http://jiao.blogbus.com/logs/45368718.html

            看到两篇报道，觉得很吃惊。一篇是丁慎毅在2009年08月23日《观察》上发表的《中国孩子创造力世界倒数第五》，另外一篇是孙武臣在2009年8月20日发表在《光明日报》上的《是什么束缚了想象的翅膀？》两篇文章都谈的是教育进展国际评估组织对世界21个国家的调查的发现：中国孩子的计算能力排名世界第一,而创造力却排名倒数第五。

            我在网络上找了半天，没找到教育进展国际评估组织对世界21个国家的调查报告，这个组织是不是NAEP（National Assessment of Educational Progress）？也不大清楚，从名字上看，似乎不是。NAEP是美国国家的，不是国际的。因为没看到这个调查的全文，所以也不好发表什么评论。这里就把提及这件事的两篇文章转摘附后。如哪位朋友看到这个调查报告的英文版本，请顺便提供文章地址。谢谢先！

是什么束缚了想象的翅膀？

孙武臣　发布时间： 2009-08-20 07:29　来源：光明日报

            教育进展国际评估组织对世界21个国家的调查显示,中国孩子的计算能力排名世界第一,而创造力却排名倒数第五。青少年时期,创造力更多地体现为想象力。创造力的匮乏,无异想象力的匮乏。

            那么,究竟是什么束缚了孩子们的想象力、拖了“第一”的后腿呢?

            孩子是我们的未来。持续的自主创新能力,是一个社会进步的原动力。而创新能力的有无和强弱,固然需要相当的知识水平为基础,但“想象力比知识更重要, 因为知识是有限的,而想象力几乎概括了这个世界的一切,它推动技术进步,它甚至是知识的源泉”(爱因斯坦语)。试想,如果没有人类自古以来“上天入地”的想象,怎么会有今天的“星际航行”和“洋底漫游”?想象力是青少年的天赋。如果这一天赋得不到培养和延续,如果孩子们想象的翅膀早已折断,我们如何寄望未来?

            然而,又是什么束缚了青少年想象的翅膀?审视一下现实,就不难找到此问题的答案。畸形的应试教育,让孩子们气喘吁吁,沉溺于高分数的竞争和记忆性知识的重复之中。进入大学前,连喘息的机会都得不到的孩子们,如何在想象力最丰富的阶段展开他们想象的翅膀?也许大家都还记得一则故事:一个小女孩把弯弯的月亮比喻成长长的香蕉,妈妈认为孩子的想象很形象很有人情味,但另一个小女孩却说,“错了!我们老师说了,标准答案只有一个,就是书上说的像小船”。我还亲耳听过老师嘱告高考生,作文时宁可四平八稳,也不要独树一帜。在无尽的说教下,思维路数和标准答案都是既定划一的,学生哪里还有展开想象的空间？

            由想象力问题,我不禁联想到近来颇有争议的另一个话题:高中要不要文理分科?中学阶段进行文理分科也是应试教育的产物,从长远发展考虑,极不利于激发学生的想象力和创造力。其实,文理二者相辅相成,在素质教育中,一个都不能少。法国作家福楼拜将科技和文艺比作两座“塔”,它们在“塔底 ”分手,在“塔顶”牵手。这个比喻既道出了两者的不同,也道出了两者可以融合也必须融合的真理。比如,文艺为人们提供了无尽的想象空间和不同的角度,以使人们去观察和感悟社会人生,这种艺术想象的作用完全可以平移和借用于科学思维中,用以扩展科学发现的视角,增多科学思考的灵感,从而提升创新意识与能力。想象力需要多种“肥料”的滋养,人为的单向度培养只能窄化思维空间,扼杀原创的活力。

            “倒数第五”的排名是一种尴尬,也是一个有力的警策。当然,解放青少年想象的翅膀,不是一蹴而就的事情,需要全社会从点点滴滴做起。

中国孩子创造力世界倒数第五

作者：丁慎毅　《观察》2009年08月23日

            教育进展国际评估组织对世界21个国家的调查显示，中国孩子的计算能力排名世界第一，而创造力却排名倒数第五《中国孩子创造力世界倒数第五》（8月20日《光明日报》）。当你看到这样的消息时，亲爱的教育部，你哭不哭？现在的孩子求学越来越早、成家越来越晚、毕业越来越难找到工作。有个孩子说，我背了一麻袋钱上大学，换回一麻袋书，毕业了，用这些书还换不回一条麻袋。播下龙种，收获跳蚤，这就是当今中国大陆教育的现状？教育部现在的主要任务好像是不时下个不疼不痒的通知出个不咸不淡的措施，让大家别忘了这个部门的存在，比如近日又瞎折腾什么调整44个汉字的写法。令人奇怪的是如此“中庸”的教育部官员们却坐稳了位子。亲爱的家长，你哭不哭？在当今教育的比赛场上，我们被告知这样那样的规则，咱们一群大人的希望都寄托在一个孩子身上，望女成凤、望子成龙，给孩子在学习增加了更多的束缚和压力，从小上各种培训班，为的就是计算能力排名世界第一，而创造力却排名倒数第五？

            失去了想象力的教育体制，只看眼前利益的政府官员，被捆绑了做奴隶的家长，终于联合创造了今天的教育奇迹。也许接着教育部门会出来说话了，说这个调查不全面，或者举出几个美国英国日本没有创造力的例子来遮羞，但是，除了由大陆的统计部门来调查或许可以得出一个让教育部门满意的结果来外，我看，再换一个国际组织调查也不过是五十步和一百步的事。

            青少年时期，创造力更多地体现为想象力。创造力的匮乏，无异想象力的匮乏。爱因斯坦曾说：“想象力比知识更重要，因为知识有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步且是知识进步的源泉。”但是，你说我们失去想象力了吗？好像不是。我们只是失去了正常的想象力。咱们还是说两个现实的例子吧。

            《瞭望东方周刊》第30期作者王军有个小品文叫《全家作业》，篇幅不长，全文照录吧：

            上小学三年级的儿子自学校带回一项家庭作业，要求如下：1、写两篇歌颂某事的文章 （要求打印在A4纸上）；2、自己设计并绘制一份手抄报纸（A3纸）；3、三张表现家乡变化的照片。注：上述几项要统一装订，打印封皮，并写明XX校XX班XX。

            我仔细一琢磨，这份家庭作业竟然涉及电脑、打印机、办公软件、中文输入法、绘画、各种规格的纸张、相机、摄影、照片冲印、装订等多设备和程序—分明是专业秘书该干的活儿，还得外加一名画家和摄影师——这，三年级小学生能独立完成吗？

            儿子却轻松地说：“没事，我都想好了，让爷爷画画儿办报纸，老爸你去照相片，然后拿到冲印店冲洗，我自己动手写作文，我妈负责打印兼装订。 ”末了，他还特意叮嘱：“一定要把我们班主任的名字打在封皮上，前面加注‘指导老师’四个黑体字。 ”

            读到这里，你能说我们的孩子没有创造力吗？但是孩子们的创造力似乎走上了歧途。

            再来看个美国的例子。中国人民大学教授高钢有篇文章叫《我所看到的美国小学教育》一直被网民们不断转发。录个片段吧：

            有一次，我问儿子的老师：“你们怎么不让孩子背记一些重要的东西呢？”老师笑着说：“对人的创造能力中有两个东西比死记硬背更重要：一个是他要知道到哪里去寻找所需要的比它能够记忆的多得多的知识；再一个是他综合使用这些知识进行新的创造的能力。死记硬背，就不会让一个人知识丰富，也不会让一个人变得聪明，这就是我的观点。”

            高钢说，他的感受可能正是两种不同的基础教育体系所造成的人之间的差异。中国人太习惯于在一个划定的框子里去施展拳脚了，一旦失去了常规的参照，对不少中国人来说感到的可能往往并不是自由，而是慌恐和茫然。我常常想到中国的小学教育，想到那些课堂上双手背后坐得笔直的孩子们，想到那些沉重的课程、繁多的作业、严格的考试……它让人感到一种神圣与威严的同时，也让人感到巨大的压抑和束缚，但是多少代人都顺从着它的意志，把它视为一种改变命运的出路。

            韩寒说，中国孩子第一次说谎话就是从第一次写作文开始的，看似偏激，实有道理。那种“说真话”教育的优点就是,在语言运用上,它比任何强行规定的教育更为实用:只要学生言之有物,而又觉得非说不可,他也就有了交流思想的真正技巧。而我们呢，我们的教育是教你怎样按别人想的去想，而人家的教育是叫你按自己想的去想。这就是差异。

            现在都说中国是世界工厂，但是中国自主创造的高端产品很少似乎可以说明问题。前国务院新闻办公室主任，现南开大学滨海研究院院长，博士生导师赵启正说：“ 作为一个拥有5000多年文明史的文化发源地，只出口电视机，不出口电视机里播放的内容，也就是不出口中国的思想观念，就成了一个‘硬件加工厂’。”

