，自主性得到增強。
3.課堂交流更活躍，互動多維化
學生在“雲+端”智慧課堂充分地發言或互動，形成多維度互動教學形式。例如，課堂中設置的搶答、投票環節，每位學生都十分踴躍地參與；在課堂中討論環節，很多學生都利用手機將回答內容滾動投屏到教室大屏幕上，這樣有利於相互比較、相互交流。在課後聊天交流區，每當有學生提出疑問時，其他同學都會積極地幫忙解答，這樣也促成了學生的相互提升。
4.學習個性化，資源和數據獲取便捷化
“雲+端”智慧課堂手機端APP可隨時上傳和下載教學資源，教師可對教學資源庫進行資源優化。學生可以在APP上反覆查閲課件、觀看視頻。教師則可以便捷地記錄學生的作業成績，並對討論發言積極者進行評分。另外，作業庫記錄了學生在學習過程中遇到的共性問題，教師能更加全面地分析學生對課程內容的掌握程度。
● 結語
實施“雲+端”智慧課堂教學模式，是信息化時代對教學提出的要求，也是以後課堂改革發展的重要方向。但該教學模式使教師的準備工作量增加了，如製作微課、下載視頻，或製作動畫、發佈教學資源等，並且要求教師必須具備良好的課堂活動設計能力、活動現場的把控能力，這也是對高校教師提出的重要挑戰。
參考文獻：
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[4]劉穎，蔣拓，王兆丹。基於移動端的智慧課堂混合式教學模式的研究與實踐[J].課程教育研究，2019(16):36-37.
當前，由於人類認識水平的提升，各個學科有了很大的發展，但是對於生命科學，還處於起步階段，人類對於生命的研究還有許多未知領域，還需要不斷地探索，在探索的過程中，有必要生命科學和生物科學結合起來，這兩門學科有許多是共同的，結合起來可以提升研究的效果，有助於實現研究上的突破。
1、生命科學史的作用
人類的存在就是生命的存在，對於生命的研究需要有科學的態度，從生命科學的歷史可以看出，先前的科學家對於生命科學的研究會將生物科學中的基礎知識作為載體，以研究學科歷史的發展進程為線索，這個過程實現了科學、思想和歷史的有效融合，在一體化的研究過程中突出科學的演變和發展，突出生命學理論的思想基礎，發展歷程和經過的漫長道路，研究過程中滲透着科學思想和哲學思想；生命科學的發展進程中基本概念也發生了轉變，生命科學的內容更加豐富。在生命科學的研究過程中，可以看到研究方法、工作方法。而方法中凝聚力思想。在生命科學不斷髮展的進程中，人類對生命的看法也在發生變化。從歷史中可以看出生命科學的起源，可以看出這門學科的價值，可以分析出對社會進步的推動作用。研究歷史離不開歷史的推動者，科學史中可以看出生命科學家的貢獻，而後人更是可以借鑑研究的成功經驗以及失敗後的經驗教訓。歷史研究表明，科學研究含有哲學思想和方法論。生命科學的進程是人類歷史發展的重要組成部分，有着巨大的影響力，科學的性質就是知識，科學推動國家發展和進步。當前高科技的發展離不開生命科學的發展，生命科學史在生命科學研究中佔有重要地位。生命科學也是其它學科發展的基礎。生命科學的發展會為其它學科的發展提供推動力。生命科學的發展可以促進社會的發展，加快社會發展的步伐。我們的生命如何才能合理，如何才會更為人性化的發展，對於這些問題的答案，必須要進行相應的生命科學研究。從科學的本質可以看到，生命科學的根本就是對生命的尊重，對生命價值的肯定。科學研究要具備科學方法和知識的積累，對生命現象研究可助於瞭解生命的產生和發展，可以對生命進行科學合理的解釋。對生命的本質加以深入的理解，研究成果可以促進社會的進步。研究生命科學可以提升科學界的整體發展進程，生命科學會影響到社會的發展速度，會影響到發展方向。研究生命科學是人類在發展過程中需要直接面對的問題，掌握了生命科學，就會掌握人類的發展根本。
2、生命科學史和生物科學的共同作用
