生命科学的结构与研究方法市公开课一等奖百校联赛优质课金奖名师赛课获奖课件.ppt

,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片本文樣式,第二階層,第三階層,第四階層,第五階層,生命科學導論,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,生命科學結構與研究方法,鄭先祐,(Ayo),台南大學 環境與生態學院 教授,mail.nutn.edu.tw/hycheng,1/48,1,生命科學導論,生命科學結構與研究方法,第一部 科學本体篇,Joy of Research,Science as a way of knowing,摩登陷阱,第二部 生命科學(生物學)結構篇,生命科學定義與內容,生命科學結構,第三部 研究方法篇,2/48,2,生命科學導論,第一部 科學本体篇,the Joys of Research,研,討會,-,-,Albert Einstein,誕生百年紀念,Ernst Mayr,1926,獲得,Ph.D.,學位。,1946 參與成立,the society for the study of Evolution.,1947,出版,Journal of Evolution.,1953,獲得,Alexander Agassiz Professorship in Zoology in Harvard University.,1982,出版,The Growth of Biological Thought.,3/48,3,生命科學導論,What is the Science?,A.Einstein:,Science is the attempt to make the chaotic diversity of our sense-experience correspond to a logically uniform system of thought.,Ernst Mayr:,Science is not an accumulation of facts,rather science is the search for an understanding of the world around us.,4/48,4,生命科學導論,第一部 科學本体篇,研究不只在,puzzle solving，,更主要是在探求,ultimate(,演化上和歷史上)問題。在這價值上，我們建立我們生命哲學。這些問題挑戰，使我們生活更富有，也使我們更能瞭解人類生存意義。,5/48,5,生命科學導論,Science as a way of knowing-XXX,a project of the education committee of the,American Society of Zoologists,cosponsored by,The American Society of Naturalists,The Society for the Study of Evolution,The Biological Sciences Curriculum Study,The American Institute of Biological Sciences,The American Association for the Advancement of Science,The Association for Biology Laboratory Education,The National Association of Biology Teachers,The Genetics Society of America,6/48,6,生命科學導論,ASZ,教育改进計劃,問題：,美國科學教育功效，有嚴重下降趨勢。,原因：,大學科學教育太偏重片斷知識，特別是摩登知識。整体性與歷史性科學架構，卻被忽略。學生因而沈溺在知識海中，無法認識過去，也無法推求未來。屈服於必要是摩登誘惑。,7/48,7,生命科學導論,ASZ,教育改进計劃,計劃：,從1983年起，每年一個科目。探討這一個科目教學方法與內容。,第一年計劃(1984)：,Evolutionary Biology,第二年計劃(1985)：,Human Ecology,第三年計劃(1986)：,Genetics,(,遺傳學),第四年計畫(1987)：,Developmental Biology,第五年計畫(1988)：,Form and Function,第六年計畫(1989)：,Cell and Molecular Biology,第七年計畫(1990)：,Neurobiology and Behavior,(1990-1991),=,a conceptual framework for Biology,8/48,8,生命科學導論,摩登(,modern),陷阱,這是一個知識爆炸時代。,知識成長速率 學習速率。,每位教授都有能力，以新知識將學生沉溺於知識海中。,9/48,9,生命科學導論,摩登(,modern),陷阱,肇致問題：,學生無能力獨立自主，開創未來。,就算緊跟新知識，其實已經是落後最少5-。,任何新知識都須要經過考驗。緊跟新知識，有可能是捕風捉影。,polywater,為例。,10/48,10,生命科學導論,摩登陷阱,-知識爆炸與學習速率。,-,polywater,為例,圖表3.,Polywater,研究過程與结果整理。,於1962年至1974年間，有關,polywater,研究報告(文獻)之數量。前蘇聯、美國、及其它西方國家，各發表篇數總合，列於其國名之後括弧中。原資料取自,Franks(1981),p.120。,11/48,11,生命科學導論,Polywater 研究報告,Haynes,J.M.and P.J.McElroy(1969)Anomalous water.Nature 224:393-394.,Donohue,J.(1969)Structure of“polywater”.Science 166:1000-1002.,(Anonymous)(1969)Polywater.Scientific American 221:90-9,Allen,L.C.and P.A.Kollman(1970)A theory of anomalous water.Science 167:1443-1454.,Allen,L.C.and P.A.Kollman(1971)Theoretical evidence aganinst the existence of polywater.Nature 223:550-551.,12/48,12,生命科學導論,檢討Polywater案件文獻：,Schaffer,S.