            看来中国的创新教育不是没有人明白，可怕的是有人揣着明白装糊涂，有人本来糊涂装明白，有人本来明白又被糊涂，有人本不糊涂却又被明白。

具有四级结构的蛋白质，尚有重要的别构作用（allosteric effect），又称变构作用。别构作用是指一些生理小分子物质，作用于具有四级结构的蛋白质，与其活性中心外别的部位结合，引起蛋白质亚基间一些副键的改变，使蛋白质分子构象发生轻微变化，包括分子变得疏松或紧密，从而使其生物活性升高或降低的过程。具有四级结构蛋白质的别构作用，其活性得到不断调正，从而使机体适应千变万化的内、外环境，因此推断这是蛋白质进化到具有四级结构的重要生理意义之一。

血红蛋白运氧中也有别构作用：当血红蛋白分子第一个亚基与氧结合后，该亚基构象的轻微改变，可导致4个亚基间盐键的断裂，使亚基间的空间排布和四级结构发生轻微改变，血红蛋白分子从较紧密的T型转变成较松弛的R型构象，从而使血红蛋白其他亚基与氧的结合容易化，产生了正协同作用，呈现出与肌红蛋白不同的“S”形氧解离曲线，完成其更有效的运氧功能（图2－21）。氧对生命十分重要，但氧又难溶于水，生物进化到脊椎动物，产生了血红蛋白与肌红蛋白，尤其是血红蛋白具有四级结构和别构作用，使之能更有效地完成运氧功能。它就像撕一张四联邮票，当撕第一张时较费力，但撕第二、三张时就容易些了，当撕到第四张邮票时几乎可以不费力气一样，即血红蛋白变构到第四个亚基与氧的结合时就更容易了。当然，血红蛋白是由四个亚基聚合而成的蛋白质，在变构中亚基是绝对不能分开的，只是整个构象的改变。

                                         From:  http://basic.shsmu.edu.cn/biochem/jiaoan/2004new/2.doc

转载:    http://basic.shsmu.edu.cn/biochem/jiaoan/2004new/2.doc

第四节　蛋白质分子结构和功能的关系

一、           蛋白质分子一级结构和功能的关系

蛋白质分子中关键活性部位氨基酸残基的改变，会影响其生理功能，甚至造成分子病（molecular disease）。例如镰状细胞贫血，就是由于血红蛋白分子中两个β亚基第6位正常的谷氨酸变异成了缬氨酸，从酸性氨基酸换成了中性支链氨基酸，降低了血红蛋白在红细胞中的溶解度，使它在红细胞中随血流至氧分压低的外周毛细血管时，容易凝聚并沉淀析出，从而造成红细胞破裂溶血和运氧功能的低下。另实验证明，若切除了促肾上腺皮质激素或胰岛素A链N端的部分氨基酸，它们的生物活性也会降低或丧失，可见关键部分氨基酸残基对蛋白质和多肽功能的重要作用。

所谓“分子病”，首先是蛋白质一级结构的改变，从而引起其功能的异常或丧失所造成的疾病。可见蛋白质关键部位甚至仅一个氨基酸残基的异常，对蛋白质理化性质和生理功能均会有明显的影响。分子病是基因突变引起的遗传性疾病，当然首先就是DNA分子结构的改变，是其分子编码相应蛋白质基因结构的改变，这是1949年美国科学家Pauling在研究血红蛋白时首先提出来的。目前已知血红蛋白分子异常有500多种，其中约一半在临床上可造成分子病。分子病也包括整条多肽链在合成时的缺失，如血红蛋白分子病中的地中海贫血，可缺失血红蛋白α－亚基或β－亚基等。现在已知人类有几千种先天遗传性疾病，其中大多是由于相应蛋白质分子异常或缺失所致。今举一些并不是十分罕见的分子病实例如下（表2－9）

另一方面，在蛋白质结构和功能关系中，一些非关键部位氨基酸残基的改变或缺失，则不会影响蛋白质的生物活性。例如人、猪、牛、羊等哺乳动物胰岛素分子A链中8、9、10位和B链30位的氨基酸残基各不相同，有种族差异，但这并不影响它们都具有降低生物体血糖浓度的共同生理功能。又如在人群的不同个体之间，同一种蛋白质有时也会有氨基酸残基的不同或差异，个体之间，同一种蛋白质中有时会存在一级结构的微小差异，但这也并不影响不同个体中它们担负相同的生理功能。但差异的氨基酸，若是在氨基酸分类中从脂肪族换成芳香族氨基酸等，即蛋白质之间的免疫原性就会差异较大，由这些蛋白质组成人体组织、器官，在临床上进行移植时，就可产生排异反应。

蛋白质一级结构与功能间的关系十分复杂。不同生物中具有相似生理功能的蛋白质或同一种生物体内具有相似功能的蛋白质，其一级结构往往相似，但也有时可相差很大。如催化DNA复制的DNA聚合酶，细菌的和小鼠的就相差很大，具有明显的种族差异，可见生命现象十分复杂多样。

二、             蛋白质分子空间结构和功能的关系

蛋白质分子空间结构和其性质及生理功能的关系也十分密切。不同的蛋白质，正因为具有不同的空间结构，因此具有不同的理化性质和生理功能。如指甲和毛发中的角蛋白，分子中含有大量的α-螺旋二级结构，因此性质稳定坚韧又富有弹性，这是和角蛋白的保护功能分不开的；而胶原蛋白的三股π螺旋平行再几股拧成缆绳样胶原微纤维结构，使其性质稳定而具有强大的抗张力作用，因此是组成肌腱、韧带、骨骼和皮肤的主要蛋白质；丝心蛋白正因为分子中富含β-片层结构，因此分子伸展，蚕丝柔软却没有多大的延伸性。事实上不同的酶，催化不同的底物起不同的反应，表现出酶的特异性，也是和不同的酶具有各自不相同且独特的空间结构密切有关。

又如细胞质膜上一些蛋白质是离子通道，就是因为在其多肽链中的一些α-螺旋或β－折叠二级结构中，一侧多由亲水性氨基酸组成，而另一侧却多由疏水性氨基酸组成，因此是具有“两亲性”（amphipathic）的特点，几段α-螺旋或β-折叠的亲水侧之间就构成了离子通道，而其疏水侧，即通过疏水键将离子通道蛋白质固定在细胞质膜上。载脂蛋白也具有两亲性，既能与血浆中脂类结合，又使之溶解在血液中进行脂类的运输。

两亲性使蛋白质间形成二聚体也十分重要。

具有四级结构的蛋白质，尚有重要的别构作用（allosteric effect），又称变构作用。别构作用是指一些生理小分子物质，作用于具有四级结构的蛋白质，与其活性中心外别的部位结合，引起蛋白质亚基间一些副键的改变，使蛋白质分子构象发生轻微变化，包括分子变得疏松或紧密，从而使其生物活性升高或降低的过程。具有四级结构蛋白质的别构作用，其活性得到不断调正，从而使机体适应千变万化的内、外环境，因此推断这是蛋白质进化到具有四级结构的重要生理意义之一。

血红蛋白运氧中也有别构作用：当血红蛋白分子第一个亚基与氧结合后，该亚基构象的轻微改变，可导致4个亚基间盐键的断裂，使亚基间的空间排布和四级结构发生轻微改变，血红蛋白分子从较紧密的T型转变成较松弛的R型构象，从而使血红蛋白其他亚基与氧的结合容易化，产生了正协同作用，呈现出与肌红蛋白不同的“S”形氧解离曲线，完成其更有效的运氧功能（图2－21）。氧对生命十分重要，但氧又难溶于水，生物进化到脊椎动物，产生了血红蛋白与肌红蛋白，尤其是血红蛋白具有四级结构和别构作用，使之能更有效地完成运氧功能。它就像撕一张四联邮票，当撕第一张时较费力，但撕第二、三张时就容易些了，当撕到第四张邮票时几乎可以不费力气一样，即血红蛋白变构到第四个亚基与氧的结合时就更容易了（图2－22）。当然，血红蛋白是由四个亚基聚合而成的蛋白质，在变构中亚基是绝对不能分开的，只是整个构象的改变。

第五节　蛋白质的分类

蛋白质可根据其化学组成不同分为单纯蛋白质（simple proteins）和结合蛋白质（conjugated proteins）两大类。单纯蛋白质仅由氨基酸组成，而结合蛋白质除氨基酸组成外还含有非蛋白质的辅基（prosthetic group）。

单纯蛋白质可按其溶解度不同而再分为白蛋白、球蛋白、组蛋白、硬蛋白、精蛋白、谷蛋白等七类（表2－10），其中前五类在动物体内广泛分布，如组蛋白类主要分布在细胞核内，以与DNA结合的形式存在，有调节基因开放、关闭的功能，本身又再分为5亚基；硬蛋白类则有保护和支持等功能；精蛋白则主要存在在精子中富含精氨酸。

不同蛋白质溶解度的不同，有利于从混合蛋白质中进行各蛋白质组分的分离纯化，如血浆各组成成分蛋白质的分离纯化、综合利用。

结合蛋白质按其辅基不同再可分为核蛋白、糖蛋白、脂蛋白、磷蛋白等六类（表2－11）。其中核蛋白是细胞染色体的主要化学组成；而脂蛋白为人血浆中脂类的主要结合、运输形式。

