科学史教育在生物学课堂教学中的作用

【摘要】本文探讨了科学史教育在生物课堂教学中对培养学生科学知识暂时性和发展性观点;培养学生严谨的科学态度和科学作风,激发学生的科学热情;培养学生坚强的意志品质和科学献身精神;培养学生高尚的情操四个方面的作用。

【关键词】科学史教育生物学课堂教学作用

【中图分类号】G632【文献标识码】A【文章编号】1006-9682(2010)04-0172-02

科学史是人类认识自然和改造自然的历史,是培养学生科学素养的重要资源。生物科学史是生物科学的产生、形成和发展及其演变规律的反映。生物新课程标准提出:“学习生物科学史能使学生沿着科学家探索生物世界的道路,理解科学的本质和科学研究的方法,学习科学家献身科学的精神,这对提高学生的科学素养是很有意义的。”在生物教学中,可以通过生物学史展示科学家的探究行为,使学生在了解生物学家的科学精神和爱国热情的过程中形成有关的情感、态度与价值观,培养学生的科学素养。科学史可以使教师在讲授历史的过程中再现生物学家的实验设计和操作,让学生亲身体验和感受科学探究的过程,有助于学生了解实验设计的基本思路,掌握科学研究的一般方法,养成正确的科学态度,使学生明白创造与发明并不遥远,就在我们的眼前或手边,在人们视而不见的地方,但更要使学生明白:“机遇只偏爱有心的人”(巴斯德语)。[1]本文探讨科学史教育在课堂教学中对培养学生科学知识暂时性和发展性观点;培养学生严谨的科学态度和科学作风,激发学生的科学热情;培养学生坚强的意志品质和科学献身精神;培养学生高尚的情操四个方面的作用。

一、科学史教育有利于加深学生对科学知识暂时性和发展性的理解

科学知识只是当时对科学问题或自然现象所作出的最好解释,它不是一成不变、完美无缺的“绝对真理”,而只是对客观世界在一定程度和一定层次正确反映的“相对真理”,它会随着研究的深入而不断发展,并非是永恒不变的。当发现新的证据和对已有事实有新的解释时,科学真理将会改变。[2]例如,光合作用的发现史,2000多年前,古稀腊著名哲学家亚里士多德认为:植物是由“土壤汁”构成的,植物生活需要的一切物质都来自于土壤。人们通过对植物生长过程的观察和已有的生活经验,对此论断坚信不疑,相信它是绝对真理。直到17世纪上半叶,比利时科学家海尔蒙特对此提出质疑,设计了著名的“柳苗生长”实验:将2.3kg的小柳苗栽培在装有90kg土壤的木桶内,为了防止空气中的灰尘、异物等掉入木桶内,特制一个桶盖将其盖上。每天只给柳苗浇水,柳苗一天天长大,5年过后,他对柳树和土壤分别进行称量,惊奇地发现,柳树增重了74.5kg(实验后称重76.8kg,实验前称重2.3kg),而土壤减少仅仅只有0.057kg(实验前称重90kg,实验后称重89.943kg)。于是他得出新的结论:“植物生长(增重)的物质不是来自土壤,而是主要来自水,水才是植物增重的主要物质。”海尔蒙特首次用实验的方法、有力的实验数据证明了植物的生长现象,他的观点普遍被人们接受,他的结论成为真理。一百多年后,1771年,英国科学家普利斯特利做“空气净化”实验时,发现植物能够净化因蜡烛燃烧或动物呼吸变得污浊的空气。1779年,荷兰科学家英格豪斯做“绿色植物在光下净化空气”的实验,发现绿色植物净化空气时,必须在光照条件下才能进行,气体的释放量与光照强度有关,后来科学家了解空气的组成成分,明确了这种气体就是氧气。普利斯特利、英格豪斯的实验说明植物在生长过程中要释放氧气,光照是植物生长不可缺少的条件。1782年,瑞士牧师谢尼伯通过实验证明绿色植物在光下释放氧气的同时还要吸收二氧化碳,说明二氧化碳是植物生长需要的物质。科学家的这些实验说明海尔蒙特的结论――“水是植物增重的主要物质”是不完善的。又过了将近一个世纪,1864年,德国科学家萨克斯用对照实验的方法证明绿色植物在光下合成淀粉,供植物生长发育等生命活动利用。这样,经历了200多年、几代科学家的不懈努力探索,终于搞清楚绿色植物生长的原因:在光照的条件下,利用空气中的水和二氧化碳,合成有机物供自身生长发育等生命活动的需要。1897年,科学家们首次把绿色植物的这些生理活动称为――光合作用。[3]

