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生物教材的逻辑链
最近和我家姑娘讨论学习上的问题，她提到《生物》不知道在学什么，抓不住要点。所以 我通过这个文档帮她梳理一下逻辑链。
我用的教材是人教版的《生物选修3：现代生物科技专题》。
我看了它的目录和第一章的内容。然后我组织一下我的思路，我想表述这样一些观点：
首先，我要解释一下为什么经常使用逻辑链思考的人，更容易接受数学和物理，却比较难 接受生物和地理。这里的区别是，两者的概念空间的大小是不同的。
所谓概念空间，就是我们讨论的问题里面的所有定义。数学和物理的概念空间是比较小的 ，比如，你知道自然数，整数，分数和实数，以及工作在他们上面的加减乘除的计算后， 剩下的问题全部都是这些问题上的“变换”，这样你要记住的东西比较少，而且，在知识点 和知识点之间，是没有多少“未知”的东西需要填补的，这样的知识的逻辑链非常清楚，你 就比较容易掌握它的。
看到完整的逻辑链是人类思考问题的需要，就算你有很多不知道的东西，你都需要先让逻 辑链完整。比如原始人，看到天上下雨了，他先要给个解释：天上下雨是因为龙王在天上 喷水，那为什么又会闪电呢？啊，那是玉帝要求他下雨的时候有电母在旁边助威。那为什 么有时他又不来下呢？那时因为玉帝不喜欢我们了，不让他来了，我们赶紧得去求玉帝开 恩……
反正你要做决策，就必然需要一个“因为……所以……”这样的一个逻辑链。无论对不对都得先 连起来等发现它不对的地方，再修正。等我们所有地方都和我们观察到的东西、以及我们 靠这个规律预测的东西一致了，我们就非常信任它了。
数学就有这样的特质，你认知一个很小的概念空间，然后你发现在上面实施的各种判断， 都能自洽，你就很容易掌握整个逻辑链。物理其实很近视，至少在中学阶段它很近似。牛 顿三大定律，你和数学直接一一对应，很容易全部转化为数学问题。换到电学上，本质就 是欧姆定律加上基尔霍夫方程，然后全部问题都转化为数学问题，这也很容易学习。
生物的逻辑链不能这样建了，生物更大程度上是个工程问题，工程问题上教你的东西很难 用简单的方法连成逻辑链。还是说回物理，如果逻辑上计算一个线性电路的电流和电压的 关系，无论电路多复杂，这就是个纯数学问题。但如果我们讨论的是工程问题。那么每个 线性的电阻，其实是有工作范围的，比如它的有效功率是5W，你的方程就会复杂很多，因 为你除了有欧姆定律构成的方程，你还需要时刻保持它的电流乘以电压，不能超过5W，否 则欧姆定律就不成立了（至少它的电阻就不是个恒定的值了），这样，我们就会有很多莫 名其妙的规律要记，比如阻抗匹配规律，这是一种单独计算输出电路和被驱动的电器（负 载）的“电阻”的方法，可以用来解决比如我们的MP3输出的声音，配多大电阻的耳机才能让 功率的利用率最高？这样就会产生新的概念，比如，负载阻抗要达到信源阻抗的共轭值， 才能让功率利用率最高。这里负载阻抗，信源阻抗，共轭，功率利用率，都是新的概念。 这些概念，在这个新问题上独立存在，它是对你过去名称空间的扩展，如果你不断发现这 种扩展，你就会决定你很难稳定下来思考问题，你也不知道你该记住什么东西，你就会确 定这个学科很难学。
所以你要对这个问题提前有预期，生物就是这样一个学科，它确实也有一个大的逻辑链， 但这个逻辑链很长，大部分时候我们都不像数学那样，可以就用这个大逻辑链上的节点推 来推去的。而是在某个特定的问题上，讨论一个小小的规律，然后再移动到下一个完全独 立的点上，另外再讨论另一个小小的规律。这样，它就变成一个靠“记忆”的学科，好像你 除了独立记住这些一个个的结论，没有任何其他办法。因为你根本没有基于已有的逻辑链 进行“思考”，不能像数学那样，知道二元一次方程怎么解，可以用这个知识解一个又一个 的方程，在生物上，你记住了二元一次方程可以解，人家就不再问你怎么解这个方程了， 人家马上跳去讲怎么积分了。这会导致你觉得无所适从，不知道怎么学下去。
