科学争论及其在生物教育中的意义

王凯

【摘要】科学争论是指在两个或两个以上的科学家之间围绕着某些科学问题所进行的公开对立与争鸣，它展现了科学发展的波动曲折。当代国内外教育学者们都已认识到科学争论在科学教学中的重要地位。文章梳理了生物学史上的自然发生之争，并探讨了科学争论的教育意义。

【关键词】科学争论；生物自然发生之争；教育意义

科学是一种探索发现，从某种程度上说整个科学史也就是人类探索发现的历史，而在探索发现的过程中难免会出现争论。争论是人类智慧发达的表现，更是新理论、新思想的发源地或生长点，它推动着人类文明不断进步和社会不断发展。而随着近代科学的产生，科学争论也相伴而生。

一、科学争论

所谓的科学争论是指在两个或两个以上的科学家之间围绕着某些科学问题所进行的公开对立与争鸣。科学争论促进了新兴学科理论的孕育和诞生，它是促进和推动科学发展的重要手段和强大动力。

伴随着科学事业的蓬勃发展，在每一时期、每一学科、每一领域都存在之间学派、学者不同观念、思想的碰撞与争鸣。在历史上，科学争论屡见不鲜，不胜枚举。历史上比较重大的科学争论有牛顿与莱布尼茨关于微积分发现权之争、波尔与爱因斯坦关于量子力学完备性的争论、有机化学中一元论与二元论之争等。而在生物学的发展过程中，关于人类起源问题、获得性遗传等的争论也特别重要。此外，另一个不可忽视的争论就是持续了相当长时间的生物自然发生之争。

二、生物自然发生之争

生物自然发生之争广义上来说是关于生物是否能自然发生的争论，狭义上主要是指“自然发生说”与“有亲生殖说”两大主要学说之间的争论。所谓的生物自然发生说是指生物可以从各种有机或无机物或元素中自然发生，而不需经过亲代生殖的过程，也称化生说或自生说；而生物有亲生殖说是指生物是由亲本通过各种生殖方式而产生的，也称生生说或种子说。

生物自然发生的观点有着悠久的历史，这是古人们在经过长期的生产实践和对生物生长发育的观察中归纳出的一般规律，在各种古老文明的文化中虽然有着不同的表达，但这种认为生物是自然发生的认识和想法非常相似。如我国古人认为不干净的衣物会生出虱子，腐草可以化萤，腐肉可以生蛆等。与之相比，在古希腊与古埃及等人类其他最初发源地也都有相近的认识，关于生物自然发生的朴素认识也都起源很早，如他们普遍认为蟾蜍是由泥土自然发生的，腐土可以化为虫豸等。

自然发生说一般局限在小型生物中，对此质疑否定的有亲生殖说则产生得相当晚近，而这两种学说在科学史上经历了曲折、跌宕而又激烈的斗争。

随着实验科学的兴起，人们开始利用实验来验證生物是否能自然发生。17世纪时，赫尔蒙特（Helmont）就进行了简单的实验，他将麦粒、奶酪以及破布等装进瓶子，放置一段时间后突然出现了老鼠，这一实验武断地证实了自然发生说的正确性。同一时期的哈维（Harvey）、斯旺麦登（Swarnmerdam）等学者则提出反对，而在众多反对声音中雷迪（Redi）的实验是对自然发生说最严重的打击。雷迪认为赫尔蒙特的实验太过简陋，由于瓶口没有密闭，所以不能排除老鼠是从外面钻进去寻找食物的可能。雷迪亲自完成了一次全新的实验：将牛肉置于缸中，缸口罩上细纱网，牛肉虽然会腐烂但却没有生出蛆蝇，而纱布上有前来觅食的苍蝇留下的卵进而产生了蛆虫，以此证实自然发生说的错误。

经过这些学者的实验，相信生物是自然发生的人已经大大减少。而随着列文虎克（Leeuwenhoek）发明了原始显微镜，微生物被发现了，这一发现对两种学说都产生了深远影响。原本已经被边缘化的自然发生说借此发现重新与质疑者展开了博弈，双方从肉眼可见生物如何产生的讨论转向了微生物是如何产生的这一新领域。支持自然发生者如法国著名博物学家布封（Buffon）认为促使食物腐烂的微生物就是食物自然发生的，动物肠道中的蠕虫和微生物也是如此。而之前反对自然发生的斯旺麦登则对微生物的发现十分震惊，烧毁了自己的观察记录，放弃了对自然发生的批判。反对者斯帕朗察尼（Spallanzani）则做了新的实验否定了自然发生说：他将容易腐败的肉汁放进密闭容器内进行长时间的高温煮沸处理以杀死肉汁中的生物，然后冷却静置一段时间，未发现肉汁腐败。

自微生物发现到19世纪中叶的一个多世纪内，有众多科学家用实验的方法来检验生物能否自然发生，他们用自己的实验来支持或否定自然发生说，其中比较著名的有尼德黑姆（Needham）、盖·吕萨克（Gay-Lussac）、施旺（Schwann）、许尔茨（Schultze）、丁达尔（Tyndall）、舒廖德尔（Schroeder）等。随着实验设计的精密、实验方法的完善、实验操作的规范，实验结果已经越来越不利于自然发生说。

