試論科學史教育在醫學生物化學教學中的作用

熊明珍，周 軍，朱金華，歐陽永偉

（1.靖安縣中醫院 檢驗科，江西 靖安 330600；2.江西中醫學院，江西 南昌 330006）

創新是人類生存和發展的永恒動力，我國社會主義教育事業的歷史任務就是要不斷造就大批具有創新能力的高素質人才，不斷提高全民族的思想道德素質和科學文化素質，要完成這一歷史任務必須不斷推進教育創新。作為培養高素質人才搖籃的高等院校，就必須把學生創新能力的培養作為學校的一項重要工作來抓，努力把大學生培養成為適應社會需要、具有創新能力的高素質人才。審視我國高等教育現狀，我們可以發現現在的教育存在很多不足：①教學方法單一，基本上是填鴨式灌輸、注入式教學；②教學內容也存在相當程度的片面性，教學中老師只側重知識在教學中的循環——老師把知識傳授給學生，學生考試時再還給老師，而并未注重學生能力的增值；③過分注重教師的權威，過多的規范約束；④不合理的考評制度等。這些導致了我國現行教育很難擔當培養高素質人才這個重任，因此，很多高校紛紛提出自己的創新理念，這是時代的要求。那么作為科技教育工作者應該如何通過教學來培養學生的創新能力呢？本文試從科學史教育在生物化學教學中的作用入手來討論如何利用科學史教育進行學生創新能力的培養。

1 科學史及其科學史教育在生物化學教學中的作用

什么是科學史？科學史是研究科學的發生和發展的歷史。具體地說，它是研究科學思想和科學理論的演化過程及其發展規律，研究科學家的思維方式和研究方法，研究科學家科研中的成敗原因，研究科學發展中不同觀點和理論之間的紛爭與融合，研究影響科學發展的各種歷史因素等。科學史屬于文理交叉性邊緣學科，其獨特的研究對象使其在現代科技人才教育中發揮著其他學科無法替代的重要作用［1］。但是，在實際自然科學教育過程中，自然科學教育并不關心科學史的教育，似乎遺忘了對科學發展的歷史即科學史的教育。在許多科技教育工作者的眼中，科學知識的最終定論才是真正有價值的東西，而科學的發現和發展歷史則似乎是多余的；所以很多科技教育工作者注重把經過幾代人精雕細刻、反復打磨的科學結論、概念、規律等傳授給學生，對學生而言，這些結論性的東西讓他們的學習內容足夠豐富，應付考試也已足夠。這樣，就容易使學生產生誤解，認為科學的發展總是一帆風順的，科學理論總是完美無缺的，讓學生不知不覺把已有的科學成果奉為一成不變的信條，這與現代素質教育的核心——創新教育是格格不入的。

科學史內容是人類精神的資源寶庫，進行科學史教育可以讓學生動態地把握科學的本質，可以讓學生理解自然科學的起源與歷程，有利于他們從歷史維度把握科學的本質；同時，科學史教育還可以讓學生了解到每一種科學理論的形成過程，幾乎都經歷了一系列艱難曲折的探索歷程；所以我們在進行科學技術知識傳授過程中應該注重科學史的教育。

以生物化學中核酸是生物遺傳物質為例：很多生物化學老師為了提高學生的興趣，在講授核酸時穿插一些核酸發現歷史的相關內容，但這僅僅是落在很膚淺的層面上，如通常告訴學生1868年由瑞士青年科學家F.Miescher從膿細胞中發現核酸，后來1953年J.D.Waston和F.Crick提出DNA雙螺旋結構模型，再后來發現核酸特別是DNA是生物遺傳物質。而實際上很少有人提起1912年Levene提出的核酸中含有等量的4種核苷酸，這4種核苷酸組成結構單位，核酸是由四核苷酸單位聚合而成；即“四核苷酸假說”。該假說嚴重阻礙并推遲了人們對核酸結構和功能的正確認識。1944年，美國科學家O.T.Avery等從加熱殺死的S品系細菌提取液中，分離出高純度的“轉化因子”，并鑒定出它是DNA。將這種“轉化因子”注入R品系細菌體內，能夠使其轉化成S品系細菌。如事先用DNA酶將S品系細菌的DNA分解，則不可能發生這種轉化。這個重要發現，首次用實驗證明遺傳物質就是DNA。由于“四核苷酸假說”的強大影響，當時大多數學者認為Avery提取的轉化因子純度不高，正是其中不到0.02%的蛋白質“雜質”起了遺傳作用。直到1948年，美國生物化學家E.Chargaff讀到Avery的論文后，大受啟迪，認為如果不同的生物種類是由于DNA的不同，則DNA的結構必定十分復雜，否則難以適應生物界的多樣性，因此對“四核苷酸假說”產生懷疑。1949－1952年，他采用紙層析法分離堿基，再用紫外吸收光譜作定量分析，發現DNA的堿基成分隨生物種類的不同而有很大差異，而A和T、G和c的分子數總相等。這意味著DNA分子中四種脫氧核苷酸的排列順序可能蘊藏著大量的信息；從而徹底推翻了統治學術界30年之久的“四核苷酸假說”；其間從核酸的發現到其生物學作用的提出已經經歷了70多年。像這樣簡單講授，就容易導致學生理解成核酸是生物遺傳物質這個科學事實是一開始就發現的，不能讓他們真正認識到科學認識過程是迂回曲折的，其間既有實證，又有猜測；既有成功又有失敗；科學理論是可變的。這樣教學的最終結果就是很難讓學生從現成的科學知識中學到科學的精神、科學的思維以及科學的方法，從而很難讓學生的創新能力真正意義上得到培養。

