试论科学史教育在医学生物化学教学中的作用

熊明珍，周 军，朱金华，欧阳永伟

（1.靖安县中医院 检验科，江西 靖安 330600；2.江西中医学院，江西 南昌 330006）

创新是人类生存和发展的永恒动力，我国社会主义教育事业的历史任务就是要不断造就大批具有创新能力的高素质人才，不断提高全民族的思想道德素质和科学文化素质，要完成这一历史任务必须不断推进教育创新。作为培养高素质人才摇篮的高等院校，就必须把学生创新能力的培养作为学校的一项重要工作来抓，努力把大学生培养成为适应社会需要、具有创新能力的高素质人才。审视我国高等教育现状，我们可以发现现在的教育存在很多不足：①教学方法单一，基本上是填鸭式灌输、注入式教学；②教学内容也存在相当程度的片面性，教学中老师只侧重知识在教学中的循环——老师把知识传授给学生，学生考试时再还给老师，而并未注重学生能力的增值；③过分注重教师的权威，过多的规范约束；④不合理的考评制度等。这些导致了我国现行教育很难担当培养高素质人才这个重任，因此，很多高校纷纷提出自己的创新理念，这是时代的要求。那么作为科技教育工作者应该如何通过教学来培养学生的创新能力呢？本文试从科学史教育在生物化学教学中的作用入手来讨论如何利用科学史教育进行学生创新能力的培养。

1 科学史及其科学史教育在生物化学教学中的作用

什么是科学史？科学史是研究科学的发生和发展的历史。具体地说，它是研究科学思想和科学理论的演化过程及其发展规律，研究科学家的思维方式和研究方法，研究科学家科研中的成败原因，研究科学发展中不同观点和理论之间的纷争与融合，研究影响科学发展的各种历史因素等。科学史属于文理交叉性边缘学科，其独特的研究对象使其在现代科技人才教育中发挥着其他学科无法替代的重要作用［1］。但是，在实际自然科学教育过程中，自然科学教育并不关心科学史的教育，似乎遗忘了对科学发展的历史即科学史的教育。在许多科技教育工作者的眼中，科学知识的最终定论才是真正有价值的东西，而科学的发现和发展历史则似乎是多余的；所以很多科技教育工作者注重把经过几代人精雕细刻、反复打磨的科学结论、概念、规律等传授给学生，对学生而言，这些结论性的东西让他们的学习内容足够丰富，应付考试也已足够。这样，就容易使学生产生误解，认为科学的发展总是一帆风顺的，科学理论总是完美无缺的，让学生不知不觉把已有的科学成果奉为一成不变的信条，这与现代素质教育的核心——创新教育是格格不入的。

科学史内容是人类精神的资源宝库，进行科学史教育可以让学生动态地把握科学的本质，可以让学生理解自然科学的起源与历程，有利于他们从历史维度把握科学的本质；同时，科学史教育还可以让学生了解到每一种科学理论的形成过程，几乎都经历了一系列艰难曲折的探索历程；所以我们在进行科学技术知识传授过程中应该注重科学史的教育。

以生物化学中核酸是生物遗传物质为例：很多生物化学老师为了提高学生的兴趣，在讲授核酸时穿插一些核酸发现历史的相关内容，但这仅仅是落在很肤浅的层面上，如通常告诉学生1868年由瑞士青年科学家F.Miescher从脓细胞中发现核酸，后来1953年J.D.Waston和F.Crick提出DNA双螺旋结构模型，再后来发现核酸特别是DNA是生物遗传物质。而实际上很少有人提起1912年Levene提出的核酸中含有等量的4种核苷酸，这4种核苷酸组成结构单位，核酸是由四核苷酸单位聚合而成；即“四核苷酸假说”。该假说严重阻碍并推迟了人们对核酸结构和功能的正确认识。1944年，美国科学家O.T.Avery等从加热杀死的S品系细菌提取液中，分离出高纯度的“转化因子”，并鉴定出它是DNA。将这种“转化因子”注入R品系细菌体内，能够使其转化成S品系细菌。如事先用DNA酶将S品系细菌的DNA分解，则不可能发生这种转化。这个重要发现，首次用实验证明遗传物质就是DNA。由于“四核苷酸假说”的强大影响，当时大多数学者认为Avery提取的转化因子纯度不高，正是其中不到0.02%的蛋白质“杂质”起了遗传作用。直到1948年，美国生物化学家E.Chargaff读到Avery的论文后，大受启迪，认为如果不同的生物种类是由于DNA的不同，则DNA的结构必定十分复杂，否则难以适应生物界的多样性，因此对“四核苷酸假说”产生怀疑。1949－1952年，他采用纸层析法分离碱基，再用紫外吸收光谱作定量分析，发现DNA的碱基成分随生物种类的不同而有很大差异，而A和T、G和c的分子数总相等。这意味着DNA分子中四种脱氧核苷酸的排列顺序可能蕴藏着大量的信息；从而彻底推翻了统治学术界30年之久的“四核苷酸假说”；其间从核酸的发现到其生物学作用的提出已经经历了70多年。像这样简单讲授，就容易导致学生理解成核酸是生物遗传物质这个科学事实是一开始就发现的，不能让他们真正认识到科学认识过程是迂回曲折的，其间既有实证，又有猜测；既有成功又有失败；科学理论是可变的。这样教学的最终结果就是很难让学生从现成的科学知识中学到科学的精神、科学的思维以及科学的方法，从而很难让学生的创新能力真正意义上得到培养。

