陳 維

( 江蘇省連云港高級(jí)中學(xué) 222042)

科學(xué)精神是從科學(xué)活動(dòng)、思想、方法、規(guī)范以及科學(xué)家的思想觀念中提煉出的科學(xué)本質(zhì)、核心和靈魂，能對科學(xué)活動(dòng)主體及其他實(shí)踐主體和社會(huì)的行為與意識(shí)產(chǎn)生積極的啟蒙、感召和引導(dǎo)等作用的科學(xué)的文化精髓，是科學(xué)大系統(tǒng)得以形成、建構(gòu)和發(fā)展的靈魂。作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，科學(xué)精神主要包括求實(shí)精神、理性精神、創(chuàng)新精神、競爭精神、批判精神和自由開放精神六大要素[1]。認(rèn)識(shí)學(xué)科價(jià)值，培養(yǎng)科學(xué)精神是生物學(xué)教學(xué)的核心目標(biāo)。生物科學(xué)史記錄著生命科學(xué)的研究歷程，是科學(xué)家思維和智慧的結(jié)晶，蘊(yùn)涵著豐富的人文教育內(nèi)容。教學(xué)中挖掘并引入一些與知識(shí)相關(guān)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)、典型事例、科學(xué)史實(shí)和科學(xué)家逸事等，能夠讓學(xué)生領(lǐng)悟到科學(xué)的崇高、神圣和對歷史的巨大推動(dòng)作用，感悟到科學(xué)家高貴、不屈的意志品質(zhì)，這對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神將起到極大的促進(jìn)作用。

1 樹立客觀求實(shí)精神

求實(shí)精神反映出對世界及其本質(zhì)和規(guī)律的客觀實(shí)在性的信仰與追求。在生物科學(xué)史的教學(xué)中，介紹科學(xué)家注重通過觀察和實(shí)驗(yàn)獲取科學(xué)事實(shí)和檢驗(yàn)理論等研究經(jīng)歷，能有效培養(yǎng)學(xué)生的求實(shí)精神。巴斯德曾經(jīng)說過:“當(dāng)你相信自己已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種重要的科學(xué)事實(shí)并熱切的希望將它發(fā)表時(shí)，要將你自己克制幾天、幾周、幾年，要與自己斗爭，想方設(shè)法推翻自己的實(shí)驗(yàn)，只有在一切相反的假說統(tǒng)統(tǒng)排除以后，才能將你的發(fā)現(xiàn)宣布”。由此可見，巴斯德的偉大成就與他客觀求實(shí)的科學(xué)精神是分不開的。孟德爾歷時(shí)8年用豌豆做實(shí)驗(yàn)材料，反反復(fù)復(fù)、不厭其煩地進(jìn)行了大量的雜交實(shí)驗(yàn)，仔細(xì)觀察、如實(shí)記錄了數(shù)以萬計(jì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，正如他自己所說：“從春到秋，天天都要全神貫注、小心翼翼的監(jiān)視著實(shí)驗(yàn)?！痹谥v述“光合作用的發(fā)現(xiàn)史”這段內(nèi)容時(shí)可以向?qū)W生介紹卡爾文研究暗反應(yīng)機(jī)理的歷程，感悟其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神。在這一歷程中，卡爾文用有放射性同位素14C標(biāo)記的CO2做實(shí)驗(yàn)材料，通入培養(yǎng)有小球藻的玻璃容器中，給予適當(dāng)?shù)墓庹?，小球藻立即進(jìn)行光合作用，反應(yīng)進(jìn)行到一定時(shí)間后，卡爾文立即取出小球藻，用滾燙的酒精把它們殺死，用濾紙層析法分離出小球藻中的化合物。他分別把濾紙上的一條條色斑拍成X光照片，進(jìn)行分析研究，確定了這些化合物的成分?？栁母鶕?jù)放射性同性素14C標(biāo)記的CO2的去向，精確分析不同反應(yīng)時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)物，經(jīng)過10年的實(shí)驗(yàn)研究，終于搞清楚了暗反應(yīng)中合成葡萄糖的多種不同的反應(yīng)過程，為探索光合作用機(jī)理作出了巨大貢獻(xiàn)[2]。上述過程的講解不僅有助于學(xué)生理解暗反應(yīng)的過程，更有助于學(xué)生樹立客觀求實(shí)的科學(xué)精神。