也許我們有的教師會提出，目前自然科學課程的教學內容已經讓學生喘不過氣來，我們不可能給學生花過多的時間在科學史上講授，其實很早就有人提出科學課程不應是百科全書，我們可以對其進行選擇性的刪除、替換甚至更新［2］。科學認識過程是一個不斷獲得新知識并使一切知識成果不斷經受批判和檢驗、從而獲得無限發展的過程。因此，在教學過程中，我們可以通過對科學史的講授讓學生用發展的眼光看待已有的科學知識，既看到知識的正確一面，又看到其局限甚至錯誤的一面；這樣有助于培養學生的認識能力和發揮其創造性思維。既然我們看到了科學史教育的諸多好處，那么我們如何在課堂教學中利用科學史進行學生創新能力的培養呢？

2 利用科學史教育培養學生創新能力

首先，讓我們來看看創造性思維如何培養。教育學家斐斯泰洛齊曾指出：“教學的主要任務不是知識的積累，而是發展思維。”思維能力是學生進行學習活動和科技創造性活動最重要、最基本的素質，而創造性思維是這些活動的核心。它往往帶有強烈的探索動機，并經歷質疑、假設、推理、頓悟、驗證等階段，達到對新事物或者對真理的認識，解決一些前人或者自己不曾解決過的問題，因而就表現出創造性，而這一創造過程就表現為科學的進步。下面我們以酶學的發展歷史為例來理解這一創造性思維是如何培養的。

人們對酶的認識起源于生產實踐，而真正認識則源于對酵母發酵過程的研究。西方國家在19世紀對發酵過程進行了大量的研究。1810年，Jaseph Gaylussac發現酵母可以將糖轉化為酒精。1857年，微生物學家Pasteur等人提出酒精發酵是酵母細胞活動的結果，他認為只有活的酵母細胞才能進行發酵。但Liebig反對這種觀點，他認為發酵現象是由于溶解于酵母細胞液中的酶所引起。1878年德國生理學家Kühne才給酶一個統一的名稱，叫Enzyme，這個字源于希臘文，其意思是“在酵母中”。直到1897年，Büchner兄弟用石英砂磨碎酵母細胞，制備了不含酵母細胞的抽提液，并證明此不含細胞的酵母抽提液也能使糖發酵。從而說明了發酵與細胞活動無關，發酵是酶作用的化學本質。1926年，美國化學家Sumner從刀豆提取出了脲酶并獲其結晶，證明脲酶具有蛋白質性質。到1980年代初Cech和Altman分別發現具有催化功能的RNA——核酶，這一發現打破了酶是蛋白質的傳統觀念，開辟了酶學研究的新領域。

