科學(xué)爭論及其在生物教育中的意義

王凱

【摘要】科學(xué)爭論是指在兩個或兩個以上的科學(xué)家之間圍繞著某些科學(xué)問題所進(jìn)行的公開對立與爭鳴，它展現(xiàn)了科學(xué)發(fā)展的波動曲折。當(dāng)代國內(nèi)外教育學(xué)者們都已認(rèn)識到科學(xué)爭論在科學(xué)教學(xué)中的重要地位。文章梳理了生物學(xué)史上的自然發(fā)生之爭，并探討了科學(xué)爭論的教育意義。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)爭論；生物自然發(fā)生之爭；教育意義

科學(xué)是一種探索發(fā)現(xiàn)，從某種程度上說整個科學(xué)史也就是人類探索發(fā)現(xiàn)的歷史，而在探索發(fā)現(xiàn)的過程中難免會出現(xiàn)爭論。爭論是人類智慧發(fā)達(dá)的表現(xiàn)，更是新理論、新思想的發(fā)源地或生長點(diǎn)，它推動著人類文明不斷進(jìn)步和社會不斷發(fā)展。而隨著近代科學(xué)的產(chǎn)生，科學(xué)爭論也相伴而生。

一、科學(xué)爭論

所謂的科學(xué)爭論是指在兩個或兩個以上的科學(xué)家之間圍繞著某些科學(xué)問題所進(jìn)行的公開對立與爭鳴。科學(xué)爭論促進(jìn)了新興學(xué)科理論的孕育和誕生，它是促進(jìn)和推動科學(xué)發(fā)展的重要手段和強(qiáng)大動力。

伴隨著科學(xué)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，在每一時期、每一學(xué)科、每一領(lǐng)域都存在之間學(xué)派、學(xué)者不同觀念、思想的碰撞與爭鳴。在歷史上，科學(xué)爭論屢見不鮮，不勝枚舉。歷史上比較重大的科學(xué)爭論有牛頓與萊布尼茨關(guān)于微積分發(fā)現(xiàn)權(quán)之爭、波爾與愛因斯坦關(guān)于量子力學(xué)完備性的爭論、有機(jī)化學(xué)中一元論與二元論之爭等。而在生物學(xué)的發(fā)展過程中，關(guān)于人類起源問題、獲得性遺傳等的爭論也特別重要。此外，另一個不可忽視的爭論就是持續(xù)了相當(dāng)長時間的生物自然發(fā)生之爭。

二、生物自然發(fā)生之爭

生物自然發(fā)生之爭廣義上來說是關(guān)于生物是否能自然發(fā)生的爭論，狹義上主要是指“自然發(fā)生說”與“有親生殖說”兩大主要學(xué)說之間的爭論。所謂的生物自然發(fā)生說是指生物可以從各種有機(jī)或無機(jī)物或元素中自然發(fā)生，而不需經(jīng)過親代生殖的過程，也稱化生說或自生說；而生物有親生殖說是指生物是由親本通過各種生殖方式而產(chǎn)生的，也稱生生說或種子說。

生物自然發(fā)生的觀點(diǎn)有著悠久的歷史，這是古人們在經(jīng)過長期的生產(chǎn)實(shí)踐和對生物生長發(fā)育的觀察中歸納出的一般規(guī)律，在各種古老文明的文化中雖然有著不同的表達(dá)，但這種認(rèn)為生物是自然發(fā)生的認(rèn)識和想法非常相似。如我國古人認(rèn)為不干凈的衣物會生出虱子，腐草可以化螢，腐肉可以生蛆等。與之相比，在古希臘與古埃及等人類其他最初發(fā)源地也都有相近的認(rèn)識，關(guān)于生物自然發(fā)生的樸素認(rèn)識也都起源很早，如他們普遍認(rèn)為蟾蜍是由泥土自然發(fā)生的，腐土可以化為蟲豸等。

自然發(fā)生說一般局限在小型生物中，對此質(zhì)疑否定的有親生殖說則產(chǎn)生得相當(dāng)晚近，而這兩種學(xué)說在科學(xué)史上經(jīng)歷了曲折、跌宕而又激烈的斗爭。

