在科學史教學中塑造求真求實的思想品質

摘要：本文以“促胰液素的發現”這一科學史實為例，引導學生關注幾名生理學家的實驗設計思路、實驗過程中遇到的問題以及實驗結論的形成，體會科學發現來之不易，培養學生良好的學習習慣，塑造學生求真求實的思想品質。同時引導學生發現求真求實的思想品質在個人成長和社會發展中具有重要意義，使其認識到只有具備這種品質的人，才能在科學研究中不斷取得突破，在實踐中不斷取得成功。這種品質也是推動社會進步和發展的重要力量。

關鍵詞：科學史 科學思維 科學探究 求真求實

求真是指在科學研究中，應不斷追求和探索真理。在實踐中，始終堅信真理的存在，以實踐為檢驗真理的唯一標準。為了求得真知，必須有科學的態度和方法，如勤奮學習、實事求是、獨立思考、勇于實踐、不斷創新等。

求實是指堅持實事求是，一切從實際出發。在認識世界時，應把實踐作為出發點，將感性認識上升為理性認識，透過現象抓住事物的本質和規律。在實踐中，堅持尊重客觀規律，按規律辦事。同時，積極發揮主觀能動性，認識和利用規律，為人類造福。

求真和求實是相輔相成的。求真是一種精神追求，求實是一種實踐態度。只有把兩者結合起來，才能在認識世界和改造世界的活動中取得成功。那么，如何將這種指引方向的“大道理”落實到常規教學中去呢？單一重復的說教是難以落實的，甚至會讓學生厭惡學習。生命科學研究過程中的每一次重要發現，都是一次認知的革命，科學家們克服重重困難專注研究的過程就是生命科學史，也是我們落實求真求實品質教育的落腳點。

一、科學史教學的意義

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》指出，培養學生的科學素養是高中生物教學的核心，其中的關鍵任務是培養學生的科學探究能力。課程標準要求教學重點放在生物科學史和科學本質上，因為科學史中的許多經典實驗對于培養學生的科學探究能力來說是非常好的教學素材。生物科學史記錄了科學工作者對生命現象的認識和揭示，是對生命科學探索的歷史。它描述了科學家們在研究生命科學時所采用的科學方法和制訂的探索計劃。這個領域的知識能夠教給學生在自然界和現實生活中獨立探索科學問題的方法和技巧，培養學生的科學研究能力。

在高中生物學教學中，科學史占據重要地位，它包含了前人在發現重要科學現象的過程中所運用的科學思維、研究方向以及具體措施，促進后人傳承科學家追求真理的精神，并保持了堅定不移的求知動力。因此，科學史教學也成了道德教育的一個重要途徑。

二、“促胰液素的發現”科學史教學

受到了篇幅的限制，有關該內容教材講述得不太詳細，所以教師在教學準備階段需要搜集相關資料進行補充，分析探索過程中的科學實驗，培養學生科學思維和科學探究素養，能夠引導學生科學地分析實驗的研究思路，并提升學生的思維能力。教師在講述“促胰液素的發現”實驗時，先讓學生閱讀教材中的實驗內容，就學生感到困惑的地方，與學生交流，找出問題的關鍵點并對其進行有針對性的講解，以解決這一問題。筆者通過細致研究和閱讀相關資料，獲得了關于該項實驗全新的認識，以時間為線索，展示“促胰液素的發現”相關實驗思路、知識和科學方法的演變過程，其中包含豐富的實驗方法和觀點，這對培養學生的科學思維和探究能力有很大幫助。

1.相關背景

在介紹“促胰液素的發現”相關的科學實驗之前，首先介紹19世紀50年代克勞德·伯爾納的發現。他發現酸性食物進入小腸會導致胰液分泌，但在很長一段時間人們對這一現象都沒太在意。直到1894年，俄國生理學家道林斯基（巴甫洛夫的學生）再次發現了這一現象并表明：當食物通過胃進入小腸時，胰腺會釋放出胰液。這與伯爾納的結論不謀而合。隨后他們進行了兩個實驗（見圖1），進一步證明刺激小腸的物質是胃酸，而不是食物。

