試論科學(xué)史教育在醫(yī)學(xué)生物化學(xué)教學(xué)中的作用

熊明珍，周 軍，朱金華，歐陽永偉

（1.靖安縣中醫(yī)院 檢驗科，江西 靖安 330600；2.江西中醫(yī)學(xué)院，江西 南昌 330006）

創(chuàng)新是人類生存和發(fā)展的永恒動力，我國社會主義教育事業(yè)的歷史任務(wù)就是要不斷造就大批具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才，不斷提高全民族的思想道德素質(zhì)和科學(xué)文化素質(zhì)，要完成這一歷史任務(wù)必須不斷推進(jìn)教育創(chuàng)新。作為培養(yǎng)高素質(zhì)人才搖籃的高等院校，就必須把學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)作為學(xué)校的一項重要工作來抓，努力把大學(xué)生培養(yǎng)成為適應(yīng)社會需要、具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。審視我國高等教育現(xiàn)狀，我們可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的教育存在很多不足：①教學(xué)方法單一，基本上是填鴨式灌輸、注入式教學(xué)；②教學(xué)內(nèi)容也存在相當(dāng)程度的片面性，教學(xué)中老師只側(cè)重知識在教學(xué)中的循環(huán)——老師把知識傳授給學(xué)生，學(xué)生考試時再還給老師，而并未注重學(xué)生能力的增值；③過分注重教師的權(quán)威，過多的規(guī)范約束；④不合理的考評制度等。這些導(dǎo)致了我國現(xiàn)行教育很難擔(dān)當(dāng)培養(yǎng)高素質(zhì)人才這個重任，因此，很多高校紛紛提出自己的創(chuàng)新理念，這是時代的要求。那么作為科技教育工作者應(yīng)該如何通過教學(xué)來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力呢？本文試從科學(xué)史教育在生物化學(xué)教學(xué)中的作用入手來討論如何利用科學(xué)史教育進(jìn)行學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1 科學(xué)史及其科學(xué)史教育在生物化學(xué)教學(xué)中的作用

什么是科學(xué)史？科學(xué)史是研究科學(xué)的發(fā)生和發(fā)展的歷史。具體地說，它是研究科學(xué)思想和科學(xué)理論的演化過程及其發(fā)展規(guī)律，研究科學(xué)家的思維方式和研究方法，研究科學(xué)家科研中的成敗原因，研究科學(xué)發(fā)展中不同觀點和理論之間的紛爭與融合，研究影響科學(xué)發(fā)展的各種歷史因素等?？茖W(xué)史屬于文理交叉性邊緣學(xué)科，其獨特的研究對象使其在現(xiàn)代科技人才教育中發(fā)揮著其他學(xué)科無法替代的重要作用［1］。但是，在實際自然科學(xué)教育過程中，自然科學(xué)教育并不關(guān)心科學(xué)史的教育，似乎遺忘了對科學(xué)發(fā)展的歷史即科學(xué)史的教育。在許多科技教育工作者的眼中，科學(xué)知識的最終定論才是真正有價值的東西，而科學(xué)的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展歷史則似乎是多余的；所以很多科技教育工作者注重把經(jīng)過幾代人精雕細(xì)刻、反復(fù)打磨的科學(xué)結(jié)論、概念、規(guī)律等傳授給學(xué)生，對學(xué)生而言，這些結(jié)論性的東西讓他們的學(xué)習(xí)內(nèi)容足夠豐富，應(yīng)付考試也已足夠。這樣，就容易使學(xué)生產(chǎn)生誤解，認(rèn)為科學(xué)的發(fā)展總是一帆風(fēng)順的，科學(xué)理論總是完美無缺的，讓學(xué)生不知不覺把已有的科學(xué)成果奉為一成不變的信條，這與現(xiàn)代素質(zhì)教育的核心——創(chuàng)新教育是格格不入的。

科學(xué)史內(nèi)容是人類精神的資源寶庫，進(jìn)行科學(xué)史教育可以讓學(xué)生動態(tài)地把握科學(xué)的本質(zhì)，可以讓學(xué)生理解自然科學(xué)的起源與歷程，有利于他們從歷史維度把握科學(xué)的本質(zhì)；同時，科學(xué)史教育還可以讓學(xué)生了解到每一種科學(xué)理論的形成過程，幾乎都經(jīng)歷了一系列艱難曲折的探索歷程；所以我們在進(jìn)行科學(xué)技術(shù)知識傳授過程中應(yīng)該注重科學(xué)史的教育。