2 追求邏輯理性精神

理性精神是對世界的統(tǒng)一性與規(guī)律性的信仰與追求，注重理性在科學(xué)活動(dòng)中的運(yùn)用，堅(jiān)持用邏輯分析與演繹以及數(shù)學(xué)計(jì)算與推導(dǎo)等手段來構(gòu)造的理論體系。生物科學(xué)史中經(jīng)典結(jié)論的形成過程，無不依循“問題-假說-實(shí)驗(yàn)-結(jié)論”的探究邏輯，體現(xiàn)著理性精神對規(guī)律的追求。1903年，美國遺傳學(xué)家薩頓根據(jù)基因和染色體行為之間明顯的平行關(guān)系，提出假說:基因是由染色體攜帶著從親代傳遞給子代的。也就是說，基因位于染色體上。遺傳學(xué)家摩爾根卻對此表示懷疑，后來他做了大量的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)，用實(shí)驗(yàn)把一個(gè)特定的基因和一條特定的染色體——X染色體聯(lián)系起來，從而消除了疑慮，證實(shí)了薩頓的假說。從這一歷程可以看出，理性分析在科學(xué)理論建立中的重要作用。19世紀(jì)中期，孟德爾用豌豆做了大量的雜交實(shí)驗(yàn)，在運(yùn)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析后，他發(fā)現(xiàn)雜種后代中出現(xiàn)了特定比例的性狀分離，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评砗痛竽懙南胂筇岢隽思僬f，并巧妙設(shè)計(jì)測交實(shí)驗(yàn)加以檢驗(yàn)，最終形成結(jié)論[3]。事實(shí)上通過測交實(shí)驗(yàn)并不是直接檢驗(yàn)假說本身，而是驗(yàn)證由假說演繹出的推論，即:如果遺傳因子決定生物性狀的假說是成立的，那么，根據(jù)假說可以對測交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行理論推導(dǎo)和預(yù)測。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)該凸顯“假設(shè)-演繹”法的邏輯方法與理性精神，讓學(xué)生體會(huì)如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象構(gòu)思假設(shè)，基于假設(shè)進(jìn)行演繹推理，設(shè)計(jì)測交實(shí)驗(yàn)并預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終論證子代產(chǎn)生配子時(shí)成對的遺傳因子分離的真實(shí)性[4]。

3 感受自由開放精神

自由開放的科學(xué)精神注重科學(xué)知識(shí)體系的發(fā)展，注重不同學(xué)科或同一學(xué)科內(nèi)部的不同理論間的相互影響與交融，重視科學(xué)的群體性(代際之間和同代之間)與協(xié)作性。只有在自由開放的環(huán)境中才能出現(xiàn)批判和競爭，才能實(shí)現(xiàn)知識(shí)的發(fā)展和更新。生物科學(xué)史展示了生命科學(xué)各個(gè)學(xué)科形成的歷史，它能夠從整體上說明各個(gè)學(xué)科是在解決什么問題的過程中發(fā)展起來的，還能告之各個(gè)學(xué)科之間的聯(lián)系。這有助于發(fā)現(xiàn)尚未解決的問題和需要進(jìn)一步解決的問題，有助于感受自由開放的科學(xué)精神，建立知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，建構(gòu)完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)。如果孟德爾不運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，就不能夠發(fā)現(xiàn)遺傳規(guī)律；如果沒有細(xì)胞學(xué)的發(fā)展，薩頓和鮑維里就不能認(rèn)識(shí)遺傳因子與染色體之間的聯(lián)系；如果塔特姆不精通微生物知識(shí)，基因與酶之間的關(guān)系就不能建立起來；如果沃森和克里克不曾從數(shù)學(xué)家格里菲斯、生物化學(xué)家查伽夫、化學(xué)家鮑林和多諾休那里得到啟發(fā)和幫助，如果沃森和克里克也不曾合作，也許就沒有他們今天令人矚目的成就?？死锟耸潞笠舱f，不相信沃森和他自己能夠單獨(dú)完成這個(gè)發(fā)現(xiàn)。正是因?yàn)樗麄兙哂凶杂砷_放的科學(xué)精神，才使國籍不同、性格各異的科學(xué)家，為了科學(xué)事業(yè)，為了能攻克遺傳物質(zhì) DNA 的結(jié)構(gòu)難關(guān)而團(tuán)結(jié)協(xié)作，最終取得了成功，開辟了分子生物學(xué)的新紀(jì)元。通過這些科學(xué)史的教學(xué)，可以使學(xué)生感受自由開放精神的重要，懂得在合作中學(xué)習(xí)和進(jìn)步。

