巴斯德的研究脉络与核心素养教育价值分析

赵婷婷

(天津师范大学教师教育学院 天津 300387)

巴斯德(Louis Pasteur， 1822—1895)被后人誉为“微生物学之父”，他一生的研究几乎对微生物学的各个领域都有所影响。

1 巴斯德的研究脉络

巴斯德说过：“在观察的领域内，机遇只偏爱那些有准备的头脑。”在开创微生物学研究之前，他是一位出色的化学家，早期研究化学中的晶体问题，26岁时成功地将酒石酸盐外消旋晶体拆分成两种旋光异构体，开创了立体化学的研究领域。通过对分子不对称性的研究，巴斯德发现有机化合物往往具有手性，而无机化合物往往没有[1]，这可能是他对生命现象产生兴趣的原因之一。

1.1 发酵问题 巴斯德是从发酵问题开始进行微生物研究的，这一研究开始得颇为偶然。当时啤酒在酿出之后经常会变酸。1856年，法国里尔有一家工厂为此遭受重大损失，而巴斯德当时是里尔自然科学院的院长，所以被请去出主意[2]。酒厂是想请巴斯德作为化学家来解决这一问题的，但却自此改变了他的科学道路，巴斯德由晶体化学转入了前人未曾开辟的微生物学领域。

当时，化学家普遍认为发酵是一个纯化学过程。细胞学说的提出者之一施旺曾发现酵母菌，并指出酒精发酵与这种生命体有关，但被当时最知名的化学家们一致反对[2]。而同样作为化学家，巴斯德没有固守发酵是纯化学过程的信条，在化学手段没有起效的情况下，他另辟蹊径，通过多次实验，终于在显微镜下观察到下列现象：发酵正常的酒液和变酸的酒液中酵母菌的形状是不同的，分别呈圆球状和杆状。巴斯德认为，这是两种不同的酵母菌，圆球状酵母菌产生酒精，杆状酵母菌(乳酸杆菌)使酒变酸[3]。从而有力地证明发酵过程与微生物有关。那么，如何应对酒的变质呢？巴斯德尝试用各种不同的温度来杀死酒中的微生物，最终发现以50～60℃的温度加热啤酒0.5h，然后将酒密封，就可以保证酒的质量了。这就是大名鼎鼎的巴氏灭菌法，目前主要应用于牛奶灭菌。

1.2 对自然发生说的否定 自然发生说是一种古老的学说，即认为生命体可以从无生命的物质中自发产生。这在世界各国都有相关的记载，我国古代也有“枯草化萤”“腐肉生蛆”的说法。自然发生说是符合古人认知水平的，但随着生物学知识的逐渐积累，该学说逐渐受到了挑战。到19世纪时，人们已不再认为宏观世界存在自然发生，争论的阵地转移到了显微镜下的微观世界。

在对微生物学产生兴趣之后，巴斯德致力于从实验上证明自然发生说的错误。首先，他通过实验证明空气中携带微生物：让空气通过棉絮，然后将棉絮放在酒精和乙醚中，以收集空气中的物质，果然在显微镜下发现了大量微生物，这为肉汤腐败等现象找到了原因。此后，巴斯德进行了一系列研究，其中最有说服力的是“曲颈烧瓶”实验，这种巧妙的实验器材设计能力源于他早年学习化学时导师对其动手设计能力的鼓励。巴斯德将烧瓶拉出弯曲的长颈，这种长颈可以阻挡空气中非气体物质的进入，瓶中的培养液安然无恙；而如果将烧瓶倾斜使液体通过长颈的弯曲处或是将长颈折断，培养液就成为微生物滋生的温床。这一实验有力地证明了培养液中的微生物是从空气中带入后大量滋生的。1877年，巴斯德在写给别人的信中表示：他反对自然发生说是出于医学上的考虑，因为他觉得如果医生都相信自然发生说，就会不利于治疗与预防[1]，这一信念是他坚持与当时的一些著名学者进行论战的原动力。

1.3 传染病学 在早期，传染病被视为与“瘴气”有关，虽然也有一些学者提出传染病由微生物引起，但并未真正引起实践上的重视[1]。

传染病学的奠基人是巴斯德，他的研究是从低等动物的传染病开始的。在成功地“治疗”了“酒病”之后，1865年，巴斯德又被请去治疗“蚕病”，这是一种在蚕中爆发出的奇怪疾病。巴斯德秉持着研究发酵问题时的思路，最终成功地分离出了两种致病微生物，并且建议蚕农将染病的蚕和桑叶全部毁掉，然后选取不带病菌的蚕卵重新开始养殖，以防止疾病的传染。这成功地将法国的丝绸业从萧条的边缘拯救回来[3]。

从“蚕病”开始，巴斯德逐渐走上对高等动物和人类的传染病的研究之路。从1877年起，他研究了炭疽病、鸡霍乱和狂犬病，并分离出鸡霍乱的病原菌[2]。他曾建议过医生对手术刀和其他器械进行严格的消毒，但是医生们反应漠然，可能是因为他没有医学方面的学位。好在英国医生李斯特(Joseph Lister， 1827—1912)赞同巴斯德的疾病病菌说，创立了外科消毒法并予以推广。到了19世纪末，整个医学界终于普遍接受了在医疗中要注重消毒灭菌的观点。

