热力学在生命科学中的应用范文第1篇

[关键词] 生物素养；学科热点事件；屠呦呦；施一公

培养学生的生物科学素养是普通高中生物学教学重要的目标。我国现行的普通高中生物课程标准所描述的课程基本理念中明确提出，提高每个高中学生的生物科学素养是本课程标准实施的核心任务。因此，作为高中生物教师，应该充分利用各种课程资源，着力于提高学生的生物科学素养，合理挖掘当前与生命科学密切相关的热点事件，开展教学不失为一种有效的选择。

一、解读生物科学素养的主要内容

我国现行的《普通高中生物n程标准》指出：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，它反映了一个人对生物科学领域中核心的基础内容的掌握和应用水平，以及在已有基础上不断提高自身科学素养的能力。1993年，美国生物科学课程研究所（简称BSCS）出版了名为“发展生物学素养”的生物学课程指南，对生物学素养作了详尽的论述，并把它作为生物学课程的基本目的。BSCS认为，一个具有生物学素养的学生需要对科学的本质和特点有起码的理解。学生对科学知识特点的认识和理解，对科学的价值以及科学探究的过程和方法的理解与掌握，是生物学素养的基本要点。比较两者对生物科学素养的界定，虽然在表述上略有不同，但总的来说，两者对生物科学素养的认识是趋同的。概括地说，生物科学素养可以从知识、能力、情感态度和价值观三个维度来定义：在知识层面上，要求学生掌握基本的生物科学知识，能够用所学习的生物学知识理解或解释发生在身边的生物科学现象；在能力层面上，要求学生具有一定的生物科学探究和创新能力，具有将生物学知识用于解决实际问题的应用能力；在情感、态度、价值观层面上，要求学生形成正确的世界观和价值观，对生命现象和生物科学知识具有关注和探究的热情，对生物学技术及其他与生物学相关的问题具有正确的判断力，并且能根据自己的判断做出正确的抉择。

二、学科热点事件在培养学生生物科学素养中的作用

当今，随着信息传播手段的不断发展，人们获得各类信息的渠道增多，不少事情得到人们的关注而成为社会热点事件，这其中就有一些事件与生物学具有一定关联的，我们称之为学科热点事件。这类学科热点事件本身或者与事件相关的背景可能蕴涵着生物学的知识和原理，可能关系到生物学知识和技术的研究、发展和应用，也可能涉及对生物多样性、现代生物技术应用等方面的态度和价值判断。这就使得这些学科热点事件具备了成为有利于培养学生生物科学素养的课程资源的条件。

引导学生关注和探究这些学科热点事件，对于广大教师来说，也是培养学生的生物科学素养的应然之举。一方面，学生对于与生命科学有关的现象和事件的关注，乃至于愿意着力于对它们进行探索和研究，本身就是生物科学素养的一部分。2016年1月7日的《南方周末》发表的《核心素养：素质教育的新起点》一文中指出：现在的高中生中知道当红影视明星的学生要远多于知道屠呦呦的学生。此文提出，培养学生的核心素养需要用现实的情景及问题来激活教材知识，并借此将综合实践能力与情感、态度等加以整合；需要用人类最前沿的科普性知识，不时对“核心素养”予以淬炼和激活。另一方面，热点事件得到了社会层面较多的关注，在各种媒体中出现的频率也比较高，往往能够激发起学生去了解甚至去研究的兴趣。由于学科热点事件关联着学科的知识、技能和价值判断，只要老师引导得法，学生就有可能围绕这些热点事件有所疑、有所思、有所感、有所得，学生的生物科学素养就会在这个过程中得到有效的提高和发展。

一段时期以来，与生物科学相关的热点问题是很多的，笔者略举两个例子来说明其在培养学生的生物科学素养中的作用。

（一）屠呦呦研究员获得2015年诺贝尔医学和生理学奖

2015年，我国生物科学领域最引入注目的事情当属我国科学家屠呦呦与两位外国科学家分享了本年度诺贝尔医学和生理学奖，这是我国科学家因为在中国本土进行的科学研究而首次获诺贝尔科学奖。获奖消息传来，可谓举国沸腾，中国科学界多少年的诺贝尔科学奖的梦想这一刻终于成为了现实。笔者认为，我们每一位生物老师都应该在第一时间与同学们分享这份喜悦。同时，教师也需要挖掘这一事件在培养学生生物学科素养上的价值。

首先，教师应利用这一事件努力激发学生对生物科学的兴趣和热情。虽然学习及科学研究的本身并不是为了获奖，但获得诺贝尔科学奖毕竟代表了学界对科学家工作的充分肯定，是科学家本人以及他所代表的国家的一种无上的光荣。一个国家获得诺贝尔奖的多少，在很大程度上反映着这个国家科技创新能力的高低。我们国家在获得诺贝奖的道路上才刚刚起步，但我们有理由相信会有更多的诺贝尔奖花落中华大地。屠呦呦研究员获得诺贝尔医学和生理学奖，而在生物学领域还有无穷尽的未解之谜等待着人类去发现。21世纪正是“生命科学”获得巨大发展的世纪，“生命科学”发展的美好愿景一定能够吸引更多的同学关注或者投身于生物科学的研究中。因此，生物教师应该做好学生的领路人和宣传员。

