在科學(xué)史教學(xué)中塑造求真求實的思想品質(zhì)

摘要：本文以“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”這一科學(xué)史實為例，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注幾名生理學(xué)家的實驗設(shè)計思路、實驗過程中遇到的問題以及實驗結(jié)論的形成，體會科學(xué)發(fā)現(xiàn)來之不易，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，塑造學(xué)生求真求實的思想品質(zhì)。同時引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)求真求實的思想品質(zhì)在個人成長和社會發(fā)展中具有重要意義，使其認識到只有具備這種品質(zhì)的人，才能在科學(xué)研究中不斷取得突破，在實踐中不斷取得成功。這種品質(zhì)也是推動社會進步和發(fā)展的重要力量。

關(guān)鍵詞：科學(xué)史 科學(xué)思維 科學(xué)探究 求真求實

求真是指在科學(xué)研究中，應(yīng)不斷追求和探索真理。在實踐中，始終堅信真理的存在，以實踐為檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。為了求得真知，必須有科學(xué)的態(tài)度和方法，如勤奮學(xué)習(xí)、實事求是、獨立思考、勇于實踐、不斷創(chuàng)新等。

求實是指堅持實事求是，一切從實際出發(fā)。在認識世界時，應(yīng)把實踐作為出發(fā)點，將感性認識上升為理性認識，透過現(xiàn)象抓住事物的本質(zhì)和規(guī)律。在實踐中，堅持尊重客觀規(guī)律，按規(guī)律辦事。同時，積極發(fā)揮主觀能動性，認識和利用規(guī)律，為人類造福。

求真和求實是相輔相成的。求真是一種精神追求，求實是一種實踐態(tài)度。只有把兩者結(jié)合起來，才能在認識世界和改造世界的活動中取得成功。那么，如何將這種指引方向的“大道理”落實到常規(guī)教學(xué)中去呢？單一重復(fù)的說教是難以落實的，甚至?xí)寣W(xué)生厭惡學(xué)習(xí)。生命科學(xué)研究過程中的每一次重要發(fā)現(xiàn)，都是一次認知的革命，科學(xué)家們克服重重困難專注研究的過程就是生命科學(xué)史，也是我們落實求真求實品質(zhì)教育的落腳點。

一、科學(xué)史教學(xué)的意義

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是高中生物教學(xué)的核心，其中的關(guān)鍵任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。課程標(biāo)準(zhǔn)要求教學(xué)重點放在生物科學(xué)史和科學(xué)本質(zhì)上，因為科學(xué)史中的許多經(jīng)典實驗對于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力來說是非常好的教學(xué)素材。生物科學(xué)史記錄了科學(xué)工作者對生命現(xiàn)象的認識和揭示，是對生命科學(xué)探索的歷史。它描述了科學(xué)家們在研究生命科學(xué)時所采用的科學(xué)方法和制訂的探索計劃。這個領(lǐng)域的知識能夠教給學(xué)生在自然界和現(xiàn)實生活中獨立探索科學(xué)問題的方法和技巧，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力。

在高中生物學(xué)教學(xué)中，科學(xué)史占據(jù)重要地位，它包含了前人在發(fā)現(xiàn)重要科學(xué)現(xiàn)象的過程中所運用的科學(xué)思維、研究方向以及具體措施，促進后人傳承科學(xué)家追求真理的精神，并保持了堅定不移的求知動力。因此，科學(xué)史教學(xué)也成了道德教育的一個重要途徑。

二、“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”科學(xué)史教學(xué)

受到了篇幅的限制，有關(guān)該內(nèi)容教材講述得不太詳細，所以教師在教學(xué)準(zhǔn)備階段需要搜集相關(guān)資料進行補充，分析探索過程中的科學(xué)實驗，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)，能夠引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)地分析實驗的研究思路，并提升學(xué)生的思維能力。教師在講述“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”實驗時，先讓學(xué)生閱讀教材中的實驗內(nèi)容，就學(xué)生感到困惑的地方，與學(xué)生交流，找出問題的關(guān)鍵點并對其進行有針對性的講解，以解決這一問題。筆者通過細致研究和閱讀相關(guān)資料，獲得了關(guān)于該項實驗全新的認識，以時間為線索，展示“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”相關(guān)實驗思路、知識和科學(xué)方法的演變過程，其中包含豐富的實驗方法和觀點，這對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和探究能力有很大幫助。