蛋白质也可按分子形状不同而分为纤维状蛋白质和球状蛋白质两大类。纤维状蛋白质（fibrous protein）分子呈纤维状或棒状，分子长轴和短轴的比一般大于10。

第六节　蛋白质的重要理化性质

一、           大分子亲水胶体性质

二、             两性解离与等电点

三、             紫外吸收特征与蛋白质定量分析

四、             蛋白质的变性（denaturation）

变性是指在一些物理或化学因素作用下，使蛋白质分子空间结构破坏，从而引起蛋白质理化性质改变，包括结晶性能消失。蛋白质溶液粘度增加，呈色反应加强及易被消化水解等，尤其是溶解度降低和生物活性丧失的过程。蛋白质变性的机理是分子中非共价键断裂，使蛋白质分子从严密且有序的空间结构转变成杂乱松散、无序的空间结构，因此生物活性也必然丧失；同时由于蛋白质变性后，分子内部的疏水基团暴露到了分子的表面，因此其溶解度降低、容易沉淀析出。变性的蛋白质大多沉淀，但沉淀的蛋白质在蛋白质分离纯化中并不是变性的。

造成蛋白质变性的物理、化学条件有加热、紫外线、X射线和有机溶剂，如乙醇、尿素、胍和强酸、强碱、重金属盐等。蛋白质变性虽是能逆转的，因为此时蛋白质的一级结构并未遭到破坏，故若变性时间短、变性程度较轻，理论上在合适的条件下，变性蛋白质分子尚可重新卷曲形成天然空间结构，并恢复其生物活性，这即称为蛋白质的复性（renaturation），但目前情况下大部分变性蛋白质均难以复性，尤其是加热变性的蛋白质更发生了凝固。蛋白质变性理论是由中国早年著名生化学家吴宪教授提出来的，至今仍被世界承认与延用。

在实际工作中，我们要谨防一些蛋白质制剂或蛋白质药物的变性失活，如免疫球蛋白、酶蛋白、疫苗蛋白和蛋白质激素药物等；而在另一些情况下，又要利用日光、紫外线、高压蒸汽、酒精和红汞等使细菌蛋白质变性失活，从而达到消毒杀菌的目的。要注意区别变性是由一些较剧烈的条件使蛋白质构象破坏、生物活性丧失的过程，它不同于别构中蛋白质构象的轻微改变，伴随着生物活性升高或降低的调节过程。

五、 蛋白质的别构（变构）作用（allosteric effect）蛋白质变性与变构是两个完全不同的概念，但两者又有一些相同点，都是在外因作用下蛋白质分子空间构象的改变，从而引起生物活性的改变，具体内容本书后面还将会对别构作用有不少介绍，因为别构作用在生命活动的调节中十分重要，尤其是别构酶的调节作用。

转载:   http://basic.shsmu.edu.cn/biochem/jiaoan/2004new/2.doc

第二章　蛋白质的结构和功能(1)

蛋白质（protein）在生物体内具有广泛和重要的生理功能，它不仅是各器官、组织的主要化学组成，且生命活动中各种生理功能的完成大多是通过蛋白质来实现的，而且蛋白质在其中还起着关键的作用，所以蛋白质是生物化学学科中传统、基础的内容，在分子生物学学科中又是发展最快、最重要的部分之一，protein一词就是来自1938年Jons J Berzelius创造的希腊单词protios，意为第一或最重要的意思。

第一节　蛋白质在生命活动中的重要功能

蛋白质是生命的物质基础，一切生命活动离不开蛋白质。

蛋白质普遍存在于生物界，从病毒、细菌到动、植物都含有蛋白质，病毒除核酸外几乎都由蛋白质组成，甚至朊病毒（prion）就只含蛋白质而不含核酸。蛋白质也是各种生物体内含量最多的有机物质（表2－1）。人体内蛋白质含量就约占其干重的45%左右。

体内一些蛋白质的重要生理功能：

（一）  催化功能

（二）  调节功能

（三）  保护和支持功能

（四）  运输功能

（五）  储存和营养功能

（六）  收缩和运动功能

（七）  防御功能

（八）  识别功能

（九）  信息传递功能

（十）  基因表达调控功能

（十一）            凝血功能

（十二）            蛋白质的其他众多生理功能

第二节　蛋白质的分子组成

一、             蛋白质的元素组成和分子量

蛋白质是大分子化合物，相对分子质量（Mr）一般上万，结构十分复杂，但都是由C、H、O、N、S等基本元素组成，有些蛋白质分子中还含有少量Fe、P、Zn、Mn、Cu、I等元素，而其中氮的含量相对恒定，占13%～19%，平均为16%，因此通过样品中含氮量的测定，乘以6.25，即可推算出其中蛋白质的含量。

二、             蛋白质的氨基酸组成

大分子蛋白质的基本组成单位或构件分子（building-block molecule）是氨基酸（amino acid，AA）（表2－2）。在种类上，虽然自然界中存在着300多种氨基酸，但构成蛋白质的只有20种氨基酸，且都是L,α-氨基酸，在蛋白质生物合成时它们受遗传密码控制。另外,组成蛋白质的氨基酸，不存在种族差异和个体差异。

在20种氨基酸中，除甘氨酸不具有不对称碳原子和脯氨酰是亚氨基酸外，其余均为Ｌ,α-氨基酸。氨基酸分子的结构通式为：

（一）  氨基酸的分类

20种氨基酸按其侧链R结构的不同，在化学中可分为脂肪族、芳香族和杂环氨基酸三大类，分别含15种、2种和3种氨基酸。在脂肪族氨基酸中，3种是支链氨基酸，而大多是直链氨基酸。在20种氨基酸中，有2种是含硫氨基酸和3种是含羟基的氨基酸。在生物化学中，氨基酸是根据其酸性基团（羧基）和碱性基团（氨基、胍基、咪唑基）的多寡而分为酸性氨基酸、碱性氨基酸和中性氨基酸三类，其中酸性氨基酸含2个羧基和1个氨基，碱性氨基酸含2个或2个以上碱性基团和一个羧基，都属于含有可解离基团的极性氨基酸，而中性氨基酸只含有1个羧基和1个氨基，在形成蛋白质分子时都被结合掉，因此根据其侧链R有无极性再分为中性极性氨基酸和中性非极性氨基酸二个亚类，中性极性氨基酸（polar AA）较亲水（hydrophilic），中性非极性氨基酸（non-polar AA）较疏水（hydrophobic）（表2－3）。在形成大分子蛋白质严密的空间结构中，其组成氨基酸侧链R的大小、形状，带电与极性与否，对蛋白质分子空间结构形成和生理功能关系密切。

蛋白质分子中尚含有一些经修饰的氨基酸，并无遗传密码编码，它们往往是在蛋白质生物合成后，由其中相应氨基酸经加工修饰生成。如胱氨酸是由2个半胱氨酸脱氢氧化生成，含有二硫键，存在于部分蛋白质分子中；而羟赖氨酸与羟脯氨酸来自蛋白质中赖氨酸和脯氨酸的羟化，主要存在于胶原蛋白分子中，它与胶原蛋白分子结构的稳定与功能均有关；一些凝血因子分子中含有γ－羧基谷氨酸，也来自蛋白质分子中谷氨酸的羧化，且与其凝血活性密切有关；而一些酶蛋白分子中的丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸羟基，还可与磷酸结合被磷酸化等，更与酶活性的调节功能密切相关。

（二）  氨基酸的重要理化性质

1.         两性电离与等电点（pI）　

2.         紫外吸收特征　

3.         脱水成肽反应　

(http://en.wikipedia.org/wiki/Epistemological_rupture)

Baston Bachelard (June 27, 1884 – October 16, 1962) was a French philosopher who rose to some of the most prestigious positions in the French academy. His most important work is on poetics and the philosophy of science. In philosophy of science he introduced the concepts of epistemological obstacle and epistemological break (obstacle épistémologique et rupture épistémologique). He influenced many French philosophers in the latter part of the twentieth century, among them Michel Foucault and Louis Althusser.

Epistemological rupture

Origin and definitions of the terms

Epistemology, from the Greek words episteme (knowledge) and logos (word/speech) is the branch of philosophy that deals with the nature, origin and scope of knowledge. Rupture, from Old French ""rupture"" or Latin ""ruptura"" is defined as an instance of breaking or bursting suddenly and completely, as well as a breach of a harmonious link in a figurative way.

The notion of epistemological rupture was introduced by Gaston Bachelard.^{[citation needed]} He proposed that the history of science is replete with "epistemological obstacles"--or unthought/unconscious structures that were immanent within the realm of the sciences, such as principles of division (e.g. mind/body). The history of science, Bachelard asserted, consisted in the formation and establishment of these epistemological obstacles, and then the subsequent tearing down of the obstacles. This latter stage is an epistemological rupture--where an unconscious obstacle to scientific thought is thoroughly ruptured or broken away from.

