生理学史的教育价值及其在教学实践中的应用

朱河水,陈 宇,王月影,韩立强,王林枫,查光明,焦显芹,郭 爽

(河南农业大学牧医工程学院,河南 郑州 450002)

每个学科的发展都有自己的历史,生理学也不例外,有着其特有的发展历史和脉络。很多现在看起来生理常识性的东西,在以前或许是另外一种看法和情况,这些看法和认知有时让现在的我们感到诧异。同时,曾经困惑前人的一些未知东西在生理学发展历史的长河中慢慢“大浪淘沙”,展露出真实的面貌,被人们所识、所知、所用。同理,目前困惑我们的一些未知领域,在不久的未来或许被揭开神秘的面纱,为人们所识、所知、所用。“以铜为镜,可以正衣冠,以史为镜,可以知兴替,以人为镜,可以知得失”,以生理学的历史为镜,可以知生理学及生命科学的发展规律。在生理教学中辅以生理学史的教育,可以启发学生了解这些规律,以便将来遵循这些规律、利用这些规律,在生命科学领域有更好的发展和跨越。

1 学习生理学史,培养学生的科学精神

每个学科走向科学都是一个曲折的过程。整个人类对自然和社会的认识过程,就像一个人从婴儿的懵懵懂懂到成年的逐渐成熟过程。生理学的学习一方面使人们认识生命的运行规律,进而在医学中运用这些规律来解决现实问题;另外一方面应使人们挖掘新的知识和规律,来解决现在不能解决的问题。这就需要学生在学习时,既要知其然,又要知其所以然、然何来。通过追溯所以然、然何来,弄明白生理学知识的来龙去脉,进而学其“渔”,用其“渔”,来获得更多的“鱼”。

在教学中可从发现胰岛素的故事激发学生敏于发现问题,勇于思考问题,专于解决问题。胰岛素的发现和提纯是生命科学史上的重大发现和突破,挽救了很多糖尿病人的生命,相关人员也因此获得了1923年的诺贝尔医学或生理学奖。而发现胰岛素的却是加拿大两名非常年轻的学者,一个是28岁的安大略省西医学院生理学教师班廷(Banting),一个是多伦多大学的大四学生白斯特(Best)。

糖尿病作为一种慢性病,在当时没有有效的治疗途径和方法,病人只有在慢慢的代谢紊乱中失去生命。班廷作为一个年轻教师,在备课时注意到胰腺和糖代谢有关,进而与糖尿病有关。切除动物的胰腺,就会引起糖尿病类似症状,一、二周内会昏迷、死亡,但其确切的机制不清楚,所以临床上也没有有效的治疗糖尿病的方法。班廷敏锐地意识到这既是一个生理学问题,又是一个能影响人类生命生活的问题。于是他决定探索胰腺和糖尿病的关系。通过查阅资料他发现胰腺一方面能内分泌“胰岛素”调节血糖,另外一方面还会外分泌胰蛋白酶,这些酶在体内能消化食物,而在人们提取“胰岛素”时,会分解“胰岛素”,进而导致提取不出“胰岛素”。于是这个科学问题就转化为了怎么从胰腺中成功提取“胰岛素”的问题。班廷在思考这个问题时,并不局限于从生理领域查找资料,他从其他病理学家那里了解到胆结石或结扎胰导管能引起胰腺萎缩。于是他提出了一个大胆的假设“手术结扎胰导管,引起胰腺萎缩,分离胰岛素,治疗糖尿病”。在求证这个假设的过程中,他和他的助手(大四的学生白斯特),两个年轻人克服了种种困难,在经历了前期很多手术失败的情况下,锲而不舍,小心地求证,终于成功分离出了胰岛素,迈出了临床上治疗糖尿病的关键一步[1]。

胰岛素发现的故事告诉我们,在科学上要结合自己的专业和生活中的未知领域,敏锐地发现问题,详实查阅资料分析问题,大胆地提出假设,小心地进行求证,进而解决科学问题,造福于人类。

2 学习生理学史,培养学生的创新意识、批判思维

纵观生理学的历史,很多科学成就,都是经历一个“实践、认识、再实践、再认识”的过程,遵循着“否定之否定”的唯物辩证法基本规律,都是一个“不断探索真理、追求真理、坚持真理”的艰难过程。生命科学史蕴含着极其丰富的智力营养,处处体现着科学家的创造性思维和创新意识[2]。生理历史上很多重大的突破和发现是建立在对原来认识否定和质疑的基础上。

