普通高中《生物課程標準》中提到，自然界是一個統(tǒng)一的整體，自然科學中的物理學、化學、生物學等各門學科，其思想方法、基本原理、研究內(nèi)容有著密切的聯(lián)系。同時，生物學與數(shù)學、技術科學、信息科學相互作用，共同發(fā)展。此外，生物科學與人文社會科學也是相互影響的。加強學科間的橫向聯(lián)系，有利于學生理解科學的本質、科學的思想方法和統(tǒng)一的科學概念和過程，建立科學的自然觀，逐步形成正確的世界觀。

1 生物學與物理學和化學的關系密切

自然科學是研究自然界的物質結構、形態(tài)、性質和運動規(guī)律的科學，數(shù)學、物理學、化學、生物學、天文學和地質學等，屬于自然科學的基礎理論科學范疇。從研究內(nèi)容看，物理學主要研究物質的機械運動、電磁運動和原子運動等最基本運動形式，化學主要是研究物質的分解與化合等較高級運動形式，生物學則是研究生命活動和延續(xù)等物質運動的最高級形式，因此，生物學與物理學和化學的關系極為密切。此外，生命界的發(fā)生和發(fā)展與宇宙和地球的演變密不可分，所以生物學與地質太空學也有著密切聯(lián)系。

事實上，自然界是一個統(tǒng)一的整體，有關自然的知識具有普遍的適用性，如原子和分子。尤其是某些概念和原理在學科間互相應用的現(xiàn)象隨處出現(xiàn)，如系統(tǒng)與反饋、物質與能量、空間與時間、結構與功能、動態(tài)與平衡等概念。僅以物質與能量這個概念而言，無論是原子、分子、細胞、生物體乃至生態(tài)系統(tǒng)，都是自然界存在的不同的物質運動形式，物質的機械運動、電磁運動和原子運動分別以機械能、電能和核能為動力，物質的分解反應和化合反應以其化學能的轉換為動力，生命物質的新陳代謝活動則是以ATP提供的能量為動力。在任何一個非生命物質系統(tǒng)或生命物質系統(tǒng)中，能量總是伴隨著物質變化而轉換，但是，不論能量形式發(fā)生怎樣的轉換，其系統(tǒng)內(nèi)的能量總和始終保持不變，這就是能量守恒定律。不同學科間存在的這種科學概念和原理的統(tǒng)一性表明，這些學科的科學思想和方法具有一致性，即用唯物辯證的自然觀作指導來觀察和研究自然。

正因為自然科學各個學科的科學思想和方法是一致的，所以，生物學家與物理學家和化學家思考問題的方式和進行科學探究的過程也是統(tǒng)一的。例如，他們把未知的具體問題作為探索科學奧秘的重要對象，將觀察和實驗作為科學探究的基本方法，許多有效的工具也在不同學科中共同使用等。在科學探索的過程中，他們十分尊重事實、注重證據(jù)和關注價值因素，把研究成果的社會應用置于科學探索的過程中。他們通過觀察發(fā)現(xiàn)和提出問題；根據(jù)已有的學識和經(jīng)驗，經(jīng)過深思熟慮而作出假設；通過查閱各種信息資料，對假設的邏輯含義進行推斷；精心設計調(diào)研或實驗方案，找出和控制可變因素；反復實驗并收集、分析和解讀數(shù)據(jù)，運用邏輯和證據(jù)作出答案或解釋；利用各種圖表等建立模型，用于交流得出的科學結論，并對不同的觀點或批評意見作出反應，等等。

此外，在自然科學領域中，不同學科知識相互滲透的現(xiàn)象極為普遍。僅以人體生理學基礎知識而言，許多生理現(xiàn)象或本質是用物理學知識加以解釋的。例如，用流體力學的壓強解釋血壓的生成及影響因素，用熱的傳導、對流和輻射解釋皮膚調(diào)節(jié)體溫的散熱方式，用滲透和彌散解釋水和膽固醇等的吸收，用擴散解釋肺換氣和組織換氣，用凸透鏡的成像原理解釋眼球的折光成像，用動作電位解釋神經(jīng)傳導等。同樣，細胞內(nèi)發(fā)生的一系列高度有序的化學反應是用化學知識解釋的。例如，用糖類、蛋白質和脂類化學知識闡述糖代謝、蛋白質代謝和脂肪代謝，用酶學知識闡述細胞代謝的特征，用核酸化學闡明遺傳信息的編制、傳遞和表達，用ATP與ADP相互轉化的反應機制解釋生命活動的能源供應�？傊�，生物學與物理學和化學有著極為密切的關系。