到19世纪60年代，普歇（Pouchet）成为生物自然发生说的集大成者，他认为生命力、有机物、水、空气和适宜的温度是确保自然发生的前提和条件，并通过一系列精心设计的实验来验证自己的学说。

其反对者阵营中最主要的竞争者是巴斯德（Pasteur），他坚决反对自然发生说，认为之所以会产生生物自然发生的结果完全是因为实验不够严密。他通过实验证实了空气中存在微生物，这是之前学者没有注意到所以导致实验结果不确定的一个重要因素。而巴斯德最强有力的否定实验是曲颈瓶实验：他将烧瓶拉出弯曲的长颈，空气中带有微生物的灰尘微粒会在烧瓶长颈弯曲处被阻拦而无法进入烧瓶，这样经过长期煮沸处理后的培养液就不会腐败。

这一实验以及巴斯德的其他设计巧妙的实验在很大程度上否定了自然发生说，而他在19世纪70年代与巴斯蒂安（Bastian）争论时无法解释实验中将煮沸灭菌冷却后的培养液取出在显微镜下仍能观察到存活的细菌这一现象。

现在我们知道他制作的培养液中加入了干草汁，其中含有枯草杆菌（Bacillus Subtilis），这种细菌想要杀灭它需加热到120℃以上。

这一波三折的争论到此似乎终于尘埃落定，但留法归国的学者罗广庭在1931年发表了《生物自然发生之发明》，老调重弹，为已经被埋葬的自然发生说鸣冤。而这样的著作还有蔡元培、于右任、高一涵等诸位政要的题字，之后甚至发表在了中国科学社主办的著名杂志《科学》上。后中山大学诸位教授与之公開辩论并重新实验，从而否定了该谬论。

三、教育意义

在当下的教学实践中，将科学发展过程中的争论纳入课堂教学已经被广大教育学者们所关注和认可，基于争论的科学教育是当前教育研究领域的一种新的发展趋势，将生物学史上的争论展现给学生非常有意义。

首先，讲授科学争论有助于学生认识到科学知识是与时俱进的。传统教育学者们往往只注意科学知识的讲授，而忽略了科学知识产生过程中的复杂多变，认为科学是累积进步的，是完全正确的，没有认识到任何科学都是一定时间内的科学，是可以被证实或证伪的。而科学的发展也不是直线进步的，它也是波荡变化的，随着人类认识的逐渐深化，人们对同一问题的了解是在不断发展的，因此我们要不断地修正我们的认知。

其次，讲授科学争论可以活化教学，丰富教学。单一地勾勒当下学界的科学知识而将其发展过程中的种种争论和波折弃之不顾是一种短视的、僵化的教育形式。将科学争论纳入到生物教学中，能比较全面地展现科学知识产生和发展的过程，也能激发学生的问题意识和学习热情。如果说将科学史纳入到科学教育过程中丰富了学生对具体科学知识的理解，了解了科学知识产生的来龙去脉，那么当下生物教育中关注科学争论的教育模式则有助于学生建立敢于批判、乐于争鸣、勇于发问的新学习状态。

再次，讲授科学争论有助于增强学生的实验意识。相比于更侧重数理逻辑与推论演绎的数学和物理学科，近代生物学的突出成果表现为实际动手操作的实验的引进，从这个意义上来说生物学就是基于实验的学科。将生物学争论纳入教学将启发学生自主地学习，通过实验的方式加深对知识的理解，科学史上生动的科学争论案例也将激发学生的好奇心和探索欲，使学生学会用实验的方法来验证自己的想法。

最后，讲授科学争论可以让学生认识到科学家不是高不可攀的。传统学者认为科学是客观的，科学家们是理性的化身，他们求真求实，公正无私，无功利，无偏见，科学家之间的争论虽然有观念的不同、意见的相左，但在对客观事实观察和判决性实验的审查后会得到一致的结论。而通过对生物学史上自然发生之争的梳理，我们知道这显然太过理想化了，科学是一个复杂系统，科学家也不是完全理性的，他们也有七情六欲，会迷茫，不理智。这看似将科学家拉下神坛，实则还原了他们的立体形象，他们不再呆板严肃，而变得可亲可近，有血有肉。通过努力，学生亦可成为其中的一员。

四、结语

争论是科学作为一种社会历史活动过程的自然产物，科学争论对于合理地引导学生的学习具有不可忽视的作用。教育工作者们要摸索有效地利用科学史上科学争论的案例，科学教育不再是单项传递既定科学知识的过程，而是培养学习者科学素养的过程。

【参考文献】

[1]张雨思.基于科学争论理论的物理教学策略研究[D].长春：东北师范大学，2012.

[2]姚莉萍.打开真理之门——SSK科学争论研究的审视[M].上海：同济大学出版社，2011.

[3]【美】洛伊斯·N·玛格纳.生命科学史[M].刘学礼译.上海：上海人民出版社，2012.

[4]张明国.十大科学争论[M].南宁：广西科学技术出版社，2001.

[5]解恩泽，朱新民，关士续.人类科技事件大揭秘[M].长沙：湖南科学技术出版社，2011.