其次，屠呦呦获得诺贝尔奖这一事件能够帮助学生形成正确的价值观。诺贝尔奖的颁奖词中提到，“屠呦呦发现了青蒿素，这种药品可以有效降低疟疾患者的死亡率”，“这三人的科研发现的全球影响及其对人类福祉的改善是无可估量的”。教师应该组织学生从这些颁奖词的角度去分析和讨论学习生物学知识以及进行有关生命科学研究的目的和价值取向。经过探讨，学生能够认识到学习知识、发展能力的重要性，力求用所学的生物学知识解决人们生产、生活中的实际问题。关注整个人类的生存和发展是学习生物学的根本目的，也是每一名学生立志要去实现的目标。屠呦呦研究员在解释当年她选择就读北京大学医学院药学系的原因时说：“药物是治疗疾病的主要手段，我认为只有生药学专业才最可能系统地探索中医药领域。”这段表述说明了屠呦呦年轻时候的志向和追求。显然，她获得诺贝尔奖与她所具有的正确的价值观是密不可分的。

这一事件在培养学生的科学创新意识和精神、引领学生理解生物科学探究历程和方法等方面都具有重要的作用。

（二）施一公教授带领的研究团队揭示剪接体结构及工作机理

在生物科技前沿领域，我国也有一些重大的发明和发现成为人们关注的热点。2015年8月，中国结构生物学家施一公教授带领的研究团队在《科学》周刊同时在线发表了两篇文章，揭示了剪接体的结构及工作原理。这是中国科学家在有关基因表达过程研究领域中的一项重大发现，清华大学为此项科研成果召开了新闻会。生物科学界很多科学家都认为这一发现是有望@得诺贝尔奖的成果。美国科学院院士、美国斯隆-凯特琳癌症研究中心教授丁绍・帕特尔说：“剪接体的结构是完完全全由中国科学家利用最先进的技术在中国本土完成的，这是中国生命科学发展的一个里程碑，它将影响并鼓励下一代青年人进入生命科学研究领域。”这一事件无疑是人们尤其是与生物科学相关的各界人士关注的热点，而帕特尔教授的评论，提示我们这一热点事件富含着培养学生生物科学素养的价值。

首先，教师可以充分利用这一事件培养学生的创新精神和创新能力。创新是一个民族的灵魂，创新精神和能力也是生物科学素养中至关重要的一个部分。围绕这一事件，我们不仅要向学生介绍施一公教授的团队研究的成果和意义，更重要的是要引导学生关注他们在技术和方法上的创新之举，要让学生深刻理解创新对于科学发现的重要意义。RNA剪接体的结构是长期困扰科学家的一个难题，而施一公教授的团队正是创造性地运用了冷冻电镜技术，并运用了新的计算方法才最终得到了科学的结果。也许，同学们并不能理解这些技术的原理，但同学们一定要有勇于创新的意识。同时，我们要让学生对创新有一个正确的理解，创新并不一定就是“无中生有”，如上文提到的冷冻电镜技术已经产生了几十年了，施一公教授的团队是创造性地运用了冷冻电镜的最前沿技术。因此，教师要让学生认识到创新可能是一种技术的改良，可能是一种新方法的运用。只要我们勤于思考，在科学的基础上勇于革新，创新并不是遥不可及的。对于学生来说，只有增强了他们对创新的理解，创新能力的提升才成为可能。

其次，教师也可以有意识地引导学生去关注施一公教授以及他的研究团队。在中国科学界，施一公教授无疑是一颗耀眼的明星。他那些丰硕的科学研究成果，他略带传奇色彩的求学和科研之路，他对生命科学研究的执着追求，他对中国科学研究及教育状况的真知灼见等，都可以成为学生去了解、研究和感悟的素材。在这个过程中，同学们可以更真切地理解科学的价值以及科学探究的过程和方法，这显然有益于提升学生的生物科学素养。施一公教授带领的研究团队同样值得我们的学生去关注。这个研究团队非常年轻，但是，他们用他们的智慧和努力创造了惊人的业绩，这也许更能激起学生向他们学习的热情和向他们靠近的激情和勇气。

再次，在学生对生物知识学习的层面上，这一热点事件对于激发学生学习相关知识的兴趣和信心、促进学生掌握相关知识是大有益处的。RNA剪接体是在真核生物基因表达过程中对前体RNA加工成成熟RNA过程中发挥其作用的。这个作用的机理，高中学生不必要知道。但与这个过程相关联的真核基因与原核基因在结构上的区别、外显子和内含子、基因的转录和翻译、基因表达的调控等知识是在高中阶段需要学生了解甚至掌握的。教师可以在适当的时机给同学们介绍这一热点事件及其有关背景，便会很顺利地为教学创造一个有利于学生学习的情境，学生的学习和探究就能更加投入和主动，这显然有利于学生对相关知识的学习。

当然，与学科密切相关的热点事件是层出不穷的。生物教师应该持续地关注这类事件，并积极探索其在培养学生生物科学素养方面的应用价值，为顺利完成高中生物课程的核心任务做出自己的努力。

[参 考 文 献]

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准（实验）[M].北京：人民教育出版社，2003.

