挖掘生物學(xué)史 培養(yǎng)科學(xué)精神

陳 維

( 江蘇省連云港高級(jí)中學(xué) 222042)

科學(xué)精神是從科學(xué)活動(dòng)、思想、方法、規(guī)范以及科學(xué)家的思想觀念中提煉出的科學(xué)本質(zhì)、核心和靈魂，能對(duì)科學(xué)活動(dòng)主體及其他實(shí)踐主體和社會(huì)的行為與意識(shí)產(chǎn)生積極的啟蒙、感召和引導(dǎo)等作用的科學(xué)的文化精髓，是科學(xué)大系統(tǒng)得以形成、建構(gòu)和發(fā)展的靈魂。作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，科學(xué)精神主要包括求實(shí)精神、理性精神、創(chuàng)新精神、競(jìng)爭(zhēng)精神、批判精神和自由開(kāi)放精神六大要素[1]。認(rèn)識(shí)學(xué)科價(jià)值，培養(yǎng)科學(xué)精神是生物學(xué)教學(xué)的核心目標(biāo)。生物科學(xué)史記錄著生命科學(xué)的研究歷程，是科學(xué)家思維和智慧的結(jié)晶，蘊(yùn)涵著豐富的人文教育內(nèi)容。教學(xué)中挖掘并引入一些與知識(shí)相關(guān)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)、典型事例、科學(xué)史實(shí)和科學(xué)家逸事等，能夠讓學(xué)生領(lǐng)悟到科學(xué)的崇高、神圣和對(duì)歷史的巨大推動(dòng)作用，感悟到科學(xué)家高貴、不屈的意志品質(zhì)，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神將起到極大的促進(jìn)作用。

1 樹(shù)立客觀求實(shí)精神

求實(shí)精神反映出對(duì)世界及其本質(zhì)和規(guī)律的客觀實(shí)在性的信仰與追求。在生物科學(xué)史的教學(xué)中，介紹科學(xué)家注重通過(guò)觀察和實(shí)驗(yàn)獲取科學(xué)事實(shí)和檢驗(yàn)理論等研究經(jīng)歷，能有效培養(yǎng)學(xué)生的求實(shí)精神。巴斯德曾經(jīng)說(shuō)過(guò):“當(dāng)你相信自己已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種重要的科學(xué)事實(shí)并熱切的希望將它發(fā)表時(shí)，要將你自己克制幾天、幾周、幾年，要與自己斗爭(zhēng)，想方設(shè)法推翻自己的實(shí)驗(yàn)，只有在一切相反的假說(shuō)統(tǒng)統(tǒng)排除以后，才能將你的發(fā)現(xiàn)宣布”。由此可見(jiàn)，巴斯德的偉大成就與他客觀求實(shí)的科學(xué)精神是分不開(kāi)的。孟德?tīng)枤v時(shí)8年用豌豆做實(shí)驗(yàn)材料，反反復(fù)復(fù)、不厭其煩地進(jìn)行了大量的雜交實(shí)驗(yàn)，仔細(xì)觀察、如實(shí)記錄了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，正如他自己所說(shuō)：“從春到秋，天天都要全神貫注、小心翼翼的監(jiān)視著實(shí)驗(yàn)。”在講述“光合作用的發(fā)現(xiàn)史”這段內(nèi)容時(shí)可以向?qū)W生介紹卡爾文研究暗反應(yīng)機(jī)理的歷程，感悟其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神。在這一歷程中，卡爾文用有放射性同位素14C標(biāo)記的CO2做實(shí)驗(yàn)材料，通入培養(yǎng)有小球藻的玻璃容器中，給予適當(dāng)?shù)墓庹?，小球藻立即進(jìn)行光合作用，反應(yīng)進(jìn)行到一定時(shí)間后，卡爾文立即取出小球藻，用滾燙的酒精把它們殺死，用濾紙層析法分離出小球藻中的化合物。他分別把濾紙上的一條條色斑拍成X光照片，進(jìn)行分析研究，確定了這些化合物的成分?？栁母鶕?jù)放射性同性素14C標(biāo)記的CO2的去向，精確分析不同反應(yīng)時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)物，經(jīng)過(guò)10年的實(shí)驗(yàn)研究，終于搞清楚了暗反應(yīng)中合成葡萄糖的多種不同的反應(yīng)過(guò)程，為探索光合作用機(jī)理作出了巨大貢獻(xiàn)[2]。上述過(guò)程的講解不僅有助于學(xué)生理解暗反應(yīng)的過(guò)程，更有助于學(xué)生樹(shù)立客觀求實(shí)的科學(xué)精神。

