在专业课程教学中渗透科学史教育

摘 要：必须依靠广大的专业课教师,有意识地在其专业课教学之中进行渗透,科学史教育才能实现.本文以微生物学课程为例,就如何在教学过程中渗透科学史教育进行了实践,并就专业课教师如何提升自身的人文素养提出建议.

关 键 词：科学史；专业课程；微生物学；教学实践

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1671-0568（2013）17-0050-04

近年来,国际科学教育界已经认识到科学史在科学教育过程中对提高学生科学素养和创新能力的重要性,大力提倡将科学史教育纳入大学生教育课程当中.早在19世纪,英国科学促进会（BAAS）主席就曾在一次演讲中说过：“我们要教给年轻人的,与其说是科学结论不如说是科学方法,更不如说是科学史.”[1]科学史是人类思想宝库中的重要财富,也是科学教育的重要资源,科学教育与科学史相结合,已经成为科学教育发展的一种趋向.目前,目前我国的中学生物学教学中已经融入了大量的科学史素材,比如人教版高中生物学新教材必修模块中的科学史素材有20余处,其数量和详细程度远超以往教材,甚至在小学科学教学中也渗透了科学史教育.[2,3]相较之下,大学的科学史教育则显得较为滞后,专家呼吁较多,而教师实践较少,特别是在教学课时不断缩减的背景下,专业课教师普遍感到将教学课时用来讲授主要知识点已显得捉襟见肘,没有精力在科学史教育上花费时间.然而,大学专业课教育占学生的整个教学学时的60%左右,而且备受学生重视；大学的专业课教师占教师总数的2/3以上,是大学教育的主体部分.科学史教育不能依赖开设一两门科学史课程来完成,而必须依靠广大的专业课教师,有意识地在其专业课教学之中进行渗透,才能实现并发挥其效用.笔者所教授的微生物学课程,是生物类相关专业的一门重要的专业基础课程,具有开课早、覆盖广、应用强的特点.因而,在此课程中有意识融入科学史教育,将会对学生日后的学习和发展产生潜移默化的影响.本文就如何在微生物学教学中渗透科学史教育谈谈实践和体会.

一、在专业课程教学中渗透科学史教育的意义

德国教育家第斯多惠认为：“教育的本质不在于传授,而在于激励、唤醒和鼓舞.”课程教学的成功与否,不在于给学生传授了多少具体知识,而在于能不能引起学生对这门学科的兴趣.充分发挥科学史的作用,在教学过程中引入历史视角,至少具有五个方面的意义：①有助于将枯燥的科学知识变得生动有趣,增加课堂吸引力,提高课堂效果；②有助于启发学生的思维,激发其学习兴趣；③有助于培养学生的科学精神,养成科学思维,掌握科学方法,提升科学素养；④有助于培养学生的人文精神,提升人文素养；⑤有助于学生形成正确的人生观和价值观,树立崇高的职业理想和高尚的科学道德.

二、在微生物学教学中渗透科学史教育的实践

1.巴斯德的贡献

科学史特别关注科学家的生活和思想.巴斯德是微生物学的重要奠基者,其学术魅力和人格魅力是进行科学精神与人文精神教育的宝贵教材.笔者将其对微生物学的贡献作为本门课程绪论部分的一个重要知识点进行深入挖掘,从确立了生源论,到开创了微生物生理学,建立了巴氏消毒法,建立了预防接种的免疫方法,看到了微生物在地球物质循环上的重大意义,从6个方面进行讲授.首先,曲颈瓶实验是巴斯德最为后人称颂的贡献.要使学生了解该实验的重要意义,必须放在历史背景下进行解读.生源论对自生论的胜利是人类认识史上的一次重大进步,在长达200多年的争论中,人们列举出据,设计了各种实验,试图证明某种学说的正确性,但没有一个实验能无可辩驳地说明生命的来源.唯有巴斯德的曲颈瓶实验简洁有力地否定了人类几千年来关于生命来源的直观认识,证明了生源论的正确性.学生通过两种学说之间的论战,明白眼见不一定为实,自然的真相需要通过严谨的科学实验向大自然不断追问才能获得.其次,巴斯德具有惊人的观察力、想象力和实践能力.他从微生物引起肉汤的腐败变质这一日常现象联想到葡萄酒变质、动物生病、人生病等很可能都是由某些微生物引起.他大胆检测设,小心求证,开创了微生物生理学和免疫学,用巴氏消毒法挽救了法国的葡萄酒工业,也用免疫接种的方法挽救了无数人的生命.更难能可贵的是,巴斯德在为人类的生产、生活的重要领域作出杰出贡献的时候,却能超越人类的价值判断,看到微生物对于地球物质循环的意义.他提出：“微生物对已经失去了生命的有机物质的分解是地球上的生命得以延续的前提,没有各种各样的微生物的参与,地球上的物质便无法循环,新的生命也就无法诞生和成长.微生物对于地球上所有的生命形态以及非生命形态的物质转化之中,都是不可或缺的.”[4]通过对巴斯德的介绍,学生感受到了伟人的魅力,不仅掌握了相关的科学知识,而且对科学精神和研究方法有了一定的了解.尤其可贵的是,学生从巴斯德所显示的价值观和人生观中,通过与之对比和自我反思得到教益,懂得了明白敏锐的观察力、丰富的想象力和严谨的科学思维是取得突破性科研进展的必不可少的要素,也是创新的关键所在.通过科学史的渗透,达到了激发学习兴趣、培养科学思维、传递科学知识的目的,教学效果非常好.