1.相關(guān)背景

在介紹“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”相關(guān)的科學(xué)實驗之前，首先介紹19世紀(jì)50年代克勞德·伯爾納的發(fā)現(xiàn)。他發(fā)現(xiàn)酸性食物進入小腸會導(dǎo)致胰液分泌，但在很長一段時間人們對這一現(xiàn)象都沒太在意。直到1894年，俄國生理學(xué)家道林斯基（巴甫洛夫的學(xué)生）再次發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象并表明：當(dāng)食物通過胃進入小腸時，胰腺會釋放出胰液。這與伯爾納的結(jié)論不謀而合。隨后他們進行了兩個實驗（見圖1），進一步證明刺激小腸的物質(zhì)是胃酸，而不是食物。

在20世紀(jì)之前，學(xué)界普遍認為動物和人類的生理活動都是被神經(jīng)系統(tǒng)所控制的。最具代表性的就是俄國生理學(xué)家巴甫洛夫和他的反射理論。巴甫洛夫反射理論指出：當(dāng)鹽酸進入腸道時，會觸發(fā)胰液分泌的反射作用，除此之外刺激迷走神經(jīng)或內(nèi)臟大神經(jīng)也會導(dǎo)致胰腺分泌。1896年，巴甫洛夫的學(xué)生帕皮爾斯基對“促進胰腺分泌的鹽酸刺激”進行了全面的研究：他先破壞了左右兩側(cè)的迷走神經(jīng)和內(nèi)臟大神經(jīng)，胰腺仍然分泌胰液；考慮到可能是因為脊髓仍然存在神經(jīng)連接，于是破壞脊髓連接，結(jié)果依然如此，令人疑惑。

根據(jù)巴甫洛夫的理論，帕皮爾斯基假設(shè)胃幽門區(qū)域可能存在一種稱為“外周反射中樞”的區(qū)域，可能負責(zé)分泌胰液。多年后，帕皮爾斯基堅持努力，他進行了連續(xù)不斷的實驗和提問，反復(fù)循環(huán)，始終堅信巴甫洛夫的理論是正確的。1901年，他最終認定這是一個由十二指腸黏膜和胰腺腺泡細胞之間連接所形成的局部短反射，并通過胰腺外分泌組織中的神經(jīng)節(jié)細胞來實現(xiàn)。

2.沃泰默的實驗

在帕皮爾斯基提交研究結(jié)論的同時，法國科學(xué)家沃泰默也對相同的現(xiàn)象進行了研究分析。他做了3組實驗，具體情況如圖2所示。

通過實驗現(xiàn)象不難看出：在第一組和第二組實驗中，稀鹽酸的作用是在小腸上部，而不是在血液中，這表明鹽酸并不直接引起胰腺分泌胰液。在第一組和第三組實驗中，通過將自變量設(shè)定為神經(jīng)系統(tǒng)的完好與否，得出的推論是胰液分泌不受神經(jīng)調(diào)節(jié)的影響。

沃泰默對第三組實驗的說明是，由于小腸中的微小神經(jīng)難以清除，因此這種反射現(xiàn)象非常頑固。巴甫洛夫的反射理論對沃泰默產(chǎn)生了深遠影響，因此沃泰默沒有提出除神經(jīng)調(diào)節(jié)之外的其他調(diào)節(jié)方式。沃泰默失敗的原因不僅在于未能突破權(quán)威的限制，還在于對信號物質(zhì)的分析不準(zhǔn)確。他錯誤地將鹽酸視為刺激胰液分泌的直接信號物質(zhì)，而實際上將稀釋的鹽酸注入血液并輸送至胰腺，這時并未觀察到胰液的分泌情況，因此導(dǎo)致他無法找到通過血液傳遞的信號物質(zhì)，進而迷失了方向。從今天來看當(dāng)時的結(jié)果，我們可以發(fā)現(xiàn)沃泰默忽略了一個關(guān)鍵因素：稀釋鹽酸有可能對結(jié)果產(chǎn)生了間接的影響。