研究生命科學需要以生命物質為基礎，以此為基礎進行研究，在遠古時代人類對生命物質的研究就結合了生命與生物，通過長久研究發現了生物對生命的促進作用。人類對自然界生物的探索認識，意識到生命和生物的相互作用，雖然受科學技術的限制，在認識上還比較落後，也沒有形成專業化的學科，但是通過對生命和生物的研究結果已經作用於當前人類的生活，特別是對生命的研究，僅對社會的發展和進步起到了推動作用，使得人們的生存質量得以提高，生活中的更加關注生命與生物，同時也擴大了人類的認識領域。生命和生物有效的結合人類科學發展史中重要里程碑，標誌着歷史性進步。生命科學和生物科學的結合擴大的知識體系，不是簡單的知識相互疊加，而更多的是對本質的研究與探索，在更深意義上對自然科學進行完善，是學術上的融合。生命和生物的共同研究會對知識的結構進行改變，會更加註重對根本的探索，生命和生物知識需要系統的完善，系統的完善有助於兩個學科實現融合的整體研究，研究更加具有方向性，研究更加具有整體性。進行生命和生物的整體研究時，要注重知識的體系，需要以嚴謹的治學態度對生命和生物知識進行綜合性的分析，發現相互的關聯，這樣才能保證研究成果獲得提升，以實現研究的突破性進展。生命和生物的有效結合具有非常廣闊的應用前景，目前研究應用於農業、生物科學和製藥領域，但是隨着研究的深入，研究成果的應用領域會不斷擴大。生命和生物的融合會推動其它學科的發展，提升科技的整體水平，社會經濟也會受益，研究成果可以轉化為生產力，推動經濟的發展。在當前社會轉型發展的關鍵時期，生命和生物的融合會推動社會的發展，拉動經濟的增長。生命和生物在技術突破會改變當前社會的發展結構。當前部分研究成果應用於實際，比如轉基因技術在生物育種的應用，此外還有克隆技術和生物芯片等。而當前重點研究的蛋白質組技術將會帶動大批產業的發展，技術上的突破可以更好的服務於人類。現在人類健康已經實現了產業化，這也是生命和生物學技術發展的結果。未來，人類的健康會更多的得益於生命和生物技術的發展。
3、結語
生命科學史是人類生命發展的歷史，生物科學可以正確認識生物的存在，當前社會在快速發展，這兩個學科的融合研究可以更好的認識生命，認識生物，可以在深層次上取得突破，有助於人類科學的進步。當前生命和生物的結合對社會的發展起到了推動作用，技術的發展實現了人類深層次的認知，也推動了人類的發展。
一、對生命科學的認識和思考
現代社會科學技術的飛速發展，極大地推進了人類社會的進步，而生命科學領域更是尤為突出，生命科學的進展給我們的生活帶來了天翻地覆的變化。生命科學與生物技術早已成為當今最為活躍的科技領域之一，人類對生命活動基本規律的認知水平達到前所未有的程度，其地位和作為是不言而喻的，它是當今在全球範圍內最受關注的基礎自然科學。
大千？生命世界，數以百萬計的不同物種雖然在形態結構和行為活動上表現得千差萬別，但生物世界中最本質的東西卻是高度一致的。構成生命的化學元素和生命大分子在化學組成都是由C、H、O、N、P、S等化學元素和4種核苷酸、20種氨基酸、糖類、脂肪等基礎生物大分子組成，這些成分是生命構建和一切生命活動得以進行的基礎；所有生物體都能夠進行新陳代謝，並在新陳代謝過程中不斷的生長；所有生物體都能夠進行繁殖產生後代，由於受基因控制和基因改變的影響，生命的繁殖表現出高度的遺傳和變異特性。
細胞是生命存在的最基本形式，是一切生命活動的基礎，被稱為生命的基本結構單位和功能單位。
從宏觀角度看，地球上的生物構成了一個複雜的生態系統，在這個系統中，生物之間相互依賴、相互制約。生命科學是一門歷史悠久的學科。在人類文明的初期，人們就注意到了生命與非生命的區別，並對生物進行觀察、描述，收集整理了大量的材料。17世紀前，由於科學技術水平的限制和神學對人們思想的影響，古老的生物學始終停留在觀察和描述階段。直至20世紀以來伴隨物理化學等有關學科的發展生命科學的一些基本概念和理論建立起來了。20世紀後半葉，隨着分子生物學的興起，生命科學的發展獲得了前所未有的速度，一方面傳統生物學的學科分支進一步深化、細化，另一方面學科間的交叉進一步加強。20世紀70年代以後，以生物工程、克隆技術、PRC技術等為主要內容的現代生物技術取得突飛猛進的發展