也许我们有的教师会提出，目前自然科学课程的教学内容已经让学生喘不过气来，我们不可能给学生花过多的时间在科学史上讲授，其实很早就有人提出科学课程不应是百科全书，我们可以对其进行选择性的删除、替换甚至更新［2］。科学认识过程是一个不断获得新知识并使一切知识成果不断经受批判和检验、从而获得无限发展的过程。因此，在教学过程中，我们可以通过对科学史的讲授让学生用发展的眼光看待已有的科学知识，既看到知识的正确一面，又看到其局限甚至错误的一面；这样有助于培养学生的认识能力和发挥其创造性思维。既然我们看到了科学史教育的诸多好处，那么我们如何在课堂教学中利用科学史进行学生创新能力的培养呢？

2 利用科学史教育培养学生创新能力

首先，让我们来看看创造性思维如何培养。教育学家斐斯泰洛齐曾指出：“教学的主要任务不是知识的积累，而是发展思维。”思维能力是学生进行学习活动和科技创造性活动最重要、最基本的素质，而创造性思维是这些活动的核心。它往往带有强烈的探索动机，并经历质疑、假设、推理、顿悟、验证等阶段，达到对新事物或者对真理的认识，解决一些前人或者自己不曾解决过的问题，因而就表现出创造性，而这一创造过程就表现为科学的进步。下面我们以酶学的发展历史为例来理解这一创造性思维是如何培养的。

人们对酶的认识起源于生产实践，而真正认识则源于对酵母发酵过程的研究。西方国家在19世纪对发酵过程进行了大量的研究。1810年，Jaseph Gaylussac发现酵母可以将糖转化为酒精。1857年，微生物学家Pasteur等人提出酒精发酵是酵母细胞活动的结果，他认为只有活的酵母细胞才能进行发酵。但Liebig反对这种观点，他认为发酵现象是由于溶解于酵母细胞液中的酶所引起。1878年德国生理学家Kühne才给酶一个统一的名称，叫Enzyme，这个字源于希腊文，其意思是“在酵母中”。直到1897年，Büchner兄弟用石英砂磨碎酵母细胞，制备了不含酵母细胞的抽提液，并证明此不含细胞的酵母抽提液也能使糖发酵。从而说明了发酵与细胞活动无关，发酵是酶作用的化学本质。1926年，美国化学家Sumner从刀豆提取出了脲酶并获其结晶，证明脲酶具有蛋白质性质。到1980年代初Cech和Altman分别发现具有催化功能的RNA——核酶，这一发现打破了酶是蛋白质的传统观念，开辟了酶学研究的新领域。

