生物學(xué)科史：始終貫穿生物學(xué)教學(xué)的隱性主線

摘 要 闡述學(xué)科史教育的現(xiàn)實意義，可選擇如技術(shù)的發(fā)展促進學(xué)科研究發(fā)展、介紹科學(xué)家觀察力和分析能力等內(nèi)容，進行適時適度地學(xué)科史教育。

關(guān)鍵詞 學(xué)科史 生物學(xué)科史 生物學(xué)教學(xué)

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 B

在教學(xué)實踐中適度的學(xué)科史教學(xué)對學(xué)生形成正確的生物學(xué)科意識、思想具有重要意義。

1 學(xué)科史教育的現(xiàn)實意義

著名科學(xué)史專家薩頓將科學(xué)史定義為：“客觀真理發(fā)現(xiàn)的歷史，人的心智逐步征服自然的歷史”?？茖W(xué)先驅(qū)們在各自成敗的基礎(chǔ)上創(chuàng)立了許多成功、成熟的常規(guī)方法，如采用觀察和實驗、分析和綜合、歸納和演繹、類比和聯(lián)想、猜測和試探、佯謬和反證方法、邏輯推理方法、科學(xué)假設(shè)方法、科學(xué)研究方法等;通過建立數(shù)理模型、理想模型，運用近似抽象的方法促成許多定律的發(fā)現(xiàn)?？茖W(xué)史上有科學(xué)大師們熟練而巧妙地運用這些方法取得重要成果的大量生動事例，教師利用具體案例對學(xué)生進行學(xué)科思想和方法論的培育有特殊效果。

皮亞杰認(rèn)為：“兒童的思維發(fā)展與原始人的思維發(fā)展經(jīng)歷了類似的過程”。?？藸柼岢龅摹吧镏匮萋伞闭J(rèn)為：“個體發(fā)育”過程重現(xiàn)了該物種的“系統(tǒng)發(fā)育”過程。一個學(xué)生從學(xué)習(xí)一門學(xué)科起并發(fā)展成為專家學(xué)者的過程在很大程度上重演前輩的經(jīng)歷，只是高度濃縮了這個過程：以前人為鑒，站在更高起點且少走彎路。恰到好處的學(xué)科史教學(xué)功不可沒。

教師在教學(xué)中既要讓學(xué)生獲得學(xué)科知識，受到嚴(yán)格的思維訓(xùn)練，又要避免使學(xué)生思維模式化、凝固化。學(xué)科史的客觀性、過程性和事實性具有這樣的功效：先驅(qū)們成敗的個案引發(fā)學(xué)生的共鳴，而過程更引發(fā)學(xué)生的思考，生物史個案的教學(xué)能讓學(xué)生得到非邏輯的、反常規(guī)思維的訓(xùn)練。通常教師在教學(xué)中講述的多是科學(xué)研究中理性的邏輯思維和方法，而在實際的科學(xué)發(fā)現(xiàn)中，科學(xué)家個人創(chuàng)造性的工作往往帶有強烈的個性特點和非理性、非邏輯的色彩，勇于突破前人的傳統(tǒng)觀念成為創(chuàng)造性發(fā)現(xiàn)的必要條件。

為了培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出科學(xué)性的、個性化問題的能力，增加思維深度，教師僅從教材的知識內(nèi)容中提出問題是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須從真實的生物學(xué)發(fā)展史中，展示生物學(xué)探索過程中的背景問題，闡明重大生物學(xué)事件產(chǎn)生的歷史條件及深遠(yuǎn)的影響，要讓學(xué)生繼承又不囿于傳統(tǒng)理論和觀念，相信而不迷信權(quán)威和書本。教師在對教材進行再創(chuàng)造時將學(xué)科史內(nèi)容融入到教學(xué)中，向?qū)W生傳授學(xué)科知識、科學(xué)思想、科學(xué)方法和能力，讓學(xué)生的個性和創(chuàng)新能力產(chǎn)生出初步的火花，應(yīng)將相關(guān)史料串聯(lián)形成若隱若現(xiàn)、貫穿始終的一條主線。

2 選擇相關(guān)的內(nèi)容教授

中學(xué)階段不可能進行系統(tǒng)的學(xué)科史教學(xué)，但教師必須根據(jù)教學(xué)內(nèi)容選擇符合學(xué)生年齡特點，易于接受的內(nèi)容融入到教學(xué)之中。