2 追求邏輯理性精神

理性精神是對(duì)世界的統(tǒng)一性與規(guī)律性的信仰與追求，注重理性在科學(xué)活動(dòng)中的運(yùn)用，堅(jiān)持用邏輯分析與演繹以及數(shù)學(xué)計(jì)算與推導(dǎo)等手段來(lái)構(gòu)造的理論體系。生物科學(xué)史中經(jīng)典結(jié)論的形成過(guò)程，無(wú)不依循“問(wèn)題-假說(shuō)-實(shí)驗(yàn)-結(jié)論”的探究邏輯，體現(xiàn)著理性精神對(duì)規(guī)律的追求。1903年，美國(guó)遺傳學(xué)家薩頓根據(jù)基因和染色體行為之間明顯的平行關(guān)系，提出假說(shuō):基因是由染色體攜帶著從親代傳遞給子代的。也就是說(shuō)，基因位于染色體上。遺傳學(xué)家摩爾根卻對(duì)此表示懷疑，后來(lái)他做了大量的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)，用實(shí)驗(yàn)把一個(gè)特定的基因和一條特定的染色體——X染色體聯(lián)系起來(lái)，從而消除了疑慮，證實(shí)了薩頓的假說(shuō)。從這一歷程可以看出，理性分析在科學(xué)理論建立中的重要作用。19世紀(jì)中期，孟德?tīng)栍猛愣棺隽舜罅康碾s交實(shí)驗(yàn)，在運(yùn)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析后，他發(fā)現(xiàn)雜種后代中出現(xiàn)了特定比例的性狀分離，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗痛竽懙南胂筇岢隽思僬f(shuō)，并巧妙設(shè)計(jì)測(cè)交實(shí)驗(yàn)加以檢驗(yàn)，最終形成結(jié)論[3]。事實(shí)上通過(guò)測(cè)交實(shí)驗(yàn)并不是直接檢驗(yàn)假說(shuō)本身，而是驗(yàn)證由假說(shuō)演繹出的推論，即:如果遺傳因子決定生物性狀的假說(shuō)是成立的，那么，根據(jù)假說(shuō)可以對(duì)測(cè)交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行理論推導(dǎo)和預(yù)測(cè)。在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)該凸顯“假設(shè)-演繹”法的邏輯方法與理性精神，讓學(xué)生體會(huì)如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象構(gòu)思假設(shè)，基于假設(shè)進(jìn)行演繹推理，設(shè)計(jì)測(cè)交實(shí)驗(yàn)并預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終論證子代產(chǎn)生配子時(shí)成對(duì)的遺傳因子分離的真實(shí)性[4]。