2 生物學與數(shù)學、信息科學和技術科學協(xié)同發(fā)展

數(shù)學是研究現(xiàn)實世界的空間形式和數(shù)量關系的科學，數(shù)學分析、數(shù)理統(tǒng)計和數(shù)理邏輯是生命科學研究的重要工具和方法�？v觀生命科學發(fā)展的歷史，數(shù)學對生命科學研究和發(fā)展的重要作用是不言而喻的。

早在古希臘的科學發(fā)展時期，柏拉圖曾依據(jù)動物的棲息環(huán)境，使用數(shù)學的二歧式分枝法對其進行分類。后來，他的學生亞里士多德認為，要確定動物之間的親緣關系，研究動物生活的環(huán)境、結構、習性、運動形式和生殖方式，就會發(fā)現(xiàn)“它的生成和組合”總是具有“一種美妙的形式”。為此，他依據(jù)動物血液是否紅色，將其分為無脊椎動物和脊椎動物；再依據(jù)生殖方式的不同，對520多種動物進行分類，構建了一個生物梯級略圖，并使用屬（genus）和種（species）作為兩個分類術語（起源于希臘語“形式”一詞）。此后，亞里士多德的繼承者和崇拜者們在研究代謝問題的實驗中，還試圖運用定量方法分析喂食一體重一排泄物之間的數(shù)量關系。上述事實表明，早在生物學發(fā)展的準備和奠基階段，數(shù)學的思維方式和方法就已經(jīng)應用到生物研究中，并對生物學的發(fā)展起著推動作用。

事實上，數(shù)學在生命科學各個重大發(fā)展時期都起著促進作用。例如，哈維的《心血循環(huán)論》是經(jīng)典生物學時期（16世紀初—19世紀中后）的典型代表，這篇論文的突出研究課題是“心臟的每次搏動向全身輸送多少血液”，而且他首創(chuàng)把實驗與定量方法結合起來應用于血液循環(huán)研究，并根據(jù)他用放大鏡進行的觀察推測全身有一個“不能直接觀察的血管交織網(wǎng)”．顯然，實驗與定量方法相結合應用于生物學研究，是生物學發(fā)展過程中的一個顯著進步，這種研究方法在當時的物理學領域也應用得很少。孟德爾被認為是實驗生物學時期（19世紀中后—20世紀初）的先驅者，他使用數(shù)理統(tǒng)計方法對豌豆雜交實驗的數(shù)據(jù)進行分析，揭示出相對性狀分離和不同性狀自由組合的遺傳實質。孟德爾的杰出貢獻，一方面是孟德爾定律是基同傳遞的基本規(guī)律，另一方面他是第1位將概率原理用于預測遺傳雜交實驗結果的科學家，他所創(chuàng)立的《植物雜交試驗》原理至今仍廣泛地應用于遺傳學研究。1953年，Watson和 Crick首次提出 DNA分子雙螺旋結構模型，奠定了現(xiàn)代分子生物學發(fā)展的基礎，開辟了生命科學的新紀元。這個雙螺旋結構以其簡潔和美的三維空間構像，成為當代生物學和社會發(fā)展的現(xiàn)代象征。顯然，建立模型的數(shù)學思維方式和方法，是促使沃森和克里克取得研究成功的重要方面之一。