曾经在一段历史时期内,人们认为血液由肝脏合成,与“生命灵气”混合后,由血管运送到组织,然后被组织利用消失,由此形成了血液在血管中潮起潮落般地开放活动。直到17世纪,英国医生哈维(Harvey)结合临床的实践对此提出了质疑,认为此种说法可能是错误的,血液应该是不断的重复利用。于是他做了大量的动物解剖实验以及人体的一些实验,提出了血液循环的理论。

他于1628年公开发表了《动物心脏解剖及血液运行的实验》这本书,此书出版震惊了当时的医学界和生理学界,它的观点从根本上推翻了统治人们头脑很多年的关于心脏运动和血液运动的经典观点,引导着生理学走向了近代科学[3]。

促胰液素的发现有着类似的经历。促胰液素由英国两位生理学家贝利斯(Bayliss)和斯他林(Starling)首先发现。在他们研究之前,人们发现酸性食糜进入小肠能引起胰液的分泌。关于这个现象的解释,当时受传统的神经调节论主导思想影响,人们认为是反射活动的结果。当时赫赫有名的巴甫洛夫实验室也认为这是盐酸引起胰腺分泌的一个反射,并试图通过各种实验证明它。贝利斯和斯他林在对此种情况分析时,大胆地跳出“神经反射”这个传统概念的条框,认为这可能是一个“化学反射”：在盐酸的作用下,小肠黏膜可能产生了一个化学物质,当其被吸收入血液后,运送到胰腺,进而引起胰液分泌。随后他们设计实验,求证了这个假说,并发现了促胰液素。促胰液素是人们第一个发现的激素(Hormone,1905),是生理学史上又一个伟大的发现[4]。它的发现,使人们意识到除了神经调节,体内还存在着激素的内分泌调节,从而开辟了一个机体调节机能的新概念、新领域,开创了一个新的时代。

上述及类似的故事可以引导学生在以后的研究工作中,要有质疑精神、批判性思维。遇到新的现象,要摆脱传统概念的束缚,大胆提出新的设想,从而有可能开辟一个的新领域,走向真正的创新。

3 学习生理学史,培养学生的协作意识

在生理学以及生命科学的发展历史中,有很多的科学家相互协作,共同完成重大发现和突破的例子,如DNA双螺旋结构的提出和试管婴儿的成功。

DNA双螺旋结构是由沃森(Watson)与克里克(Crick)二位杰出的分子生物学家共同完成的。两人在研究中对脱氧核糖核酸的分子结构产生了浓厚的兴趣,在前人研究的基础上,两人深入细致的分析推理,提出了著名的DNA双螺旋模型。沃森和克里克对DNA双螺旋结构的阐述,是20世纪生物学上最伟大的成就之一,由此引起了许多分子生物学和遗传学的新发现、新成就。两人因此项研究同时荣获1962年诺贝尔医学或生理学奖[5]。

在试管婴儿的研究中也有很好的合作典范。1968年,英国生理学家爱德华兹(Edwards)首次成功地实现了人类卵子的体外受精,但体外发育成熟的卵子受精后,只分裂一次就停止了发育。爱德华兹想到,如果使用已经在体内发育成熟、即将进入排卵过程的卵子,可能会有更好的效果。但如何在恰当的时机安全有效地从人体内提取卵子,是一个棘手的技术难题。这时,爱德华兹读到了妇科专家帕特里克·斯特普托的一篇文章,发现一种称为腹腔镜的新技术或许能解决自己的问题。

爱德华兹联系了斯特普托,两人开始了后来闻名世界的合作。他们用激素刺激不育女性的卵巢,提取出处于合适发育阶段的卵子,成功进行体外受精,并使受精卵突破了1次分裂的局限,发育成8个细胞的早期胚胎。他们尝试将胚胎移植回人体内,经过上百次失败后,终于获得正常发育的胚胎。1978年7月25日诞生了世界上第一个试管婴儿路易丝·布朗,她的出生震动了世界。在这期间,爱德华兹和斯特普托在剑桥创办了伯恩霍尔生殖医学中心,从事试管婴儿技术的研究和应用。斯特普托担任中心的医学负责人,他于1988年去世。爱德华兹在2010年授予了诺贝尔医学或生理学奖[6]。

通过这些事例可以培养学生的协作意识,以便将来在一个团队内发挥更大的协同效应。

在具体教学中,不一定由老师来讲述生理学的历史,可以鼓励学生查阅相关资料,整理分析资料,把它归纳为一个故事讲给大家听。大家可就故事中的事例进行讨论,提出自己的看法和见解。通过“讲述一个故事,明白一个道理,传授一种教育思想”这种案例式教学,既锻炼了学生的查找分析资料的能力,又锻炼了他们归纳表述的能力,更重要的是培养了他们的科学精神、创新意识和协作意识,起到了“润物细无声”的教学效果。