[2]刘恩山.中学生物学教学论[M].北京：高等教育出版社，2003.

热力学在生命科学中的应用范文第2篇

【关键词】科学;生活

中图分类号：G623.9 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2016）06-0098-02

“新课标”指出：科学课程要从学生的认知特点和生活经验出发，让他们在熟悉的生活情景中感受科学的重要性，了解科学与日常生活的密切关系，逐步学会分析和解决与科学有关的一些简单的实际问题。要创造学习科学的良好条件和环境，使学生在学习中体验科学的魅力和乐趣;培养学生终身探索的乐趣、良好的思维习惯和初步的科学实践能力。

一、在生活中观察科学

科学课程要让学生接触生动、活泼的生命世界，感受生命的丰富多彩、引人入胜，从而激发学生热爱生命的情感和探索生命世界的意趣。笔者把科学观察课堂延伸到了生活中，引导学生利用课余时间，积极观察、记录。

例如，在教学“动物的生命周期”这一单元时，笔者准备了蚕卵分发给学生，让他们学着饲养蚕宝宝，并坚持记录。学生乐呵呵地把“宝贝”接回了家，精心呵护着它们。从每节课的交流、讨论及观察日记中，笔者能感受到他们认真的工作态度及敏锐的观察能力。如小希同学在观察日记中写道：“今天，老师把蚕卵发给我们，回家后，我找了一个大大的鞋盒子，铺上了柔软的餐巾纸，就让它成为蚕宝宝温暖而舒适的家吧，我把它们的家放在通风处，等待它们醒来。”小靖同学写道：“蚕宝宝终于孵出来了，我把准备好的新鲜桑叶切成条状喂给蚁蚕吃。一定要让蚁蚕吃饱吃好，喂养的桑叶要保持新鲜干燥，并要经常清理粪便和残叶。”小欢同学写道：“过了一个星期，蚕宝宝有一些反常，不吃桑叶，有时一动也不动。这大概就是蚕宝宝要蜕皮的现象吧。”小花同学写道：“今天我发现蚕宝宝一动也不动了，而且身体开始透明，我想起老师在课堂上讲过，这应该就是蚕宝宝要结茧的先兆了。我赶紧找了一些小木棍，搭了个架子。第二天再去看蚕宝宝的时候，小木棍上有一些凌乱的茧丝，又过了一天，我惊奇地发现盒子里有一个椭圆形的茧。蚕宝宝去哪儿了呢？我拼命地晃动蚕茧，听见里面发出了轻微的撞击声，我想：蚕宝宝可能已经去世了，这就是‘春蚕到死丝方尽’吧。”在与蚕宝宝30多天的亲密接触及认真观察后，学生感受到了生命的来之不易，以及生命的伟大与神奇。这种科学观察活动，让学生更加珍爱生命。

二、创设生活化的情境

科学与生活联系紧密，生活中处处涉及科学，从科学在实际生活中的应用入手来创设情境，既可以让学生体会到学习科学的重要性，又有助于学生利用所学的科学知识解决实际问题。让学生感知：生活离不开科学，科学来源于生活。那么，如何在科学课中创设生活化的情境呢？

1. 课堂导入生活化

新课导入是激发学生探究欲望的关键，如果学生看不到课题与生活的关系，就无法形成高水平的学习动机，也就失去了主动探究的欲望。因此，要努力寻求课程内容与生活的联系，将其作为课堂教学的切入点，从学生身边的现象出发，提出相关的问题，创设生活情境，充分调动学生探究的热情、有效激发学习兴趣。

例如，笔者在教学“热”这一单元时，特地跟第一单元调换了顺序，把这一单元的学习放在了寒冷的春天。那一天，笔者故意穿得很单薄，向学生“求助”：“老师今天穿得太少了，冻得冒了，谁能帮助老师，让我暖和一点吗？”“多穿点衣服啊。”这是学生的第一个反应。因为在平时的生活中，这是取暖最方便的一个方法。“那么，衣服能给我们的身体增加热量吗？”笔者适时抛出问题，激发学生探究的兴趣。

2. 实验内容生活化

科学并不遥远，它与我们的生活息息相关。为了让学生体会到这一点，在教学“热胀冷缩”一课时，笔者故意将踩瘪的乒乓球拿到课堂，对学生说：“老师打算在下节课外活动的时候带大家打乒乓球，可是这个乒乓球瘪了，跳不起来，你们能帮老师想想办法吗？”学生们纷纷献计献策，有的说：“老师，我书包有乒乓球，我去拿吧。”有的说：“老师，我去问体育老师借吧。”这时，笔者故作神秘地说：“你们这些办法啊，老师都不需要，等会老师给大家变个魔术，这个乒乓球啊，就又能重新跳动起来了。”这时，学生的眼睛睁得圆圆的，耳朵都竖了起来，生怕错过了这精彩的“魔术”表演。笔者把乒乓球往开水里一放，瞬间，乒乓球就又鼓了起来。笔者告诉学生：“这是因为空气的热胀冷缩，其实，这种现象在生活中有好多，你能找一找吗？”学生的学习热情再一次被激发。