同樣，生物科學發(fā)展的需要對數(shù)學研究也有很大的推進作用。例如，生態(tài)學的研究方法可分為：野外研究、實驗研究和數(shù)學模型研究三大類。在生態(tài)學發(fā)展的歷史中，野外研究是最先產(chǎn)生的基本方法，野外進行數(shù)量調(diào)查的特殊性促進了數(shù)量統(tǒng)計學的發(fā)展，種群生物統(tǒng)計學、數(shù)學生態(tài)學及生物數(shù)學分類法則應運而生。數(shù)學模型研究是利用數(shù)學手段，描述種群數(shù)量動態(tài)及機制，以及生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的能量流動和物質循環(huán)規(guī)律，并進行模擬和預測種群行為和數(shù)量動態(tài)，或者估算出生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力指標。例如，模擬一次傳染病在種群中大流行的后果，或模擬一種有毒污染物對生態(tài)系統(tǒng)的影響等，都要求進行精確的數(shù)學處理和定量預測，這對數(shù)理統(tǒng)計及動態(tài)分析研究提出一系列新的課題。

大家知道，信息、材料和能源，被譽為現(xiàn)代科學技術發(fā)展的三大支柱，生物學與信息科學和技術科學也有十分密切聯(lián)系。

信息科學是以信息論為基礎，與電子學、計算機和自動化技術、數(shù)學、生物學、物理學和化學等學科相聯(lián)系而發(fā)展起來的一門新興的科學，其任務是研究各種信息的性質，受控機械、生物和人類對相關信息的獲取、轉換、傳輸、處理、利用和控制的一般規(guī)律，以及設計和制作各種信息器械，以便將人腦從自然力的束縛下解放出來，提高人類認識自然和保持與自然和諧發(fā)展的能力。信息技術的發(fā)展突飛猛進。從20世紀60年代至今，電子信息技術在各個領域中得到廣泛的應用，并已深入千家萬戶和關聯(lián)到每個人的生活 與此同時，激光信息技術的優(yōu)越性能使其得到迅速發(fā)展，已經(jīng)形成對電子信息技術的補充和強有力的挑戰(zhàn)。從20世紀70年代開始的生物信息技術，已經(jīng)在實驗室里研制出生物計算機模型。生物計算機亦稱DNA計算機，它的工作原理是以瞬間發(fā)生的化學反應為基礎，利用酶的催化作用將反應過程進行分子編碼，當信息在特制的生物芯片中沿著蛋白質分子鏈傳遞時，會引起分子鏈中單鍵與雙鍵結構順序的改變，從而對問題以新的DNA編碼形式加以解答。生物計算機一旦研究成功，必將推動計算機技術向著智能化方向發(fā)展。

生物科學成為當今世界自然科學領域的領先學科有兩個主要原因：一是從20世紀50年代以來，分子生物學取得的一系列成就，使生物學在自然科學中的地位發(fā)生變化；二是生物技術的發(fā)展為人類創(chuàng)造了巨大財富。一般認為，現(xiàn)代生物技術通常包括基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程、蛋白質及其酶工程。其中，以克隆和 DNA重組為核心技術的基因工程發(fā)展得最快，并帶動了細胞工程、發(fā)酵工程、蛋白質工程的發(fā)展。此外，基因診斷與治療技術、克隆動物技術、生物芯片技術、生物材料技術、生物能源技術和生物凈化技術等都屬于現(xiàn)代生物技術的范疇�，F(xiàn)代生物技術實際上是一門綜合技術，與生物技術相關聯(lián)的學科有：分子生物學、細胞生物學、微生物學、生物化學、遺傳學、化學工程學及醫(yī)藥學等。作為現(xiàn)代生物技術領域，它可分為：農(nóng)業(yè)生物技術、醫(yī)藥生物技術、環(huán)境生物技術和海洋生物技術等�？茖W界普遍認識到，生物技術將是21世紀經(jīng)濟發(fā)展的新動力，它將在農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、能源、治理環(huán)境污染、纖維與包裝材料和醫(yī)藥工業(yè)等領域形成巨大的產(chǎn)業(yè)，將為人類提供不可估量的利益。