二、生命科學與社會發展
生命科學是一門神聖的學科，社會的發展離不開生命科學。
醫學領域：1929—1943年，青黴素的發現，拯救了二戰後期幾百萬人的生命，抗生素的廣泛使用。
遺傳學領域：1953年，沃森和克里克首次提出DNA雙螺旋結構，揭開了遺傳的神祕面紗。
生命科學領域：1997年2月，首例哺乳動物――克隆綿羊“多莉”的誕生；農業領域：轉基因棉的研製成功，害蟲防治的突破發展。
環境領域：“超級菌”的研製成功，極大程度上解決了海上石油污染的問題。
目前，社會上出現了很多種複雜的疾病，例如糖尿病、心臟病等，光靠有限的醫學藥物是遠遠不夠的，好多人因此丟失了生命，基因工程的出現給醫學領域帶來了曙光，科學家們利用基因工程生產出某些特殊的基因和世界上難找的蛋白質，比如説，科學家利用轉入轉胰島素基因的大腸桿菌來生產人們所需要的大量胰島素，大大縮短了胰島素的生產週期，治癒了更多的胰島素病人。基因工程還生產出了大量的基因產品，如人的生長激素、干擾素、白細胞介素—2等，對人類的發展起到至關重要的作用。
三、生命科學與我們的生活
進入二十世紀八十年代，生命科學更使勢不可擋，雄居影響當代人生活的四大科學之首，目前，生命科學已經成為21世紀當之無愧的帶頭學科。國際核心期刊論文發表生物學佔着越來越多的比例，世界優秀科技成果評選總不會離開生物學的最新成果，無論從這些還是從對人類生活及思想的影響來看，生命科學都是當今世界科學研究的核心，最為炙手可熱的領域
以下一些生活中的案例來説明生命科學對我們生活的影響：
在山東，醫學專家為60歲的劉為榮換了心臟。我國自上世紀80年代末開始做心臟移植手術以來，劉為榮是年齡最大的“換心人”，現在他像正常人一樣安排起居。
在上海，上海生物製品研究所生產出第一批高質量的新流感裂解疫苗。流感裂解疫苗不僅接種保護效果好，而且臨牀副反應極少，適合各種年齡段的人羣接種，最受市場青睞。
在日本，東京齒科醫科大學和大日本印刷公司藉助特殊的印刷技術，成功培育出與人體血管原來形狀相同的毛細血管，有望用於治療心肌梗塞。
在美國，其國家人類基因研究所宣佈，他們已繪製成功首張狗基因測序草圖，顯示狗與人類的基因數量大致相同。這一成果有助於人類對與基因相關的疑難病症的研究。
在新加坡，科研人員發現經高温和超聲波加工處理後的動物骨骼植入人體後，可能不會發生感染或排斥反應，這為異體骨骼移植帶來了新希望。
在韓國，研究人員首次培育成功轉基因熒光雞，使轉基因雞蛋在食品、製藥等領域的大規模應用進了一步。
以上這些告訴我們，生命科學就是為我們的生活服務的，它的出現和發展就是為了使我們的生活更加美好。
諸如此類，生命科學可以解決的事情還有很多，只要是生活中能想到的方方面面，都能見到生命科學的蹤影。
也許會有人問，生命科學現在的作用已經真麼大了，那未來呢？未來又會怎樣？我們可以盡情展開我們的想象。也許所有以前神話裏的事情，將來都會發生，也許我們會生出一雙翅膀，能像鳥兒一樣在天空飛翔；也許我們能像魚一樣在水裏自由呼吸；也許我們都能長生不老，永遠保持年輕；也許……總之，這一切都將隨着生命科學的不斷髮展，逐步實現。
生命科學哲學（Philosophy Of Biological Science）是本世紀六七十年代興起的一股科學哲學思潮，雖然它的興起主要是以本世紀50年代以後生命科學的蓬勃發展為基礎，但從事生命科學哲學研究的哲學家們並不侷限於把他們的哲學看作是一門部門哲學，而是更進一步，把他們的哲學看作是科學哲學的新範式：一種與傳統的根植於物理科學之上的科學哲學相對的新的科學哲學。
因此，當代人們提到生命科學哲學就有兩層含義。狹義地講，生命科學哲學是關於生物學的哲學，主要研究生命的本質、生物學的理論結構、概念框架、一般方法等問題。換句話説，生命科學哲學就是關於生命的本體論、認識論和方法論的哲學學科。在此意義上，“生命科學哲學”即是“生物學哲學”，它是科學哲學的一個子學科。廣義地講，生命科學哲學是科學哲學的新思潮。傳統的科學哲學究其根本，都是以物理科學（包括物理學和化學等學科）為根據的，所以新哲學家們把這種哲學稱之為物理科學哲學（Philosophy Of Physical Science）。新哲學則主要是以生命科學為基礎而又兼顧物理科學。所以為了突出新哲學與傳統哲學的不同，一些哲學家把這種新哲學稱之為生命科學哲學。
