生物科学史教育中的问题透视*

● 俞丽萍

生物科学史教育中的问题透视*

● 俞丽萍

科学史在融入生物课程教学实践的过程中出现了一些偏差，主要表现在：对科学史上的错误理论没有给予理性的评价；将科学家描述成道德品质的典范、完美无缺的神人；科学的发现过于简化，缺少科学发展的艰难曲折过程；仅利用科学史提高学习兴趣、强化科学知识的传授。剖析与纠正这些问题，对充分发挥科学史的教育功能具有重要的意义。

生物；科学史教育；科学精神

一、对科学史上的错误理论没有给予理性的评价

在教学中，对于科学史上正确的理论和假说，教师不惜赞美之词，但对于现在看来是错误的理论或已被证伪的假说，则以“已被证明是错误的”简单地一笔带过，甚至把它看作是真理发现路上的绊脚石而被批判。例如，古罗马时期盖仑提出了血液运动“生命灵气”的学说，在今天看来它的错误之处在于没有认识到血液循环而认为静脉系统与动脉系统是无关的，于是在教学中盖仑成了阻碍科学发展的罪人。很少有人意识到盖仑对血液运动的论述在生物学史上产生了很大的影响。盖仑的学说在当时是举世公认的科学。从今天的角度来看，盖仑的理论有部分是正确的，例如他证明动脉是送血的，而不是送空气的，神经系统的中枢是脑而不是心脏、心脏中有瓣膜等。再如，光合作用发现史中，海尔蒙特从实验中得出的结论是：植株的营养只能来自于水。这一结论的错误之处是忽略了减少的少量土壤干重以及大气成分参与植物生长的作用。但是海尔蒙特的实验具有它的积极意义：他开创了实验生物学定量分析的先河（对土壤和柳树称重），否定了亚里斯多德关于植物营养只来自于土壤的观点，在科学知识上也是一次进步。我们要用辩证的思想，宽容的胸怀，理性地看待科学史上的错误理论。错误理论也可能包含有科学创新之处，如提出新的问题，采用新的方法，包含新的正确的内容。科学探索，无论是成功的还是失败的都能对人类的进步产生重要的影响。科学在不同的时代有不同的理解。科学发现与当时的科学技术水平、社会经济条件、主流文化、政治意识或宗教信仰等有关。盖仑的某些错误之所以产生，一个重要的原因是在罗马人统治的时期人体解剖是严格禁止的，因此盖仑所进行的解剖对象主要是猪、狗和猴等动物而不是人。而他所说的心间隔上有小孔，血液能通过小孔往返于心脏左右两边，这是他的猜测，他的生理描述脱离了实际而屈从于宗教神学的需要。海尔蒙特得出不正确的结论，与他所处的时代背景也有关。海尔蒙特并不是不了解土壤和大气的作用，而是受当时哲学理论（所有物质皆起源于水，世界本原是水）的束缚，他试图通过柳树实验来验证哲学学说，将科学研究与非理性的宗教热情浑然一体。

历史上每个具体科学成果的取得，几乎都经历了否定之否定的过程。理性地评价现在看来是错误的理论，有助于学生理解科学与社会、文化、技术的相互关系，有利于培养学生严谨的科学态度，形成科学的世界观和价值观。利用科学史上过去被广泛承认而现在已经被证伪的理论，寻找该理论合理之处与错误之处的证据，具有重要的教学意义。一方面它能够促进学生理解科学的本质：科学需要且依赖于经验证据，当发现新的证据和对已有事实有新的解释时，科学知识将会改变，科学知识具有暂时性和发展性，科学无法脱离社会、文化、宗教与政治而独立发展等；另一方面它能够促进学生概念的转变。有学者认为，学生所持有的许多“迷思概念”与科学史是相平行的，可以利用科学史上的错误理论与学生头脑中可能的错误概念加以比较，从而促进学生概念的改变。[1]

二、将科学家描述成道德品质的典范、完美无缺的神人

教学中将科学家描述成完全客观公正、超脱社会影响的“圣人”，对待与自己不同观点的人心胸开阔，没有任何私人利益掺杂其中，品德高尚，完美无缺，塑造了一座座连科学家自己都难以做到的高高在上的“圣像”。介绍了较多天才科学家而不是普通的科学家，特别关注科学家小时候就表现出来的、而且与以后研究领域有关的特殊才能。有关科学家生平的描述以科学家的研究或发明为主，而有关科学家属于常人的一面如日常生活、嗜好、缺点、要面对的挫折或恐惧等却很少提及。如中学生物课本对林奈的描述：“林奈从小喜爱大自然，对植物特别有兴趣，只要有机会，他就钻到树林里去观察和采集植物。老师和同学都称他是‘小植物家’……”。对施旺和施莱登的描述是“思想活跃，善于辞令，对显微观察一丝不苟……”。还有达尔文和华莱士对创建“自然选择学说”的优先权互相谦让，成为科学史上的佳话。对于科学家的描述虽然不算是夸大或杜撰，但有可能使学生对科学家产生一些扭曲的观点，如科学家一出生或从小就有超群出众的才质，将来注定要当科学家，科学家与我们是完全不同的一群人，或者是十分伟大的人，自己根本没有能力达到科学家的那种境界，不愿意也没有信心成为那种人。