3 感受自由開(kāi)放精神

自由開(kāi)放的科學(xué)精神注重科學(xué)知識(shí)體系的發(fā)展，注重不同學(xué)科或同一學(xué)科內(nèi)部的不同理論間的相互影響與交融，重視科學(xué)的群體性(代際之間和同代之間)與協(xié)作性。只有在自由開(kāi)放的環(huán)境中才能出現(xiàn)批判和競(jìng)爭(zhēng)，才能實(shí)現(xiàn)知識(shí)的發(fā)展和更新。生物科學(xué)史展示了生命科學(xué)各個(gè)學(xué)科形成的歷史，它能夠從整體上說(shuō)明各個(gè)學(xué)科是在解決什么問(wèn)題的過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的，還能告之各個(gè)學(xué)科之間的聯(lián)系。這有助于發(fā)現(xiàn)尚未解決的問(wèn)題和需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題，有助于感受自由開(kāi)放的科學(xué)精神，建立知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，建構(gòu)完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)。如果孟德?tīng)柌贿\(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，就不能夠發(fā)現(xiàn)遺傳規(guī)律；如果沒(méi)有細(xì)胞學(xué)的發(fā)展，薩頓和鮑維里就不能認(rèn)識(shí)遺傳因子與染色體之間的聯(lián)系；如果塔特姆不精通微生物知識(shí)，基因與酶之間的關(guān)系就不能建立起來(lái)；如果沃森和克里克不曾從數(shù)學(xué)家格里菲斯、生物化學(xué)家查伽夫、化學(xué)家鮑林和多諾休那里得到啟發(fā)和幫助，如果沃森和克里克也不曾合作，也許就沒(méi)有他們今天令人矚目的成就?？死锟耸潞笠舱f(shuō)，不相信沃森和他自己能夠單獨(dú)完成這個(gè)發(fā)現(xiàn)。正是因?yàn)樗麄兙哂凶杂砷_(kāi)放的科學(xué)精神，才使國(guó)籍不同、性格各異的科學(xué)家，為了科學(xué)事業(yè)，為了能攻克遺傳物質(zhì) DNA 的結(jié)構(gòu)難關(guān)而團(tuán)結(jié)協(xié)作，最終取得了成功，開(kāi)辟了分子生物學(xué)的新紀(jì)元。通過(guò)這些科學(xué)史的教學(xué)，可以使學(xué)生感受自由開(kāi)放精神的重要，懂得在合作中學(xué)習(xí)和進(jìn)步。

4 認(rèn)同質(zhì)疑批判精神

批判精神推崇在理性基礎(chǔ)上的大膽懷疑，不承認(rèn)有永恒的真理，不斷言和盲信“絕對(duì)權(quán)威”。通過(guò)對(duì)原有知識(shí)體系的拷問(wèn)，發(fā)現(xiàn)其錯(cuò)誤或不足，從而推動(dòng)知識(shí)體系的發(fā)展。生物科學(xué)知識(shí)是在科學(xué)家對(duì)前任的結(jié)論不斷質(zhì)疑、不斷批判、不斷求證的基礎(chǔ)上進(jìn)行自我更新的過(guò)程積累起來(lái)的，開(kāi)展生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)能夠培養(yǎng)學(xué)生勇于質(zhì)疑和批判的科學(xué)精神。例如，在講授“激素調(diào)節(jié)”這部分內(nèi)容時(shí)，介紹斯他林的故事，可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)質(zhì)疑與批判精神的認(rèn)同。1888年，巴甫洛夫發(fā)現(xiàn)迷走神經(jīng)可以支配胰腺的分泌。如果把稀鹽酸灌入狗的十二指腸，可以引起胰腺分泌加快。巴甫洛夫懷疑是交感神經(jīng)在起作用。他又切斷了交感神經(jīng)，但只要在狗的十二指腸灌入一些稀鹽酸，胰液分泌還是會(huì)加快。巴甫洛夫迷茫了，但又找不到正確的解答，他給這種現(xiàn)象起了一個(gè)名字叫做“頑固性神經(jīng)反射”，認(rèn)為這種神經(jīng)現(xiàn)在還未發(fā)現(xiàn)。年輕的斯他林對(duì)巴甫洛夫的實(shí)驗(yàn)很感興趣，但他認(rèn)為巴甫洛夫的實(shí)驗(yàn)結(jié)論缺乏科學(xué)依據(jù)，并大膽地革新了實(shí)驗(yàn)方法[4]。1900年斯他林把一只狗的十二指腸黏膜刮下來(lái)，經(jīng)過(guò)過(guò)濾后注射給另一只狗，結(jié)果這只狗的胰液分泌明顯地增加了。他根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：兩只狗之間沒(méi)有神經(jīng)聯(lián)系，胰液分泌的增加并不是神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)果。斯他林公布了自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了新的觀點(diǎn)，對(duì)所謂的“頑固性神經(jīng)反射”進(jìn)行了質(zhì)疑和批判，但這卻遭到了巴甫洛夫等人的強(qiáng)烈反對(duì)。斯他林在反對(duì)聲中并未放棄對(duì)真理的追求，而是繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，而充足的證據(jù)最終證實(shí)了“促胰液素”的調(diào)節(jié)作用。斯他林的這種追求真理、勇于質(zhì)疑批判的科學(xué)精神，是所有科學(xué)家共有的精神，這將強(qiáng)烈的震撼著學(xué)生的心靈。

