生命科学史的教育价值

生命科学史的教育价值

摘要：生命科学史揭示了人们思考和解决生物学问题的思想历程，展示了生命科学各个学科形成的历史以及各个学科之间的联系，揭示了自然科学的本质，揭示了每一个知识点的产生过程就是一个探究的过程，展示了在探究知识的过程中科学家之间的合作以及科学家所持观点之间的碰撞和论争，展示了成功的实验与选择合适的实验对象之间密切相关，呈现了科学家的科学态度、科学精神和科学世界观。生命科学史对于培养学生的生物学素养乃至科学素养具有积极的意义，在探究性学习中将发挥重要的作用。

关键词：生命科学史 教育价值 生物学素养 探究性学习

最近几年来，有关生命科学史的译本以及著作开始出现。有的师范院校已将生命科学史纳入课程计划并开始实施，一些中学生物教师也开始认识到生命科学史在中学生物教学中的作用（展示知识发生过程，展现科学精神,展示科学研究方法），并且提出具体做法（创设情境，引入课题；介绍方法，启迪思维；突破教学难点）。然而，生命科学史中蕴涵的教育价值远不止这些。新一轮基础教育课程确立了“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三位一体的课程目标，生命科学史中蕴涵的教育价值对于实现这样的课程目标具有积极的意义，对于教师教育也具有积极的意义，本文的目的就在于进一步挖掘生命科学史的教育价值。

一、生命科学史揭示了人们思考和解决生物学问题的思想历程

生命科学史是一部思想史，它揭示了人们思考和解决生物学问题的思想历程。这些思想是受当时的文化背景和科学技术水平制约的，生物学新知识的产生，都需要首先从思想方法上有所突破。

“物种是演变的”思想的确立就是对“物种是不变的”思想的突破。人类对生命个体发育的探究历程也体现了思想方法上的突破。这些事实反映了思想氛围影响着人们对事物的认识，如果当时的思想氛围是不科学的，就会导致人们对事物的错误认识。反过来，人们通过对事物的科学探究，获得对事物的正确认识，又会改变人的思想，进而改变思想氛围，使人们对事物的认识产生一次飞跃。

生命科学史展示了科学家所处的时代背景，记录着科学家的思想以及思想转变，而科学家的思想以及思想转变与他们从事的科学探究是密切相关的。这对学习者形成正确的思想具有积极的教育意义。

二、生命科学史展示了生命科学各个学科形成的历史

生命科学史展示了生命科学各个学科形成的历史，它能够从整体上告诉我们各个学科是在解决什么问题的过程中发展起来的，还能告诉我们各个学科之间的联系。这有助于研究者发现尚未解决的问题和需要进一步解决的问题，有助于学习者建立知识点之间的联系，建构完整的知识结构。

遗传学的建立和发展经历了细胞遗传学、群体遗传学、微生物遗传学和分子遗传学等阶段的发展。)如果孟德尔不运用数学知识对数据进行统计分析，就不能发现遗传规律；如果没有细胞学的发展，萨顿和鲍维里就不能认识到遗传因子与染色体之间的联系；如果塔特姆不精通微生物知识，基因与酶之间的关系就不能建立起来。总之，如果不依靠各方面的知识，就不可能打开解决问题的思路。

遗传学是在解决遗传的规律是什么、遗传物质是什么、遗传物质具有什么结构、遗传物质如何复制和如何控制多肽链的生成等一系列问题的过程中发展起来的，环环相扣，知识体系相当清楚。如果我们在学习中能够循着这样的线索展开，了解这一系列问题的解决过程，那么这一部分的知识结构就建构起来了，而且还可能联

系到新的问题上去。

三、生命科学史揭示了自然科学的本质

生命科学史揭示了自然科学的本质。自然科学从本质上表现出以下特征：定量化、观察、实验、科学过程、在自我更正中完善和积累。

定量化的特点是将生命科学和数学结合在一起。孟德尔就是运用数学统计方法对实验数据进行统计分析，才发现分离和自由组合规律的；如果没有群体遗传学家对群体进行研究，建立数学模型，那么自然选择学说的机制也许就不会被揭示。只有对不同环境下获得的大范围的样品进行遗传方差的统计分析，才能将遗传引起的变异与环境引起的变异区分开。精确的定量化使生命科学成为人们公认的真正意义上的科学。

观察与实验是生命科学的基石。通过实验来研究事物，特别是通过精确的对照实验来研究问题是自然科学的又一突出特征。在自然科学领域，实验是向自然界提出真正的、必须解决的问题，并且寻找答案的方法。实验方法首先在生理学领域得到运用。19世纪70、80年代，萨克斯（1832—1897）领导的植物学派，对于生物学中实验方法的运用起了特别重要的作用。19世纪80年代，鲁（1850—1924）将实验方法引入原先注重描述性工作的胚胎学领域。通过胚胎学，实验方法又扩展到细胞学和遗传学，最后又扩展到进化论的研究中。到了20世纪30年代，大多数生物学领域，除了古生物学和系统分类学，都采用了实验分析和物理、化学方法而取得新进展。