以生物化學(xué)中核酸是生物遺傳物質(zhì)為例：很多生物化學(xué)老師為了提高學(xué)生的興趣，在講授核酸時穿插一些核酸發(fā)現(xiàn)歷史的相關(guān)內(nèi)容，但這僅僅是落在很膚淺的層面上，如通常告訴學(xué)生1868年由瑞士青年科學(xué)家F.Miescher從膿細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)核酸，后來1953年J.D.Waston和F.Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，再后來發(fā)現(xiàn)核酸特別是DNA是生物遺傳物質(zhì)。而實際上很少有人提起1912年Levene提出的核酸中含有等量的4種核苷酸，這4種核苷酸組成結(jié)構(gòu)單位，核酸是由四核苷酸單位聚合而成；即“四核苷酸假說”。該假說嚴(yán)重阻礙并推遲了人們對核酸結(jié)構(gòu)和功能的正確認(rèn)識。1944年，美國科學(xué)家O.T.Avery等從加熱殺死的S品系細(xì)菌提取液中，分離出高純度的“轉(zhuǎn)化因子”，并鑒定出它是DNA。將這種“轉(zhuǎn)化因子”注入R品系細(xì)菌體內(nèi)，能夠使其轉(zhuǎn)化成S品系細(xì)菌。如事先用DNA酶將S品系細(xì)菌的DNA分解，則不可能發(fā)生這種轉(zhuǎn)化。這個重要發(fā)現(xiàn)，首次用實驗證明遺傳物質(zhì)就是DNA。由于“四核苷酸假說”的強大影響，當(dāng)時大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為Avery提取的轉(zhuǎn)化因子純度不高，正是其中不到0.02%的蛋白質(zhì)“雜質(zhì)”起了遺傳作用。直到1948年，美國生物化學(xué)家E.Chargaff讀到Avery的論文后，大受啟迪，認(rèn)為如果不同的生物種類是由于DNA的不同，則DNA的結(jié)構(gòu)必定十分復(fù)雜，否則難以適應(yīng)生物界的多樣性，因此對“四核苷酸假說”產(chǎn)生懷疑。1949－1952年，他采用紙層析法分離堿基，再用紫外吸收光譜作定量分析，發(fā)現(xiàn)DNA的堿基成分隨生物種類的不同而有很大差異，而A和T、G和c的分子數(shù)總相等。這意味著DNA分子中四種脫氧核苷酸的排列順序可能蘊藏著大量的信息；從而徹底推翻了統(tǒng)治學(xué)術(shù)界30年之久的“四核苷酸假說”；其間從核酸的發(fā)現(xiàn)到其生物學(xué)作用的提出已經(jīng)經(jīng)歷了70多年。像這樣簡單講授，就容易導(dǎo)致學(xué)生理解成核酸是生物遺傳物質(zhì)這個科學(xué)事實是一開始就發(fā)現(xiàn)的，不能讓他們真正認(rèn)識到科學(xué)認(rèn)識過程是迂回曲折的，其間既有實證，又有猜測；既有成功又有失??；科學(xué)理論是可變的。這樣教學(xué)的最終結(jié)果就是很難讓學(xué)生從現(xiàn)成的科學(xué)知識中學(xué)到科學(xué)的精神、科學(xué)的思維以及科學(xué)的方法，從而很難讓學(xué)生的創(chuàng)新能力真正意義上得到培養(yǎng)。

也許我們有的教師會提出，目前自然科學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)讓學(xué)生喘不過氣來，我們不可能給學(xué)生花過多的時間在科學(xué)史上講授，其實很早就有人提出科學(xué)課程不應(yīng)是百科全書，我們可以對其進(jìn)行選擇性的刪除、替換甚至更新［2］。科學(xué)認(rèn)識過程是一個不斷獲得新知識并使一切知識成果不斷經(jīng)受批判和檢驗、從而獲得無限發(fā)展的過程。因此，在教學(xué)過程中，我們可以通過對科學(xué)史的講授讓學(xué)生用發(fā)展的眼光看待已有的科學(xué)知識，既看到知識的正確一面，又看到其局限甚至錯誤的一面；這樣有助于培養(yǎng)學(xué)生的認(rèn)識能力和發(fā)揮其創(chuàng)造性思維。既然我們看到了科學(xué)史教育的諸多好處，那么我們?nèi)绾卧谡n堂教學(xué)中利用科學(xué)史進(jìn)行學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)呢？

2 利用科學(xué)史教育培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

首先，讓我們來看看創(chuàng)造性思維如何培養(yǎng)。教育學(xué)家斐斯泰洛齊曾指出：“教學(xué)的主要任務(wù)不是知識的積累，而是發(fā)展思維?！彼季S能力是學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)活動和科技創(chuàng)造性活動最重要、最基本的素質(zhì)，而創(chuàng)造性思維是這些活動的核心。它往往帶有強烈的探索動機(jī)，并經(jīng)歷質(zhì)疑、假設(shè)、推理、頓悟、驗證等階段，達(dá)到對新事物或者對真理的認(rèn)識，解決一些前人或者自己不曾解決過的問題，因而就表現(xiàn)出創(chuàng)造性，而這一創(chuàng)造過程就表現(xiàn)為科學(xué)的進(jìn)步。下面我們以酶學(xué)的發(fā)展歷史為例來理解這一創(chuàng)造性思維是如何培養(yǎng)的。