2.分类学的发展

分类学知识较为枯燥,是微生物学课程中最不受欢迎的知识点之一.为了将分类学讲解得生动有趣、深入浅出,笔者引入科学史的知识,并且运用提问式教学方法.首先,从生活中的例子切入,联系每个人的书架、衣柜、电脑文件存储、图书馆的藏书,等等,让学生明白分类无处不在,与日常生活的关系极为密切,消除学生对分类学的陌生感和距离感.接着抛出问题,让学生思考日常生活中无处不在的分类何以成为一门学问、一个科学问题?要回答这个问题,必须引入科学史解读.因为,事物越多、信息越庞杂,就越难以分类,对分类系统的科学性要求就越高.一个科学的分类系统应该使每一个对象拥有而且仅有一个确定的归属.生物的种类数以百万计,研究如何对数以百万计的生物进行科学地分类的学问就是“分类学”.18世纪中叶,自然科学已经取得了一定的成就,博物学家对各种动、植物的认识已经达到了相当的数目,当时记载的植物大约有2万种,同样,动物学也面临信息大爆炸的问题.生物学客观上面临着从积累材料到整理材料的过渡.与此同时,不同地区的人们往往对同一植物有不同的名称,这使得他们不知道所讨论的是不是同一种东西,给科学的发展带来了极大的障碍.这种情况下,瑞典的博物学家林奈开始思考如何用一种系统的、科学的方法对现有的物种进行分类,使得每一个物种在这个系统中有一个合适的位置,并且根据其分类地位给予一个科学的名称.分类学由此诞生.林奈本人对分类的作用这样描述：“知识的第一步,就是要了解事物本身.这意味着对客观事物要具有确切的理解；通过有条理的分类和确切的命名,我们可以区分并认识客观物体；等分类和命名是科学的基础.”[5]通过分类,可以系统地了解不同生物之间的相似性和差异性,利于在微观上掌握某一物种的特性和它的分类地位,在宏观上把握形形色色的物种之间的亲缘关系和进化顺序,同时也利于对新发现的物种进行归类和命名.通过日常生活的引入和将分类学的诞生放在历史背景下进行介绍,学生自然掌握了分类学的定义、目的、由来,并且在书本知识和日常生活之间架起了一座桥梁,使他们学会融会贯通、由此及彼,实现知识的迁移,而不是将知识和生活分裂和隔离起来.3.中心法则的修订

中心法则的修订是笔者运用科学史知识进行教学总结和升华的典型案例.DNA双螺旋的发现者之一克里克在1958年的一篇文章中提出了著名的“中心法则”,指出核酸是遗传信息的中心.具体来说,遗传信息的传递有3种情况,一是从DNA到DNA的半保留复制,二是从DNA到RNA的转录,三是从RNA到蛋白质的翻译.然而随着科学研究的不断发现,中心法则经过了3次补充和修订.首先是1963年RNA病毒的发现,使人们认识到从RNA到RNA的复制的存在,接着1970年逆转录病毒的发现,使得遗传信息可以从RNA逆向传递到DNA,1982年朊病毒的发现使得遗传信息可以从蛋白质直接到蛋白质.这三次修订都是由特殊的病毒带给我们的.因此,笔者将中心法则的修订作为病毒这一章的补充知识,在讲完朊病毒之后,向学生抛出4个问题：①中心法则最初是谁提出来的?②中心法则讲的是什么?③中心法则经历了几次补充和修订?④下一步会发生什么?引发学生思考和讨论.经过启发与讨论,学生理解了中心法则的发展和演变历史,体会到生命的深层奥秘可能隐藏在小小的病毒中,并且体会到人类对生命的了解其实尚处于初级阶段,对大自然产生敬畏之心.最简单的生命形态隐藏着最深刻的生命奥秘,这也是大自然的辩证.无形之中,学生的精神世界得到了丰富和提升.