2.1 技術(shù)的發(fā)展促進學(xué)科研究發(fā)展

初次進入實驗室的學(xué)生對顯微鏡的好奇性遠(yuǎn)超過教師對實驗的要求，教師可多用些時間介紹顯微鏡的發(fā)展，使學(xué)生有意無意地了解到技術(shù)進步在生物學(xué)發(fā)展過程中所起的作用，這絕不是浪費時間。如1604年荷蘭眼鏡商人詹森造出了世界上第一架顯微鏡，放大率約在10～30倍，可觀察一些整體的小昆蟲如跳蚤，故有“跳蚤鏡”之稱。教師要讓學(xué)生知道：詹森的顯微鏡當(dāng)時對生物學(xué)研究并沒有起到直接作用，但其技術(shù)成就不可忽視：將光學(xué)放大裝置提高到顯微鏡水平。

1665年英國物理學(xué)家虎克制造成第一臺有科學(xué)價值的顯微鏡，放大率在40～140倍，從觀察研究軟木（木栓組織）開始到多種動植物的組織結(jié)構(gòu)，發(fā)表了著作《顯微圖譜》。荷蘭科學(xué)家列文·虎克1674年用自制的高倍顯微鏡觀察池塘中的原生動物、單細(xì)胞藻類，蛙腸內(nèi)的原生動物、人與哺乳動物的精子，首次真正對活細(xì)胞進行觀察，后在鮭魚血液中發(fā)現(xiàn)了有核的紅細(xì)胞。列文·虎克一生打磨了550個透鏡，組裝成了247架顯微鏡，其中9架被完整地保留下來了，其中一架放大倍數(shù)是270倍，分辨率為1.4 μm的顯微鏡代表了當(dāng)時的最高水平。顯微鏡的發(fā)明是細(xì)胞學(xué)建立的技術(shù)基礎(chǔ)。

另外，教師應(yīng)進一步讓學(xué)生理解技術(shù)創(chuàng)新所蘊藏的巨大潛力：一種技術(shù)的進步可能徹底改變一個學(xué)科發(fā)展。顯微鏡給生物學(xué)研究帶來了一場革命：1838年植物學(xué)家施萊登的“關(guān)于植物的發(fā)生”和1839年動物學(xué)家施旺的“關(guān)于動植物在結(jié)構(gòu)和生長中的相似性的顯微研究”論文發(fā)表，標(biāo)志著細(xì)胞學(xué)說正式建立，這是當(dāng)時生物學(xué)發(fā)展的最高水平，并在此基礎(chǔ)上建立個體發(fā)育、系統(tǒng)發(fā)育理論，奠定了現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)的基礎(chǔ)。恩格斯將其與“進化論”、“能量守恒定律”并列為19世紀(jì)的三大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，指出“首先是三大發(fā)現(xiàn)，使人們對自然過程的相互聯(lián)系的認(rèn)識大踏步地前進了”。

2.2 將歷史事件完整地串聯(lián)讓學(xué)生理解學(xué)科發(fā)展

中學(xué)生學(xué)了生物學(xué)后不知道達(dá)爾文“進化論”的可能只有少數(shù)，能知曉一些“進化論”在科學(xué)史上的重大意義的又能有幾個？但這并在不是學(xué)生的責(zé)任，在整個中學(xué)生物學(xué)中很少提及“進化論”，也很少有教師會鄭重其事地講解“進化論”和“物種起源”，這怎能讓學(xué)生去理解“進化論”的歷史價值？若讓學(xué)生知道達(dá)爾文“物種起源”的發(fā)表對當(dāng)時社會的巨大沖擊：在根本上否定了“神創(chuàng)論”、“物種不變論”的傳統(tǒng)觀念，在哲學(xué)、社會學(xué)、倫理學(xué)、經(jīng)濟等領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大影響，改變了當(dāng)時人們的思想方法和思維模式。為了更好地解釋達(dá)爾文的“進化論”，教師有必要介紹法國博物學(xué)家拉馬克最早提出的系統(tǒng)進化的學(xué)說。這樣才能真正融教育于教學(xué)之中且達(dá)到教育無形。