4 認(rèn)同質(zhì)疑批判精神

批判精神推崇在理性基礎(chǔ)上的大膽懷疑，不承認(rèn)有永恒的真理，不斷言和盲信“絕對權(quán)威”。通過對原有知識(shí)體系的拷問，發(fā)現(xiàn)其錯(cuò)誤或不足，從而推動(dòng)知識(shí)體系的發(fā)展。生物科學(xué)知識(shí)是在科學(xué)家對前任的結(jié)論不斷質(zhì)疑、不斷批判、不斷求證的基礎(chǔ)上進(jìn)行自我更新的過程積累起來的，開展生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)能夠培養(yǎng)學(xué)生勇于質(zhì)疑和批判的科學(xué)精神。例如，在講授“激素調(diào)節(jié)”這部分內(nèi)容時(shí)，介紹斯他林的故事，可以促進(jìn)學(xué)生對質(zhì)疑與批判精神的認(rèn)同。1888年，巴甫洛夫發(fā)現(xiàn)迷走神經(jīng)可以支配胰腺的分泌。如果把稀鹽酸灌入狗的十二指腸，可以引起胰腺分泌加快。巴甫洛夫懷疑是交感神經(jīng)在起作用。他又切斷了交感神經(jīng)，但只要在狗的十二指腸灌入一些稀鹽酸，胰液分泌還是會(huì)加快。巴甫洛夫迷茫了，但又找不到正確的解答，他給這種現(xiàn)象起了一個(gè)名字叫做“頑固性神經(jīng)反射”，認(rèn)為這種神經(jīng)現(xiàn)在還未發(fā)現(xiàn)。年輕的斯他林對巴甫洛夫的實(shí)驗(yàn)很感興趣，但他認(rèn)為巴甫洛夫的實(shí)驗(yàn)結(jié)論缺乏科學(xué)依據(jù)，并大膽地革新了實(shí)驗(yàn)方法[4]。1900年斯他林把一只狗的十二指腸黏膜刮下來，經(jīng)過過濾后注射給另一只狗，結(jié)果這只狗的胰液分泌明顯地增加了。他根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：兩只狗之間沒有神經(jīng)聯(lián)系，胰液分泌的增加并不是神經(jīng)調(diào)節(jié)的結(jié)果。斯他林公布了自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了新的觀點(diǎn)，對所謂的“頑固性神經(jīng)反射”進(jìn)行了質(zhì)疑和批判，但這卻遭到了巴甫洛夫等人的強(qiáng)烈反對。斯他林在反對聲中并未放棄對真理的追求，而是繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，而充足的證據(jù)最終證實(shí)了“促胰液素”的調(diào)節(jié)作用。斯他林的這種追求真理、勇于質(zhì)疑批判的科學(xué)精神，是所有科學(xué)家共有的精神，這將強(qiáng)烈的震撼著學(xué)生的心靈。

5 體悟碰撞競爭精神

科學(xué)上的競爭精神，表現(xiàn)為不同概念、假說、原理和理論之間的競爭，是不同個(gè)人、學(xué)派或?qū)W派內(nèi)部不同觀點(diǎn)之間的爭論。生物科學(xué)史展示了在探究知識(shí)的過程中科學(xué)家所持觀點(diǎn)之間的碰撞和爭論，在碰撞與爭論中，知識(shí)得到不斷的澄清和完善。例如，達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說發(fā)表不久，有人提出了“自然選擇作用于哪一種變異”的問題，成為當(dāng)時(shí)爭論的焦點(diǎn)。達(dá)爾文認(rèn)為選擇主要作用于連續(xù)的變異類型上。早期的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)家高爾頓、皮爾遜與達(dá)爾文的判斷一致。到了19世紀(jì)末，貝特森用事實(shí)證明了環(huán)境雖呈現(xiàn)連續(xù)的變化，而生物的變異卻是不連續(xù)的，這種不連續(xù)性受遺傳的控制，而不受環(huán)境控制。1904年，在英國科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)的會(huì)議上，貝特森與韋爾登進(jìn)行了最后的爭論，貝特森取得了勝利。又如：針對是由什么物質(zhì)引起發(fā)酵的問題，李比希和巴斯德曾經(jīng)展開過爭論。巴斯德提出釀酒中發(fā)酵是由于酵母細(xì)胞的存在，沒有活細(xì)胞的存在，糖類是不可能變成酒精的；李比希則堅(jiān)持認(rèn)為引起發(fā)酵的是酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)，這些物質(zhì)只有在酵母細(xì)胞死亡并且裂解之后才能發(fā)揮作用。1897年，畢希納用實(shí)驗(yàn)證明了李比希認(rèn)為引起發(fā)酵的是酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)的觀點(diǎn)是正確的[5]。教學(xué)中適當(dāng)?shù)拇┎暹@類史例，可以讓學(xué)生直接體悟競爭精神對于發(fā)現(xiàn)真理形成正確結(jié)論的重要作用。當(dāng)然，在科學(xué)研究中僅有競爭和碰撞是不夠的，許多重大的生物學(xué)成就都是科學(xué)家互相幫助、精誠合作的結(jié)果。