3. 布置生活化作业

生活中有许多有趣的科学现象，如阴晴圆缺、雨后彩虹、神奇的泡泡、水会变成水蒸气，还会结冰……对于这些现象，学生都见过，但很少有人会想一想：这是为什么？这种现象是如何产生的？为了让他们更广泛、更深入地开展科学探究活动，笔者常常布置一些生活化的科学作业，让他们多关注身边的一些科学现象，多想想这是为什么。如在学习“蚯蚓的选择”这一课前，笔者给学生布置了一项作业：找蚯蚓。

三、引导生活化的科技制作

小制作活动，能够与课堂教学相伴而行，互为补充，形成一个有机的教学整体。它是落实从生活走向科学、从科学走向社会的新课程理念的具体体现。那么，如何让科技小制作与学生的日常生活紧密结合呢？

1. 制作材料来源于生活

为了让学生真正体验到科技小发明其实离我们并不遥远，每个人都能当上小小发明家，笔者引导他们利用生活中最普通的材料制作一些科技作品。在学了“运动和力”这一单元后，笔者引导学生利用家里的材料制作一辆小赛车。学生想尽一切办法，用最常见的材料制作出最出色的赛车。比如，小宁同学用橡皮泥当小赛车的轮子，用香烟盒子当车身，用小木棒当车轴，用气球当动力，虽然材料非常简单，但小赛车能稳稳当当地开出去很远。小严同学用家里的乐高制作成车身，用橡皮筋当动力，他制作的小赛车是全年级跑得最远的。而小轩同学更不得了，他制作了一部电动小赛车，引来了同学们的羡慕与佩服。

2. 科技制作应用于生活

热力学在生命科学中的应用范文第3篇

事实上，（海底）黑烟囱也可能是开启地球上生命爆发的窗户。韦特里亚尼是一个科学家团队中的成员，他们来到这些海底热液喷口，是为了研究微生物。这些微生物像地毯一样覆盖了整个热液喷口区域。早前，在这艘船的图书馆里，伍兹霍尔海洋研究所的微生物生态学家、团队首席科学家斯蒂芬・西韦特，为此次长达一个月的探险之旅勾画出了目标。他解释说，知道这些微生物是如何在这种地狱般的热液喷口中存活下来的（它们利用的是什么营养素，利用率是多少，它们将热液转化为鲜活生物量的速度有多快），就能够让我们深入了解生命是如何进化的。当遥控潜水器在海底工作时，我在控制室中一直紧随其后，并帮忙记录。遥控潜水器全天运转，只有当海底环境太过恶劣，以致遥控潜水器无法安全工作时，才偶尔中断一下。

午夜过后，在韦特里亚尼和我造访海底“黑烟囱”时，他对我说热液喷口是“一种历史遗迹，我们相信，它与地球的早期环境十分相似。我们现在所做的，归根结底是为了了解生命在地球上是如何进化的”。在“亚特兰蒂斯”号上，不仅可以了解今天生活在热液喷口中的原始微生物，还可以了解有机生命是怎样第一次出现在大洋深处的。在这片仿佛超越了时间的海底，岩石与水相遇，当我们看到浓浓的热液从矿物质烟囱中滚滚涌出时，恍如我们正在直视着的，就是生命的诞生地。

自1977年热液喷口被随“阿尔文”号深潜器下潜的地质学家发现以来，很多科学家相信这些深海熔炉很可能就是生命的摇篮。虽然问题还远未解决，但排出的热液和周围的海水带来了生命的必需元素，比如：碳、氢、氧、氮和硫。科学家相信，这种易燃的混合物很可能生成了大量复杂分子的前体，比如RNA（核糖核酸）。正是RNA在第一个细胞中搅起了生命的萌动。

人们发现深海存在热液喷口的线索，要追溯到1976年在加拉帕戈斯群岛附近进行的一次探险，一台在海底拖行的仪器探测到一股比周围冰冷的背景海水略微温暖一些的液体。第二年，地质学家带着深潜器又回到这里，并且发现了他们预料中的、冒着烟的海底温泉。随之而来的，还有他们完全没有预料到的一群生物：蛤蜊、巨型蠕虫、粉红色的鱼、天白色的螃蟹。

在当时，深海被认为是一片生物学上的荒漠，没有人料到对海底热泉的探险还需要生物学家的参与。但是，当第一次潜到热液喷口时，“阿尔文”号深潜器上的地质学家杰克・科利斯立刻就将它们视为生命起源的一个可能地点。热液系统很可能在早期地球上大量存在，早期的地球温度要比现在更高。1980年，科利斯与研究了取自热液喷口的最早一批微生物样本的微生物学家约翰・鲍罗什以及研究生萨拉・霍夫曼，联合发表了一个假说，认为简单的有机分子，比如氨基酸，可能在热液中形成，而且这些分子最终可能被一层膜包裹，从而形成一个活的细胞。鲍罗什将热液喷口描述为“唯一可以被称为‘真正原始’的现代地质环境”。