1.生命科學哲學興起的背景
自然科學是哲學的基礎，任何一種哲學的產生都與當時的科學背景密切相關。近代科學是從1543年開始的，雖然這一年出版的兩本偉大著作中的一本——維薩里的《人體的構造》是生物學的一個分支，可是其後的一百多年，生物學並沒有突飛猛進的發展，而運動學和力學卻首先得以快速發展。1687年，牛頓的《自然哲學的數學原理》出版，使經典力學這座宏偉大廈最終落成。此後，物理科學的其它學科也都先後發展起來並逐步成熟。與此相對，生物學在牛頓時代尚處於孕育時期，用恩格斯的話説就是“還處於蒐集材料的階段”，牛頓的物理革命在當時並沒有引起生物學的革命性變革。生物學思想的重大革新是在19世紀和20世紀才開始產生的。因此，當科學哲學在17世紀和18世紀開始發展起來的時候，或者説，當培根、笛卡爾、萊布尼茲和康德論述科學和科學方法時，完全是以物理科學為基礎的。在這種情況下，物理科學的思想和方法自然成了評判一切科學的標準，大多數哲學家理所當然地把物理科學看作是科學的標準範式，認為一旦理解了物理科學，就能理解其它任何科學。儘管早在19世紀中葉，達爾文就曾説過生物學的成就將會使哲學出現新繁盛，可是19世紀的科學哲學仍然完全根植於物理科學之中，不論是第一代實證主義（孔德）還是第二代實證主義（馬赫），他們關於科學的本質，科學的理論結構和概念框架、科學方法等等的論述，完全是以經典物理學為依據的。進入20世紀，實證主義發展到了它的第三代——邏輯實證主義。正如提出這種理論的核心人物所説，邏輯實證主義主要依據的自然科學理論是數理邏輯和20世紀初誕生的相對論和量子力學。面對這種情況， 著名的生物學家和哲學家恩斯特·邁爾（ErnstMayr）不無遺憾地説：“自從伽利略、笛卡爾、牛頓以來直到20世紀中葉，科學哲學一直由邏輯學、數學和物理學所左右達數百年之久”( 〔2〕)。
然而，本世紀中葉以後，由於傳統科學哲學的自身危機以及分子生物學革命和綜合進化論的革新，使哲學家們開始轉向對生物學的哲學概括，以便從生物學中找出科學的新範式，於是，有關生物學的哲學思考成為西方科學哲學討論的一個最熱點的領域之一。在這種討論中，生物學哲學作為一門學科逐步成熟。
我們先從傳統科學哲學的危機談起，傳統科學哲學有三個主要的教條：一是分析命題和綜合命題的區分，認為自然科學的命題是綜合命題；第二是還原論，“即認為每一個有意義的陳述都等值於某種以指稱直接經驗的名詞為基礎的邏輯構造”；第三是演繹的解釋理論，認為科學解釋就是推理，一個需要解釋的對象，只要它能從一些規律性陳述和一些前提條件中推導出來，它就得到了解釋。其中第二點是邏輯實證主義的中心命題，這個命題換個説法就是認為，在科學中，觀察（或經驗）和理論是可以完全分開的，科學的本質就以經驗為基礎建立科學理論，科學理論的正確與否就是看它能否得到證實。奎因在《經驗論的兩個教條》中已對這種經驗與理論的二分法以及第二個教條進行了批評。不過，決定性的批判則來自波普爾。波普爾認為，從邏輯的角度看，完全證實是不可能的，然而反過來，證偽卻是可能的。由此，波普爾提出了證偽主義的科學綱領：科學的標誌不在於它的可證實性，而在於它的可證偽性。由於波普爾的工作，科學哲學開始發生一個重大的轉變：從研究科學理論的靜態結構轉向研究科學理論的歷時結構。於是庫恩的範式論、拉卡託斯的研究綱領方法論、費耶阿本德的無政府主義方法論等科學哲學理論相繼出現，使傳統的科學哲學出現嚴重的危機。