科学家生活在一定的社会中，不可避免地会受到社会上各种价值观念、哲学信念的影响，科学家并非如我们所想象的那样客观公正，心胸广阔。正如有学者所指出的，“多数科学家固然有不少高尚的品行，但是他们也是人而不是神，既有人性的光辉与伟大，也有人性的弱点与失误[1]”。科学家也会为争夺科学发现的优先权而奔波、为自己的理论受到攻击而恼怒。例如施旺性格懦弱而缺乏足够的自信，他不愿意在公开场合抛头露面与其他学者面对面地辩论，更不能忍受来自德国科学机构最高层的尖刻的批评，以至于不能接受德国8所著名大学的教授职务。施旺虽然是现代组织学的创始人，但他的有些观点也是错误的，例如他认为细胞并不是由其他细胞形成的，而是由细胞间液“营养液”凝集而成。他更错误的一个观点是认为细胞物质即施旺氏细胞胚基（后来改称为原生质）是无结构的。达尔文迫于当时神学思想、道德及政治压力，迟迟不肯发表有关进化论的文章，他甚至留下一份遗嘱做好了在死后才发表其成果的准备。当收到华莱士写给他的关于自然选择而进化的论文时，达尔文和普通人一样震惊，因为它与达尔文悄悄准备了20年的理论观点不谋而合。达尔文自己的说法是：“我并不在意赢得优先发表的地位，但如果有其他人在我之前先发表了我所提出的理论，我当然会苦恼”。

为学生树立科学家的光辉形象、良好榜样，这无可厚非，但是不能歪曲历史的真实面貌。对科学家的客观描述有助于学生认识科学家的真实面貌，可以拉近学生与科学家的距离，理解科学家“人性”的一面，去除学生对科学的敌意或疏远。正如美国学者詹姆斯·洛温所尖锐指出的，“教科书通过英雄化这一过程把有血有肉的人变成了虔诚的、完美的造物，他们没有矛盾，没有痛苦，没有人情昧，也没有可信性”。科学家不是神，学生才有可能走近他；科学家是人，学生才可能以后成为科学家。另外，充分利用著名科学家有关发现的错误，可以培养学生不迷信权威，敢于质疑权威的气魄和敢于创新求异的思维品质；还可以引导学生正确理解科学的本质：科学家的研究成果会不断地受到质疑与检验，即使是举世闻名的伟大科学家也不例外。这也说明科学事业的发展不断地自我否定，“科学其实就像人类的其他事业一样，并非毫无瑕疵，但科学家们会努力将这种瑕疵减少至最小化，以追求这个领域的最高成就”[2]。

三、科学的发现过于简化，缺少科学发展的艰难曲折过程

初中生物课本中关于青霉素的叙述：“1928年，英国的细菌学家弗莱明在研究细菌时发现，在只接种了葡萄球菌的培养基上，竟然长出了青霉。当他正在为培养基受到霉菌的污染而懊恼时，一个偶然的现象引起他的注意：培养基的其余部分都布满了葡萄球菌的菌落，只有青霉菌菌落的周围没有葡萄球菌的菌落。这是为什么呢？弗莱明经过深入的研究发现，青霉能够产生一种杀死或抑制葡萄球菌生长的物质，他把这种物质叫做青霉素。后来，第二次世界大战爆发了，这时青霉素已经能够大量生产，它挽救了成千上万伤病员的生命。弗莱明因此获得了诺贝尔医学或生理学奖。”高中生物教材关于摩尔根发现白眼果蝇的叙述：“于是，从1909年开始，摩尔根开始潜心研究果蝇的遗传行为。一天，他偶然在一群红眼果蝇中发现了一只白眼雄果蝇。”科学发现好像是个很偶然的，很轻松的工作。这样不仅不符合科学发展的实际，也给学生留下了科学发现来得很容易的错误印象。

事实上，从1928年弗莱明发现青霉素到二战时青霉素能大量生产挽救伤员的生命，这期间青霉素的研究遭遇过很多的困难，比如在用天竺鼠做口服实验时，出现了极高的致死率；葡萄球菌接触了青霉素后，可快速产生抗性；青霉素的分离纯化极其困难，且活性不稳定；菌株产量极低；设备经费很少。所有这些都是弗莱明自己所无法解决的，这些可能打击了弗莱明的信心。因此弗莱明很快就不看好青霉素做为药物的用途，1934年起他停止了青霉素的研究。青霉素从实验室走向临床，变成救人无数的良药，最终是由牛津大学的霍华德·弗洛里实验室开发出来的。从1938年开始，钱恩和弗洛里组织了一支由20多名病理学家、生物学家、细菌学家、医学家等组成的强大的研发队伍，攻克了鉴定、提纯等技术难题。但是青霉素的命运仍十分坎坷，牛津大学拒绝为钱恩申请青霉素的专利保护，拒绝钱恩组建试验工厂探索工业化生产青霉素条件的要求。后来由于二战爆发，巨大的战争伤亡对抗菌药物产生了迫切的需求，在美国政府的大力支持下，青霉素才大规模的生产。青霉素这种特效药花了近十年的时间才走完从发现到临床应用的过程。1945年弗莱明、弗洛里和钱恩三人共同获得了诺贝尔医学和生物学奖。同样，发现突变的白眼果蝇，花费了摩尔根和他的学生整整两年的时光。西班牙医生塞尔维特第一次提出了关于血液由右心室经过肺动脉和在肺组织内与它相连结的肺静脉流入左心房的正确看法。因为触犯了统治阶级的宗教，这位正要发现血液循环的科学家，被宗教裁判所连同他的著作一道被送上火刑场，使血液循环的发现推迟了七十多年。