课堂教学中,学生通过光合作用发现史的学习,明白了科学知识不是一成不变的、永恒的,而是不断发展的,从而理解科学知识的暂时性和发展性。在科学发展史上,这方面的例子很多,如在生命发生的问题上,意大利医生弗朗西斯科•雷迪(1626～1689),法国微生物学家、化学家、近代微生物学的奠基人路易斯•巴斯德(1822～1859)的“生生论”观点“自然发生论”观点的科学发展史,血液循环的科学发展史等,都说明科学知识是暂时性的、不断发展和完善的。

二、科学史教育有利于培养学生严谨的科学态度和科学作风,激发学生的科学热情。

学习条件反射时,通过对条件反射发现史的讲解,有利于培养学生严谨的科学态度和科学作风。条件反射是俄国生理学家、诺贝尔奖获得者巴甫洛夫在一次做生理实验时偶然发现的规律。一次,巴甫洛夫用一只饲养多年的老狗做胰液分泌实验,将狗的胰液管接到体外,观察狗进食后胰液的分泌规律。开始实验时,胰液分泌非常有规律,像输液一样一滴一滴缓慢分泌,巴甫洛夫一边观察一边记录。当实验室外出现饲养员的脚步声时,胰液分泌的速度突然加快,随着脚步声的消失,胰液分泌逐渐恢复正常,这一偶然的瞬间的变化,被巴甫洛夫观察到了。但他对这一现象的发生百思不得其解,狗的胰液分泌为什么会突然加快呢?饲养员的脚步声对狗究竟起了什么作用呢?正当他边观察边思考时,饲养员返回,又从实验室外经过,狗的胰液分泌又突然加快,随着饲养员脚步声的消失胰液分泌又恢复正常。巴甫洛夫想,饲养员长期喂养这只狗,狗和饲养员是老朋友了,狗一定能听出饲养员的脚步声,那么,饲养员的脚步声是否与他的职业――喂食有关呢?脚步声是否会成为狗进食的一种信号呢?巴甫洛夫联想到饲养员的脚步声与食物的关系,于是命令他的助手赶快去拿“香肠”来。当助手拿来“香肠”,狗看见了“香肠”,闻到了“香肠”的味道,胰液分泌又迅速加快。于是,巴甫洛夫断定饲养员的脚步声成为了食物的一种“信号”。狗看见食物胰液分泌加快,听见食物信号――脚步声,胰液分泌加快。食物成为一种非条件刺激,信号成为一种条件刺激。于是巴甫洛夫对不同的狗、不同的动物进行了大量的实验,总结出了动物普遍遵循的规律――条件反射。巴甫洛夫由于发现了“条件反射”规律,因此而获得了最高科学荣誉奖――诺贝尔生理学或医学奖,成为了世界级的科学大师。

在生物课堂教学中,通过这些科学史的教育,能够激发学生学习生物科学的热情,激发他们想当科学家的强烈愿望,能够培养他们严谨的科学态度和科学作风。

三、科学史教育培养学生坚强的意志品质和科学献身精神

学习血液循环时,血液循环发现的科学史知识是培养学生坚强意志品质的好教材。在古代,著名哲学家、学者亚里士多德(公元前384～公元前322)被誉为仅次于神的权威,他的言论是不容置疑的。他提出人体(血管内)充满空气的理论。直到1800前,古罗马的神医盖仑(约公元130～200)提出“人体血管里流的是血液,血液在人体内像潮水一样流动之后,消失在四周”新的血液理论。盖仑是一位名望极高的神医,他的血液理论被奉为真理,不容怀疑,统治了学术界1000多年。到了16世纪,比利时的医生维萨里、西班牙的医生塞尔维特向权威盖仑挑战,认为盖仑的理论是错误的。塞尔维特便提出了血液在心、肺之间进行小循环的理论。他们研究人体血液循环遭到宗教势力的迫害,维萨里被宗教裁判所判处死刑,塞尔维特1553年10月在日内瓦被当作“异教徒”活活烧死。

半个世纪后,英国医生哈维(1578～1657)冒着被迫害甚至付出生命的危险,决心弄清楚人体血液的奥秘,进行秘密研究。他系统地分析了前人的研究成果:公元前3世纪,古希腊医生、解剖学的创始人赫罗非拉斯,最早将动脉与静脉分开;公元前2世纪,盖仑提出了血液流动理论;15世纪,著名画家、医生达•芬奇,通过解剖,发现并提出了心脏有四个腔的理论;以及维萨里、塞尔维特的研究成果。哈维不相信权威,敢于怀疑权威,他自问:血液真的流到人体四周就消失了吗?怎么消失的呢?