我們再從生物學本身的發展看。自從1953年沃森（on）和克里克（k）認定DNA的雙螺旋結構以來，生物學便跨進了飛速發展的新時代。短短十多年的時間，遺傳密碼就得以破譯，基因的作用機理也弄清楚，遺傳工程亦開始實施。同時，由於新知識的滲透和綜合，生物學的一些古老的學科，如進化論、胚胎學、分類學等也面貌一新。一時間，世界範圍內出現了一股研究生物學的熱潮，生物學成為繼相對論和量子力學革命以來發展最快，成就最多的學科。生物學的這些革命性發展自然引起越來越多的哲學家對它的關注。他們或者利用生物學的成就重新評價以往科學哲學的適當性，或者從生物學中總結出獨特的認識論、方法論和本體論問題。
傳統科學哲學的危機以及生物學的持續發展因此使生命科學哲學成為當代科學哲學研究中的最激動人心的領域。各種論文和論著大量湧現。1985年，在一些哲學家和生物學家的努力下，一本專門討論生命科學哲學的雜誌——《生物學與哲學》也在西方創刊。作為一股新的科學哲學思潮的生命科學哲學就是在70年代興起的，在80年代和90年代，這門學科逐步成熟並不斷髮展。
2.自主論和分支論：當代生命科學哲學的兩大派別
近來西方出版的幾乎所有生物學哲學的著作都以生物學在科學體系中佔有什麼位置，或者説生物學與物理科學相比有什麼不同這個問題作為開篇。按照羅森伯格的説法，生物學和物理科學的關係問題是“生物學哲學的中心問題”。在此，我們可以換個説法，把這一問題看作是生物學哲學的基本問題，因為，第一，這一問題是任何一個生物學哲學家必須首先提出並要作出回答的問題。“生物學與其它自然科學是否不同和怎樣不同是生物學哲學… …所面對的最突出、最明顯、經常被提出、爭議最多的問題”(〔3〕. P13)。第二，對這一問題的不同回答方式及結果，決定着生物學哲學討論的幾乎所有其它問題的回答方式及結果。生物學家和哲學家提出的有關生物學的邏輯的、認識論、本體論和方法論的較具體問題幾乎都是圍繞這一問題展開的，比如還原論與突現論的爭論，關於社會生物學科學性爭論，心身關係的爭論等等都是如此。第三，對於生物學家和生物學哲學家來説，對這一問題的不同回答反映了他們對生物學應當前進的方向的不同看法。生物學的研究應當採取什麼樣的方法？未來生物學的重點在什麼地方？對生物學和物理學關係問題的不同回答，直接關係到對這些問題的看法。
關於生物學的地位或者説生物學與物理科學關係的爭論一直在兩對立的派別之間進行，這兩個派別，一個可稱之為分支論，一個可稱之為自主論。分支論認為，生物學在原理和方法上與物理科學並沒有什麼不同，而且未來的研究到了一定的時候會將整個生物學還原為物理科學。與之相對，自主論則認為生物學理所當然地是一門自主的科學，因為它研究的對象、它的概念結構和方法論與物理科學根本不同。
聯繫到前面提到的生命科學哲學興起的背景，我們就可以看出，分支論和自主論實際上是對傳統科學哲學危機和生物學迅速發展的兩種不同的反映。
從科學哲學的轉折來看，本世紀五十年代後，由於波普爾的批判，科學哲學從邏輯實證主義走向與之相對的歷史主義。然而，並不是所有的哲學家都在這種轉折中追隨波普爾、庫恩等人放棄了實證主義，相反，有許多哲學家仍然堅持實證主義的基本原則，只是在細節上對實證主義作了不同程度的修改。 這些哲學家有人把他們稱作後實證主義者（Postpositivist）。後實證主義的基本觀點是：
（1）科學是通過建立越來越普遍的經實驗驗證並具有解釋能力的經驗概括髮展的，這些經驗概括進一步被組織到更普遍的理論中去以更加擴展和加深這些概括的解釋的統一性和預言的精確性；
（2）科學解釋就是要把被解釋的對象歸併到普遍的規律或定律之下，因此，任何科學都需要規律或定律或至少是可改進的概括；
（3）科學需要規律或定律還因為實踐的預言和控制也是依據規律或定律做出的。沒有規律或定律，不僅解釋是不可能的，預言和控制就更不可能。
（4）不同的學科有不同的發現、規律和理論，但所有這些發現、規律和理論將最終組成一個連貫的理論階梯，在這個理論階梯中，可從最基本的物理學的理論和規律出發推演出所有其它學科的理論和規律，即所有的學科最終可統一於物理學。
當然後實證主義的觀點並不僅是我們所列的這些，但對我們的問題這已足夠。很顯然，後實證主義的這些觀點只不過是對實證主義的進一步修正而已，它們的基礎仍然是物理科學。在生物學的驚人發展面前，這樣的關於科學本性的結論適合生物學嗎？