在20世紀之前，學界普遍認為動物和人類的生理活動都是被神經系統所控制的。最具代表性的就是俄國生理學家巴甫洛夫和他的反射理論。巴甫洛夫反射理論指出：當鹽酸進入腸道時，會觸發胰液分泌的反射作用，除此之外刺激迷走神經或內臟大神經也會導致胰腺分泌。1896年，巴甫洛夫的學生帕皮爾斯基對“促進胰腺分泌的鹽酸刺激”進行了全面的研究：他先破壞了左右兩側的迷走神經和內臟大神經，胰腺仍然分泌胰液；考慮到可能是因為脊髓仍然存在神經連接，于是破壞脊髓連接，結果依然如此，令人疑惑。

根據巴甫洛夫的理論，帕皮爾斯基假設胃幽門區域可能存在一種稱為“外周反射中樞”的區域，可能負責分泌胰液。多年后，帕皮爾斯基堅持努力，他進行了連續不斷的實驗和提問，反復循環，始終堅信巴甫洛夫的理論是正確的。1901年，他最終認定這是一個由十二指腸黏膜和胰腺腺泡細胞之間連接所形成的局部短反射，并通過胰腺外分泌組織中的神經節細胞來實現。

2.沃泰默的實驗

在帕皮爾斯基提交研究結論的同時，法國科學家沃泰默也對相同的現象進行了研究分析。他做了3組實驗，具體情況如圖2所示。

通過實驗現象不難看出：在第一組和第二組實驗中，稀鹽酸的作用是在小腸上部，而不是在血液中，這表明鹽酸并不直接引起胰腺分泌胰液。在第一組和第三組實驗中，通過將自變量設定為神經系統的完好與否，得出的推論是胰液分泌不受神經調節的影響。

沃泰默對第三組實驗的說明是，由于小腸中的微小神經難以清除，因此這種反射現象非常頑固。巴甫洛夫的反射理論對沃泰默產生了深遠影響，因此沃泰默沒有提出除神經調節之外的其他調節方式。沃泰默失敗的原因不僅在于未能突破權威的限制，還在于對信號物質的分析不準確。他錯誤地將鹽酸視為刺激胰液分泌的直接信號物質，而實際上將稀釋的鹽酸注入血液并輸送至胰腺，這時并未觀察到胰液的分泌情況，因此導致他無法找到通過血液傳遞的信號物質，進而迷失了方向。從今天來看當時的結果，我們可以發現沃泰默忽略了一個關鍵因素：稀釋鹽酸有可能對結果產生了間接的影響。

我們是否還能從沃泰默的實驗設計角度進行其他的思考呢？筆者在課堂教學中讓學生討論了一個問題：在三組實驗中，一組和三組已經是比較完整的對照實驗，嚴格控制了單一變量，那么設置第二組是否有必要？學生通過分析可以得出，第二組實驗是非常必要的，因為它解決了關鍵問題，即鹽酸的作用位置，明確指出了刺激是發生在小腸而不是血液中，這為后續的研究提供了指導。它也有助于學生理解沃泰默遠離真相的原因。

3.斯他林和貝利斯的實驗

1902年，斯他林和貝利斯閱讀了沃泰默的論文后，對其解釋提出了質疑，同時設計實驗進行研究：他們將狗的小腸切割并提取黏膜細胞，然后將黏膜細胞與稀鹽酸混合，經過研磨后得到提取物。在他們將提取物注射到同一只狗的靜脈中時發現了胰腺分泌胰液。他們把提取物中能促進胰液分泌的物質稱為促胰液素。實驗思路如圖3所示。

根據生理學教材介紹可知：小腸黏膜是由上皮、固有層和黏膜肌層構成的，它具有很多圓形褶皺和絨毛結構，是腸腔中最淺的結構。人的小腸黏膜上皮由不同功能的細胞組成，其中有分泌唾液酸和黏液的吸吮細胞，還有分散的杯狀細胞以及一些能分泌促胰液素的內分泌細胞。與此同時，僅有一小部分的感覺神經末梢分布在上皮層中。