人們對酶的認(rèn)識起源于生產(chǎn)實踐，而真正認(rèn)識則源于對酵母發(fā)酵過程的研究。西方國家在19世紀(jì)對發(fā)酵過程進(jìn)行了大量的研究。1810年，Jaseph Gaylussac發(fā)現(xiàn)酵母可以將糖轉(zhuǎn)化為酒精。1857年，微生物學(xué)家Pasteur等人提出酒精發(fā)酵是酵母細(xì)胞活動的結(jié)果，他認(rèn)為只有活的酵母細(xì)胞才能進(jìn)行發(fā)酵。但Liebig反對這種觀點，他認(rèn)為發(fā)酵現(xiàn)象是由于溶解于酵母細(xì)胞液中的酶所引起。1878年德國生理學(xué)家Kühne才給酶一個統(tǒng)一的名稱，叫Enzyme，這個字源于希臘文，其意思是“在酵母中”。直到1897年，Büchner兄弟用石英砂磨碎酵母細(xì)胞，制備了不含酵母細(xì)胞的抽提液，并證明此不含細(xì)胞的酵母抽提液也能使糖發(fā)酵。從而說明了發(fā)酵與細(xì)胞活動無關(guān)，發(fā)酵是酶作用的化學(xué)本質(zhì)。1926年，美國化學(xué)家Sumner從刀豆提取出了脲酶并獲其結(jié)晶，證明脲酶具有蛋白質(zhì)性質(zhì)。到1980年代初Cech和Altman分別發(fā)現(xiàn)具有催化功能的RNA——核酶，這一發(fā)現(xiàn)打破了酶是蛋白質(zhì)的傳統(tǒng)觀念，開辟了酶學(xué)研究的新領(lǐng)域。

從上面這個例子我們可以清楚看到創(chuàng)造性思維所經(jīng)歷的歷程：首先是對發(fā)酵現(xiàn)象本質(zhì)的探索動機(jī)，人們開始對其進(jìn)行深入的研究，但由于當(dāng)時的條件約束，人們不可能認(rèn)識很清楚，所以對發(fā)酵本質(zhì)進(jìn)行假定——由活酵母細(xì)胞所引起，到推理、假設(shè)、頓悟、驗證階段——不是由活酵母細(xì)胞所引起，而是由酵母細(xì)胞中的酶所引起；這時，人們對其研究并未停止，到后來發(fā)現(xiàn)的核酶（具有催化活性的RNA）使人們的傳統(tǒng)觀念——酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)被徹底打破。這樣，我們在對酶發(fā)現(xiàn)史的教學(xué)過程中，可以先讓學(xué)生闡述對酶的認(rèn)識，再詢問他們?yōu)槭裁磿a(chǎn)生上述的認(rèn)識，然后進(jìn)行總結(jié)，最后來闡述整個酶的發(fā)現(xiàn)史，在進(jìn)行發(fā)現(xiàn)史講授的同時，有意識地把酶發(fā)現(xiàn)過程所經(jīng)歷的時代背景講述給學(xué)生聽。當(dāng)講述完之后，對整個發(fā)現(xiàn)過程進(jìn)行總結(jié)，把里面值得借鑒的知識傳授給學(xué)生。然后讓學(xué)生從實際生活中舉出同樣或者相關(guān)的例子，或者讓他們對現(xiàn)實生活的一些事物提出自己的觀點及其解決方法。做到授課的同時不斷營造發(fā)散思維與聚合思維培養(yǎng)環(huán)境。另外，鼓勵學(xué)生的首創(chuàng)精神，對于那些有首創(chuàng)精神的學(xué)生給予及時鼓勵，而對那些因循守舊、簡單模仿的學(xué)生給出不好的評價來推崇創(chuàng)新。這樣長期下來，學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維就會慢慢形成。其實在我們的生命科學(xué)中，還有很多的實例，如酶專一性作用機(jī)制、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出等。生物科學(xué)教育工作者可以很好利用這些例子來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

在教學(xué)過程中積極引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家的偉大創(chuàng)新能力的同時，要努力培養(yǎng)學(xué)生多思善問、質(zhì)疑問難的良好習(xí)慣，充分發(fā)展學(xué)生的思維想象能力?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)需要“大膽想象”即創(chuàng)新思維，同時也需要“仔細(xì)求證”即科學(xué)實驗?zāi)芰Α?/p>