很顯然，從生物學目前的狀況看，它還不能立刻地，明顯地滿足後實證主義的描述。生物學目前還不象物理科學那樣有許多簡單、精確、相互聯結並具有解釋和預言能力的定律或規律；它的許多發現和描述語言與物理學和化學的發現和語言很少聯繫；它研究的模型系統的普遍性也是有限的。所有這些特徵使它成為驗證後實證主義科學哲學的很好的場所。這些不同是表面的、暫時的，還是本質的、永恆的呢？
於是，在哲學家中間，生物學與物理學是否不同和怎樣不同的問題，就變為生物學是否和怎樣與後實證主義的哲學圖景相符合的問題。回答相符合的哲學家，就竭力從生物學中尋找材料證明後實證主義哲學圖景的普遍性，並竭力證明生物學與物理學的上述差別是暫時性的。回答不相符合的哲學家則相反，他們從生物學尋找材料反對後實證主義的哲學思想，並竭力表明，生物學與物理學差別是永遠不會消失的。
以上是分支論和自主論爭論的哲學根源——後實證主義和反實證主義（antipositivism）。分支論和自主論的爭論還有其科學自身發展的依據。
本世紀中葉以後，生物學中最激動人心的事件就是分子生物學的革命。由於這一革命，生物學的許多現象都可根據DNA 分子的結構得到解釋。分子生物學的成功使許多生物學家以及哲學家堅信，生物學的所有現象最終都可以根據它們組成部分的物理化學規律完全得到説明，物理學和化學的方法完全適合生物學研究。DNA 雙螺旋結構發現者之一克裏克就斷言：“生物學當代運動的最終目標事實上就是根據物理學和有機化學解釋生物學。對於這一點有很多理由。因為化學和物理學的相關部分……量子力學與我們關於化學的經驗知識一起，表明能為我們提供建立生物學的確定性基礎，這與牛頓力學……為比如機械工程提供基礎是同樣的方式。”(〔4〕.P10)
物理學和化學之所以能為生物學提供一個“確定性基礎，”在這些人看來，是因為生物體最終是由物理材料——運動中的分子和原子組成的。這些分子和原子在生物體中被聚集在不同的組織水平上，一些水平甚至能避開其它水平自主地活動，但是最終都是物理學和化學的產物。因而克里克説：“最終人們希望生物學的整體可根據比它低的水平進而正好從原子水平得到解釋”。(〔4〕P.12)
既然生物有機體可以從其組成部分的物理特性和化學特性得到解釋，所以這些生物學家和哲學家繼續斷言，整個生物學最終將變為物理學和化學的一個分支。
這些生物學家和哲學家就是我們所説的分支論者，概括起來，他們認為：“生物學最好能成為物理科學的一個分支，一個能夠通過運用物理科學方法，現在特別是物理學和有機化學的方法發展的獨立分支”。(〔3〕P16)他們把分子生物學作為用物理學和化學研究生物學的最成功的範例，因此，對他們來説，生物學的其餘部分都應象分子生物學一樣，主動地與物理化學靠近。目前，生物學和物理科學之間仍然存在着很大差別，有許多生命現象還不能用物理學和化學解釋，但他們認為，隨着生物學和物理學的發展，最終都可以用物理學和化學來解釋。
然而，除了分子生物學之外，羣體遺傳學、綜合進化論、生態學、行為學、分類學等生物學學科在本世紀也得到了革命性發展，“都顯示空前繁榮，茁壯成長”。這些學科都有其本身的詞彙，方法論和概念結構，與其它學科特別是物理科學很少聯繫或只有最少的接觸。因此，面對分支論的挑戰，從事這些學科研究的生物學家以及從這些學科蒐集材料的哲學家就認為，儘管物理學和化學方法在生物學研究中曾取得過振奮人心的成績，但是物理學和化學的方法並不能完全適合生物學的主題內容。他們認為“生物學真正重要的目標以及獲得這些目標的適當方法，與其它科學的目標和方法是如此不同，以致於生物學的理論和實踐必須與物理學和理論實踐保持持續的隔離。”(〔3〕.p16) 這些生物學家和哲學家就是自主論者。根據他們的觀點，生物學追尋的是回答物理學不能回答的問題，因而生物學必須運用物理學提供不了的方法和手段，當然，生物學也可自由地借用物理學的理論和方法，但它不能僅僅簡單地靠借用發展，它必須形成自己的方法。生物學運用物理學方法在某些方面能夠取得成績，但生物學若運用自己獨立的方法則會取得更大更明顯的成就。分支論與後實證主義的觀點是一致的，但在自主論者看來，後實證主義從物理學中得出的科學圖景對生物學來説是完全錯誤的。生物學當然是一門自主的學科，後實證主義那種建立在物理科學基礎之上的科學統一觀念會使生物學走向迷途，並阻礙生物學的快速發展。
