科學爭論及其在生物教育中的意義

王凱

【摘要】科學爭論是指在兩個或兩個以上的科學家之間圍繞著某些科學問題所進行的公開對立與爭鳴，它展現了科學發展的波動曲折。當代國內外教育學者們都已認識到科學爭論在科學教學中的重要地位。文章梳理了生物學史上的自然發生之爭，并探討了科學爭論的教育意義。

【關鍵詞】科學爭論；生物自然發生之爭；教育意義

科學是一種探索發現，從某種程度上說整個科學史也就是人類探索發現的歷史，而在探索發現的過程中難免會出現爭論。爭論是人類智慧發達的表現，更是新理論、新思想的發源地或生長點，它推動著人類文明不斷進步和社會不斷發展。而隨著近代科學的產生，科學爭論也相伴而生。

一、科學爭論

所謂的科學爭論是指在兩個或兩個以上的科學家之間圍繞著某些科學問題所進行的公開對立與爭鳴。科學爭論促進了新興學科理論的孕育和誕生，它是促進和推動科學發展的重要手段和強大動力。

伴隨著科學事業的蓬勃發展，在每一時期、每一學科、每一領域都存在之間學派、學者不同觀念、思想的碰撞與爭鳴。在歷史上，科學爭論屢見不鮮，不勝枚舉。歷史上比較重大的科學爭論有牛頓與萊布尼茨關于微積分發現權之爭、波爾與愛因斯坦關于量子力學完備性的爭論、有機化學中一元論與二元論之爭等。而在生物學的發展過程中，關于人類起源問題、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了相當長時間的生物自然發生之爭。

二、生物自然發生之爭

生物自然發生之爭廣義上來說是關于生物是否能自然發生的爭論，狹義上主要是指“自然發生說”與“有親生殖說”兩大主要學說之間的爭論。所謂的生物自然發生說是指生物可以從各種有機或無機物或元素中自然發生，而不需經過親代生殖的過程，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生的，也稱生生說或種子說。

生物自然發生的觀點有著悠久的歷史，這是古人們在經過長期的生產實踐和對生物生長發育的觀察中歸納出的一般規律，在各種古老文明的文化中雖然有著不同的表達，但這種認為生物是自然發生的認識和想法非常相似。如我國古人認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源地也都有相近的認識，關于生物自然發生的樸素認識也都起源很早，如他們普遍認為蟾蜍是由泥土自然發生的，腐土可以化為蟲豸等。

自然發生說一般局限在小型生物中，對此質疑否定的有親生殖說則產生得相當晚近，而這兩種學說在科學史上經歷了曲折、跌宕而又激烈的斗爭。

隨著實驗科學的興起，人們開始利用實驗來驗證生物是否能自然發生。17世紀時，赫爾蒙特（Helmont）就進行了簡單的實驗，他將麥粒、奶酪以及破布等裝進瓶子，放置一段時間后突然出現了老鼠，這一實驗武斷地證實了自然發生說的正確性。同一時期的哈維（Harvey）、斯旺麥登（Swarnmerdam）等學者則提出反對，而在眾多反對聲音中雷迪（Redi）的實驗是對自然發生說最嚴重的打擊。雷迪認為赫爾蒙特的實驗太過簡陋，由于瓶口沒有密閉，所以不能排除老鼠是從外面鉆進去尋找食物的可能。雷迪親自完成了一次全新的實驗：將牛肉置于缸中，缸口罩上細紗網，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而產生了蛆蟲，以此證實自然發生說的錯誤。