(1976)Polywater research and pathological science.M.A.thesis,Harvard University.,Franks,F.(1981)Polywater.The Mit Press,Branscomb,L.M.(1985)Integrity in Science.American Scientist 73(5):421-423,13/48,13,生命科學導論,生命世界組成架構,-是無法切割。-非,of、by、for,某個學科,14/48,14,生命科學導論,化約主義(,Reductionism)vs.,整,合主義(,Holism),物理學：探索宇宙最微小粒子。,生物學：探索分子(基因)生物學。,掌握分子(基因)就掌握生命。,生命科學就是分子生物學。,分子(基因)生物學,vs.,生態學(,emergent properties),15/48,15,生命科學導論,化約主義(,Reductionism,),vs.,整合主義(,Holism),化約主義,探索宇宙最微小粒子(物理學)。,分子(基因)生物學,整合是過程，化約至極是目标。,整合主義,複雜與混沌(物理學),emergent properties(,生態學),化約是方法，整合是目标。,16/48,16,生命科學導論,化約主義問題,1.化約原本是方法，不是目标。掌握分子(基因)就掌握生命，這是一種未被證實信仰。,2.生命最小單位是生物個体。,3.生命延續最小單位是族群。,4.維持生命生活最小功效單位是生態体系。,5.每個生命組成位階，都有其,emergent properties。,17/48,17,生命科學導論,第二部 生命科學結構篇,生物學(,Biology),定義,Bio+logy=,以有生命之物為研究材料或對象。,研究與學習,生命各層次形態與功效。,生物學特質:地區性、特有性、歷史性、親緣性、與複雜性。,18/48,18,生命科學導論,博物館與生物學研究,博物館收藏，於生物學研究，含有根本主要。,隨著生物學發展，博物館標本館藏將會愈豐盛。,生物學研究，都應盡可能留下其研究使用生物材料(存証)。,19/48,19,生命科學導論,生物研究必要有存證標本,理由：,1.生命現象往往可能會因種而異。,2.使用生物，其種類鑑定有可能會出錯。,3.同一種生物，將來有可能會再分為若干種。,4.學名亦有可能被誤用，而可能於日後被更改。,5.若有標本保留，才有可能考證其種類。,20/48,20,生命科學導論,美國生物學發展過程,資料來源：,Rainger,R.,K.R.Benson,and J.Maienschein(eds.)(1988),The American Development of Biology,.The University of Pennsylvania Press,目 錄,第一部,Natural History to Biology,1.Museums on Campus:A Tradition of Inquiry and Teaching-1868-1902,established on campuses。,2.From Museum Research to Laboratory Research:The Transformation of Natural History into Academic Biology.,21/48,21,生命科學導論,美國生物學發展過程,第二部,Centers of Cooperation,3.Organizing Biology:The American Society of Naturalists and its“Affiliated Societies”,1883-1923.,4.Summer Report and Scientific Discipline:Woods Hole and the Structure of American Biology,1882-1925.,5.Whitman at Chicago:Establishing a Chicago Style of Biology?,22/48,22,生命科學導論,美國生物學發展過程,第三部,Working at the Boundaries of Biology,6.Charles Otis Whitman,Wallace Craig,and the Biological Study of Animal Behavior in the United States,1898-1925.,7.Vertebrate Paleontology as Biology:Henry Fairfield Osborn and the American Museum of Natural History.,8.Organism and Environment:Frederic Clementss Vision of a Unified Physiological Ecology.,9.Mendel in America:Theory and Practice,1900-1919,10.Cellular Politics:Ernest Everett Just,Richard B.Goldschmidt ant the Attempt to Reconcile Embryology and Genetics.,23/48,23,生命科學導論,表6.地球上各界與各類生物已知種類大約數目。資料摘譯自,Stiling(1992),p.18。,24/48,24,生命科學導論,圖7.於各個分類位階，陸域與海域生態体系龐雜度之比較。資料取自,Ray(1985)Amer.Zool.,24:452-468。,25/48,25,生命科學導論,生命科學內容,個體是生命基本單位，但族群才能延續生命，且群落才能維持生活。,生物學時間與空間(圖8)。,生物組成與分類位階(圖9)。,生命延續(基因型與表現型)(圖10)。