除了分子生物學以及宏觀生物學自身研究特點、研究方法使一些人支持分支論、一些人支持自主論外，未來生物學研究的重點在哪一個方面，也是人們支持分支論或自主論的重要原因，或者説是動機。著名生物學家和哲學家恩斯特·邁爾曾説：“許多物理學家堅信全部生物學的見解都能歸結為物理學的定律，這種情況使許多生物學家為了自衞而主張生物學的自主性，很自然，不只是物理學家，而且信奉本質論的哲學家也極力反對這種生物學的解放運動，但是這種解放運動在最近幾十年不斷增強了力量。物理科學的原則，理論和定律是不是能説明生物科學中的每件事呢？生物學至少部分的是不是自主的科學呢？對於這些問題的冷靜討論，由於物理科學和生物科學明顯的對抗情緒，甚至是互相敵對的情緒，就成為非常困難的事情。許多人曾經想把各門科學分類排列，把數學（或者特別把幾何學）規定為科學的皇后。在為爭取各項榮譽如諾貝爾獎金、政府及大學的預算、職位以及在非科學家中的普遍聲望的競爭中，這種對立變得非常表面化了”。(〔1〕37—38) 從邁爾的話裏我們可以看出，生物學家支持或反對生物學自主性的一個重要原因是為自己從事的職業的重要性作辯護。
3.爭論問題的展開
圍繞“生物學和物理學是否不同和怎樣不同這個基本問題，自主論和分支論展開了一系列的爭論。從爭論問題的普遍性程度看，主要有以下幾個不同層次的問題：
首先，最普遍的一個問題是生物學和物理學研究的目標或戰略是否相同的問題。自主論認為，在生物學和物理學的基本研究戰略中存在如下一個明顯的差別：物理科學的解釋框架是機械論的，而生物學的解釋框架則是有目的的、目的論的或功能的。這裏所説的機械論廣義地説是指這樣一種觀點：一個系統的行為是通過它的組成部分的牛頓性質——位置和動量（或它們的其它替代量）決定的，一個機械（力學）系統的行為是該系統組成部分的位置和動量數值的數學函數。物理科學對其需要解釋的現象都是通過擴展這些力學概念及建立這種數學函數解釋的。生物學的解釋框架則與此不同，主要是目的論的。這裏所説的目的論是指通過尋求系統的目標、功能、需要來解釋系統的行為。生物學在解釋生物現象時不是通過尋求構成生命系統的力學行為來完成，而是通過發現整個系統以及它的組成部分服務的目標、功能或需要來解釋。這就是説，生物學解釋主要依靠的是對生物系統服務目標的正確辯別，而在物理科學中，沒有目標、目的、功能、需要等概念的位置和空間。因此，生物學和物理科學研究的總體目標就不相同：一個通過把現象分解成它的組成部分的力學行為來解釋，另一個則通過在一個給定的現象中辯別出一個功能網絡來解釋。在這種情況下，兩個領域的基本研究戰略就必然不同。
分支論者也承認物理科學與生物科學在解釋方式上存在這種差別，但與自主論者相反，他們認為這種差別是表面的，是可以排除的。
爭論的第二層次的問題是關於生物學和物理科學中理論的本性、數目和關係問題。物理科學的研究對象可區分出不同的層次，對不同層次對象的研究可形成不同的理論，發展出不同的學科分支。這些不同的學科分支和理論可能是獨立研究、獨立建立的，然而，在物理科學中已達到這樣一種水平，不同層次的理論可以邏輯地、數學地整合在一起。力學、光學、熱學、電磁學、量子力學、相對論以及化學鍵理論、化學動力學理論、平衡常數理論等，都如此緊緊地連結在一起，以致於我們可以把這些理論從更基本的到派生的加以分類，然後用基本的解釋派生的，並且可以根據一個領域的理論新進展預測另一個領域理論發展的情況。相比之下，生物科學中的各種理論間的聯繫就沒有這麼緊密。