Life and Work

 Bachelard was a postmaster in Bar-Sur-Aube, and then studied physics before finally becoming interested in philosophy. He was a professor at Dijon from 1930 to 1940 and then became the inaugural chair in history and philosophy of the sciences at the Sorbonne.

Bachelard's studies of the history and philosophy of science in such works as Le nouvel esprit scientifique ("The New Scientific Mind") (1934) and La formation de l'esprit scientifique ("The Formation of the Scientific Mind") (1938) were based on his vision of historical epistemology as a kind of psychoanalysis of the scientific mind. He argued against Comtean positivism that it had been superseded by such scientific developments as the theory of Relativity.

In the English-speaking world, the connection Bachelard made between psychology and the history of science has been little understood. Bachelard demonstrated how the progress of science could be blocked by certain types of mental patterns, creating the concept of obstacle épistémologique ("epistemological obstacle"). One task of epistemology is to make clear the mental patterns at use in science, in order to help scientists overcome the obstacles to knowledge.

Through his concept of "epistemological break", Bachelard underlined the discontinuity at work in the history of sciences. (The term itself is almost never used by Bachelard, but became famous through Althusser.) A rationalist in the Cartesian sense, he opposed "scientific knowledge" to ordinary knowledge, and held that error is only negativity or illusion. The role of epistemology is to show the history of the (scientific) production of concepts; those concepts are not just theoretical propositions: they are simultaneously abstract and concrete, pervading technical and pedagogical activity. This explains why "The electric bulb is an object of scientifical thought… an example of an abstract-concrete object."^[1] To understand the way it works, one has to pass by the detour of scientific knowledge. Epistemology is thus not a general philosophy that aims at justifying scientific reasoning. Instead it produces regional histories of science.

Thomas S. Kuhn used Bachelard's notion of "epistemological rupture" (coupure or rupture épistémologique) as re-interpreted by Alexandre Koyré to develop his theory of paradigm shifts; Althusser and Michel Foucault also drew upon Bachelard's epistemology.

In addition to epistemology, Bachelard's work deals with many other topics, including poetry, dreams, psychoanalysis, and the imagination. The Psychoanalysis of Fire (1938) and The Poetics of Space (1958) are among the most popular of his works.

11.相关中文翻译：

http://atp.life.nctu.edu.tw/~biocenter/sections.php?op=viewarticle&artid=74

allosteric enzyme 异位调节酵素(变构酶)

中文： 異位調節酵素
說明：異位調節酵素多半是由2個以上的次單位所組成，包括具有酵素作用，可與效應物結合的催化次單位(catalytic subunit)及可與效應物結合的調節次單位(regulatory subunit)。當異位效應物與調節次單位結合時，其構造上會發生變化，並影響催化次單位，使得受質與酵素間的結合力變弱。
定義：酵素分子與其他物質(如效應物effector)結合時，其結合位置並非酵素分子和受質(substrate)的結合部位，結果在酵素的分子結構上發生變化，因而酵素活性會被促進或抑制。這種現象稱為異位效應(allosteric effect)，具有這種效應的酵素稱為異位調節酵素。異位效應是生物體中代謝調節的重要機制之一。

active site 活性基
在酶(enzyme)分子表面的裂縫，可与受质(substrate)分子表面特定区域結合并活化之。

feedback inhibition 回馈抑制
当体內某些物质或活动增加时，會回转抑制使其增加的主要因素或过程的一种生物控制的机制。

Other interpretations:

allosteric

（biochemistry, chemistry） Of a binding site in a protein, usually an enzyme.

The catalytic function of an enzyme may be modified by interaction with small molecules, not only at the active site, but also at a spatially distinct (allosteric) site of different specificity.

Of a protein, a protein possessing such a site. An allosteric effector is a molecule bound at such a site that increases or decreases the activity of the enzyme.

active site:  A specific region of an enzyme where a substrate binds and catalysis takes place (binding site).

中国教材中的术语：

变构部位 allosteric site
变构调节 allosteric regulation
变构激活剂 allosteric activator
变构酶 allosteric enzyme
变构效应 allosteric effect
变构效应剂 allosteric effector
变构抑制剂 allosteric inhibitor 

4. allosteric control

        http://www.britannica.com/eb/article-9005828

      in enzymology, inhibition or activation of an enzyme by a small regulatory molecule that interacts at a site (allosteric site) other than the active site (at which catalytic activity occurs). The interaction changes the shape of the enzyme so as to affect the formation at the active site of the usual complex between the enzyme and its substrate (the compound upon which it acts to form a product). As a result, the ability of the enzyme to catalyze a reaction is modified. This is the basis of the so-called induced-fit theory, which states that the binding of a substrate or some other molecule to an enzyme causes a change in the shape of the enzyme so as to enhance or inhibit its activity.

The regulatory molecule may be a product of a synthetic pathway and inhibit an enzyme in that pathway (see feedback inhibition), thereby preventing the further formation of itself. Other molecules act as activators; i.e., they interact with an enzyme so as to enhance the binding of the substrate to the enzyme, thus enhancing catalytic activity. The enzyme adenyl cyclase, itself activated by the hormone adrenaline (epinephrine), which is released when a mammal requires energy, catalyzes a reaction that results in the formation of the compound cyclic adenosine monophosphate (cyclic AMP). Cyclic AMP, in turn, activates enzymes that metabolize carbohydrates for energy production. A combination of allosteric activation and inhibition thus provides a way by which the cell can rapidly regulate needed substances.

5. feedback inhibition

   http://www.britannica.com/eb/article-9033914/feedback-inhibition

      in enzymology, suppression of the activity of an enzyme, participating in a sequence of reactions by which a substance is synthesized, by a product of that sequence. When the product accumulates in a cell beyond an optimal amount, its production is decreased by inhibition of an enzyme involved in its synthesis. After the product has been utilized or broken down and its concentration thus decreased, the inhibition is relaxed, and the formation of the product resumes. Such enzymes, whose ability to catalyze a reaction depends upon molecules other than their substrates (the ones upon which they act to form a product), are said to be under allosteric control. Feedback inhibition is a mechanism by which the concentration of certain cell constituents is limited.

6. The induced-fit theory (protein)

     http://www.britannica.com/eb/article-72596/protein#593882.hook

      The key–lock hypothesis (see above The nature of enzyme-catalyzed reactions) does not fully account for enzymatic action; i.e., certain properties of enzymes cannot be accounted for by the simple relationship between enzyme and substrate proposed by the key–lock hypothesis. A theory called the induced-fit theory retains the key–lock idea of a fit of the substrate at the active site but postulates in addition that the substrate must do more than simply fit into the already preformed shape of an active site. Rather, the theory states, the binding of the substrate to the enzyme must cause a change in the shape of the enzyme that results in the proper alignment of the catalytic groups on its surface. This concept has been likened to the fit of a hand in a glove, the hand (substrate) inducing a change in the shape of the glove (enzyme). Although some enzymes appear to function according to the older key–lock hypothesis, most apparently function according to the induced-fit theory.
       During step 1 in Figure 10, which illustrates the induced-fit theory, the substrate approaches the enzyme surface and induces a change in its shape that results in the correct alignment of the catalytic groups (indicated by triangles A and B). In the case of the digestive enzyme carboxypeptidase, the binding of the substrate causes a tyrosine molecule at the active site to move by as much as 15 angstroms. Circles C and D in the figure represent substrate-binding groups on the enzyme that are essential for catalytic activity. During step 2 the catalytic groups at the active site react with the substrate to form products. The products separate from the enzyme surface during step 3, and the enzyme is able to repeat the sequence.
         Nonsubstrate molecules that are too bulky (Figure 10D) or too small (Figure 10E) alter the shape of the enzyme so that a misalignment of catalytic groups A and B occurs; such molecules are not able to react even if they are attracted to the active site.
       The induced-fit theory explains a number of anomalous properties of enzymes; for example, “noncompetitive inhibition” (Figure 10F), in which a compound inhibits the reaction of an enzyme but does not prevent the binding of the substrate. In this case, the inhibitor compound I attracts the binding group C so that the catalytic group B is too far away from the substrate to react. The site at which the inhibitor binds to the enzyme is not the active site and is called an allosteric site. The inhibitor changes the shape of the active site to prevent catalysis without preventing binding of the substrate.
       Figure 10G shows the effect of an inhibitor (¢l), which distorts the active site by affecting the essential binding group D; as a result, the enzyme can no longer attract the substrate. In Figure 10H, a so-called activator molecule, X, affects the active site so that a nonsubstrate molecule is properly aligned and hence can react with the enzyme; X is called an allosteric activator of the reaction. Such activators can affect both binding and catalytic groups at the active site.
     Enzyme flexibility is extremely important because it provides a mechanism for regulating enzymatic activity. As shown in Figure 10F and G, the orientation at the active site can be disrupted by the binding of an inhibitor at a site other than the active site. Moreover, the enzyme can be activated by molecules that induce a proper alignment of the active site for a substrate that alone cannot induce this alignment (Figure 10H).