經過這些學者的實驗，相信生物是自然發生的人已經大大減少。而隨著列文虎克（Leeuwenhoek）發明了原始顯微鏡，微生物被發現了，這一發現對兩種學說都產生了深遠影響。原本已經被邊緣化的自然發生說借此發現重新與質疑者展開了博弈，雙方從肉眼可見生物如何產生的討論轉向了微生物是如何產生的這一新領域。支持自然發生者如法國著名博物學家布封（Buffon）認為促使食物腐爛的微生物就是食物自然發生的，動物腸道中的蠕蟲和微生物也是如此。而之前反對自然發生的斯旺麥登則對微生物的發現十分震驚，燒毀了自己的觀察記錄，放棄了對自然發生的批判。反對者斯帕朗察尼（Spallanzani）則做了新的實驗否定了自然發生說：他將容易腐敗的肉汁放進密閉容器內進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，未發現肉汁腐敗。

自微生物發現到19世紀中葉的一個多世紀內，有眾多科學家用實驗的方法來檢驗生物能否自然發生，他們用自己的實驗來支持或否定自然發生說，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）、丁達爾（Tyndall）、舒廖德爾（Schroeder）等。隨著實驗設計的精密、實驗方法的完善、實驗操作的規范，實驗結果已經越來越不利于自然發生說。

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

其反對者陣營中最主要的競爭者是巴斯德（Pasteur），他堅決反對自然發生說，認為之所以會產生生物自然發生的結果完全是因為實驗不夠嚴密。他通過實驗證實了空氣中存在微生物，這是之前學者沒有注意到所以導致實驗結果不確定的一個重要因素。而巴斯德最強有力的否定實驗是曲頸瓶實驗：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入燒瓶，這樣經過長期煮沸處理后的培養液就不會腐敗。

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

現在我們知道他制作的培養液中加入了干草汁，其中含有枯草桿菌（Bacillus Subtilis），這種細菌想要殺滅它需加熱到120℃以上。

這一波三折的爭論到此似乎終于塵埃落定，但留法歸國的學者羅廣庭在1931年發表了《生物自然發生之發明》，老調重彈，為已經被埋葬的自然發生說鳴冤。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，之后甚至發表在了中國科學社主辦的著名雜志《科學》上。后中山大學諸位教授與之公開辯論并重新實驗，從而否定了該謬論。

三、教育意義

在當下的教學實踐中，將科學發展過程中的爭論納入課堂教學已經被廣大教育學者們所關注和認可，基于爭論的科學教育是當前教育研究領域的一種新的發展趨勢，將生物學史上的爭論展現給學生非常有意義。

首先，講授科學爭論有助于學生認識到科學知識是與時俱進的。傳統教育學者們往往只注意科學知識的講授，而忽略了科學知識產生過程中的復雜多變，認為科學是累積進步的，是完全正確的，沒有認識到任何科學都是一定時間內的科學，是可以被證實或證偽的。而科學的發展也不是直線進步的，它也是波蕩變化的，隨著人類認識的逐漸深化，人們對同一問題的了解是在不斷發展的，因此我們要不斷地修正我們的認知。

其次，講授科學爭論可以活化教學，豐富教學。單一地勾勒當下學界的科學知識而將其發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。將科學爭論納入到生物教學中，能比較全面地展現科學知識產生和發展的過程，也能激發學生的問題意識和學習熱情。如果說將科學史納入到科學教育過程中豐富了學生對具體科學知識的理解，了解了科學知識產生的來龍去脈，那么當下生物教育中關注科學爭論的教育模式則有助于學生建立敢于批判、樂于爭鳴、勇于發問的新學習狀態。

再次，講授科學爭論有助于增強學生的實驗意識。相比于更側重數理邏輯與推論演繹的數學和物理學科，近代生物學的突出成果表現為實際動手操作的實驗的引進，從這個意義上來說生物學就是基于實驗的學科。將生物學爭論納入教學將啟發學生自主地學習，通過實驗的方式加深對知識的理解，科學史上生動的科學爭論案例也將激發學生的好奇心和探索欲，使學生學會用實驗的方法來驗證自己的想法。

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

四、結語

爭論是科學作為一種社會歷史活動過程的自然產物，科學爭論對于合理地引導學生的學習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史上科學爭論的案例，科學教育不再是單項傳遞既定科學知識的過程，而是培養學習者科學素養的過程。

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