尽管深海热泉在温度、压力以及其他环境特征上都较为极端，但是在早期地球极为恶劣的环境下，深海热液喷口提供了一个相对舒适的避难所。在早期太阳系中，我们年轻的地球暴露在太阳的强烈紫外线辐射中，因为它当时还没有形成保护性的臭氧层。直到生物进化创造出了光合作用，光合作用将氧气稳定地补充到我们的大气层中，这一噩梦方才宣告结束。

而且，太阳灼伤并不是地球表面面临的唯一挑战。地球科学家认为，就在生命刚刚开始起步的前后，地球曾经遭受过太空岩石的狂轰滥炸。卡内基科学研究所天体生物学家，同时也是《地球的故事》（《地球的故事》主要讲述了地球的形成以及地球上早期的生命）的作者罗伯特・哈森说：“这些撞击使地球的表面以及接近地表的地方变得极其危险，但在海底， 在热液系统产生的区域，所有这些问题都被解决了。”

最重要的是，这些热液喷口中充满了能量。起初，从热泉中喷出的液体是冰冷的海水，后来渗入了海底的裂隙。在地壳中，溶解了来自熔岩的矿物质和气体――比如氢和硫化氢――的海水，在被喷射回海洋之前被岩浆加热。今天，生活在热液喷口处的微生物，利用这些热液中的化学能制造糖分以及其他一些高能分子，从而形成了食物链的基础。

在一个阳光明媚、和风徐徐的下午，当我和西韦特在船头漆黑的控制室里进行早、晚班交接时，西韦特说：“生命需要能量，而在热液系统中有大量能量可供利用。因此，热液系统附近是生命开始的绝佳地点。你很容易就可以想象，早期生物在这些能量来源的供养下， 会是怎样的生机勃勃。” 海底黑烟囱

关于生命起源于热液喷口的假说，也从一种新型热液喷口的发现中得到推动。1991年，现在就职于美国航空航天局喷气推进实验室的地球化学家迈克尔・拉塞尔研究了位于南斯拉夫境内的一处富镁矿床，提出该矿床最初应该是由一个呈碱性的热液喷口形成的观点。而在海底黑烟囱和其他火山口处发现的典型物质，都是一些酸性物质。

在当时，还从未有人见到过类似拉塞尔描述的碱性热液喷口。2000年，华盛顿大学海洋地质学家黛博拉・凯利及其同事，考察了沿大西洋洋底延伸的山脊。她们白天乘“阿尔文”号深潜器下潜，晚上还要拖上一台摄像机继续观测。一天晚上， 在摄像机传回的图像上，有人注意到一个奇怪的白色塔状物。2天后，凯利下潜到了该地点，并且近距离看到了这个被她称为“失落之城” 的地方。

“失落之城”的热液喷口，是通过海水与地壳中的富铁富镁岩石矿物之间的化学反应形成的。该反应会产生热量。正如拉塞尔曾经预测的那样，这些热液喷口也会产生碱性的热液，而且这些热流会从海底向上升腾。当这些热液向上汇入海洋，它们会将溶解的二氧化碳转变成石灰岩结构，而石灰岩结构很可能为刚刚起源的生命提供了庇护。

随着对“失落之城”热泉的特性了解得越多，研究生命起源的科学家越发感到兴奋。其中一个很吸引人的地方，就是在热液和海水之间出现了离子梯度。众所周知，离子梯度在几乎所有已知的生命形式中都是一个至关重要的因素。碱性热液的pH值为10至11，而海水的pH值在8左右，因此海水要比热液含有更多的质子（也就是H-1离子）。

这一地质化学现象吸引了科学家的注意，因为离子梯度是存在于活体生命中的普遍特性之一，而且在细胞获取能量的方式中，离子浓度是一个基础环节。它提供的这个条件，使得深海热泉有可能成为早期生命的“酿造厂”。

英国伦敦大学学院生物化学家，同时也是《生命的跃升》的作者尼克・雷恩说：“所有生命体所做的，正是制造一个质子梯度，然后利用这些质子穿过生物膜所形成的质子流来产生化学能。 ”《生命的跃升》讨论了生命的起源与进化。这一通用的能量产生模式，对线粒体来说尤其适用。线粒体是细胞内的“发电机”，就像它在大多数独立生存的微生物中一样，也在人体的细胞中提供能量。