生命科学史显示了产生每个知识点的科学过程。例如，20世纪初，萨顿和鲍维里在孟德尔遗传学以及19世纪末在染色体的变化、体细胞与生殖细胞的分裂等方面的成果上，提出了染色体学说，即（孟德尔所说的）

遗传因子可能就在染色体上。但是当时拿不出证据证明他们的观点。直到1910年，摩尔根通过一系列实验发现，控制果蝇眼色的基因位于性染色体上，才证明了萨顿、鲍维里的假说。从“基因位于染色体上”这一知识点的形成过程，可以看到科学过程的步骤。

生命科学也是在自我更正的过程中积累和进步的。达尔文建立了以自然选择为核心的进化论，可人们在承认生物进化论的同时，却不愿意接受达尔文对进化原因进行臆想的方法，不满意达尔文对进化机制的解释。德弗里斯将实验方法引入对进化论的研究中，提出了“突变学说”，以此来解释达尔文的自然选择学说。在20世纪的头十年，得到生物学界的广泛接受。然而，1910年，果蝇遗传学的发展表明，果蝇群体中不断发生着突变，却没有产生物种的变化。1912～1915年细胞学的精确研究，沉重地打击了德弗里斯的学说，他所认为的大规模突变产生的性状实际上是已有性状的复杂重组。细胞遗传学，尤其是群体遗传学的建立，才阐明了自然选择的机制。19世纪40年代，在达尔文进化论的基础上，提出了综合进化论。在综合进化论盛行了多年之后，1968年，木村资生提出了“分子进化的中性学说”。1972年，埃尔德雷奇和S.J.古尔德提出了间断平衡论，引起了科学界的重视和研究。进化理论还在发展之中。

从进化论的发展可以看出，生命科学知识是在科学家对前人的结论不断质疑、不断证实的基础上进行自我更正的过程中积累起来的。了解生命科学史，对培养研究者和学习者的批判性思维是有积极意义的，同时也能加深学习者正确认识绝对真理和相对真理的关系，从事实中提高哲学素养。

四、生命科学史是前人探究生物学知识的科学过程史

每一个知识点的产生过程，就是一个探究的过程。生命科学史就是前人探究生物学知识的科学过程史。这一点已有论述，这里不再赘述。总之，生命科学史中蕴涵了知识与过程的统一。（过程中包含着思维方式，如

好奇心、求知欲、质疑、推理等；过程中包含着研究方法。）创造科学知识的科学家，哪一个不具备广博的知识呢？DNA双螺旋结构模型的建立，汇集了许多不同学科背景科学家的智慧，显示出知识是非常重要的，仅有沃森和克里克的知识也是办不到的。知识和过程是自然科学的两个维度，二者是统一的，不能割裂开来。没有知识基础怎么创新呢？

值得注意的是，新课程改革以来，已经指出了重结论轻过程的弊端，并且提出“新课程把过程方法本身作为课程目标的重要组成部分，从而从课程目标的高度突出了过程方法的地位”。然而如果把“突出了过程方法的地位”理解为重过程而轻结论，也是极端错误的，因为过程与结论不是对立的。在生物教学中二者必须兼顾并且统一起来。学习生命科学史是能够把结论和过程方法兼顾统一起来的有效途径之一，这样做不仅有助于了解每个知识点的来龙去脉，而且从其中的一些典型事件中可以学习到前人的科学探究方法。

五、生命科学史展示了人们的合作过程

生命科学史展示了在探究知识的过程中，有相同研究方向的人们之间和有不同研究方向的人们之间的合作。

DNA双螺旋结构的问世充分说明了这一点。这个事实表明从事不同学科研究的人，掌握的知识和技术是不同的，而且不同学科背景的人带来了不同的思维方式（尤其是玻尔、德尔布吕克和薛定谔的思想为遗传学研究注入了新的活力，他们的思想极大地影响了沃森和克里克），他们的合作为解决问题提供了不同的思路，他们在解决问题中相互启发，相互补充，相互促进，同时共享了研究成果。

不同的教师也存在知识体系和经验的不同。尤其在知识爆炸的时代，知识更新的速度很快，老中青各层次

的教师的知识结构差别会更大，而教师之间的合作可以弥补这种差别。因此，在生物学教学过程中，生物学教师要与同行合作，也要与其他学科的教师合作。这也启发学生必须重视每一科的学习，只有这样才能为终身学习、生活和工作奠定良好的基础。