你要适应它这种模式，不要预期你马上就用那个知识用来解决问题，而仅仅是把这些知识 连成逻辑链，每个独立的节点，就仅仅是挂在这个大的逻辑链上，这样预期降低后，逻辑 链还是可以帮助你的。
好了，我们现在来梳理这个逻辑链。生物的逻辑链，在教材的前言，杨焕明院士的“致同学 ”中已经比较明确地给出来了：人类是一种生命。人类早期觉得自己是世间独一无二的存在 ，其他东西都是为人的存在而存在的（比如有宗教认为，上帝创造羊，就是为了给人吃的 ），但最终我们发现，生命世界是统一的，构成人的细胞，和构成细菌的细胞，具有相同 的结构，我们对其他生命的控制，也同样可以控制我们人类。
借助越来越成熟的控制能力，我们对生命的控制能力越来越强，最初是物理的，我们可以 把坏死的细胞从身体上割掉，然后是化学的，我们吃各种维生素，来改变我们的体质。到 了现代，它还可以是数据的。我们可以直接用数学方法表示整个细胞内部的DNA结构，然后 我们可以把这些DNA结构（的数字化表述）部分地复制给其他的细胞，从而实现我们把一种 生命能力，复制到另一个生命中。
那么，这种事情是怎么做到的？什么是DNA？DNA怎么影响细胞的复制？我们又怎么获得它的 数据化表述？这个表述的结果又是怎么样被“复制”到另一个细胞中？……
带着这些目标，我们的教材开始初浅地带我们遍历整个人类发现这些方法的过程。
比如第一章，就明确告诉了我们，什么是“基因工程”：
| 基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通过体外DNA重组
| 和转基因等技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更符合人们
| 需要的新的生物类型和生物产品。
强背这个概念，很困难，也不一定能抓到这个定义的要点。但如果你带着我刚才列出的那 组问题来讨论这个问题，就能看到这个定义的要点了：
基因工程的关键在于，首先是我们可以首先我们的目标的。比如我想玉米更鲜甜，我就去 改基因，达成这个目标，说明我这个“工程”有效。你不能随便去弄，今天从玉米上长出一 个荔枝出来，明天长出给土豆，后面变成一只兔子然后炸了（其实这些结果算不错了，更 多的情况是每天按不同的方式死了），也说我干得不错，这没有意义。工程的目的是“我想 要的，我得到了。”
然后是“严格的设计”，这算是句废话，但也可以说是强调一下这个工程的特征。我们略过 。
然后是重点了，它强调了两个技术：体外DNA重组和转基因。这是什么意思我们不知道，但 我们至少可以关注到，前面这个技术应该是强调我们修改DNA的时候，不在身体上，而是在 体外的，而转基因，则可能就在原地实现。
好了，更重要的要求来了：这些事情的目的，最终是“改变遗传特性”：它不是在修改这个 细胞本身，它是让它的后代都因为这个修改而改变了。
最后产出物是“新的生物类型”，我猜比如是“红毛老鼠”？而生物产品，我猜比如是“疫苗” ？
这样，这个概念我们就基于逻辑链解构完了，你让我再复述出来，或者用这个概念去做一 些选择题，我预期我就没有什么困难了。
