生物學科史：始終貫穿生物學教學的隱性主線

摘 要 闡述學科史教育的現實意義，可選擇如技術的發展促進學科研究發展、介紹科學家觀察力和分析能力等內容，進行適時適度地學科史教育。

關鍵詞 學科史 生物學科史 生物學教學

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

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

1 學科史教育的現實意義

著名科學史專家薩頓將科學史定義為：“客觀真理發現的歷史，人的心智逐步征服自然的歷史”。科學先驅們在各自成敗的基礎上創立了許多成功、成熟的常規方法，如采用觀察和實驗、分析和綜合、歸納和演繹、類比和聯想、猜測和試探、佯謬和反證方法、邏輯推理方法、科學假設方法、科學研究方法等;通過建立數理模型、理想模型，運用近似抽象的方法促成許多定律的發現。科學史上有科學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生進行學科思想和方法論的培育有特殊效果。

皮亞杰認為：“兒童的思維發展與原始人的思維發展經歷了類似的過程”。海克爾提出的“生物重演律”認為：“個體發育”過程重現了該物種的“系統發育”過程。一個學生從學習一門學科起并發展成為專家學者的過程在很大程度上重演前輩的經歷，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。恰到好處的學科史教學功不可沒。

教師在教學中既要讓學生獲得學科知識，受到嚴格的思維訓練，又要避免使學生思維模式化、凝固化。學科史的客觀性、過程性和事實性具有這樣的功效：先驅們成敗的個案引發學生的共鳴，而過程更引發學生的思考，生物史個案的教學能讓學生得到非邏輯的、反常規思維的訓練。通常教師在教學中講述的多是科學研究中理性的邏輯思維和方法，而在實際的科學發現中，科學家個人創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觀念成為創造性發現的必要條件。

為了培養學生發現和提出科學性的、個性化問題的能力，增加思維深度，教師僅從教材的知識內容中提出問題是遠遠不夠的，必須從真實的生物學發展史中，展示生物學探索過程中的背景問題，闡明重大生物學事件產生的歷史條件及深遠的影響，要讓學生繼承又不囿于傳統理論和觀念，相信而不迷信權威和書本。教師在對教材進行再創造時將學科史內容融入到教學中，向學生傳授學科知識、科學思想、科學方法和能力，讓學生的個性和創新能力產生出初步的火花，應將相關史料串聯形成若隱若現、貫穿始終的一條主線。

2 選擇相關的內容教授

中學階段不可能進行系統的學科史教學，但教師必須根據教學內容選擇符合學生年齡特點，易于接受的內容融入到教學之中。

2.1 技術的發展促進學科研究發展

初次進入實驗室的學生對顯微鏡的好奇性遠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展，使學生有意無意地了解到技術進步在生物學發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。教師要讓學生知道：詹森的顯微鏡當時對生物學研究并沒有起到直接作用，但其技術成就不可忽視：將光學放大裝置提高到顯微鏡水平。

1665年英國物理學家虎克制造成第一臺有科學價值的顯微鏡，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構，發表了著作《顯微圖譜》。荷蘭科學家列文·虎克1674年用自制的高倍顯微鏡觀察池塘中的原生動物、單細胞藻類，蛙腸內的原生動物、人與哺乳動物的精子，首次真正對活細胞進行觀察，后在鮭魚血液中發現了有核的紅細胞。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，其中一架放大倍數是270倍，分辨率為1.4 μm的顯微鏡代表了當時的最高水平。顯微鏡的發明是細胞學建立的技術基礎。

另外，教師應進一步讓學生理解技術創新所蘊藏的巨大潛力：一種技術的進步可能徹底改變一個學科發展。顯微鏡給生物學研究帶來了一場革命：1838年植物學家施萊登的“關于植物的發生”和1839年動物學家施旺的“關于動植物在結構和生長中的相似性的顯微研究”論文發表，標志著細胞學說正式建立，這是當時生物學發展的最高水平，并在此基礎上建立個體發育、系統發育理論，奠定了現代細胞生物學的基礎。恩格斯將其與“進化論”、“能量守恒定律”并列為19世紀的三大科學發現，指出“首先是三大發現，使人們對自然過程的相互聯系的認識大踏步地前進了”。

2.2 將歷史事件完整地串聯讓學生理解學科發展

中學生學了生物學后不知道達爾文“進化論”的可能只有少數，能知曉一些“進化論”在科學史上的重大意義的又能有幾個？但這并在不是學生的責任，在整個中學生物學中很少提及“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”，這怎能讓學生去理解“進化論”的歷史價值？若讓學生知道達爾文“物種起源”的發表對當時社會的巨大沖擊：在根本上否定了“神創論”、“物種不變論”的傳統觀念，在哲學、社會學、倫理學、經濟等領域產生了巨大影響，改變了當時人們的思想方法和思維模式。為了更好地解釋達爾文的“進化論”，教師有必要介紹法國博物學家拉馬克最早提出的系統進化的學說。這樣才能真正融教育于教學之中且達到教育無形。

教師應該讓學生知道：就在達爾文的“進化論”全面影響、改變人們的思想觀念時，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“重新發現”了“孟德爾遺傳定律”，認為孟德爾是現代遺傳學的鼻祖。孟德爾在對實驗進行分析時認為：有深層次的遺傳因子（一種微小顆粒）控制著遺傳過程。雖然限于當時的技術無法確定該物質，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，教師應該讓學生了解和學習一些有關方法論的問題：如孟德爾選用了合適的實驗材料，引進了數理統計方法，對單一性狀進行統計而將復雜的問題簡單化，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、后代數量大的果蠅作為實驗材料，是保證試驗成功的基礎。這些內容對學生的方法論和科學實驗能力的養成，可能要比遺傳定律的本身的學習更有價值。