1.4 疫苗 英国医生琴纳(Jenner， 1749—1823)于1796年发明的牛痘接种法是大家最熟悉的疫苗的应用，不过这一发明主要出自经验积累与大胆实践，没有对免疫的机理进行分析，真正开启现代免疫学的是巴斯德。

1879年，巴斯德在对分离出的鸡霍乱病原菌进行检验实验时发生了意外，接种病原菌培养液的鸡并未发病，这就无法证明他所分离的微生物是鸡霍乱的致病菌了。经过仔细检查实验步骤之后，巴斯德发现可能的原因是培养液不够新鲜，导致致病微生物失活。他很快重复了实验，接种新鲜的病原菌培养液，结果发现：虽然一部分鸡如预测般很快死亡，但还是有一部分鸡没有发病。巴斯德非常意外，检查后发现没有发病的正是上一次实验中接种了失活培养液的鸡。他没有任由这两次实验的结果从眼前溜过，而是敏锐地发现了其中蕴藏的重要信息：鸡霍乱的病原菌长期培养后毒性降低，用这种减毒的培养液给健康的鸡接种可以使它们获得抵抗这种疾病的能力，而这也正是琴纳发明的牛痘接种法的机理。巴斯德的这个实验与实验解释是现代免疫学的开端[2]。

1881年，巴斯德再接再厉，发明了牲畜炭疽病的疫苗。接着，他向人类传染病进军。巴斯德考虑到人体实验的伦理性问题，决定研究人畜共患病，最终选择了狂犬病。与他所研究过的其他问题不同的是，狂犬病是由病毒传染的，病原体并不能在光学显微镜下观察到。但是，巴斯德相信它一定也是某种微生物造成的。一系列疫苗浓度的摸索实验后，巴斯德成功地研发出了对动物有效的狂犬病疫苗。鉴于伦理考虑，起初巴斯德将研发成功的狂犬病疫苗束之高阁，直到1885年，一个小男孩被狗咬伤，他的母亲绝望之下找到巴斯德，这种疫苗才第一次应用于人体，并顺利地预防了男孩的发病。此后，巴斯德发明的狂犬病疫苗成功地帮助了许多人[1]。

2 科学史材料蕴涵的生物学核心素养教育价值

发展生物学核心素养是新一轮课程改革的重要目标，需要渗透于日常教学中，以达到学生自主吸收、内化于心的效果。科学史是发展核心素养的优秀材料，以上述巴斯德的研究为例，核心素养的四个维度都有所体现。

2.1 生命观念 通过梳理，可以看出巴斯德的研究建立在一个重要观念之上：一切现象都有其物质原因。他的研究关注的是微生物所引起的现象：发酵由微生物引起，不同微生物有不同的发酵产物；传染病由微生物引起，可以通过一定方法研发疫苗预防传染病；微生物不会由无到有自发产生，必然有其源头——在教学中引导学生认同这一点后再进行与其他知识的联系与发散，从而形成结构与功能、物质与能量辩证统一的生命观念。

2.2 科学思维 巴斯德的研究中体现出多维度的科学思维：他对发酵问题的研究，没有盲从当时的权威观点，体现了批判性思维；在设计曲颈烧瓶实验否定自然发生时，实际上是运用了假说—演绎的研究方法，体现出良好的演绎推理能力；在鸡霍乱病原菌相关研究中，他敏锐地抓住实验现象背后的机理，并通过后续研究对免疫机理加以证明，体现了归纳与演绎的综合运用。教师在讲述科学史材料时，不要只将其当作有趣的故事，而要通过合理的问题设计引导学生共同学习科学家的思维方式。

2.3 科学探究 巴斯德所做的每一个实验，都有着巧妙的实验设计，并体现了优秀的观察与分析能力和学术敏感性。教师在教学时要深刻挖掘相关材料，让学生学习科学家的探究思路、方法与态度。

2.4 社会责任 作为一名热爱祖国且有着强烈责任感的知名学者，巴斯德的每一步研究都体现着他的社会责任感。研究“酒病”拯救了法国的酿酒业，研究“蚕病”治愈了法国的丝绸业，研究传染病和免疫问题更是为全世界人民的健康事业作出贡献，甚至否定自然发生说这一看上去与应用性关联不大的研究，其根本出发点也是为了唤起医学界对消毒的重视，这对整个社会的影响不言而喻，特别是在研究狂犬病疫苗时所体现出的对伦理道德的自觉遵守，闪烁着人性的光芒。科学家是学生的天然榜样，教师在教学中进行点拨，让学生感受到科学家的态度，这对培养学生的社会责任感有着非常重要的作用。

(基金项目：天津市2017年度哲学社会科学规划课题“基于学科核心素养的生物教师教育行动研究”，No.TJJXQN17-006)