我们理解这个东西的过程，中间是留了不少坑的，比如我们确实不知道体外DNA重组是什么 。但我们的逻辑链还是完整的，（体外DNA只能是个死记的东西）。留下的这些洞，也许可 以帮助我们理解后面要讲的内容，也许就永远是个洞，但我们的逻辑链是完整的。这就好 像我们知道龙王来播雨就可以了，至于他是从口里喷的水，还是从盆里倒的水，这个东西 能研究下去当然好，不能研究下去，那就先这么着吧。
我们往下看下去。我们不是之前一直在奇怪，DNA这么小的东西，我们怎么知道怎么控制它的 吗？教材给出了一个它归纳的时间线：
1944 DNA是遗传物质的证明
1953 DNA双螺旋结构和中心法则的确定
1963 遗传密码的破译
1967 基因转移载体的发现
1970 工具酶的发现
1965/1977 DNA合成和测序技术的发明
1972 DNA体外重组的实现
1973 重组DNA表达时延的成功
1980 第一例转基因动物问世
1985 PCR技术的发明
这全都是新的概念，我们还是不能像数学那样让它和原来的概念空间合并。但它回答了我 们前面的疑问：我们怎么就发现基因可以控制的。
我们首先发现控制生物遗传的控制核心是DNA，然后我们还发现了它的转移规律。知道道理 是一回事，但能不能控制是一回事。我们知道鸟会飞是因为有翅膀，不表示我们就能飞， 因为我们没有翅膀，所以人类接着发现了转移载体，可以记住一个细胞的DNA，然后把它带 入另一个细胞中（这个好牛逼），然后人们又发现了工具酶，这个东西可以切割DNA，你可 以想象，这对于我们“控制”DNA，带来多大的突破了。然后我们还发现，我们可以把DNA的 规律直接“数字化”，可以直接存在计算机中（顺便说一句，这个现在也是你爹我做的产品 的一大市场，专门用电脑分析和匹配不同的DNA序列）。后面就是工程上的实现了：实现在 很低级的蛤蟆上转移基因，然后是小白鼠，然后是不知道是什么的PCR……
这样，我们就知道我们的教材要告诉我们的逻辑是什么了。
下面是这个逻辑链下一个个具体的技术给我们的展示了，比如1.1章，详细地讲了其中DNA 重组技术的整个过程：先切开DNA，然后再把不同的DNA片段有目标地缝合，最后在把缝合 好的DNA传入目标细胞中。那么这个过程包含了什么东西呢？你就带着好奇的眼光去审视一 下它给你介绍的过程就可以了。教材中给了你很多图，这些图并非是寄望你记住什么结构 化的信息，而是给你一个感性的认识，能直观建立起：“哦，原来这个东西实际是这样的”， 的感觉（教材甚至建议有条件的学校去参观这些实验室），在我们学习的时候，我们可以 像参观一个真正的实验室那样去看看它的细节，就当旅行中的好奇就可以了。我觉得这种 好奇，多了以后建立的感官印象，对你做很多其他判断，自然会产生印象的。
其他的每个章节的特点都是差不多的，比如基因工程是向细里控制，看一个个细胞怎么控制， 而生态工程，反过来从一个统计学的宏观角度来决定怎么控制。在控制单个细胞的时候， 如果做坏了，就扔掉就可以了。而在一个宏观的角度，你每天吃喝拉撒，都扔了，转眼就 垃圾成堆了。这时我们学习什么呢？我们就学习：
物质循环再生原理
物种多样性原理
协调与平衡原理
整体性原理
系统学和工程学原理
每个这些问题，其实都是先介绍它的整体原则，比如为什么多年发展地球不会垃圾成堆呢 ？因为产生垃圾和消耗的垃圾的过程是平衡的，那我们怎么才能控制这种平衡呢？那就是 一个个的个例了，比如“无废弃农业”的整个循环过程是怎么考虑的？怎么维持它的持续发 展？
这样我们就又记住了很多过程知识了。
生物确实是一个挺靠“背”的学科，因为它工程学的成分太重了，而高中又没有到可以直接 操作具体工程本身的地步。但如果我们接受了它的这个特征，基于逻辑链去理解记忆它的 每个独立的知识，还是可以掌握它的。