6 形成開拓創(chuàng)新精神

創(chuàng)新精神是科學(xué)精神的核心，注重對新方法和新實(shí)驗(yàn)的探求和運(yùn)用，注重理性思維和非理性思維在科學(xué)活動(dòng)不同階段的創(chuàng)新作用。強(qiáng)調(diào)突破現(xiàn)有理論的界限和束縛獲取新現(xiàn)象、新事實(shí)，揭示新規(guī)律。在生物科學(xué)史的教學(xué)過程中，要選用科學(xué)家富有創(chuàng)造力的精彩史例啟迪學(xué)生的心智，促進(jìn)創(chuàng)造性思維的發(fā)展，培養(yǎng)開拓創(chuàng)新精神。例如，利用光合作用發(fā)現(xiàn)史、生長素發(fā)現(xiàn)史等過程可以學(xué)習(xí)科學(xué)家獨(dú)特的思維方法；通過貝爾登和鮑維里研究細(xì)胞分裂，德爾布呂克、盧利亞和赫爾希研究噬菌體侵染細(xì)菌等實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)選材與創(chuàng)新設(shè)計(jì)的關(guān)系。通過孟德爾的遺傳因子假說到摩爾根的基因論，薛定諤關(guān)于遺傳密碼的假說到分子遺傳學(xué)中心法則的建立，領(lǐng)悟“假設(shè)檢驗(yàn)”這種創(chuàng)新思維模式的價(jià)值。在講述酶與性狀的關(guān)系時(shí)，可以介紹黑尿癥的研究過程：伽羅德在臨床工作中，發(fā)現(xiàn)黑尿癥患者不能完成酪氨酸的正常代謝，因?yàn)槿鄙倌蚝谒嵫趸?，其中的一個(gè)環(huán)節(jié)被阻斷。于是，他提出了一個(gè)根本性的問題:“什么原因造成了這種阻斷?”在研究了黑尿癥患者的家族史后，他發(fā)現(xiàn)這種疾病不是由微生物感染引起的，也不是因?yàn)槟承┮话愕墓δ苁д{(diào)引起的，這種失調(diào)是遺傳的，而且似乎按照孟德爾式隱性性狀的模式遺傳。這個(gè)發(fā)現(xiàn)指明了孟德爾遺傳學(xué)可以應(yīng)用于人類，暗示了基因和酶之間存有某種關(guān)系。這段歷史的呈現(xiàn)可以幫助學(xué)生體悟伽羅德善于抓住問題本質(zhì)、擅長聯(lián)想分析的創(chuàng)新思維品質(zhì)[6]。介紹比德爾和塔特姆的相關(guān)研究，同樣可以促進(jìn)創(chuàng)新精神的形成。比德爾曾試圖通過研究果蠅眼睛色素的遺傳控制來分析遺傳的生物化學(xué)基礎(chǔ)。后來，他和塔特姆發(fā)現(xiàn)，用果蠅作為研究材料，對于解基因和基因產(chǎn)物關(guān)系的生物化學(xué)研究來說是不能令人滿意的。為此，他們逆向思考“是否可以把通常的過程顛倒一下，用特有的化學(xué)反應(yīng)來鑒定特異基因呢？”。于是他們決定不再以突變體作為研究的起點(diǎn)，而是從已知的化學(xué)反應(yīng)開始再回溯去尋找控制著這些反應(yīng)的基因。他們還科學(xué)的選擇了紅色面包霉作為實(shí)驗(yàn)材料，終于獲得成功。上述研究歷史表現(xiàn)出了比德爾和塔特姆敢于否定，善于逆向思維的創(chuàng)新品質(zhì)，體現(xiàn)了思維的敏捷性和深刻性。這有助于學(xué)生開拓視野，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。