我們是否還能從沃泰默的實驗設(shè)計角度進行其他的思考呢？筆者在課堂教學(xué)中讓學(xué)生討論了一個問題：在三組實驗中，一組和三組已經(jīng)是比較完整的對照實驗，嚴(yán)格控制了單一變量，那么設(shè)置第二組是否有必要？學(xué)生通過分析可以得出，第二組實驗是非常必要的，因為它解決了關(guān)鍵問題，即鹽酸的作用位置，明確指出了刺激是發(fā)生在小腸而不是血液中，這為后續(xù)的研究提供了指導(dǎo)。它也有助于學(xué)生理解沃泰默遠離真相的原因。

3.斯他林和貝利斯的實驗

1902年，斯他林和貝利斯閱讀了沃泰默的論文后，對其解釋提出了質(zhì)疑，同時設(shè)計實驗進行研究：他們將狗的小腸切割并提取黏膜細胞，然后將黏膜細胞與稀鹽酸混合，經(jīng)過研磨后得到提取物。在他們將提取物注射到同一只狗的靜脈中時發(fā)現(xiàn)了胰腺分泌胰液。他們把提取物中能促進胰液分泌的物質(zhì)稱為促胰液素。實驗思路如圖3所示。

根據(jù)生理學(xué)教材介紹可知：小腸黏膜是由上皮、固有層和黏膜肌層構(gòu)成的，它具有很多圓形褶皺和絨毛結(jié)構(gòu)，是腸腔中最淺的結(jié)構(gòu)。人的小腸黏膜上皮由不同功能的細胞組成，其中有分泌唾液酸和黏液的吸吮細胞，還有分散的杯狀細胞以及一些能分泌促胰液素的內(nèi)分泌細胞。與此同時，僅有一小部分的感覺神經(jīng)末梢分布在上皮層中。

斯他林和貝利斯實驗的創(chuàng)新點在于巧妙地排除了神經(jīng)調(diào)節(jié)的干擾，通過進行小腸黏膜實驗，將鹽酸刺激小腸的過程帶出體外實施，這樣一來，沃泰默設(shè)立的“頑固反射”就不再有效，可以確定沒有神經(jīng)反射參與并且不會干擾到胰腺活動，從而證實了其他調(diào)節(jié)方式的存在。

為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力，我們可以在教學(xué)中嘗試讓學(xué)生設(shè)計與改進斯他林和貝利斯的實驗，以引導(dǎo)學(xué)生就促胰液素分泌調(diào)節(jié)方式提出合理的假設(shè)。筆者為學(xué)生設(shè)置了一系列問題，以引導(dǎo)他們思考：在神經(jīng)被完全切除，只剩下血管的情況下，可能有哪些結(jié)構(gòu)能夠傳遞信息？傳遞信息的物質(zhì)是鹽酸嗎？如果不是的話，那這種物質(zhì)的生產(chǎn)是否要依賴鹽酸？解決了這些問題后，學(xué)生或許可以得出一個假設(shè)：在鹽酸的影響下，小腸黏膜或許能夠生成一種化學(xué)物質(zhì)，經(jīng)過血液傳輸?shù)竭_胰腺，從而引發(fā)胰腺的分泌。這是一種不同于神經(jīng)系統(tǒng)的化學(xué)調(diào)控方法。