從上面這個例子我們可以清楚看到創造性思維所經歷的歷程：首先是對發酵現象本質的探索動機，人們開始對其進行深入的研究，但由于當時的條件約束，人們不可能認識很清楚，所以對發酵本質進行假定——由活酵母細胞所引起，到推理、假設、頓悟、驗證階段——不是由活酵母細胞所引起，而是由酵母細胞中的酶所引起；這時，人們對其研究并未停止，到后來發現的核酶（具有催化活性的RNA）使人們的傳統觀念——酶的化學本質是蛋白質被徹底打破。這樣，我們在對酶發現史的教學過程中，可以先讓學生闡述對酶的認識，再詢問他們為什么會產生上述的認識，然后進行總結，最后來闡述整個酶的發現史，在進行發現史講授的同時，有意識地把酶發現過程所經歷的時代背景講述給學生聽。當講述完之后，對整個發現過程進行總結，把里面值得借鑒的知識傳授給學生。然后讓學生從實際生活中舉出同樣或者相關的例子，或者讓他們對現實生活的一些事物提出自己的觀點及其解決方法。做到授課的同時不斷營造發散思維與聚合思維培養環境。另外，鼓勵學生的首創精神，對于那些有首創精神的學生給予及時鼓勵，而對那些因循守舊、簡單模仿的學生給出不好的評價來推崇創新。這樣長期下來，學生的創新意識和創新思維就會慢慢形成。其實在我們的生命科學中，還有很多的實例，如酶專一性作用機制、DNA雙螺旋結構的提出等。生物科學教育工作者可以很好利用這些例子來培養學生的創新思維。

在教學過程中積極引導學生學習科學家的偉大創新能力的同時，要努力培養學生多思善問、質疑問難的良好習慣，充分發展學生的思維想象能力。科學發現需要“大膽想象”即創新思維，同時也需要“仔細求證”即科學實驗能力。

其次，我們來看看如何通過科學史教育來培養學生的實踐操作能力。要進行科學創新，除具備一定的知識基礎和創造性思維能力外，還要懂得一些創造的規律、創造方法。科學史是實踐操作原始性創新的源泉，它表現在“科學史不是發現的歷史，而是使發現成為可能的方法的歷史，因為方法是一切過去、現在、將來發現的源泉，它比起任何一種可能出現的發現，自然更加重要。”［3］科學史教育可以使學生了解到前人是如何發現需要探討的課題，是如何找到解決問題的途徑和方法，是如何得到正確的結論；這可以給學生在進行實踐操作原始性創新提供借鑒意義。以脂肪酸的β－氧化作用發現為例：在20世紀初開始，Knoop F在1904年所做的對脂肪酸分解代謝反應機制探索的實驗中，在現代放射性同位素示蹤方法還未出現的情況下，他巧妙地設計出第一個用于生物化學實驗的“示蹤物”——苯基，并將偶數或奇數碳的脂肪酸分子的末端甲基接上苯基，用這帶“示蹤物”的脂肪酸喂狗，然后分析狗排出的尿液，根據示蹤物——苯基在體內不被代謝而以某一特定的有機物被排出，發現了脂肪酸的β－氧化作用。從Knoop的實驗我們可以看到他設計出的這個方法的根源是利用苯環物質在體內代謝不發生變化的原理，這就為我們的實驗提供了方法論。

我們可以在進行實驗教學時，一改傳統式實驗教學，讓學生根據最初的實驗目的去自行設計實驗，寫出實驗過程，然后分成若干組，每組采用一種方案進行實驗，實驗結束后，讓同學們自行比較各自實驗的異同點，分析實驗結果；整個實驗過程要做到老師只進行指導，決不能包辦。這種讓學生在整個實驗過程中變被動為主動的做法不僅培養了學生獨立操作能力，還培養了學生的抽象思想能力，并能有效地把思維能力與動手能力結合起來，形成綜合的創新能力，經過長期的訓練，可以大大增強學生的實踐操作技能。此外，還有在證實基因突變自發性和不對應性的3個著名實驗：1943年Luria等的變量實驗、1949年Newcombe的涂布實驗和1952年Lederberg等的影印平板培養法都可以給學生在實驗設計和方法創新方面提供很好的借鑒。讓學生從科學史的科學研究方法的學習中汲取方法論的養分，從而提高其在實際生活和工作中的分析和解決科學問題的能力。縱觀生物科學史，許多科學家能夠取得成功都與其注重科學史的學習及創新能力的培養分不開的。

綜上所述，科學史教育應當引起我們每一位科技教育工作者的高度重視。我們應該力求做到在講授具體科學知識的同時，滲入科學史教學，不失時機地向學生介紹科學家創新精神、創新過程和創新思維的軌跡，使學生從生動、具體的科學知識中獲得創新能力的培養，使學生的整體綜合素質得到提高，以適應現代社會發展的需求。

［1］ 胡化凱.簡論科學史與現代科技人才素質教育［J］.教育與現代化，2000，57（4）：53－57.

［2］ 劉兵.科學史教學面面觀［J］.自然辯證法研究，1996，12（2）：56.

［3］ 喬治·薩頓.科學史和新人文主義［M］.北京：華夏出版社，1989：142.