顺着这条线索继续向前推进，在大约40亿年前，居住在热液喷口毛细孔中的年轻原始生命，可能已经通过对RNA进行化学微调，获得了DNA。 管形蠕虫

雷恩解释说，这个系统的运作有点像水电站的水坝。以一种蛋白质的形式存在于细胞内的生物泵，将大量质子移到生物膜的一侧; 生物膜对质子开启“放行”模式， 使质子能够通过在生命体内所扮演的角色类似于涡轮发动机的另一种蛋白质， 穿过生物膜再流回去。 这个“涡轮发动机”会产生ATP，也就是三磷酸腺苷，它携带着可以为细胞活动提供动力的生物化学能量。

虽然这些特定的蛋白质和生物膜在不同的生命形式中差别很大，但是质子梯度在人们研究过的几乎所有生命形式中都存在，一些研究人员认为，这是质子梯度一定会出现在生命诞生环境中的间接证据。“很难解释为什么所有生物都具有这一特征，除非你能说明在生命开始萌动的地方，就存在质子梯度的根源。”德国杜塞尔多夫大学进化生物学家比尔・马丁说：“说到这里，这些碱性的深海热泉是不是已经开始让你觉得看上去好多了。”

那么，生命是如何依靠自身的努力，在像“失落之城”那样的热液喷口，或者在像“亚特兰蒂斯”号下面那些点缀在太平洋洋底的热液喷口中，成功产生的呢？有一种可能是，在热液喷口， 一些简单物质（像二氧化碳和氢）之间的反应产生了有机分子，而随着反应的进行，这些有机分子变得越来越复杂。

从本质上说，热液喷口可能扮演了一个“自然水热反应器”的角色。举例来说，在热液喷口中的矿物质的催化下，二氧化碳和氢反应可以生成一种被我们称为丙酮酸盐的分子。丙酮酸盐是多种氨基酸的前体之一，而氨基酸形成以后， 它们之间可以连接在一起形成蛋白质。二氧化碳和氢还可以形成甲醛，而甲醛与甲醛之间可以发生反应形成核糖，而核糖是RNA的组成部分之一。而在热液喷口中发现的氰化氢自身之间可以发生反应，形成环状结构的化合物，而环状结构的化合物是RNA的另一个基础组成部分。核糖、一个碱基和一个磷酸基团（在热液喷口中同样也可以发现）结合在一起， 从而形成一种被称为核苷的化合物。若干个核苷酸连在一起，你就有了一条RNA链。热液喷口中的毛细孔可能扮演了生物膜的作用，将诸如RNA和氨基酸之类的有机分子集中在一个狭小的空间里。

最终，这些RNA 将开始自我复制，这是一个受自然选择支配的过程。顺着这条线索继续向前推进，在大约40亿年前，居住在热液喷口毛细孔中的年轻原始生命，可能已经通过对RNA进行化学微调，获得了DNA（脱氧核糖核酸）。通过去除一个氧原子，将核糖转变为脱氧核糖，再加上一个甲基将单个碱基固定住，这样就造成了DNA 和RNA 的不同。在完成这些后，“近似生命” 还需要组装出自己的生物膜，并产生自身的离子梯度，用来以ATP的形式制造出能量。做到这一点，它就可以被认为是第一个细胞了。

在“亚特兰蒂斯”号的甲板上，一批采自热液喷口的样品破浪而出，当吊车将满满一网样品堆放在甲板上后，韦特里亚尼像其他科学家一样扑了过去。他拿到一个装满海水的盒子，并且从里面掏出了一段“黑烟囱”。这段“黑烟囱”和一个由聚氯乙烯与编织网制成的细菌取样缸， 都采集自海底，“黑烟囱” 上的黄铁矿还闪闪发亮。韦特里亚尼连忙回到船上的实验室，在那里与他的合作者一起开始处理这些样品。

韦特里亚尼和西韦特找到的很多微生物，都被证明属于ε-变形菌纲， 而ε-变形菌纲的微生物在热液喷口几乎占据了统治地位，在地球上的其他环境中这一情形则不常见。他们还发现，这些微生物中的一些不耐受氧气，而是利用硫来进行“呼吸”， 而硫在热液喷口处通常大量出现。“对那些古老的生命来说，这一利用硫的代谢途径可能是一个核心的代谢途径，”韦特里亚尼说，“因为这一代谢途径可以仅仅依靠早期地球的原材料（指硫），而成功地避开了在早期地球上不可能找到的原料（指氧气等）。”

热力学在生命科学中的应用范文第4篇

一、中学生物新课标教学的人文重点

生物教学中，可以渗透许多方面的人文精神，但是结合学科特点，应该有所侧重。重点有以下几方面：

1.尊重生命，热爱生命

尊重生命，热爱生命，这是一切科学研究的出发点。生物科学旨在揭示生命的奥秘，在诸多学科中，生物和与生命的关系最为密切。生命是自然界的奇迹，生命是自然界最完美的产物，蕴含着无穷的奥秘。如在深海火山口周围的高温无光区域却生活至今不了解的深海生物；鸟的迁徙、鱼的洄游，其线路时间的准确等等，无不令人类惊叹。学生们在学习生物的种种生命现象时，情不自禁地感受到生命法则的伟大、神奇和美妙。一棵小草，一只昆虫，在我们眼里都是生命奇迹，我们决不能随意扼杀一个生命。这种从内心产生的对生命的崇敬之情，让我们对大自然充满了感激和敬畏。就此而言，我们应该充分尊重所有的生命，才能保持地球上生物的多样性，维持人与其它生物间的平衡。