     As mentioned above, the sites that bind inhibitors and activators are called allosteric sites to distinguish them from active sites. Allosteric sites are in fact regulatory sites able to activate or inhibit enzymatic activity by influencing the shape of the enzyme. When the activator or inhibitor dissociates from the enzyme, it returns to its normal shape. Thus, the flexibility of the protein structure allows the operation of a simple, reversible control system similar to a thermostat.： 

1.allosteric.

    Pronunciation: "a-lo-'ster-ik; ( adjective)
    Etymology: all- + steric
    of, relating to, undergoing, or being a change in the shape and activity of a protein (as an enzyme) that results from combination with another substance at a point other than the chemically active site

2. allosteric regulation

（http://en.wikipedia.org/wiki/Allosteric_regulation）

      In biochemistry, allosteric regulation is the regulation of an enzyme or protein by binding an effector molecule at the protein's allosteric site (that is, a site other than the protein's active site). Effectors that enhance the protein's activity are referred to as allosteric activators, whereas those that decrease the protein's activity are called allosteric inhibitors. The term allostery comes from the Greek allos, "other," and stereos, "space," referring to the regulatory site of an allosteric protein's being separate from its active site. Allosteric regulation is a natural example of feedback control

3. effector

     (http://en.wikipedia.org/wiki/Effector_%28biology%29)

       An effector is a molecule (originally referring to small molecules but now encompassing any regulatory molecule, includes proteins) that binds to a protein and thereby alters the activity of that protein. A modulator molecule binds to a regulatory site during allosteric modulation and allosterically modulates the shape of the protein.

    Types of effectors：

      3-1. Enzyme activators are molecules that bind to enzymes and increase their activity. These molecules are often involved in the allosteric regulation of enzymes in the control of metabolism. An example of an enzyme activator working in this way is fructose 2,6-bisphosphate, which activates phosphofructokinase 1 and increases the rate of glycolysis in response to the hormone glucagon.

      3-2. Enzyme inhibitors are molecules that bind to enzymes and decrease their activity. Since blocking an enzyme's activity can kill a pathogen or correct a metabolic imbalance, many drugs are enzyme inhibitors. They are also used as herbicides and pesticides. Not all molecules that bind to enzymes are inhibitors; enzyme activators bind to enzymes and increase their enzymatic activity.

       The binding of an inhibitor can stop a substrate from entering the enzyme's active site and/or hinder the enzyme from catalysing its reaction. Inhibitor binding is either reversible or irreversible. Irreversible inhibitors usually react with the enzyme and change it chemically. These inhibitors modify key amino acid residues needed for enzymatic activity. In contrast, reversible inhibitors bind non-covalently and different types of inhibition are produced depending on whether these inhibitors bind the enzyme, the enzyme-substrate complex, or both.

       Many drug molecules are enzyme inhibitors, so their discovery and improvement is an active area of research in biochemistry and pharmacology. A medicinal enzyme inhibitor is often judged by its specificity (its lack of binding to other proteins) and its potency (its dissociation constant, which indicates the concentration needed to inhibit the enzyme). A high specificity and potency ensure that a drug will have few side effects and thus low toxicity.         Enzyme inhibitors also occur naturally and are involved in the regulation of metabolism. For example, enzymes in a metabolic pathway can be inhibited by downstream products. This type of negative feedback slows flux through a pathway when the products begin to build up and is an important way to maintain homeostasis in a cell. Other cellular enzyme inhibitors are proteins that specifically bind to and inhibit an enzyme target. This can help control enzymes that may be damaging to a cell, such as proteases or nucleases; a well-characterised example is the ribonuclease inhibitor, which binds to ribonucleases in one of the tightest known protein–protein interactions.^[1] Natural enzyme inhibitors can also be poisons and are used as defenses against predators or as ways of killing prey. 

Learner-Oriented Instructional Design: Projects and Research (1)

Xinning PEI

Learning Sciences Research Center, East China Normal University, Shanghai, CHINA

Laboratory of Didactics and Epistemology of Sciences, University of Geneva, SWITZERLAND

Email: xnpei@kcx.ecnu.edu.cn

          Pei@pse.unige.ch

copyright reserved. Thanks! 

Part I    Background of LOID

Nowadays, in Shanghai China, the Basic Education Curriculum Reform has been into the second stage. The new curriculum-system has been implemented. It is made up of 3 patterns of curriculums: basic curriculum，extensive curriculum，inquiry-based curriculum.

 Essential Values and Aims of the new curriculum-system are: by virtue of the educational environment that shanghai is constructing its-self an international and digital metropolis, the new curriculum system tries to

Ø       improve moral education (core)

Ø       cultivate creative and practical abilities of students (emphases)

Ø       change and perfect the ways of learning (characteristics)

Ø       use modern  information technology (Sign)

Ø       focus on student’s learning experience and help each student to develop

Figure1. structure of the new curriculum system of Shanghai

 All of these new demands have greatly challenged the professional abilities of teachers and the educational research. So, how to help the teachers to understand the new ideas and to meet the demands of the curriculum reform as quickly as possible and to undertake the responsibility of the curriculum reform? That is the priori task of teacher training as well as the crucial issue of educational research in China.

(In China, there about 10,000,000~15,000,000 K-12 school teachers; in Shanghai, the number of K-12 school teachers is about 100,000~140,000. The number of science teachers is about 1/3 of the total. These numbers do not include the teachers of middle-level vocational schools.)

We made a series of pre-investigations in order to find effective solutions for this issue.

       In 2000, we made several field studies on sciences expert teachers to find the factors or knowledge which influence teacher’s planning on teaching (Xinning Pei, 2003; Xinning Pei, 2005); In 2004~2006, we made questionnaires along with interviews on 230 sciences teachers, 3300 students and 50 sciences educational trainers in CHINA. This investigation involved 4 aspects of science learning and teaching: understanding of science, use of textbook, pedagogy, assessment. (Xinning Pei, etal., in press)

From these pre-investigations, we found that:

Whether can the teaching effectively help the development and learning of students or not? In other words, whether the new curriculum can be implemented effectively or not?

Firstly, it mainly depends on 3 correlative factors of teachers. The teacher: (1) has advanced body of knowledge about pedagogy and subject-matter-based learning theories; (2) can activate this body of knowledge in the lively interactive context of learning and teaching according to the characteristics of students and responds from them; and (3) can transform this body of knowledge into the component-parts of personally practical knowledge of the teacher.

Secondly, it needs supports from resources. In China, there is no lack of resources but lack of the integration of resources for learning! Especially, for school’s learning and teaching.

Thirdly, the teacher must be a good designer----he/she must learn to design his/her own teaching by use of new resources and tools.

We think that, in order to really help the learning and development of students, the teacher designers who are situated in the real learning context are demanded. Only the teacher becomes a good instructional designer and a teaching implementer, can the aims of the education come true by virtue of the organic integration between sciences and education. By combining the research-advantages of professional researchers with the experience-advantages of teachers, and with the pertinent support from professional researchers, teachers can learn the new theories, methods and technologies effectively and efficiently, and integrate them into their practice of instructional design, then the theoretical learning and reflective actions can be connected organically, thus professional qualities and teaching levels of teachers as well as the actual effect of the research can be upgraded.

An Effort on Reconstructing Learning

Through Reconstructing Curriculum and Instruction

Preface of “Learner-oriented Instructional Design”

by Xinning PEI

Published by Educational Science Publisher, 2005, 2006, P.R. China

重构课程教学到重构学习的努力

《面向学习者的教学设计》导言

研究的背景

    如何在新型的学习文化中促进学习者的学习与发展，是当今教育及其相关领域研究的共同话题，也是教学设计研究的基本问题。

    关于人类学习机制跨学科研究成果的不断丰富和科学技术的进步改变了教学设计运动，这些改变也见证了不同领域的探索者从根本上定位学习的历程。面向专业化实践和面向人类学习（包括学校学习）的教学设计的两条支流汇成了现代教学设计的知识宝库。在今天多重学习隐喻并存[1]、高技术能够充分支持学习活动的条件下，强调学习过程的主动性、建构性、社会性、真实性和境脉性[2]，已成为各种专业（职业）领域通过技术性设计改善培训并提升人类绩效的基本出发点，也刺激并引发了针对学校学习情境的教学设计创新。

面对充满异质性的学校教育以及社会生活对学校教育日益升高的期望，如何通过具体的学科教学来帮助学生实现他们的发展预期，是教育研究者及教学设计者一直在寻求满意解决的难题。

第二次世界大战把教学设计的研究和实践在专业化领域中催生出来，随后，从20世纪60年代教学设计学科地位的确立，到后来三十余年的成长，整个过程也发生在学校教学之外。虽说此间针对学校教学问题的教学设计也偶有出现，但大面积启动的学科教学设计的研究和实践活动则是20世纪90年代以后的事情。专业化领域的教学设计在解决人类绩效问题方面的卓越成就，让那些一直怀揣着杜威和桑代克等教育事业的先辈建立“连接科学”的理想、探索教育有效发展之路的后来者，再次寄希望于通过设计将教育的新理念与学校教学实践连接起来，这极大地促进了教学设计向学科教学领域的伸延。与此同时，出于发展基础教育之需，学校也对旨在解决教学问题的学科教学设计投以关注。然而，当教学设计专家们试图将那些曾在专业领域普遍有效的模型用于学科教学时，遇到了前所未有的挑战，基于工程系统的流程式设计模型和曾为设计者们引以为豪的老工具箱无以从容应对。