斯他林和貝利斯實驗的創新點在于巧妙地排除了神經調節的干擾，通過進行小腸黏膜實驗，將鹽酸刺激小腸的過程帶出體外實施，這樣一來，沃泰默設立的“頑固反射”就不再有效，可以確定沒有神經反射參與并且不會干擾到胰腺活動，從而證實了其他調節方式的存在。

為了培養學生的科學思維和科學探究能力，我們可以在教學中嘗試讓學生設計與改進斯他林和貝利斯的實驗，以引導學生就促胰液素分泌調節方式提出合理的假設。筆者為學生設置了一系列問題，以引導他們思考：在神經被完全切除，只剩下血管的情況下，可能有哪些結構能夠傳遞信息？傳遞信息的物質是鹽酸嗎？如果不是的話，那這種物質的生產是否要依賴鹽酸？解決了這些問題后，學生或許可以得出一個假設：在鹽酸的影響下，小腸黏膜或許能夠生成一種化學物質，經過血液傳輸到達胰腺，從而引發胰腺的分泌。這是一種不同于神經系統的化學調控方法。

為了證實斯他林和貝利斯的理論，巴甫洛夫和他的學生復制了他們的實驗，并得到了相同的結果。巴甫洛夫遺憾地說道：“毫無疑問，他們的說法是正確的，顯然，我們錯失了一個了解真相的機會！”在這里，學生自然就能領會到即使是久負盛名、著作等身的大科學家也會因為思維的限制而停滯不前，又通過巴甫洛夫對待科學研究的真誠和對客觀事實的敬重，培養了學生實事求是的科學態度。

三、課后感悟

“促胰液素的發現”對科學發展有著巨大的價值，是一項具有深遠意義的科學發現。一線教師應該充分利用這些材料，從培養學生核心素養的角度出發，而非僅僅側重于實驗和知識講解。教師應該查閱過去的資料，以解開實驗中的疑問，從而洞悉真相。通過分析這些數據，結合當前高中生物學科的教學任務，教師應該意識到以下幾點：

首先，科學發現必須建立在相應的知識基礎上，就像學生進入社會之前需要具備基本的理論和實踐能力一樣，只有這樣才能在生活中有所突破。學生在學校進行的科學探究活動主要是為了獲取知識、理解科學思想和概念，以及了解科學家在研究自然現象時所使用的方法。科學思維的方式有很多種，如形式邏輯思維、辯證邏輯思維、批判思維和發散思維等，這些方式和習慣對于科學思考非常重要。每個人都應該學會并掌握科學的思維習慣，這并不是只有科學家才具備的特質。

其次，追隨著前人的成就，我們能夠拓展眼界，但不能完全依賴權威，有時需要在思維上有所突破，并進行實踐創新。科學不斷發展，社會也在不斷進步。我們每天都會接收到來自各方的信息，這些信息包括許多已經成熟的科學理論，其早已積極地應用于實踐，以改善我們的生活并對我們生活的各個方面產生影響。盡管我們尚未理解某些生活中的現象和規律，但我們應保持適當的好奇心，并不受舊思維的束縛，限制自己的思維。科學發現并非某個人的特殊能力，真理總是掌握在勤奮探索、敢于創新的人手中。

最后，通過了解生物科學發展歷史中的這些重要事件，認真體會科學家們堅韌不拔的精神。熟悉科學探究的基本過程，對于培養學生的精神素質具有重要的幫助。我們可以將學生分組，并在合作的過程中進行具體的分工，以各自承擔特定的職責并相互配合完成任務。這種探究過程不僅能培養學生收集和處理信息的能力，同時也能讓學生認識到在科學研究中要勇于克服困難，堅持不懈。

求真求實的思想品質在個人成長和社會發展中具有重要意義。只有具備這種品質的人，才能在科學研究中不斷取得突破，在實踐中不斷取得成功。同時，這種品質也是推動社會進步和發展的重要力量。科學的發現過程與我們的人生相似，都不是一帆風順的。無論何時，我們都需要堅強的毅力，勇敢地面對學習和生活中的挑戰和困難。我們應該以求真務實的態度，穩步推進，最終的成果將會水到渠成。

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責任編輯：唐丹丹