隨著實(shí)驗科學(xué)的興起，人們開始利用實(shí)驗來驗證生物是否能自然發(fā)生。17世紀(jì)時，赫爾蒙特（Helmont）就進(jìn)行了簡單的實(shí)驗，他將麥粒、奶酪以及破布等裝進(jìn)瓶子，放置一段時間后突然出現(xiàn)了老鼠，這一實(shí)驗武斷地證實(shí)了自然發(fā)生說的正確性。同一時期的哈維（Harvey）、斯旺麥登（Swarnmerdam）等學(xué)者則提出反對，而在眾多反對聲音中雷迪（Redi）的實(shí)驗是對自然發(fā)生說最嚴(yán)重的打擊。雷迪認(rèn)為赫爾蒙特的實(shí)驗太過簡陋，由于瓶口沒有密閉，所以不能排除老鼠是從外面鉆進(jìn)去尋找食物的可能。雷迪親自完成了一次全新的實(shí)驗：將牛肉置于缸中，缸口罩上細(xì)紗網(wǎng)，牛肉雖然會腐爛但卻沒有生出蛆蠅，而紗布上有前來覓食的蒼蠅留下的卵進(jìn)而產(chǎn)生了蛆蟲，以此證實(shí)自然發(fā)生說的錯誤。

經(jīng)過這些學(xué)者的實(shí)驗，相信生物是自然發(fā)生的人已經(jīng)大大減少。而隨著列文虎克（Leeuwenhoek）發(fā)明了原始顯微鏡，微生物被發(fā)現(xiàn)了，這一發(fā)現(xiàn)對兩種學(xué)說都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。原本已經(jīng)被邊緣化的自然發(fā)生說借此發(fā)現(xiàn)重新與質(zhì)疑者展開了博弈，雙方從肉眼可見生物如何產(chǎn)生的討論轉(zhuǎn)向了微生物是如何產(chǎn)生的這一新領(lǐng)域。支持自然發(fā)生者如法國著名博物學(xué)家布封（Buffon）認(rèn)為促使食物腐爛的微生物就是食物自然發(fā)生的，動物腸道中的蠕蟲和微生物也是如此。而之前反對自然發(fā)生的斯旺麥登則對微生物的發(fā)現(xiàn)十分震驚，燒毀了自己的觀察記錄，放棄了對自然發(fā)生的批判。反對者斯帕朗察尼（Spallanzani）則做了新的實(shí)驗否定了自然發(fā)生說：他將容易腐敗的肉汁放進(jìn)密閉容器內(nèi)進(jìn)行長時間的高溫煮沸處理以殺死肉汁中的生物，然后冷卻靜置一段時間，未發(fā)現(xiàn)肉汁腐敗。

自微生物發(fā)現(xiàn)到19世紀(jì)中葉的一個多世紀(jì)內(nèi)，有眾多科學(xué)家用實(shí)驗的方法來檢驗生物能否自然發(fā)生，他們用自己的實(shí)驗來支持或否定自然發(fā)生說，其中比較著名的有尼德黑姆（Needham）、蓋·呂薩克（Gay-Lussac）、施旺（Schwann）、許爾茨（Schultze）、丁達(dá)爾（Tyndall）、舒廖德爾（Schroeder）等。隨著實(shí)驗設(shè)計的精密、實(shí)驗方法的完善、實(shí)驗操作的規(guī)范，實(shí)驗結(jié)果已經(jīng)越來越不利于自然發(fā)生說。

到19世紀(jì)60年代，普歇（Pouchet）成為生物自然發(fā)生說的集大成者，他認(rèn)為生命力、有機(jī)物、水、空氣和適宜的溫度是確保自然發(fā)生的前提和條件，并通過一系列精心設(shè)計的實(shí)驗來驗證自己的學(xué)說。

其反對者陣營中最主要的競爭者是巴斯德（Pasteur），他堅決反對自然發(fā)生說，認(rèn)為之所以會產(chǎn)生生物自然發(fā)生的結(jié)果完全是因為實(shí)驗不夠嚴(yán)密。他通過實(shí)驗證實(shí)了空氣中存在微生物，這是之前學(xué)者沒有注意到所以導(dǎo)致實(shí)驗結(jié)果不確定的一個重要因素。而巴斯德最強(qiáng)有力的否定實(shí)驗是曲頸瓶實(shí)驗：他將燒瓶拉出彎曲的長頸，空氣中帶有微生物的灰塵微粒會在燒瓶長頸彎曲處被阻攔而無法進(jìn)入燒瓶，這樣經(jīng)過長期煮沸處理后的培養(yǎng)液就不會腐敗。

這一實(shí)驗以及巴斯德的其他設(shè)計巧妙的實(shí)驗在很大程度上否定了自然發(fā)生說，而他在19世紀(jì)70年代與巴斯蒂安（Bastian）爭論時無法解釋實(shí)驗中將煮沸滅菌冷卻后的培養(yǎng)液取出在顯微鏡下仍能觀察到存活的細(xì)菌這一現(xiàn)象。

現(xiàn)在我們知道他制作的培養(yǎng)液中加入了干草汁，其中含有枯草桿菌（Bacillus Subtilis），這種細(xì)菌想要?dú)缢杓訜岬?20℃以上。