2.实事求是的实证精神

实事求是的实证精神，是生物新课标学习的一个要素。生物是客观存在，它有自己的发生、发展规律，现在对生命科学的研究虽然已很深入，但许多生命现象却无法解释。在研究过程中，决不允许任何空想和臆测，一定要有实事求是、严谨朴实的科学态度，对生命的每一现象的研究都要有大量的事实、经过大量的实验、充分的论证才能得出结论。实事求是的精神具有了人文内涵，这些内容在高中生物新课标内容中处处都有体现，例如课标中的问题探讨、资料分析、实验与探究等，无不体现出生物科学与实事求的实证精神，体现出生物科学发展中的人文内涵。所以，在生物教学中，不能就科学而论科学，而应该以此引申到人文领域，这对培养中学生实事求的科学素养和探究性学习精神极为有利。

3.审美教育

素质教育中，美育是最具有渗透性和最有活力的因素，它对德育、智育等具有巨大的促进作用，它是通向人格完善的必经之路。在中学生物新课标中，进行审美教育具有得天独厚的优势，生物学的美有着特殊的表现：

3.1自然美：自然美是具体的、感性的，如千姿百态的植物形态、形状各异的树叶，多变的色彩、美丽的花朵，鲜艳的果实，无论是单独作为盆景，还是聚成森林，无不给人以美的享受，再加以翩翩起舞的蛾蝶，轻盈宛鸣的鸟儿，充满活力的各种动物，组成了诗情画意的大自然，这是一幅多么完美的画卷啊。

3.2和谐美：生物的形态与功能是相适应的，在美学上就表现为一种和谐美，如同种生物的形态结构基本相同，体现出整体一律的美学法律；形形的生物都能与各自的生活环境之间产生奇妙的适应。学习生物知识的同时，挖掘出蕴含其中的这些美的因素，不仅加深了对生物知识的理解，而且学生得到美的享受，更可让学生乐于学习。

4.生态意识

生态环境是全球共同面临的最突出的问题之一。中国作为发展中国家，环境保护工作更是迫在眉睫，任重道远，中学生物教学是建立生态道德体系的主要途径。

4.1热爱生物，变保护环境为内心需要，通过生物课的熏陶，使中学生热爱生物、热爱自然、热爱自然界的一草一木，热爱所有的生命，真正做到人文素|的提高。

4.2介绍环境现状，增强危机感。不仅在生物课的有关章节中介绍生物与环境的关系，还要随时联系实际，介绍我国及世界的环境状况，增强学生的生态意识、危机感和责任感。增强环境意识既是提高人文素质的要求，更是保护环境的要求。

二、实施人文教育的策略

1.提高思想认识

现行的中学教育中存在的问题之一就是重知识教育，轻人文素质培养。这对于培养现代人才、培养适应社会发展的公民是不利的，在信息时代、知识教育确实是非常重要的，但现代人才要适应社会需要，不仅要具有科学素养，也要具备完善的人格，正确的价值观、良好的竞争合作心态，一定的表达写作能力、审美能力，对自然对生命的关注等等，也就是既要有高度的科学素养，更要有厚实的人文素养。

2.强调学科渗透

人文教育不能仅仅依靠人文学科进行，还应该采取广泛的学科渗透、熏陶、体验和积累。要认真分析教材，充分挖掘教材中的人文精神，准确地渗透到生物学学习活动中，如讲授新除代谢概念时，正确运用矛盾对立统一规律，对同化作用、异化作用之间的关系进行透彻的分析，不仅会加深学生对新除代谢的理解，而且也会使学生受到生动的唯物辩证法的教育。

3.以情动人，避免说教

道德品质、人文关怀、价值观等等这些人文思想要成为学生人格的一部分，要成为他们内心的组成部分。用说教的方法是行不通的，应如春雨般滋润学生的心田，使之乐于接受，也就是以情动人，在教学实践中，需强调的情感要素为：首先，情感要以教材中蕴藏的因素为依据，不可无中生有，牵强附会；其次，情感要有针对性；第三，以教师的情感去影响学生的情感。

热力学在生命科学中的应用范文第5篇

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2012.11.030

目前，我省高中新课程改革已进入一个新阶段，回顾2012年高考化学卷，与去年相比，今年的化学试卷结构稳中求变，既充分考查了化学主干知识，反映学生对基础知识与基本能力的掌握情况，又重点突出了化学是以实验为基础的本质和化学“来源于生活，服务于社会”的思想。

一、试题与课程标准和考试说明的联系

目前化学新课程的必修Ⅰ和必修Ⅱ，内容特别多、知识面特别宽，涉及到整个高中理科学生三年要学的内容，有些知识又介绍得非常粗浅，内容面面俱到，使得知识很难形成体系，要抓好高三化学总复习的实效性就必须认真研究新课程知识体系架构，正确认识必修和选修课程的关系和地位，认识各模块的性质和特点，这才有助于我们选择合适的教学方式和复习方法，帮助学生建构知识结构，提高分析问题、解决问题的能力。