教師應(yīng)該讓學(xué)生知道：就在達(dá)爾文的“進化論”全面影響、改變?nèi)藗兊乃枷胗^念時，孟德爾正在做他的豌豆雜交實驗，并在1900年被來自荷蘭的德弗里斯、德國的柯靈斯和澳大利亞的契馬克三人同時獨立地“重新發(fā)現(xiàn)”了“孟德爾遺傳定律”，認(rèn)為孟德爾是現(xiàn)代遺傳學(xué)的鼻祖。孟德爾在對實驗進行分析時認(rèn)為：有深層次的遺傳因子（一種微小顆粒）控制著遺傳過程。雖然限于當(dāng)時的技術(shù)無法確定該物質(zhì)，但而后摩爾根以果蠅為實驗材料，明確了遺傳與染色體的關(guān)系，得到了更深刻的基因理論。

在講授孟德爾、摩爾根的遺傳實驗時，教師應(yīng)該讓學(xué)生了解和學(xué)習(xí)一些有關(guān)方法論的問題：如孟德爾選用了合適的實驗材料，引進了數(shù)理統(tǒng)計方法，對單一性狀進行統(tǒng)計而將復(fù)雜的問題簡單化，這是成功的保證。而摩爾根選擇了具有巨大染色體、生殖周期短、后代數(shù)量大的果蠅作為實驗材料，是保證試驗成功的基礎(chǔ)。這些內(nèi)容對學(xué)生的方法論和科學(xué)實驗?zāi)芰Φ酿B(yǎng)成，可能要比遺傳定律的本身的學(xué)習(xí)更有價值。

一名學(xué)生學(xué)習(xí)后能基本了解到現(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展的脈絡(luò)：從細(xì)胞學(xué)說、達(dá)爾文的自然選擇到孟德爾、摩爾根的遺傳學(xué);知道1953年美國生物化學(xué)家沃森、英國生物學(xué)家克里克提出“DNA雙螺旋”模型一直到“人類基因組計劃”的完成;了解20世紀(jì)末10年的“十年腦計劃”所獲得的成就。若學(xué)生能將這些重大歷史過程串聯(lián)起來，證明已經(jīng)很好地了解到了生物學(xué)發(fā)展的基本傳承且初步理解生物學(xué)的精髓所在。

2.3 讓學(xué)生打破學(xué)科界限，促成學(xué)科融合性學(xué)習(xí)

將生物學(xué)的學(xué)習(xí)過程理解為純粹的記憶和練習(xí)過程，會影響到學(xué)生形成正確的學(xué)科思想;將學(xué)科分類理解成為直線或整齊劃一的，局限了學(xué)生的科學(xué)視野。教師在教學(xué)過程將數(shù)學(xué)、理化、計算技術(shù)等知識融入，會大大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在數(shù)理化等學(xué)科知識的支撐下，學(xué)生從學(xué)習(xí)初始起就有了一個寬廣的跨學(xué)科視野，形成一個相輔相成的學(xué)習(xí)模式，教師可結(jié)合教材內(nèi)容和歷史上一些著名案例進行教學(xué)。

上海市初高中的生命科學(xué)教材中都出現(xiàn)“S”型增長曲線，學(xué)生無法理解該曲線建立的原理，教師在介紹了1838年韋爾胡斯特受到奎特勒特所提出的增長阻抗概念的啟發(fā)，建立了Logistic方程，以此引發(fā)了學(xué)生的興趣。Logistic方程是描述、揭示生物種群在自然條件下增長規(guī)律的一個數(shù)理模型，經(jīng)實驗室條件和自然環(huán)境條件中反復(fù)證實是可靠正確的，以其為基礎(chǔ)衍生出多個相關(guān)數(shù)理模型。它較科學(xué)、真實地揭示某個生物種群在自然環(huán)境中生存發(fā)展的規(guī)律，因其曲線呈現(xiàn)“S”形故稱為“S”型增長曲線。同時讓學(xué)生了解到：該模型最初沒有被重視，直到1920年美國生態(tài)學(xué)家珀爾和里德用數(shù)學(xué)方法來表達(dá)美國人口增長狀況的研究中提到并在不同實驗中得到證實后，才確立了該模型在種群生態(tài)研究中的重要地位。這給了學(xué)生另一種教育：科學(xué)發(fā)明有時會遭到磨難，不為世人所理解和接受，但卻不能由此而喪失信心和勇氣，孟德爾的遺傳定律也是在他死后才為世人所接受所重視。孟德爾的成功除了他的實驗方法正確，選材合理，關(guān)鍵就是運用數(shù)理統(tǒng)計學(xué)計算。而華生和克里克在1953年成功揭示了“DNA”雙螺旋結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵就是運用了當(dāng)時最新發(fā)展的X光衍射技術(shù)，當(dāng)然還有其他研究者提供的相關(guān)成果。教師要讓學(xué)生知道一個學(xué)科的進步往往都是綜合了多學(xué)科的最新成果的結(jié)果。