与通常所言的职业培训领域追求特定绩效的教学设计不同，作为新生事物的学科教学设计所处的是一个全新的情境。

在异质群体的高级认知问题面前，学科教学设计所要考虑的因素要多得多（如教学目标、学习者及教师的特征、学科内容、学习资源，学校及社区文化与境，等等），而且，各因素之间交错变化的关系也赋予了学科教学设计特殊的复杂性，这无疑增加了学科教学设计的难度。因此，我们看到，无论在设计模型、设计理论还是在设计的经验研究方面，关于学科教学设计的研究成果增长的速率及成果的实效性都远远比不上专业领域的教学设计。

学科教学设计所处情境的复杂性也导致了这样一种是非难争的情形：一方面，面对学校教育发展对教育新理念的呼唤，专业教学设计者十分不解，为什么学校教师和管理者不愿意采用他们出色的设计理论和模型？另一方面，面对瞬息万变，推陈出新的专业教学设计理论和模型，学校教师和管理者更为困惑，研究者们为什么不能提供出实用的、可操作的、用教师们可接受、可理解的形式表达的、能指导日常教学活动的知识？

教学设计领域中的“两张皮”现象还在游历着，两条道路的分离似乎也势头不减。

促进学习者的学习与发展是教学设计者和学科教师的共同追求，但如何让他们走在一起？科学及社会研究的历史经验告诉我们，如果要让使用者接受并使用某套知识体系，“研究者们的解释和实践应该更多地用到那种知识本身，而不是仅仅依据一些常识和实际经验”（Podolskij, 1997）。

在我国的学科教学设计领域，设计者们一直徘徊于具体常识和零碎经验，迄今没有形成一套一般性的理智程序或系统的知识体系。从概念上搞清楚学科教学设计的过程和基础，是建立这样一套系统的知识体系的开始。这是本书所呈现研究的基本立足点。还有一点考虑。教学要真正面向学习者，促进他们的学习和发展。这一思想虽已成为教育研究者多年来的共识，但是，一直停留于理念层面，甚至仅被当作口号而已。很显然的一个原因便是在我国教育研究界一直缺乏一个合适的将理论与实践联系起来有效推进改革的工具。出于寻找这一工具的动因，笔者选择了面向学习者的教学设计，意在运用现代教学设计先进的研究方法和技术，在将学科教育的新理念跟我国学科教学实践相结合的研究方面做出探索。

研究的意义

挑战为研究带来了机遇。

解决问题和达到预期目标通常需要设计。设计科学所固有的系统研究方法有助于解决教育发展进程中的种种难题，从而有助于缩短课程与其所期望达到的学习目标之间的距离。正如我们所见，教学设计的发展为研究和促进人类学习开辟了新的道路，尤其是发达国家的教学设计，通过不断吸纳学习科学的研究成果，依托强大的信息技术支撑，在将新型学习理念转化成新型学习方式上发挥了独特的优势，在推进学习科学研究成果的应用转化上取得了重大进展。这一切打开了本书的研究视野。恳望本书在将学科教学与人的高级认知机制理论及设计理论进行有机融合方面所作出的尝试，能够为学科教学设计的知识库增添一个新组分。

教学设计要将学与教的理论和教学实践连接起来，谁能最终促成这一连接的实现？要靠理论研究者和专业设计者的努力，当然更离不开广大一线教师的身体力行。教师的教学究竟能否有效地促进学生的学习与发展，取决于他们的头脑中是否拥有了先进的学科学习理论和有关教育教学的知识，以及针对每一个学生的特性，在教学的情境脉络中能否将这些知识激活，从而将其转化为教师个人实践知识的一部分。专家教师具备了这些特质，从而创造了成功的教学。然而，面对国家教育发展的需要，专家教师还为数太少！调研中发现：当一名学科教师缺乏有关学科学习理论以及教育教学知识的时候，便会将教科书和教学大纲奉为法典，会极力地依赖课程开发者和教材出版商（这些人往往并不熟悉教师所身处的教学与境，也更不知道那些独特的课堂里的学生究竟在想些什么）为其开具并印制教学处方。因此，真正实现面向学习者的教学设计，必须培养一支置身于学习者真实学习境脉中的教师设计者队伍。教师只有成为一名好的教学设计者和教学实施者，才能通过学科与教育的有机融合，实现藉由学科教学促进学生发展的学校教育宗旨。与此同时，研究者要为帮助教师成为优秀的设计者提供支撑，特别是有关学科学与教的理论和设计科学的支撑。在受助于研究者支撑的教学设计的互动中，教师们为了设计出优秀的面向学习者的学科教学而必须不断地学习新理论、新方法、新技术，不断地学会反思与行动。由此而言，帮助教师设计教学的过程，也是实现教师专业成长的过程。本书的研究也试图寻找学科教师专业发展的可行之路。

关键词的界定

在本书确定的“面向学习者的教学设计”论题及其研究中，涉及到这样几个关键词：

学习者：英文是“learner”。“学习者”是一个十分活跃而又难以界定的概念。从广义上看，人人都是潜在的学习者。知识经济铸就了今天的知识生态和学习化社会，学习成为每一个公民的权利和义务，成为人的生存方式，因而学习者成为学习化社会中的人的一个基本身份属性。对学习与知识的关注，将社会发展的注意力集中到了创造与携带知识的人，因为这是知识型组织的生存之本。

从狭义上看，“学习者”主要指学校中的学生，但学习者不是一个学生不变的身份。只有那些从社会关系角度被给予了学生的身份，并且在学习活动中能够基于自己的经验进行意义和身份的双重建构的人才是学习者。显然，学习者与传统意义上的“学生”是不同的概念。传统意义上的“学生”是教师所传授知识的接受者，在传统的班级授课制形式下，他们淡忘甚至被剥夺了“学习中的人”的自主身份。。如果要成为一名“好”学生，就必须努力“说服自己从教学中获得特定的知识与技能”（Merrill, et al.：1996）；要尽量控制自己个性的大脑，去适应教师“精心准备的教学情境”；要善于遮蔽新异的观念，去寻求跟教师一致的理解。传统意义上学生的学习，主要是一种个人化的活动，而不是集体性的实践[3]。

本书的研究，关注“学习中的人”的整体和谐发展，强调学习是互动。笔者用“学习者”主要基于狭义的概念意含，表达了以下思想。第一，在学习活动中，学生是主动的学习者，是具有学习的权利和义务的学习主体，他们不仅有着高级智慧和巨大的发展潜能，同时也是具有极其丰富多样性的个体。第二，学习是参与学习活动的人与人之间的社会性互动，是与环境（包括历史文化境脉中的各种知识制品）、与自己的个人世界互动的建构知识的统一过程；学习者是意义制定者、知识拥有者和问题解决者。第三，为了达到有效的学习，学习活动中的每一个人（特别是学生），都有权利，也有义务参与教学决策。另外，从教学互动和教师设计教学的过程层面来看，教师也是学习者，他们往往以专家型学习者的身份促进学生的意义建构，并且在设计与改进教学的过程中实现专业成长。

面向学习者的教学设计：英文用“Learner-focused instructional design”或“Learner-oriented instructional design”表达。笔者用“面向学习者”想表达的是以人为本、基于学习与知识创新的教学设计理念。本书突出“面向学习者”，意在强调把学习者而不是把某ID模型的程序作为教学设计活动的聚焦点，一切设计活动均围绕有利于学习者学习与发展的教学实践而展开，而不是依照设计的流程而展开；面向学习者的教学设计关注人类学习研究的新成果并以教育发展的系统科学观为基本依据；面向学习者的教学设计强调要以学科内容知识为依托，通过设计各种促进学习的过程和资源，帮助学习者有效地解决问题，引导他们树立创新意识，实现整体和谐发展。一言以蔽之，有利于学习者的学习与发展，既是面向学习者的教学设计的基本出发点，也是面向学习者的教学设计的最终目的，达成这一追求的道路在于，通过对课程教学的重构，实现对学习的重构。

与境或情境脉络：这两个词的英文都是“context”。面向学习者的教学设计的过程及其决策受制于设计、学习与教学的与境或境脉，这由知识的境脉性所致。与境，强调的是一定时间维度下变量在空间维度上的影响，指学习或教学活动所处的，由社会组织、阶层机构和各种制度等所营造的相对广域、相对固定和静态的社会文化因素关系，此时与境的含义与“环境”接近；情境脉络，简称“境脉”，强调变量在时间和空间等多个维度上的影响，指学习和教学场景中与具体学习及教学行为直接关联的、即时生成的、动态变化的因素关系。在本书中，与境和情境脉络没有本质区别，有时可以相互替代，在具体学习和教学场景中，伴随问题解决，与境性的因素往往直接成为境脉性因素。