3 生物學與人文社會科學相互影響

人類創(chuàng)造的文化，除科學文化外還有人文文化，人文社會科學則是人文文化的象征。人文社會科學是由人文科學、社會科學以及兩者交叉構成的邊緣學科共同組成的學科群，它以人的社會存在為研究對象，以闡述人的本質和人類社會發(fā)展規(guī)律為宗旨，其主干學科大致包括：政治學、經(jīng)濟學、軍事學、法學、哲學、語言學、文藝學、歷史學、人類學、社會學、宗教學、教育學、心理學、管理學、新聞與傳播學、情報與文獻學、體育科學及人文地理學等。從人文社會科學的這個龐大的學科群不難看出，生物學與其他許多學科有著直接或間接的關系，而且在人類創(chuàng)造文化的歷史長河中，生物學與人文社會科學之間相互影響和相互促進，兩者將在交叉滲透和相互交融中走向發(fā)展的新世紀。

在人文社會科學領域中，哲學與生物學的相互影響是最突出的。古希臘的柏拉圖和亞里士多德的哲學觀，左右著他們對大自然及其生物的觀察和認識，他們及后輩學者對物種和屬的概念及其動物分類的研究，都帶有各自明顯的哲學觀念。同樣，古希臘一羅馬世界的人體解剖學和藥物學研究，對當時盛行的神創(chuàng)論和自然主義哲學產(chǎn)生很大的沖擊力。18世紀末到19世紀，哲學獲得了長足的發(fā)展，辯證法與唯物主義相結合使哲學成為具有強大生命力的真正科學的哲學，特別是馬克思主義哲學對自然科學和人文社會科學的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動作用。與此同時，細胞學、實驗胚胎學、微生物學、生理解剖學、生物進化論和遺傳學等學科的崛起或迅速發(fā)展，也為辯證唯物論提供了充分的科學證據(jù)。

隨著當代經(jīng)濟和社會的發(fā)展，生物學與人文社會科學的關系更加密切。人文社會科學研究涉及到許多社會熱點問題，如人口與計劃生育問題，晚婚、優(yōu)生和優(yōu)育問題，獨生子女教育問題，營養(yǎng)與智力開發(fā)問題，老年性疾病和防止衰老問題，環(huán)境污染問題，癌癥和艾滋病等疾病的防治問題等，深入研究和解決這些問題則與生物科學研究和發(fā)展進程有著直接關系。20世紀末至本世紀初，試管嬰兒、核移植、轉基因、克隆、人類基因組計劃和人類單體型計劃等現(xiàn)代生物技術相繼取得的成果，已經(jīng)對世界各國的政治家、經(jīng)濟學家、科學家、法律學家、社會學家和倫理學家提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，克隆器官和基因診斷與治療則給病患者及家庭帶來福音。此外，許多國家將腦科學研究作為本世紀頭10年的重點課題，隨著腦科學研究對腦功能奧秘的揭示，人們對感知、運動控制、學習記憶、情緒、游泳及意識等方面的認識將產(chǎn)生重大的突破，從而必將導致教育學、心理學乃至思維科學等發(fā)生一場根本性的變革。

進入21世紀，人類社會面臨的人口、糧食、資源和環(huán)境方面的形勢是十分嚴峻的。21世紀中期，世界人口將突破 100億大關。到 2040年前后，我國人口才能穩(wěn)定在16億左右。隨著人口迅速增長和人類生產(chǎn)活動的擴張，環(huán)境惡化和全球生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞。如何保護全球生態(tài)平衡，協(xié)調(diào)人與自然的和諧關系，提高生態(tài)、經(jīng)濟、社會與科技結合的綜合效益，已經(jīng)成為生態(tài)學研究的主要任務。為此，生態(tài)學更加注重宏觀與微觀研究相結合，逐步向定量化、模型化和工程化方向發(fā)展，生態(tài)工程學、自然資源生態(tài)學、人類生態(tài)學農(nóng)業(yè)生態(tài)學和城市生態(tài)學等許多應用生態(tài)學的分支學科應運而生。與此同時，生態(tài)學更加強調(diào)與其他自然科學和人文社會科學的相互滲透，尤其是在防治環(huán)境污染和保護生物多樣性方面進行多學科綜合研究，才能使得人類維護生態(tài)平衡和保護生物多樣性的計劃得以實施，使人類與自然和諧而持續(xù)發(fā)展的愿望得到實現(xiàn)。

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