从课程角度而言，2012年江苏省高考考试说明对高考试题的命制提出了这样几个要求：1.以主干知识为载体，注重对新课程基础知识和基本技能的考查；2.以能力立意为核心，突出对新课程背景下学科素养和学习能力的考查；3.以化学实验为依托，落实对新课程所倡导的科学方法和探究能力的考查；4.以测量理论为指导，努力实现新课程考试评价的科学性和合理性。高三化学总复习就其教学目标而言，既突出化学学科特点又凸显课改理念，既切合教学实际又阐明命题方向。

2012年新修订的高考考试说明，与去年相比有了一些变化，在关注知识要求的同时，我还关注了考试说明中列举出的典型题示例的一些变化，发现了其中有部分例题与今年的高考试题有不谋而合之处。如：例题第13题和高考试题第14题考查的都是有关化学反应速率和化学平衡的相关知识，巧合的是两题均是以表格的形式呈现出已知条件，而四个选择项也都是围绕反应速率的求解、反应热效应的判断及条件对平衡移动的影响等方面来设问；江苏省独立命题以来，以图像为信息考查电解质溶液中离子浓度的关系仅出现过两次。而这样的例题出现在《考试说明》第15题；高考实验题每年都在考，但考查具体实验操作步骤的，在以前的江苏高考中并不多见，《考试说明》第23题与今年江苏高考第19题在这方面得到了重合；另外，仔细研究过考纲和试题的老师一定会发现：《考试说明》中的第24题和高考第20题在新情景的呈现方式、设问角度、知识点的考查等诸多方面有极大的重合度。

以上可能仅仅是一种巧合，但这些例题之所以能被选作为典型题示例说明它符合了新课标的要求，并且已经被广大教师和高考命题专家认可，对高考命题的走向有一定的借鉴和引导作用。

二、对高考真题的回顾

研究江苏高考还应该站在全国高考总体背景之下来分析。分析近些年高考出现的大量化学试卷，不难发现，各地的高考题各有特点：广东、江苏高考的命题情景比较新颖，常利用工艺流程的形式考查化学问题，并将化学与工农业生产、生活紧密地联系起来；宁夏、海南题型比较常规，以考查单一知识点为主；而山东高考则比较注重体现综合性。然而任何一份高考试卷对化学学科基本知识点和能力点的考查是比较稳定的，它们大都是化学的主干知识，而且，仍将是今后高考命题的热点与重点，是我们平时迎考复习应注意的。

2012年试题保留了文字凝练、表述明晰、图示简洁、结构严谨的特点。试题充分体现课程标准、考试说明等方面的要求，命题的科学性、规范性和试题的基础性、应用性、时代性等方面都得到了进一步提升。纵观全卷，试题贴近生产和生活实际，包含化学前沿的科研成果和新能源、环境保护等社会热点，有利于引导学生重视实验操作、树立学以致用的观念和培养创新精神。试题的主要特点有：

①重视对基础知识和技能考查

试题全面检测学生对中学化学核心知识和基本技能的掌握情况，突出了对化学基本内容的考查，考查的知识面较宽，基本覆盖了中学化学主干知识，且不回避常规热点和难点题型，如：化学用语、离子方程式、离子共存、离子浓度大小判断、阿伏加德罗常数、氧化还原反应、物质结构与元素周期表、热化学、有机物结构和性质、电化学、化学平衡（图像）问题、化学基本实验原理及操作等内容，试题加大了以元素化合物知识为载体的相关化学反应原理考查。

②重视实验操作和科学探究能力的考查

今年的化学试卷略增添了考核实验的内容，充分体现了化学学科对实验的重视，要求学生了解一些基本的工业生产实际和具备一定的实验能力，突出考查了从化学视角分析问题和解决问题的能力，突出考查了实验探究能力。如16题NO2和NO体积比不同产生何种影响、17题寻找流程图中的信息，设计物质的合成途径，19题的实验题和21B实验化学内容，以引导教师和学生重视化学实验的教学，提高学生进行化学实验和进行简单科学探究的能力。

③试题贴近生产、生活实际

化学作为一门自然科学已经广泛渗透到科学的各个领域当中，人类的生产和生活与化学密切相关。结合目前的节能减排、绿色环保等社会热点，组织相应的试题，考察学生将所学的化学知识与实际应用相联系的能力。试题内容尤其是Ⅱ卷填空简答题，涉及生活、化工、环保、能源、科研等各个方面，充分体现了化学的实际应用价值，也充分体现了考试大纲中命题指导思想：引导学生认识科学和科学发展过程，认识科学、技术、社会和环境之间的相互关系，初步形成正确的世界观、人生观、价值观和实事求是的科学态度，初步树立和谐、可持续发展的科学发展观。如第16题亚硝酸钙的制备，涉及了关注环境保护、生产条件的优化、物质的循环使用等。