教学设计的理论与模型:英文是“instructional design theory and model”。教学设计理论是指导教学设计者和教学实践者通过教学促进学习者的学习与发展的知识库。现代教学设计理论通常具有五个相互关联的特点（参见Reigeluth,1999:6～7），这些特点体现在本书对面向学习者的教学设计理论的研究中。

l        教学设计理论是设计定向的(design oriented)理论（关注的是达到一定条件下学习与发展目标的方法和手段），而不是描述定向的（description oriented）理论（关注的是一定条件下事件的结果）。当然，教学设计理论跟许多旨在揭示因果关系的描述性理论（学习理论、课程与教学原理、系统科学，等等）有着密切的关系，它要将这些描述性理论转变成教育实践者实现教育目标的指导性知识。因此，许多教育学家把设计理论称为“连接科学”。

l        教学设计理论确定了支持和促进学习的教学方式或方法，以及这些方式或方法的应用情境。

l        这些教学方式或方法带有一定的原则性和概括性，可以分解成对教育者更具指导性的具体的方法。

l        所提供的一切方法只是可供实践者采用的、可能的方法，而不是必须采用、绝对的方法，就是说，这些方法可以增加达到目标的机会，但不一定保证目标的实现。

l        从设计定向的理论关注并提供解决问题的方法及其使用指南来看，教学设计理论是规定性的，但它对把各种较为概括性的方法分解成什么样的具体方法并未作出规定，因此，它又是弹性的。

通常，为了便于理解和指导实践，需要把某种教学设计理论的构成性概念要素和设计过程的基本环节进行提取，形成清晰的结构化关系和程序，并借助一定的形象化方式（符号、方程式、图形等）表达出来，这一过程就是对教学设计理论的建模（或者叫做模型化），所得到的对教学设计理论的形式化表征就是教学设计的模型。越是复杂的教学设计理论越难以模型化。

基本假设

面向学习者的教学设计是促进学习者学习与发展，推进我国课程教学改革取得成效的有力工具；实现面向学习者的教学设计，要让教师成为教学设计者，这是解决我国教学设计理论与实践脱离的出路，也是解决我国课程教学改革的关键问题——教师专业发展的可行之路。

研究的问题、内容与结构

本书研究的基本问题是，教学设计：何以有力促进学习者的学习与发展？笔者从学校学习情境出发，将其划分为三个方面的问题，分做四章进行了探讨。

教学设计从何方来？它走过了怎样的道路？它又向何方去？带着这一连串的问号，第一章研究了教学设计的历史沿革。研究表明，教育技术和媒体是跟教学设计的诞生与发展最为密切的概念，它们左右了不同时期教学设计的内涵。媒体作为教学设计研究的重要部分，体现了生物、物理、技术、社会、文化和编码等六个层面的符号学意义，由此透视媒体的教学功能，我们可以获得深刻而全面的认识。在沿着教学媒体的演进和学与教理论的发展这两条线索对教学设计的发展脉络进行了梳理，并对重要的概念和历史事件进行新的释读之后，我们发现，教学设计的发展道路恰是教育变革的旅程。这不是巧合。因为这两条线索正是教育变革所沿循的最主要的两条交织的路线：技术路线和思想路线。本章对历史上教学设计理论与模型的反思，提醒研究者对教学设计理论基础的研究必须抱以一种警醒和慎重的态度。经过第一章的探讨，找到了我国学科教学设计的流变与专业教学设计发展的历史联系，确定了面向学习者教学设计研究的理论出发点（第三章）和研究路径（第四章），明晰了曾为许多人（包括研究人员）混淆的教学设计中的基本概念；另外，第一章探讨的一些重要的设计理念，比如戴尔的“经验之塔”、坦尼森的概念学习知识分类，等等，对第四章的有关研究提供了重要的理论铺垫。

那么，面向学习者的学科教学设计又具有怎样的特征呢？为了揭示这个问题的答案，第二章对设计、教学设计、教学设计观等教学设计领域的基本问题进行了剖析，阐明了教学设计是“理性与创造、科学与艺术的融合体”的基本主张。以此出发，指出面向学习者的教学设计强调的是教学问题解决，意在提供设计的知识库、策略包和实践案例。笔者运用了叙事研究方法，讲述了一名专家化学教师思考与设计教学的故事，并通过跟流行于教师培训领域的专业教学设计模型进行比较，找到了学科教师设计教学跟专业人员教授教学设计之间的差距，从而提出实现面向学习者的教学设计必须让学科教师成为设计者，专业人员要为学科教师成为设计者提供支撑，面向学习者的学科教学设计是互动式的教学设计，其具有“对话、辩证、发展”的特征。

接下来的两章研究的是本书最核心的问题，即怎样实现面向学习者的教学设计？笔者将理论和实践两个维度相互穿插，围绕该问题展开了研究。

第三章展现了建构面向学习者教学设计的理论和研究框架的过程。在教学设计的核心基础中，学习理论既作为一定的文化及哲学主流价值取向的体现，又作为教学理论和技术基础的依据，在学科教学设计的理论与实践中起了直接的决定作用。它决定了学科教学设计的思维框架或模型、内容的选择与组织、程序和策略设计，以及实践参与的方式。当代学习研究的重要成果如建构主义和与境性说，以及科学教育中的人本建构主张对研究面向学习者的学科教学设计提供了重要启示。一方面，教学要创设优化的学习环境，在问题的真实情境脉络中支撑个体对意义的建构，评价学习者的学习理解；另一方面，要创建学习者共同体，鼓励学习中的协商与互助，让所有的学生发出自己的声音，在意义的共享中，实现个人及集体知识的增长和协作文化的弘扬。在探讨了学习理论基础之后，笔者研究了一个极富挑战性的问题，即实现面向学习者的教学设计必须首先要有一个面向学习者的教学系统。笔者根据系统要素运行状态中表现出的整体涌现性的功能，区分出了由学习者准备、动力、学习活动、学习资源和媒体传输五个子系统构成的教学系统的运行结构，在对这样一种系统结构的特点进行分析的基础上，揭示了面向学习者教学设计的本质，就是设计促进学习者学习与发展的学习环境。最后，提出了面向学习者的教学设计的原则。

第四章呈现的主要是实践研究，所提出的各种观点是基于几年来笔者对中学科学教学实践活动的参与式观察，以及对国际上相关研究的分析。第四章也是笔者试图对前面各章提出的观点，特别是第三章关于面向学习者教学设计的理论主张进行融合，重构课程教学，解决实践问题的一个尝试。它们构成了全书的重心。

将我们的学校和课堂培育成学习者共同体是许多教育家的理想，第四章把面向学习者的教学设计作为工具对这一理想的实现进行了规划。研究指出，学习者共同体作为一种学习与教学的组织形式，其实质是一种学习的文化共同体，是一种典型的分布式认知系统。培育学习者共同体的科学教学设计的理论框架包含十个要素：“目标”、“任务/主题”、“学习活动”、“角色分工”、“中心/边缘和身份认同”、“资源”、“话语/对话”、“知识”、“产品/过程”和“评价”，它们同时也构成了审视学习者共同体的教学分析框架。对十个要素的深刻分析伴随四个案例而展开。为了确保教学方式的有效运作必须创设必要的学习环境，由“问题”、“目标”、“工具/资源”和“脚手架”四个要素构成的基于问题的“实习场”的设计框架，提供了创设面向学习者的科学学习环境的路径。开放性的探究式任务是学习者共同体运作的一个关键要素，书中对如何运用“主题型学习知识分类”设计共同体学习的知识、如何设计脚手架、如何确保学习者共同体的有效实施提供了例示和建议。书中提供的关于培育学习者共同体的科学教学设计框架，也可以认为是进一步审视学习者共同体的多元视角，只有认清学习者共同体构成要素的基本性质，才有可能在教学中成功地培育它。

问题解决与问题生成相伴同行，结语展现了今后学科教学设计研究的“问题域”。

对人（学习者、教师、设计者）的关注是本书的基本出发点。基于实践而不是基于流程是本书强调的学科教学设计的一个重要特点。知识的获得离不开人及其实践。笔者期望的是，本书的研究能够吸引更多的研究者特别是教师的注意，希望通过大家各具特色的设计实践，将有关教育新理念的信息充分理解和消化，从而使其真正成为富有意义的教学设计知识。

在教学设计领域有一句名言，“那些无论在学科内容还是在教学设计方面都不拥有专家知识的人，很难判定自己应该知道些什么才能设计出令人满意的获得知识的方法”（Smith & Ragen,1999:15）。这一对教学设计者的忠告在今天的教育文化中被诠释成一条教学设计者实现专业成长的道路：在设计中求得发展。由此决定，教学设计者也是学习者，探索无止境。