1791年路易吉·伽伐尼用兩種不同的金屬絲來刺激蛙腿肌肉會產(chǎn)生收縮反應(yīng)，認(rèn)為有一種“神經(jīng)流體”或是某種形式的“生命力”。而其同胞亞力山德魯·伏特重復(fù)實驗并指出：肌肉只是一種電流計，刺激可能源自被絕緣的兩種金屬。1800年，伏特用10年時間將自己多學(xué)科的知識轉(zhuǎn)化為世界上第一只原電池。盡管該電池只能工作1～2 d，但這標(biāo)志著“電化學(xué)”的開始。這些內(nèi)容不僅僅是激發(fā)學(xué)生的好奇心，更重要的是將學(xué)生正在形成的學(xué)科分界意識打破，培養(yǎng)學(xué)生綜合學(xué)科知識的能力。

2.4 介紹科學(xué)家觀察力和分析能力

生物學(xué)史中有許多關(guān)于科學(xué)家善于從不被人注意的一些日常生活現(xiàn)象，或因細(xì)心觀察與思考而獲得成功事例，還有正確對待錯誤而得到成功的案例。教師若不適當(dāng)評價學(xué)生產(chǎn)生的錯誤，將會在有意無意之中扼殺了學(xué)生的好奇、探究的天性，從而導(dǎo)致了學(xué)生創(chuàng)造能力和想象力的喪失。

20世紀(jì)初細(xì)菌學(xué)家亞力山大·弗萊明因一個不經(jīng)意的過錯而發(fā)現(xiàn)了青霉素;20世紀(jì)30年代德國的一組染料科學(xué)家因一個錯誤的舉動中發(fā)明了磺胺類藥物。這些都是極好的教育內(nèi)容。當(dāng)學(xué)生在實驗中出現(xiàn)錯誤（或不按照教師指導(dǎo)）時，教師不要輕易給予否定、批評，因為學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)新性就存在于他的好奇心之中。大部分學(xué)生按部就班地完成學(xué)習(xí)或?qū)嶒灂r，只是被動地完成學(xué)習(xí)。學(xué)生因好奇而進行的實驗會存在著各種各樣的問題，卻是用心之作，教師只能善意引導(dǎo)，而不能扼殺學(xué)生的想法。

2.5 培養(yǎng)學(xué)生正確方法論的形成

學(xué)生正確方法論的建立往往不是教師刻意教授的結(jié)果，但通過對科學(xué)家的典型實驗案例的介紹，對學(xué)生的正確方法論形成有一定的引導(dǎo)意義。如通過介紹孟德爾經(jīng)典遺傳理論的建立過程，讓學(xué)生理解一個理論的建立基礎(chǔ)是：科學(xué)的設(shè)計、恰當(dāng)?shù)倪x材和正確的實驗方法是基本保證，而采用數(shù)理統(tǒng)計模型是成功的關(guān)鍵。孟德爾的實驗過程是方法論的最好教材：將復(fù)雜的問題進行簡單化處理，如在進行分離規(guī)律的研究中，只研究一對相對性狀，排除了一切干擾的因子。摩爾根選擇了果蠅是因其唾液腺中的巨大染色體，成為成功的關(guān)鍵，就像孟德爾選擇了豌豆一樣。這對學(xué)生形成正確方法論有著積極意義。