,26/48,26,生命科學導論,圖8.生物學時間與空間範圍。中間方形區是指生物個体生物學。時間量度以年為單位；空間則以公尺為單位。基本資料取自,Kohn(1989),p.1096。,27/48,27,生命科學導論,圖9.生物組成與分類位階。,clade,包含：種以上各個分類位階。原資料摘取自,Kohn(1989),p.1097。,28/48,28,生命科學導論,圖表10.普通生命延續過程。生命起自基因型(,genotype,受精卵,G1)，,經過,t1,時間，發展成個体(表現型，,phenotype，P1)；,再經過,t2,時間發展成為成熟個體(,P2)，,經過,t3,時間產生配子(精子或卵子，,G2)；,再經過,t4,時間結合成受精卵(,G1)，,另一個新生命開始，進入另一個循環。,29/48,29,生命科學導論,生命科學結構,二元結構：生物材料 與 組成位階(圖11)。,生物學根基：演化學、分類學、親緣遺傳學。,整合生物學：社區生物學、生態体係生物學。,-深淺結構,30/48,30,生命科學導論,圖11.生物學結構。,31/48,31,生命科學導論,生命科學結構,傳統入門與發展之道：垂直切割。,選擇材料，熟悉材料。,分類學、形態學(解剖學與組織學)、生理學、自然歷史學、地理學。,昆虫學者、蕨類學者、鳥類學者、蝶類學者、.。,32/48,32,生命科學導論,DNA,結構發現,DNA is the molecule of heredity.,Watson and Crick,*In 1953,they published their double helix model for DNA。,*did no experiments。,*they spent their time thinking about DNA。,*Pauling graciously congratulated Watson and Crick。,In 1962,awarded Nobel Prize。,33/48,33,生命科學導論,DNA,結構發現,Double helix,力量:改變生物學傳統入門與發展之道。,傳統領域已面臨發展瓶頸。,DNA,與相關分子研究,開啟新天地。,橫式切割:分子生物學與生態學興起。,34/48,34,生命科學導論,1980年代以來反省與批判,Science as a way of knowing-XXX,沈溺於知識海中，不知何去何從。,片斷瑣碎,缺整體認知。,現況：個体生物學成為棄嬰。,傳統生物學復興：功效形態學、系統分類學、發生(展)生物學,.。,新整合：蜥蜴生態學、生物社會學、行為生態學、生理生態學、.。,重视長期與整合,並將橫式切割向垂直切割方向作些調整。,35/48,35,生命科學導論,圖12.,Darwin,與,Einstein,要完成其個別研究结果,他們各別提出計劃書。按此計劃書內容,於現代國家研究補助制度下,是否可通過審查。,Proposal of C.Darwin,36/48,36,生命科學導論,圖12.,Darwin,與,Einstein,要完成其個別研究结果,他們各別提出計劃書。按此計劃書內容,於現代國家研究補助制度下,是否可通過審查。,Proposal of A.Einstein,37/48,37,生命科學導論,垃圾大戰,大學教育,平時上課：教授丟垃圾，學生代表撿垃圾！,考試前：圾圾,copy，,各自回家作垃圾分類！,進入考場：掃瞄垃圾場，傾倒垃圾！,傾倒完畢，如釋重負！,清倒夫,vs.,拾荒者,TIP,獨特清倒夫能力！,徹底垃圾分類！,捨得垃圾！,38/48,38,生命科學導論,你個人情況？,讀過多少本書(完整)？,屈服於摩登誘惑？,知識間是否有矛盾？空白？有無問題？,清倒夫？拾荒者？,企圖心？願景？,Darwin？Einstein？,TIP,作禪打坐，靜思。,捕捉剎那！,39/48,39,生命科學導論,生物學結構與研究方法,第三部 研究方法篇,40/48,40,生命科學導論,第三部 研究方法篇,兩大學派,1.,R,eductionism(,化約主義),2.,Holistism(,整合主義),三個基本原則,1.,natural causality(,自然成因),2.,uniformity in space and time(,一致性),3.,common perception(,無個人間差異),41/48,41,生命科學導論,经典研究過程,包含兩個階段:描述階段與功效(,functional),階段。,42/48,42,生命科學導論,经典研究過程,43/48,43,生命科學導論,兩種,途徑,與兩類原因,1.,途徑：,a posteriori,(,後成式),。,2.,途徑：,a priori,(,先驗式),。,1.原因：,proximate(,近因式,)。,2.原因：,ultimate(,極因式,)。,44/48,44,生命科學導論,四種方向,1.,功效,(,functions)。,2.,發展,(,developments)。,3.,地理,(,geographical)。,4.,演化歷史,(,evolutionary history),。,45/48,45,生命科學導論,四種方向,例子：雄性白頭翁為何在春天唱歌?,1.,survival value：,雄性白頭翁唱歌,吸引雌性而能完成生殖活動。,2.,causation：,因為光周期增長,致使其体內,hormone level,改變(內因與外因)。,3.,development：,雄性白頭翁唱歌,因其發育成熟,及向父母或鄰居學習而來,4.,evolutionary history：,雄性白頭翁唱歌是怎样由其祖先演變而來。,46/48,46,生命科學導論,研究力量泉源,整體結構知識(基礎與能力建立)。,新知識消化、整合與批判。,自然材料認知與体驗(知識與經驗，相輔相成)。,執著，可忍受長期無聊；等候與保握機緣。,徹底瞭解某一領域，證明有研究能力，成為專家。,同時亦要保持高度自由，隨時有能力轉換研究主題(甚至是全新)，以防止陷入象牙(專家)城堡。,47/48,47,生命科學導論,問題與討論,追求摩登知識，有何問題？為何說是一種陷阱？,按你個人情況，怎样提升你個人學習與研究力量？,Ayo,台南站,mail.nutn.edu.tw/hycheng,_/_/_/_/_/_/_/_/_/_/_/_/since _/_/_/_/,48/48,48,生命科學導論,