四、实现概念系统转换的动态学习环境设计

LDES的研究指出，概念系统转换的实现是经由学习者自主发生的8个正向过程的交互而完成的，即：①主动提取知识意义、②对抗自我、③感触困惑、④相信自己，大胆发表、⑤善于想象，勇于探索、⑥调用自己的知识、⑦按照自己的知识思考或实施、⑧善用思维助手。^[8]为了确保上述学习过程的有效发生，教师及中介者必须提供相应的指导性学习环境。这里的指导性学习环境，是指在真实学习情境中，教师及中介者为学习者解决问题提供帮助时所必须借助的各种条件性要素（参数）。由于学习者建构知识的机会和方式是多种多样的，故指导性学习环境应是动态的，即所有学习环境要素只有发生相互作用并与8个正向学习过程进行交互才能实现对学习的有效干预。指导性学习环境不仅指学校实际的教学环境，也指基于计算机的虚拟学习环境，更代表了学习的教育环境和文化境脉的一种理想框架。

面向学校教学及基于计算机的指导性学习环境的设计要素包括以下七个方面。

1.               1.激发学生，启动学习

学习者受到激发，产生学习的欲望，才会主动对正在处理的知识提取意义。这是发生学习的第一步。为此，要做好学习的启动。首先，设计者及教师要找到学习者的兴趣点并获知其背景信息，然后，据此对学习内容建立适当的境脉，并在学习者可以通达的范围内提出问题。启动学习应把握的原则是：要让学习者感到自己跟所学内容的关系很密切，让他们非常关心所学内容。有效的启动学习策略有很多，比如利用头脑风暴集中学习者的注意力，明确动机；利用司空见惯的日常现象中蕴藏着的神奇提出问题；利用学科发展史将知识置于一定的时期和社会背景，为学习者提供探索发现的适当维度；利用当下的事件或来自各种媒体的鲜活的事例，呈现完整的学习境脉等。

2.诱发概念系统失衡    

“困惑”或“扰乱”状态是产生学习渴望和发生学习的最佳时机。概念系统是学习者理解其周围世界的唯一工具，所以他们会紧抓不放。这就需要利用学习环境将学习者置于一个特定情境中，让他们发现自己的推理是有限的，或与新情境是矛盾的，无法应对新问题，于是他们的概念系统开始“动摇”，处在不稳定的“失衡”状态，从而产生转换旧的概念系统，形成新的、更能解决问题的概念系统的需求。这时，所提出的问题就会对他们的学习产生积极推动作用。诱发概念系统失衡，可以在两方面作出努力：一是制造适当的真实“对抗”情境。比如，课堂上或虚拟学习社区中，针对某一话题，让观点各异的两组学习者展开辩论，往往在反驳对方，为自己的观点寻找证据的过程中，学习者会机警地发现某一超出所学范围的概念的科学定义，同时可以经历从激烈的冲突到逐步达成共识的阶段，这样的学习常常是深刻而有效的。二是利用现实制造冲突。有些实验现象、学习项目，乃至媒体、教科书，专家会议上传递的知识，都会有与学习者的概念系统发生冲突的方面。

3. 护卫与引领学习者的探索

“扰乱”是动摇学习者认知系统的理想工具，但如果扰动程度太大，让学习者感到信心不足或者感到心理过渡紧张，这样的扰乱就会阻碍学习。因此设计者或教师还要发展一种信任的、没有讥讽的、安全的氛围，让学习者敢于往前探索，不怕让别人看到自己的不足。营造良好的、健康的氛围和关系，首先必须让学习者有机会表达自己的观点，且不会感到任何危险。其次，给他们犯错误的权利，明白错误是学习进程的重要元素，可以在错误中找到理解的入口。第三，善用评价。除了适当利用基于课案的测验之外，加入发展性的实作评价和自我评价往往更有效。第四，制定明确目标，管理好学习时间。在基于课堂的指导性学习环境中，教师不是“知识的经销商”，而是作为学习条件的组织者来介入学习活动的，他要维持“扰乱”与“护卫”之间适当的平衡，任何一方的偏颇都可能终止教学过程。

4．制造想象与创新机会

想象可以帮助学习者拉近真实世界与科学世界的距离，从而更好地理解两个世界。有了想象，学习者就可以超越已知而探索未知。正是想象可以让学习者尝试形成理论化思维，而且有可能跳出已有知识的藩篱，找到当下尚不明晰的问题解决方式，从而可能形成一些原创性的想法。因此，在学习环境中要特意设计一些“想象”任务或专栏，制造让学习者检验自己大胆假设的机会，这样可以缩短通达正确理解的进程。

5．营造知识的“再投资”情境

知识只有通过运用才能得到活化，才能具有可用性。设计的一个重要环节就是为学习者提供能够对所吸纳的知识进行“再投资”的情境。再投资主要是围绕建立组织性的、交互性的，或照奥苏贝尔所说的起“先行组织者”作用的结构性概念来进行的，这样的做法可以使学习者在已有知识和所学习的领域之间建立一个网络，而且能理解其间不同概念的相互作用。这种对知识运用的意义超出了简单的迁移，它可以使学习者能够识别差异中的相似，跳出定势，与实体分离，形成某种抽象的能力。把学习者置于这样的再投资情境的有效方法有很多。常用的包括，按照某一任务所需的不同技能对学习者分组，组与组之间的任务相互联系和彼此依赖，最后的学习产品是组间横向联系和跨学科性的，这种利用团队之间的智能分布可以促发更完善的科学理解，而且便于提高学习效率。另外，角色扮演游戏、公开展示、相互教学等方法，可以使学习者逐步习惯于用不同的方式去除知识境脉和重建知识境脉，从而对知识进行不同的“再投资”。

6.引导学习者学会关于知识的知识

琐碎的、缺乏联系的知识，在解决问题过程中很难被激活，很容易成为惰性知识。在学习环境中应有意引导学习者对知识的全面理解，形成良好的思维方式。为此，设计中不能仅停留于让学习者获得具体的知识，还要引导他们掌握一定的思维技能（比如分析的方法、系统的实验方法），引发在识知过程（knowing knowledge）中思考和异想，逐步让他们形成建立良好思维状态（逻辑推理、批判性思维、好奇、自信等）的行为。学习者会逐渐领悟到，具体知识、识知、技能和行为，都是知识的不同类型，它们四者是相互依赖、不可分离的，只能把它们作为一个整体共同发展。比如，科学实验既能给人以深刻印象，又可展示技术过程和原理，最重要的是，实验可以展现知识完整的复杂境脉，因此通过探究性实验所学到的科学知识往往是有意义的。

7．帮助学习者启用思维助手

所谓“思维助手”是指为了实现一定的学习，设计者及教师所必须提供的各种信息媒介和方法。思维助手可以是任何干预情境，比如，为了学习某一科学原理所利用的讲座或实验方法、小组学习、参观博物馆、专家的介入、研究性信息（因特网、书籍、媒体等）、某个项目、明确界定的目标、自编的表演、游戏、模拟、设计概念地图、隐喻、故事，等等，这些都可以用来给学习者提供最好的机会，让他们能亲自“触及”到知识，跟知识互动，实现概念系统的转换。

以上所有学习环境参数必须相互作用，才能形成对学习者自主学习的强大支撑。在这样的学习环境中，学习者从事着发生学习所必须的每一个过程，他们将意义置于其中、不断地付出投入并把各个过程联结起来，一点一点地建构了自己的知识。显然，变构学习模型所解释的学习，其关键前提就是学习者的自主。这种自主有助于学习者发展批判性思维和创造性想象，有可能超越教师或社会提供的给定模式，因此变构学习理论倡导的是创新性学习。目前LDES团队已将变构学习的思想从课堂学习推广到日常学习，特别是已将基于计算机的新型学习工具引入到指导性学习环境之中，以便提供高效的学习助手。比如他们开发了一系列的适于青少年学习科学知识的项目，如案例推理、剧情参与(scenario-participating ), 爱因斯坦博物馆学习，等等，这些项目都是借助媒体技术生动再现了科学发展史上的重大发现和探索历程，并以不同的任务设计吸引青少年参与科学探秘。LEDS的探索提供了从“学习－教育—文化”整个维度建设学校及公民教育体系、提升公民科学素养的一个好的范例，极大地推进了瑞士乃至整个欧洲的科学教育的发展。

参考文献

[1] Keith Sawyer, R. (Ed.) (2006). The Cambridge Handbook of the Learning Sciences. Cambridge University Press, NY, , p.xi . 

[2] Allosteric? What does that mean？http://www.ldes.unige.ch/ang/rech/allost.htm

[3] 罗伯特·坦尼森等主编. 任友群、裴新宁主译. 教学设计的国际观（第1册）. 北京：教育科学出版社，2005. 6

[4] Giordan, A. The allosteric learning model and current theories about learning. LDES课程材料，http://www.ldes.unige.ch/ang/rech/allost.htm.

[5] Pellaud, F. & Giordan, A.(2002). Faut-il encore enseigner les sciences?. L’ Actualté Chimique, juillet.

[6] Giordan, A (1995). Learning: beyond constructivism. http://www.ldes.unige.ch/ang/rech/allost.htm..  

[7], [8] Pellaud, F. & Eastes, R-E.(2003). The importance of ‘presenting’ knowledge: The role of the teaching environment in the Allosteric Learning Model, in Actes du Hawaii international conference on social science, Honolulu.