4.遗传物质的确定

科学史的创始人乔治·萨顿认为：科学史是自然科学与人文学科质检的桥梁,因此科学史教育承担着重要的人文功能.在讲微生物遗传时,首先会通过1928年Griffith实验、1952年Hershey-Chase实验、1956年TMV重建实验等三个经典实验,向学生讲述遗传的物质基础.如果只是向学生讲解实验是如何设计的,得到了什么结果,说明了什么问题,并不能很好地起到启发学生思维的作用.让学生查阅和研读原始文献,固然是进行科学史教育的最直接、有效的方法.但查阅文献对学生的外语能力和科学素养的要求相当高,对于笔者所工作的三本院校的学生来说也有较大难度.因此,笔者既不满足于简单的科学结论的告知,也不照搬一流大学的模式,而是深入历史的真相,向学生介绍一个事实,抛出一个问题.“一个事实”是：Griffith只是DNA遗传现象的发现者,没有对该现象进行正确的解释,真正用实验严谨地证明了DNA是细菌的遗传物质的是Avery等人.他们耗费了10年时间,用一系列严谨的科学实验证明了DNA是细菌的遗传物质.然而,当时的主流遗传学界认为,ATGC组成的线状分子过于简单,不可能产生如此多样的遗传信息.因此,Avery等人的工作在当时并未得到科学界的承认,他本人也成为诺贝尔奖历史上的一个遗憾；“一个问题”是：既然Avery等人以及Hershey-Chase实验已经以铁的事实证明了DNA是遗传物质,并且DNA双螺旋的结构于1953年问世,应该说不需要进一步的证据证明DNA是遗传物质了,为什么将1956年的TMV重建实验列入三大经典实验之一呢?它有什么特殊意义呢?学生通常并不会思考这样的问题.然而,做学问应该在不疑处有疑,培养学生的怀疑精神、求真精神是科学教育的目的.实际上,TMV重建实验回答了不具有DNA的生命——RNA病毒——以什么作为遗传物质的问题.三个经典实验共同证明了核酸是遗传物质.时间跨度约30年的三个经典实验向我们说明,严谨的实验是推动科学进步的必要条件,但观念的变革需要一个漫长的过程,这正是美国著名的科学哲学家库恩所提出的“科学革命的结构”.

为了拓展学生的视野,使他们认识到科学、技术与社会之间错综复杂的关系,笔者推荐学生课下阅读《科学究竟是什么?》一书,①并举办图书会,就阅读心得进行交流.科学追求真理,但科学并不是真理,理工科学生尤其应该对科学及其应用保持审慎的态度,以免将来走入科学主义的歧途.

三、渗透科学史教育、改善教学效果的建议

读史使人明智,科学史教育的吸收和渗透,无论对教师本人还是对学生都具有重要意义.广大的专业课教师应该积极地在专业课教学中有意识地渗透科学史教育,通过以下途径提升自身的人文素养,改善课堂效果：①加强对学术经典的阅读和对学术前沿的了解,准确而深刻地理解有关科学概念的内涵、原理、历史局限性和最新发展.②加大本学科相关的科学史著作和科普著作的阅读,这些作品中有大量的案例、睿智的哲思,对教学很有启发.③开阔视野,广泛涉猎,借鉴多学科的智慧.扎实的专业功底是教好专业课的必要的充分的条件.但如果只是就专业讲专业,专业课难以生动活泼.教师如果能多涉猎哲学、社会学、文学、史学、心理学、美学等多学科的知识,不仅有助于加深自身对专业知识的理解和领悟,而且有助于提升自身的人文素养,从而使得培养高素质人才成为可能.④第一课堂与第二课堂相结合.读书会是笔者特别推崇的第二课堂形式.以读书会为载体,推荐学生阅读兼具专业性、科普性和哲理性的书籍,通过交流读书心得,培养学生的思维能力和表达能力,有效地拓展和深化学生的专业知识,提升人文素养.在此,笔者要重点推荐中国科学院微生物研究所前所长宋大康先生所著的《微生物学史：及其对生命科学发展的贡献》.该书是一本重要的专业科学史著作,为微生物学学科的科学史教育提供了重要的参考.当然,也不可过分夸大科学史教育的作用,如果总是抱着实用的态度看待科学史教学,则容易走向科学史的辉格主义,反而丧失了科学史教育的意义.