其次，我們來看看如何通過科學(xué)史教育來培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力。要進(jìn)行科學(xué)創(chuàng)新，除具備一定的知識基礎(chǔ)和創(chuàng)造性思維能力外，還要懂得一些創(chuàng)造的規(guī)律、創(chuàng)造方法?？茖W(xué)史是實踐操作原始性創(chuàng)新的源泉，它表現(xiàn)在“科學(xué)史不是發(fā)現(xiàn)的歷史，而是使發(fā)現(xiàn)成為可能的方法的歷史，因為方法是一切過去、現(xiàn)在、將來發(fā)現(xiàn)的源泉，它比起任何一種可能出現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)，自然更加重要?！保?］科學(xué)史教育可以使學(xué)生了解到前人是如何發(fā)現(xiàn)需要探討的課題，是如何找到解決問題的途徑和方法，是如何得到正確的結(jié)論；這可以給學(xué)生在進(jìn)行實踐操作原始性創(chuàng)新提供借鑒意義。以脂肪酸的β－氧化作用發(fā)現(xiàn)為例：在20世紀(jì)初開始，Knoop F在1904年所做的對脂肪酸分解代謝反應(yīng)機(jī)制探索的實驗中，在現(xiàn)代放射性同位素示蹤方法還未出現(xiàn)的情況下，他巧妙地設(shè)計出第一個用于生物化學(xué)實驗的“示蹤物”——苯基，并將偶數(shù)或奇數(shù)碳的脂肪酸分子的末端甲基接上苯基，用這帶“示蹤物”的脂肪酸喂狗，然后分析狗排出的尿液，根據(jù)示蹤物——苯基在體內(nèi)不被代謝而以某一特定的有機(jī)物被排出，發(fā)現(xiàn)了脂肪酸的β－氧化作用。從Knoop的實驗我們可以看到他設(shè)計出的這個方法的根源是利用苯環(huán)物質(zhì)在體內(nèi)代謝不發(fā)生變化的原理，這就為我們的實驗提供了方法論。

我們可以在進(jìn)行實驗教學(xué)時，一改傳統(tǒng)式實驗教學(xué)，讓學(xué)生根據(jù)最初的實驗?zāi)康娜プ孕性O(shè)計實驗，寫出實驗過程，然后分成若干組，每組采用一種方案進(jìn)行實驗，實驗結(jié)束后，讓同學(xué)們自行比較各自實驗的異同點，分析實驗結(jié)果；整個實驗過程要做到老師只進(jìn)行指導(dǎo)，決不能包辦。這種讓學(xué)生在整個實驗過程中變被動為主動的做法不僅培養(yǎng)了學(xué)生獨立操作能力，還培養(yǎng)了學(xué)生的抽象思想能力，并能有效地把思維能力與動手能力結(jié)合起來，形成綜合的創(chuàng)新能力，經(jīng)過長期的訓(xùn)練，可以大大增強學(xué)生的實踐操作技能。此外，還有在證實基因突變自發(fā)性和不對應(yīng)性的3個著名實驗：1943年Luria等的變量實驗、1949年Newcombe的涂布實驗和1952年Lederberg等的影印平板培養(yǎng)法都可以給學(xué)生在實驗設(shè)計和方法創(chuàng)新方面提供很好的借鑒。讓學(xué)生從科學(xué)史的科學(xué)研究方法的學(xué)習(xí)中汲取方法論的養(yǎng)分，從而提高其在實際生活和工作中的分析和解決科學(xué)問題的能力?？v觀生物科學(xué)史，許多科學(xué)家能夠取得成功都與其注重科學(xué)史的學(xué)習(xí)及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)分不開的。

綜上所述，科學(xué)史教育應(yīng)當(dāng)引起我們每一位科技教育工作者的高度重視。我們應(yīng)該力求做到在講授具體科學(xué)知識的同時，滲入科學(xué)史教學(xué)，不失時機(jī)地向?qū)W生介紹科學(xué)家創(chuàng)新精神、創(chuàng)新過程和創(chuàng)新思維的軌跡，使學(xué)生從生動、具體的科學(xué)知識中獲得創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使學(xué)生的整體綜合素質(zhì)得到提高，以適應(yīng)現(xiàn)代社會發(fā)展的需求。

［1］ 胡化凱.簡論科學(xué)史與現(xiàn)代科技人才素質(zhì)教育［J］.教育與現(xiàn)代化，2000，57（4）：53－57.

［2］ 劉兵.科學(xué)史教學(xué)面面觀［J］.自然辯證法研究，1996，12（2）：56.

［3］ 喬治·薩頓.科學(xué)史和新人文主義［M］.北京：華夏出版社，1989：142.