5 體悟碰撞競(jìng)爭(zhēng)精神

科學(xué)上的競(jìng)爭(zhēng)精神，表現(xiàn)為不同概念、假說(shuō)、原理和理論之間的競(jìng)爭(zhēng)，是不同個(gè)人、學(xué)派或?qū)W派內(nèi)部不同觀點(diǎn)之間的爭(zhēng)論。生物科學(xué)史展示了在探究知識(shí)的過(guò)程中科學(xué)家所持觀點(diǎn)之間的碰撞和爭(zhēng)論，在碰撞與爭(zhēng)論中，知識(shí)得到不斷的澄清和完善。例如，達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)發(fā)表不久，有人提出了“自然選擇作用于哪一種變異”的問(wèn)題，成為當(dāng)時(shí)爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。達(dá)爾文認(rèn)為選擇主要作用于連續(xù)的變異類型上。早期的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)家高爾頓、皮爾遜與達(dá)爾文的判斷一致。到了19世紀(jì)末，貝特森用事實(shí)證明了環(huán)境雖呈現(xiàn)連續(xù)的變化，而生物的變異卻是不連續(xù)的，這種不連續(xù)性受遺傳的控制，而不受環(huán)境控制。1904年，在英國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)的會(huì)議上，貝特森與韋爾登進(jìn)行了最后的爭(zhēng)論，貝特森取得了勝利。又如：針對(duì)是由什么物質(zhì)引起發(fā)酵的問(wèn)題，李比希和巴斯德曾經(jīng)展開(kāi)過(guò)爭(zhēng)論。巴斯德提出釀酒中發(fā)酵是由于酵母細(xì)胞的存在，沒(méi)有活細(xì)胞的存在，糖類是不可能變成酒精的；李比希則堅(jiān)持認(rèn)為引起發(fā)酵的是酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)，這些物質(zhì)只有在酵母細(xì)胞死亡并且裂解之后才能發(fā)揮作用。1897年，畢希納用實(shí)驗(yàn)證明了李比希認(rèn)為引起發(fā)酵的是酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)的觀點(diǎn)是正確的[5]。教學(xué)中適當(dāng)?shù)拇┎暹@類史例，可以讓學(xué)生直接體悟競(jìng)爭(zhēng)精神對(duì)于發(fā)現(xiàn)真理形成正確結(jié)論的重要作用。當(dāng)然，在科學(xué)研究中僅有競(jìng)爭(zhēng)和碰撞是不夠的，許多重大的生物學(xué)成就都是科學(xué)家互相幫助、精誠(chéng)合作的結(jié)果。