一名學生學習后能基本了解到現代生物學的發展的脈絡：從細胞學說、達爾文的自然選擇到孟德爾、摩爾根的遺傳學;知道1953年美國生物化學家沃森、英國生物學家克里克提出“DNA雙螺旋”模型一直到“人類基因組計劃”的完成;了解20世紀末10年的“十年腦計劃”所獲得的成就。若學生能將這些重大歷史過程串聯起來，證明已經很好地了解到了生物學發展的基本傳承且初步理解生物學的精髓所在。

2.3 讓學生打破學科界限，促成學科融合性學習

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

上海市初高中的生命科學教材中都出現“S”型增長曲線，學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，建立了Logistic方程，以此引發了學生的興趣。Logistic方程是描述、揭示生物種群在自然條件下增長規律的一個數理模型，經實驗室條件和自然環境條件中反復證實是可靠正確的，以其為基礎衍生出多個相關數理模型。它較科學、真實地揭示某個生物種群在自然環境中生存發展的規律，因其曲線呈現“S”形故稱為“S”型增長曲線。同時讓學生了解到：該模型最初沒有被重視，直到1920年美國生態學家珀爾和里德用數學方法來表達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研究中的重要地位。這給了學生另一種教育：科學發明有時會遭到磨難，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，關鍵就是運用數理統計學計算。而華生和克里克在1953年成功揭示了“DNA”雙螺旋結構的關鍵就是運用了當時最新發展的X光衍射技術，當然還有其他研究者提供的相關成果。教師要讓學生知道一個學科的進步往往都是綜合了多學科的最新成果的結果。

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生收縮反應，認為有一種“神經流體”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年時間將自己多學科的知識轉化為世界上第一只原電池。盡管該電池只能工作1～2 d，但這標志著“電化學”的開始。這些內容不僅僅是激發學生的好奇心，更重要的是將學生正在形成的學科分界意識打破，培養學生綜合學科知識的能力。

2.4 介紹科學家觀察力和分析能力

生物學史中有許多關于科學家善于從不被人注意的一些日常生活現象，或因細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。教師若不適當評價學生產生的錯誤，將會在有意無意之中扼殺了學生的好奇、探究的天性，從而導致了學生創造能力和想象力的喪失。

20世紀初細菌學家亞力山大·弗萊明因一個不經意的過錯而發現了青霉素;20世紀30年代德國的一組染料科學家因一個錯誤的舉動中發明了磺胺類藥物。這些都是極好的教育內容。當學生在實驗中出現錯誤（或不按照教師指導）時，教師不要輕易給予否定、批評，因為學生的學習主動性和創新性就存在于他的好奇心之中。大部分學生按部就班地完成學習或實驗時，只是被動地完成學習。學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，而不能扼殺學生的想法。

2.5 培養學生正確方法論的形成

學生正確方法論的建立往往不是教師刻意教授的結果，但通過對科學家的典型實驗案例的介紹，對學生的正確方法論形成有一定的引導意義。如通過介紹孟德爾經典遺傳理論的建立過程，讓學生理解一個理論的建立基礎是：科學的設計、恰當的選材和正確的實驗方法是基本保證，而采用數理統計模型是成功的關鍵。孟德爾的實驗過程是方法論的最好教材：將復雜的問題進行簡單化處理，如在進行分離規律的研究中，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，成為成功的關鍵，就像孟德爾選擇了豌豆一樣。這對學生形成正確方法論有著積極意義。

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

3 教學現實與真正發揮學科史的教育作用

3.1 教材與授課過程很少有相關的內容

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

3.2 將學科史作為培養學生學科思想（智慧）的重要內容

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

將學生的智力轉化為智慧是教育的主要目標，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。學生在學習方面可以表現出很突出的能力，在考試中能得到很優秀的成績，但在遇到實際問題時就顯得束手無策。這個現象產生的重要原因在于教師只重視知識傳授，很少進行將學生智力轉化為智慧的教學研究。若教師將學科史內容進行適度地教授，讓學生感受先驅者智慧的形成歷程，這在知識轉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。

教師選擇教學的生物學史內容應該包括：各階段的代表成果和關鍵性人物，對改變人類生活有巨大作用的發現、發明;科學家的思想方法、實驗過程等。簡單地利用學科史作為故事提高學生的興趣只是屬于低層次的運用，運用學科史教學須達到三個層次：① 激發學生的學習興趣，變被動學習為主動探究性學習;② 讓學生了解本學科的發生、發展歷程，開闊學科視野，形成正確的學習方法;③ 讓學生形成正確的學科能力、學科思想，在學科發展軌跡上正確地把握學科發展方向。

人才發展有其固有軌跡——繼承、發展和創新。科學人才的形成與發展是科學家（個性）、科學共同體（共性）和整個社會進步的結果，這個過程構成了科學的系統發展進步。而科學家個人的工作則在科學進步發展中起著重要的、關鍵性的作用，屬于個體發育。教育應從科學家個體成長的歷程（科學思想的形成）得到啟迪，調整教育模式培養出更多有個性的科學人才。

參考文獻：

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