从上面这个例子我们可以清楚看到创造性思维所经历的历程：首先是对发酵现象本质的探索动机，人们开始对其进行深入的研究，但由于当时的条件约束，人们不可能认识很清楚，所以对发酵本质进行假定——由活酵母细胞所引起，到推理、假设、顿悟、验证阶段——不是由活酵母细胞所引起，而是由酵母细胞中的酶所引起；这时，人们对其研究并未停止，到后来发现的核酶（具有催化活性的RNA）使人们的传统观念——酶的化学本质是蛋白质被彻底打破。这样，我们在对酶发现史的教学过程中，可以先让学生阐述对酶的认识，再询问他们为什么会产生上述的认识，然后进行总结，最后来阐述整个酶的发现史，在进行发现史讲授的同时，有意识地把酶发现过程所经历的时代背景讲述给学生听。当讲述完之后，对整个发现过程进行总结，把里面值得借鉴的知识传授给学生。然后让学生从实际生活中举出同样或者相关的例子，或者让他们对现实生活的一些事物提出自己的观点及其解决方法。做到授课的同时不断营造发散思维与聚合思维培养环境。另外，鼓励学生的首创精神，对于那些有首创精神的学生给予及时鼓励，而对那些因循守旧、简单模仿的学生给出不好的评价来推崇创新。这样长期下来，学生的创新意识和创新思维就会慢慢形成。其实在我们的生命科学中，还有很多的实例，如酶专一性作用机制、DNA双螺旋结构的提出等。生物科学教育工作者可以很好利用这些例子来培养学生的创新思维。

在教学过程中积极引导学生学习科学家的伟大创新能力的同时，要努力培养学生多思善问、质疑问难的良好习惯，充分发展学生的思维想象能力。科学发现需要“大胆想象”即创新思维，同时也需要“仔细求证”即科学实验能力。

其次，我们来看看如何通过科学史教育来培养学生的实践操作能力。要进行科学创新，除具备一定的知识基础和创造性思维能力外，还要懂得一些创造的规律、创造方法。科学史是实践操作原始性创新的源泉，它表现在“科学史不是发现的历史，而是使发现成为可能的方法的历史，因为方法是一切过去、现在、将来发现的源泉，它比起任何一种可能出现的发现，自然更加重要。”［3］科学史教育可以使学生了解到前人是如何发现需要探讨的课题，是如何找到解决问题的途径和方法，是如何得到正确的结论；这可以给学生在进行实践操作原始性创新提供借鉴意义。以脂肪酸的β－氧化作用发现为例：在20世纪初开始，Knoop F在1904年所做的对脂肪酸分解代谢反应机制探索的实验中，在现代放射性同位素示踪方法还未出现的情况下，他巧妙地设计出第一个用于生物化学实验的“示踪物”——苯基，并将偶数或奇数碳的脂肪酸分子的末端甲基接上苯基，用这带“示踪物”的脂肪酸喂狗，然后分析狗排出的尿液，根据示踪物——苯基在体内不被代谢而以某一特定的有机物被排出，发现了脂肪酸的β－氧化作用。从Knoop的实验我们可以看到他设计出的这个方法的根源是利用苯环物质在体内代谢不发生变化的原理，这就为我们的实验提供了方法论。

我们可以在进行实验教学时，一改传统式实验教学，让学生根据最初的实验目的去自行设计实验，写出实验过程，然后分成若干组，每组采用一种方案进行实验，实验结束后，让同学们自行比较各自实验的异同点，分析实验结果；整个实验过程要做到老师只进行指导，决不能包办。这种让学生在整个实验过程中变被动为主动的做法不仅培养了学生独立操作能力，还培养了学生的抽象思想能力，并能有效地把思维能力与动手能力结合起来，形成综合的创新能力，经过长期的训练，可以大大增强学生的实践操作技能。此外，还有在证实基因突变自发性和不对应性的3个著名实验：1943年Luria等的变量实验、1949年Newcombe的涂布实验和1952年Lederberg等的影印平板培养法都可以给学生在实验设计和方法创新方面提供很好的借鉴。让学生从科学史的科学研究方法的学习中汲取方法论的养分，从而提高其在实际生活和工作中的分析和解决科学问题的能力。纵观生物科学史，许多科学家能够取得成功都与其注重科学史的学习及创新能力的培养分不开的。

综上所述，科学史教育应当引起我们每一位科技教育工作者的高度重视。我们应该力求做到在讲授具体科学知识的同时，渗入科学史教学，不失时机地向学生介绍科学家创新精神、创新过程和创新思维的轨迹，使学生从生动、具体的科学知识中获得创新能力的培养，使学生的整体综合素质得到提高，以适应现代社会发展的需求。

［1］ 胡化凯.简论科学史与现代科技人才素质教育［J］.教育与现代化，2000，57（4）：53－57.

［2］ 刘兵.科学史教学面面观［J］.自然辩证法研究，1996，12（2）：56.

［3］ 乔治·萨顿.科学史和新人文主义［M］.北京：华夏出版社，1989：142.