将科学研究过程中遭遇的困难和辛勤的劳动，特别是科学发展过程中的曲折、争议及外力影响等简化甚至删除，学生就无法看到科学家在研究过程中所面对的真实问题、困难疑惑，也无法了解科学研究与新观念的建构、新仪器的发明、科学家的思考习惯与信念以及外在的文化、政治、宗教及经济等因素都有关联。很容易让学生误以为科学只是隐藏在某处等待一个天才科学家在某一瞬间看透或发现它，或者科学完全独立于外在世界。因此，简化的发现史首先无法增进学生对于科学本质的了解；其次，简化科学发现的过程，还传递给学生一种假象，似乎伟大科学家基本不走弯路，这样的科学史不能让学生体验科学探索是充满挫折、失败、谬误、猜想、顿悟的不断探索的过程，误以为科学是一帆风顺的事业，不利于培养学生百折不挠的求知精神和坚忍不拔的意志品质；再次，简化科学发现的曲折历程，似乎逻辑清楚、有实验验证便可得到公认。实际上，实践对真理的检验往往要经历一个过程，不是一蹴而就的；又次，简化的发现史往往把科学的主要贡献归功于一个科学英雄，使学生难以正确领会科学发现中所需要的团队精神。其实人类伟大的发明，很少只是一个人的天才创造。

四、仅利用科学史提高学习兴趣、强化科学知识的传授

例如，在光合作用发现历程的教学中，呈现并分析科学史上的实验，目的仅仅是为了得出光合作用的原料、产物、条件、场所等知识性的结论。再如将某项发明完全归功于某位科学家，并突出科学发现所带给科学家的声誉与地位，以此来调动学生学习科学的积极性以及投身科学的热情，其最终目的还是为了加强科学知识的教学。实际调查也表明，多数教师利用科学史来展示知识的发生过程和激发学生学习的兴趣，这两者共同的目的是为了学生更好地学习知识。正如有学者所尖锐指出的，“虽然在我国的基础科学教育中教科书也融入了少量科学史，教师在教授科学时也插讲一些科学史中的故事，但如此做的主要目的是为了给科学知识裹上一层‘糖衣’以提高学生的学习兴趣，而不是为了让学生更好地理解科学的形成过程”[3]。将科学史作为达到某种目的的手段，而不是为了科学史自身的目的去进行教学。这样，科学史就变成为说服的工具，以说服学生去掌握目前教师所认为的“绝对真理”。

在科学史教学中，教师们更多地看到了科学史所担负的使科学知识合法化以说服学生掌握这些知识的功能，而没有重视通过真实的科学史学生可以从中获得关于科学事业及其发展的有益启示。其实，以科学史的介绍作为认知背景，引发学生的认知冲突或者激发学生的学习积极性，这未尝不可，然而我们同时应该以科学史中蕴含的怀疑与批判精神去引导学生以怀疑的眼光看待目前的科学理论，以科学家诠释现象的思路与方法引导学生提出自己的看法并加以验证，使学生更真实地理解科学的本质以及科学技术与社会的关系，而不应该仅以便于知识传授为目的。仍以光合作用的发现史为例，除了建构光合作用的知识，更重要的是领悟科学家的思维方式，体验科学家设计实验的思想，并能对经典实验设计的不足进行质疑，尝试提出改进这些实验的方法。接受科学方法的训练，如设置对照实验，控制单一变量，定量分析的方法，同位素示踪法等。领悟科学知识是怎样产生的，把握科学的本质，从而培养敢于质疑的科学精神和态度，激发学生投身科学献身科学的斗志。

[1]刘德华.“点击”学校课程—走在十字路口的科学教育[M].福州：福建教育出版社，2001．

[2]Koshland,D.E.Jr.The price of progress[J].Science,1988，(241).

[3]徐学福．科学的相对性及其在课程和教学中的渗透[J]．比较教育研究，2001，(8).

俞丽萍／江苏省泰州师范高等专科学校副教授

本文系泰州师范高等专科学校重点课题“HPS视野下生物课程教学研究” (项目编号2010-ASL-12)成果之一。

（责任编辑：刘 明）