施瓦布主張使用科學(xué)家的原著讓學(xué)生學(xué)習(xí)，“如果原著太復(fù)雜，教師就對過去的科學(xué)研究進行敘事式的重組”。這樣可以讓學(xué)生感受和體驗科學(xué)家研究的經(jīng)歷軌跡、思維方法和過程、為科學(xué)獻(xiàn)身的精神。現(xiàn)在的教學(xué)無法讓學(xué)生親身經(jīng)歷知識產(chǎn)生的過程，但教師在上課時可選擇相應(yīng)的史料，讓學(xué)生感受先驅(qū)們當(dāng)時的思想方法和采用方法，從源頭上去了解、理解知識產(chǎn)生的過程，同時讓學(xué)生很好地理解知識的抽象化和概念化的過程。

3 教學(xué)現(xiàn)實與真正發(fā)揮學(xué)科史的教育作用

3.1 教材與授課過程很少有相關(guān)的內(nèi)容

因不考試或考試中很少有相關(guān)內(nèi)容，因而教師不進行學(xué)科史教學(xué)是順理成章的事，但學(xué)科教學(xué)中缺少學(xué)科史內(nèi)容，是一種不完全的、缺憾的教學(xué)。事實上生物教師可能本身也缺乏對本學(xué)科史的學(xué)習(xí)與了解。

3.2 將學(xué)科史作為培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科思想（智慧）的重要內(nèi)容

學(xué)生從開始接受生物學(xué)學(xué)習(xí)到有所了解、具有一定學(xué)科能力的過程中，兩個環(huán)節(jié)是極其重要：① 學(xué)生對于自己所學(xué)習(xí)的內(nèi)容具有強烈的好奇心、濃厚的興趣促使去學(xué)習(xí);② 任課教師進行有意識的引導(dǎo)，逐漸地培育起學(xué)生對學(xué)科意識和精神，這是更為重要的過程，其影響力甚至可以讓學(xué)生保持終生，由此讓部分學(xué)生進一步發(fā)展并選擇將生物學(xué)研究作為自己終身的事業(yè)。

將學(xué)生的智力轉(zhuǎn)化為智慧是教育的主要目標(biāo)，智力是一個人接受知識的能力，而智慧則是解決問題的能力。學(xué)生在學(xué)習(xí)方面可以表現(xiàn)出很突出的能力，在考試中能得到很優(yōu)秀的成績，但在遇到實際問題時就顯得束手無策。這個現(xiàn)象產(chǎn)生的重要原因在于教師只重視知識傳授，很少進行將學(xué)生智力轉(zhuǎn)化為智慧的教學(xué)研究。若教師將學(xué)科史內(nèi)容進行適度地教授，讓學(xué)生感受先驅(qū)者智慧的形成歷程，這在知識轉(zhuǎn)化過程中會起到舉足輕重、事半功倍的作用。而純知識的教授是一個本末倒置的教育。

教師選擇教學(xué)的生物學(xué)史內(nèi)容應(yīng)該包括：各階段的代表成果和關(guān)鍵性人物，對改變?nèi)祟惿钣芯薮笞饔玫陌l(fā)現(xiàn)、發(fā)明;科學(xué)家的思想方法、實驗過程等。簡單地利用學(xué)科史作為故事提高學(xué)生的興趣只是屬于低層次的運用，運用學(xué)科史教學(xué)須達(dá)到三個層次：① 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，變被動學(xué)習(xí)為主動探究性學(xué)習(xí);② 讓學(xué)生了解本學(xué)科的發(fā)生、發(fā)展歷程，開闊學(xué)科視野，形成正確的學(xué)習(xí)方法;③ 讓學(xué)生形成正確的學(xué)科能力、學(xué)科思想，在學(xué)科發(fā)展軌跡上正確地把握學(xué)科發(fā)展方向。

人才發(fā)展有其固有軌跡——繼承、發(fā)展和創(chuàng)新?？茖W(xué)人才的形成與發(fā)展是科學(xué)家（個性）、科學(xué)共同體（共性）和整個社會進步的結(jié)果，這個過程構(gòu)成了科學(xué)的系統(tǒng)發(fā)展進步。而科學(xué)家個人的工作則在科學(xué)進步發(fā)展中起著重要的、關(guān)鍵性的作用，屬于個體發(fā)育。教育應(yīng)從科學(xué)家個體成長的歷程（科學(xué)思想的形成）得到啟迪，調(diào)整教育模式培養(yǎng)出更多有個性的科學(xué)人才。

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