6 形成開(kāi)拓創(chuàng)新精神

創(chuàng)新精神是科學(xué)精神的核心，注重對(duì)新方法和新實(shí)驗(yàn)的探求和運(yùn)用，注重理性思維和非理性思維在科學(xué)活動(dòng)不同階段的創(chuàng)新作用。強(qiáng)調(diào)突破現(xiàn)有理論的界限和束縛獲取新現(xiàn)象、新事實(shí)，揭示新規(guī)律。在生物科學(xué)史的教學(xué)過(guò)程中，要選用科學(xué)家富有創(chuàng)造力的精彩史例啟迪學(xué)生的心智，促進(jìn)創(chuàng)造性思維的發(fā)展，培養(yǎng)開(kāi)拓創(chuàng)新精神。例如，利用光合作用發(fā)現(xiàn)史、生長(zhǎng)素發(fā)現(xiàn)史等過(guò)程可以學(xué)習(xí)科學(xué)家獨(dú)特的思維方法；通過(guò)貝爾登和鮑維里研究細(xì)胞分裂，德?tīng)柌紖慰?、盧利亞和赫爾希研究噬菌體侵染細(xì)菌等實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)選材與創(chuàng)新設(shè)計(jì)的關(guān)系。通過(guò)孟德?tīng)柕倪z傳因子假說(shuō)到摩爾根的基因論，薛定諤關(guān)于遺傳密碼的假說(shuō)到分子遺傳學(xué)中心法則的建立，領(lǐng)悟“假設(shè)檢驗(yàn)”這種創(chuàng)新思維模式的價(jià)值。在講述酶與性狀的關(guān)系時(shí)，可以介紹黑尿癥的研究過(guò)程：伽羅德在臨床工作中，發(fā)現(xiàn)黑尿癥患者不能完成酪氨酸的正常代謝，因?yàn)槿鄙倌蚝谒嵫趸?，其中的一個(gè)環(huán)節(jié)被阻斷。于是，他提出了一個(gè)根本性的問(wèn)題:“什么原因造成了這種阻斷?”在研究了黑尿癥患者的家族史后，他發(fā)現(xiàn)這種疾病不是由微生物感染引起的，也不是因?yàn)槟承┮话愕墓δ苁д{(diào)引起的，這種失調(diào)是遺傳的，而且似乎按照孟德?tīng)柺诫[性性狀的模式遺傳。這個(gè)發(fā)現(xiàn)指明了孟德?tīng)栠z傳學(xué)可以應(yīng)用于人類，暗示了基因和酶之間存有某種關(guān)系。這段歷史的呈現(xiàn)可以幫助學(xué)生體悟伽羅德善于抓住問(wèn)題本質(zhì)、擅長(zhǎng)聯(lián)想分析的創(chuàng)新思維品質(zhì)[6]。介紹比德?tīng)柡退啬返南嚓P(guān)研究，同樣可以促進(jìn)創(chuàng)新精神的形成。比德?tīng)栐噲D通過(guò)研究果蠅眼睛色素的遺傳控制來(lái)分析遺傳的生物化學(xué)基礎(chǔ)。后來(lái)，他和塔特姆發(fā)現(xiàn)，用果蠅作為研究材料，對(duì)于解基因和基因產(chǎn)物關(guān)系的生物化學(xué)研究來(lái)說(shuō)是不能令人滿意的。為此，他們逆向思考“是否可以把通常的過(guò)程顛倒一下，用特有的化學(xué)反應(yīng)來(lái)鑒定特異基因呢？”。于是他們決定不再以突變體作為研究的起點(diǎn)，而是從已知的化學(xué)反應(yīng)開(kāi)始再回溯去尋找控制著這些反應(yīng)的基因。他們還科學(xué)的選擇了紅色面包霉作為實(shí)驗(yàn)材料，終于獲得成功。上述研究歷史表現(xiàn)出了比德?tīng)柡退啬犯矣诜穸ǎ朴谀嫦蛩季S的創(chuàng)新品質(zhì)，體現(xiàn)了思維的敏捷性和深刻性。這有助于學(xué)生開(kāi)拓視野，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。