哈维决心弄明白人体的血液循环,他认为动物的血液与人的血液有相似之处。他拿动物做实验,先后解剖了40多种动物,终于发现心脏像一个水泵,把血液压出来,流向全身。

哈维用蛇和兔子反复做实验,把它们解剖开之后,找出还在跳动的动脉,然后用镊子把它们夹住,他发现血管通向心脏的一端很快膨胀起来,而另一端马上就瘪下去了,这说明血是从心脏里向外流出来的。他又用同样的方法,找出了大的静脉,用镊子夹住,其结果正好与动脉相反,靠近心脏的那一端血管瘪了下去,而远离心脏的另一端鼓胀了起来,这说明静脉中的血是流向心脏的。哈维终于得出一个结论:血液由心脏这个“泵”压出来,从动脉流出,流向身体各处,然后,再从静脉流回心脏,这样,完成了血液循环。他把这一发现写成了《心血管运动论》一书,正式提出了血液循环理论。

哈维的书出版后,遭到了当时学术界、医学界、宗教界权威人士的攻击,说他的著作是一派胡言,荒谬致极。哈维由于当时是英国国王查里一世的御医,得到宠幸,因此才免遭迫害。[4]

因为哈维对心血系统的突出贡献,使得他成为与哥白尼、伽利略、牛顿等科学大师齐名的科学巨匠。

生物课堂教学中,通过对这些科学史的学习,学生被科学家的献身精神和坚强的意志品质所感染,以科学家为榜样,从而激发他们探索科学知识的坚强意志和科学献身精神。

四、科学史教育培养学生高尚的情操

科学史,是培养学生高尚情操的好教材,科学家的高尚情操是学生学习的典范。如生物进化的发现史就是培养学生高尚情操的经典素材。

查尔斯•罗伯特•达尔文(1809～1882)是英国的博物学家、生物学家、进化论的奠基人。1831年毕业于英国剑桥大学。1831年年底以博物学家的身份随“贝格尔”号参加历时5年(1831年12月27日～1836年10月2日)的环球考察。

达尔文在进行环球考察之前,是一个神创论者,相信一切都是神创造的。在考察中,达尔了大量的观察笔记,在动植物和地质方面进行了大量的观察和采集,他发现的事实与神创论不符,当他返回英格兰时,他完全抛弃了神创论观点。

1837年,达尔文开始秘密地研究进化论。他研究了所有可能到手的资料:个人观察和实验、别人的论文、与国内外生物学家的通讯、与园丁和饲养员的对话等等,很快得出结论:家养动物和人工栽培植物的变异是人工选择的结果。

达尔文读了马尔萨斯的《人口论》之后,产生了灵感,马上就有了自然选择的想法。他在收集大量资料得出了“形形的生物都不是上帝创造的,而是在遗传、变异、生存斗争中和自然选择中,由简单到复杂,由低等到高等,不断发展变化的”结论之后,便提出了生物进化的观点――自然选择学说,并把手稿送给一些朋友征求意见。

1858年夏天,达尔文收到了华莱士的信。华莱士是一个年轻的生物地理学家,当时正在马来群岛考察。跟达尔文一样,他所观察到的生物的地理分布特点也促使他思考生物进化的问题,他读了马尔萨斯的《人口论》,并且也因此独立地发现了自然选择理论。他用三个晚上写成了一篇论证自然选择的论文,寄给达尔文征求意见。他并不知道达尔文此时已研究了二十年的进化论。

当达尔文读了华莱士的论文,发现与自己的理论完全一样时,十分震惊。他的第一个念头,是放弃自己的研究成果,让华莱士独享发现的殊荣。但是他的朋友、地理学家赖尔和植物学家虎克都早就读过他有关自然选择的手稿,在他们的建议下,达尔文把自己的手稿压缩成一篇论文,和华莱士的论文同时发表在1859年林耐学会的学报上。

华莱士被达尔文的人格和智慧所折服,虽然华莱士与达尔文同享发现自然选择理论的殊荣,他却总是把荣耀归功于达尔文一人,并把自然选择理论称为“达尔文主义”。[5]

课堂教学中,通过对科学家高尚情操、人格魅力的学习,学生在学习过程中被潜移默化,从而达到培养学生高尚情操的目的。

参考文献

1 胡 永.润物细无声――分析科学史在生物教育中的作用.中学生物教学,2008.6:14

2 俞丽萍.高中生物科学史教学中的科学本质教育.生物学教学,2009(10):16

3 “新世纪”义务教育课程标准实验教科书.生物学(七年级上册):65～67

4 “新世纪”义务教育课程标准实验教科书.生物学(七年级上册):教师教学用书:36～37

5 “新世纪”义务教育课程标准实验教科书.生物学(八年级下册):教师教学用书:15～16