進化論、遺傳學、生態學、古生物學、胚胎學、發育學、生理學等等學科都有其自身的理論，但這些理論之間的聯繫，並不象物理科學那樣可以形成演繹關係，可以數學地整合在一起。舉例來説，進化論對生物學的地位，就象牛頓力學對物理學的地位一樣重要，然而，它們的理論結構卻大不一樣。牛頓力學本身的定律可用數學公式表示，其定律之間可形成嚴密的推理關係，其理論體系可用公理化方法建立，而進化論的理論內容只能定性描述而不能數學化，儘管有人試圖對進化論也作公理化處理。通過牛頓力學可以推演出物理科學其它領域的一系列理論，而通過自然選擇理論卻推不出比如分類學、古生物學、形態學、胚胎學、生態學、遺傳學中的有關理論，儘管有人説自然選擇理論統一了這些學科。面對生物科學與物理科學理論本性、數目和關係的這些差別，自主論認為，這反映了生物科學自身的獨特特點，説明生物學是一門自主的科學，而分支論則認為這種差別是暫性的，這表明生物學在目前還不是一門特別完善的科學，隨着生物學的發展，這種差別將最終消失。
爭論的第三層次的問題是關於生物學中是否存在規律以及規律的形式問題。一般説來，物理科學的理論是由一系列規律或定律經整合或演繹構成的。因此，傳統科學哲學都把規律或定律看作是科學理論的象徵，認為任何一門科學都應有自己獨特的規律或定律。生命科學理論範式的形成，使一些人對此發生了懷疑。生物科學的理論是由規律或定律構成的嗎？在當前的爭論中，一些自主論者提出了否定意見，認為在生命科學中並不存在規律，他們認為規律或定律的觀念是傳統科學哲學的偏見，新哲學應摒棄這種偏見。生物學若沒有規律，生物學如何存在和發展呢？這些人認為在生物科學的理論結構中概念起着中心地位，生物學的發展表現在概念含義的擴展和新概念的提出。不過，也有一些自主論者象分支論者一樣承認生物學中存在規律，但他們同時又認為，這種規律是獨特的，與物理科學的規律相比，不僅在內容上而且在形式上都是不同的。這些自主論者認為，物理科學的規律反映的是推輓式的（push—pull）因果機制一個在先的原因產生一個或多個結果，而生物學的規律描述的卻是生物目標、目的或功能與為了得到它們的生物系統之間的關係。目標和它解釋的行為之間的關係不是物理意義上的因果關係，因為在物理科學中，在後的目標不能解釋產生它的事件，但在生物學中，先在事件是由目標解釋的。因此，物理科學中的規律是因果性的，而生物科學中的規律則是功能性的或目的論的。反對這一點的分支論者長期以來一直試圖分析自主論者所説的規律的意義，以便它們也能在非目的論的概括下被表達。分支論者認為，生命現象不過是物理現象的一個複雜的種類，所以對生物學現象的描述與對物理現象的描述就沒有什麼種類上或本質上的區別。對他們來説，目的論描述或者是物理規律的方便省略，或者是通向另外的用物理規律對生命現象作更精確的描述的中轉站。
爭論的第四個層次的問題是關於一些只在生物學中出現而不在物理科學中出現的概念和語詞的含義的爭論。比如關於生物學和物理學研究戰略差別的重大爭論 目的論和因果關係的爭論必然要涉及到一些概念，象“適合”、“適應”、“競爭”、“掠奪”、“擬態”等。在分子生物學中，人們毫無顧忌地使用象“識別”、“密碼”、“錯誤”等概念。這些概念都是目的論的概念，在物理學中是不存在的。它們能被轉譯成沒有目的論的概念嗎？它們在生物學中的存在是否説明生物學有嚴重錯誤的內容？這些都是值得深入思考的問題。
總之，圍繞生物學哲學的基本問題，哲學家們在從整體研究綱領、目標直到個體概念四個不同層面的具體問題展開自己的討論，這些問題即互相區別又互相聯繫，使生物學哲學從總體上既表現出內容上的多樣性，又表現出統一性。
參考文獻
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〔3〕A. Roseberg, The Structure of Biological Science CambridgeUniversity Press, 1985
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