這一波三折的爭論到此似乎終于塵埃落定，但留法歸國的學(xué)者羅廣庭在1931年發(fā)表了《生物自然發(fā)生之發(fā)明》，老調(diào)重彈，為已經(jīng)被埋葬的自然發(fā)生說鳴冤。而這樣的著作還有蔡元培、于右任、高一涵等諸位政要的題字，之后甚至發(fā)表在了中國科學(xué)社主辦的著名雜志《科學(xué)》上。后中山大學(xué)諸位教授與之公開辯論并重新實(shí)驗，從而否定了該謬論。

三、教育意義

在當(dāng)下的教學(xué)實(shí)踐中，將科學(xué)發(fā)展過程中的爭論納入課堂教學(xué)已經(jīng)被廣大教育學(xué)者們所關(guān)注和認(rèn)可，基于爭論的科學(xué)教育是當(dāng)前教育研究領(lǐng)域的一種新的發(fā)展趨勢，將生物學(xué)史上的爭論展現(xiàn)給學(xué)生非常有意義。

首先，講授科學(xué)爭論有助于學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)知識是與時俱進(jìn)的。傳統(tǒng)教育學(xué)者們往往只注意科學(xué)知識的講授，而忽略了科學(xué)知識產(chǎn)生過程中的復(fù)雜多變，認(rèn)為科學(xué)是累積進(jìn)步的，是完全正確的，沒有認(rèn)識到任何科學(xué)都是一定時間內(nèi)的科學(xué)，是可以被證實(shí)或證偽的。而科學(xué)的發(fā)展也不是直線進(jìn)步的，它也是波蕩變化的，隨著人類認(rèn)識的逐漸深化，人們對同一問題的了解是在不斷發(fā)展的，因此我們要不斷地修正我們的認(rèn)知。

其次，講授科學(xué)爭論可以活化教學(xué)，豐富教學(xué)。單一地勾勒當(dāng)下學(xué)界的科學(xué)知識而將其發(fā)展過程中的種種爭論和波折棄之不顧是一種短視的、僵化的教育形式。將科學(xué)爭論納入到生物教學(xué)中，能比較全面地展現(xiàn)科學(xué)知識產(chǎn)生和發(fā)展的過程，也能激發(fā)學(xué)生的問題意識和學(xué)習(xí)熱情。如果說將科學(xué)史納入到科學(xué)教育過程中豐富了學(xué)生對具體科學(xué)知識的理解，了解了科學(xué)知識產(chǎn)生的來龍去脈，那么當(dāng)下生物教育中關(guān)注科學(xué)爭論的教育模式則有助于學(xué)生建立敢于批判、樂于爭鳴、勇于發(fā)問的新學(xué)習(xí)狀態(tài)。

再次，講授科學(xué)爭論有助于增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗意識。相比于更側(cè)重數(shù)理邏輯與推論演繹的數(shù)學(xué)和物理學(xué)科，近代生物學(xué)的突出成果表現(xiàn)為實(shí)際動手操作的實(shí)驗的引進(jìn)，從這個意義上來說生物學(xué)就是基于實(shí)驗的學(xué)科。將生物學(xué)爭論納入教學(xué)將啟發(fā)學(xué)生自主地學(xué)習(xí)，通過實(shí)驗的方式加深對知識的理解，科學(xué)史上生動的科學(xué)爭論案例也將激發(fā)學(xué)生的好奇心和探索欲，使學(xué)生學(xué)會用實(shí)驗的方法來驗證自己的想法。

最后，講授科學(xué)爭論可以讓學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)家不是高不可攀的。傳統(tǒng)學(xué)者認(rèn)為科學(xué)是客觀的，科學(xué)家們是理性的化身，他們求真求實(shí)，公正無私，無功利，無偏見，科學(xué)家之間的爭論雖然有觀念的不同、意見的相左，但在對客觀事實(shí)觀察和判決性實(shí)驗的審查后會得到一致的結(jié)論。而通過對生物學(xué)史上自然發(fā)生之爭的梳理，我們知道這顯然太過理想化了，科學(xué)是一個復(fù)雜系統(tǒng)，科學(xué)家也不是完全理性的，他們也有七情六欲，會迷茫，不理智。這看似將科學(xué)家拉下神壇，實(shí)則還原了他們的立體形象，他們不再呆板嚴(yán)肅，而變得可親可近，有血有肉。通過努力，學(xué)生亦可成為其中的一員。

四、結(jié)語

爭論是科學(xué)作為一種社會歷史活動過程的自然產(chǎn)物，科學(xué)爭論對于合理地引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)具有不可忽視的作用。教育工作者們要摸索有效地利用科學(xué)史上科學(xué)爭論的案例，科學(xué)教育不再是單項傳遞既定科學(xué)知識的過程，而是培養(yǎng)學(xué)習(xí)者科學(xué)素養(yǎng)的過程。

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