為了證實斯他林和貝利斯的理論，巴甫洛夫和他的學(xué)生復(fù)制了他們的實驗，并得到了相同的結(jié)果。巴甫洛夫遺憾地說道：“毫無疑問，他們的說法是正確的，顯然，我們錯失了一個了解真相的機會！”在這里，學(xué)生自然就能領(lǐng)會到即使是久負盛名、著作等身的大科學(xué)家也會因為思維的限制而停滯不前，又通過巴甫洛夫?qū)Υ茖W(xué)研究的真誠和對客觀事實的敬重，培養(yǎng)了學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度。

三、課后感悟

“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”對科學(xué)發(fā)展有著巨大的價值，是一項具有深遠意義的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。一線教師應(yīng)該充分利用這些材料，從培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的角度出發(fā)，而非僅僅側(cè)重于實驗和知識講解。教師應(yīng)該查閱過去的資料，以解開實驗中的疑問，從而洞悉真相。通過分析這些數(shù)據(jù)，結(jié)合當(dāng)前高中生物學(xué)科的教學(xué)任務(wù)，教師應(yīng)該意識到以下幾點：

首先，科學(xué)發(fā)現(xiàn)必須建立在相應(yīng)的知識基礎(chǔ)上，就像學(xué)生進入社會之前需要具備基本的理論和實踐能力一樣，只有這樣才能在生活中有所突破。學(xué)生在學(xué)校進行的科學(xué)探究活動主要是為了獲取知識、理解科學(xué)思想和概念，以及了解科學(xué)家在研究自然現(xiàn)象時所使用的方法。科學(xué)思維的方式有很多種，如形式邏輯思維、辯證邏輯思維、批判思維和發(fā)散思維等，這些方式和習(xí)慣對于科學(xué)思考非常重要。每個人都應(yīng)該學(xué)會并掌握科學(xué)的思維習(xí)慣，這并不是只有科學(xué)家才具備的特質(zhì)。

其次，追隨著前人的成就，我們能夠拓展眼界，但不能完全依賴權(quán)威，有時需要在思維上有所突破，并進行實踐創(chuàng)新。科學(xué)不斷發(fā)展，社會也在不斷進步。我們每天都會接收到來自各方的信息，這些信息包括許多已經(jīng)成熟的科學(xué)理論，其早已積極地應(yīng)用于實踐，以改善我們的生活并對我們生活的各個方面產(chǎn)生影響。盡管我們尚未理解某些生活中的現(xiàn)象和規(guī)律，但我們應(yīng)保持適當(dāng)?shù)暮闷嫘模⒉皇芘f思維的束縛，限制自己的思維。科學(xué)發(fā)現(xiàn)并非某個人的特殊能力，真理總是掌握在勤奮探索、敢于創(chuàng)新的人手中。

最后，通過了解生物科學(xué)發(fā)展歷史中的這些重要事件，認真體會科學(xué)家們堅韌不拔的精神。熟悉科學(xué)探究的基本過程，對于培養(yǎng)學(xué)生的精神素質(zhì)具有重要的幫助。我們可以將學(xué)生分組，并在合作的過程中進行具體的分工，以各自承擔(dān)特定的職責(zé)并相互配合完成任務(wù)。這種探究過程不僅能培養(yǎng)學(xué)生收集和處理信息的能力，同時也能讓學(xué)生認識到在科學(xué)研究中要勇于克服困難，堅持不懈。

求真求實的思想品質(zhì)在個人成長和社會發(fā)展中具有重要意義。只有具備這種品質(zhì)的人，才能在科學(xué)研究中不斷取得突破，在實踐中不斷取得成功。同時，這種品質(zhì)也是推動社會進步和發(fā)展的重要力量。科學(xué)的發(fā)現(xiàn)過程與我們的人生相似，都不是一帆風(fēng)順的。無論何時，我們都需要堅強的毅力，勇敢地面對學(xué)習(xí)和生活中的挑戰(zhàn)和困難。我們應(yīng)該以求真務(wù)實的態(tài)度，穩(wěn)步推進，最終的成果將會水到渠成。

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責(zé)任編輯：唐丹丹