六、生命科学史展示了各种观点的碰撞和论争过程

生命科学史展示了在探究知识的过程中科学家所持观点之间的碰撞和论争，在碰撞与论争中，知识得到不断的澄清。

达尔文的自然选择学说发表不久，有人提出了“自然选择作用于哪一种变异”的问题，成为当时争论的焦点。达尔文认为选择主要作用于连续的变异类型上。早期的生物统计学家高尔顿（1822—1911）、皮尔逊（1857—1936），与达尔文的判断一致。到了19世纪末，贝特森用事实证明了环境虽呈现连续的变化，而生物的变异却是不连续的，这种不连续性受遗传的控制，而不受环境控制。1904年，在英国科学促进协会的会议上，贝特森与韦尔登进行了最后的争论，贝特森取得了胜利。针对由什么物质引起发酵的问题，李比希和巴斯德展开了争论。巴斯德提出酿酒中发酵是由于酵母细胞的存在，没有活细胞的存在，糖类是不可能变成酒清的；李比希坚持认为引起发酵的是酵母细胞中的某些物质，这些物质只有在酵母细胞死亡并且裂解之后才能发挥作用。1897年毕希纳用实验证明了李比希认为引起发酵的是酵母细胞中的某些物质的观点是对的，即使是伟大的巴斯德也有发生错误的时候。

这些事实给予我们启示：在教学，尤其在生物学探究教学中，生生之间、师生之间和教师之间发生争论是正常的交流。新课程教学提倡这种交流，允许发表各自的观点，即便有错误也是正常的，关键是拿出证据去证实。

七、生命科学史展示了成功的实验与选择合适的实验对象是分不开的

孟德尔选择了豌豆；摩尔根选择了果蝇；细胞学说的创始人施旺选用具有相似于植物细胞壁的动物脊索细胞和软骨细胞；贝尔登和鲍维里在研究细胞分裂时，选择了马蛔虫细胞；沃尔弗（1733—1794）采用植物组织做研究材料研究生物的生长发育，由植物向动物推广；比德尔和塔特姆最终选择了红色面包霉做生化遗传学研究的材料；德尔布吕克、卢利亚和赫尔希组成著名的“噬菌体小组”，最终选择了病毒作为研究对象；瓦尔堡选择了正在进行细胞分裂的海胆卵进行呼吸速度的研究；悉尼·布雷内、罗伯特·霍维茨和约翰·苏尔斯顿（这三人是2002年诺贝尔生理医学奖获得者）最终选择了线虫来探索“程序性细胞死亡”的奥秘；科学家选择了拟南芥作为植物遗传研究的模式植物。

由以上事例说明了选择合适的研究对象对解决问题非常关键。

这些事实给予我们的启示是：

1.基础教育阶段生物新课程中的探究教学，也涉及选择探究对象的问题，要解决好探究问题，必须先选择好探究对象；

2.培养师资的师范院校开设的生物实验课，实验内容都是计划好的，实验对象也是预先规定好的，只要照着做就可以，这是标准式的“食谱式”的实验，做实验仅仅是为了验证已被肯定了的现象或者是学习一种标准的实验程序。

在这种模式下，学生对“实验”会有兴趣呢？培养的师资能够适应新课程的教学吗？关注科学家筛选研究

对象的做法，对于师资培养和进行生物学探究教学应该是有帮助的。

八、生命科学史呈现着科学家的科学态度、科学精神和科学世界观

科学态度就是实事求是；科学精神就是敢于怀疑、敢于求真、敢于创新；科学世界观就是要认识到世界是可知的，同时还要关注科技发展对社会的影响，养成负责任的态度。巴斯德（1822—1895）和伯格（1926—，DNA序列专家，1980年诺贝尔化学奖得主）的事迹充分体现了科学家的科学素养。

20世纪的许多重大事件，证明了科技对社会具有两面性的作用越来越明显，生命科学的研究成果，可以造福人类，也可以制造生物武器给人类带来灾难。实际上，在日常生活中也是一样，我们每做一件事，不光要想到给自己带来的好处，还要想到会给他人和社会带来什么不便，甚至灾难。只有依靠科学的世界观，才能对事物作出判断并采取适当的个人行为。生命科学史中记载着科学家的生平事迹，从中挖掘科学家的科学态度、科学精神和科学世界观，把它们渗透到生物学教学中，对于培养学生的生物学素养乃至科学素养和人文素养都具有积极的教育意义。

重视生命科学史的教育价值是时代的呼唤。2001年颁布的《全日制义务教育生物课程标准（实验稿）》提出“提高学生的科学素养”的理念。《普通高中生物课程标准（实验）》（简称《标准》）在课程目标中也明确提出，“获得生物学基础事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识，知道生物科学和技术的主要发展方向和成就，知道生物科学发展史上的重要事件”。[8](7)在实施建议的教学建议一栏中，第七个专题“注重生物科学史的学习”中举实例专门强调了“科学是一个发展的过程。学习生物科学史能使学生沿着科学家探索生物世界的道路，理解科学的本质和科学研究的方法，学习科学家献身科学的精神。这对提高学生的科学素养是很有意义的”。并特别说明“对于《标准》中没有列出的其他生物科学史实也应注意引用”。《标准》已经向生

物学教师提出了要求，生物学教师必须具备生命科学史方面的素养。加强这方面的素养主要依靠两条途径来实现。其一，高师院校在本科生、教育硕士、研究生中设置相应课程；其二，可通过新课标培训、新教材培训以及教师培训等继续教育的各个环节来实现。同时呼吁从事生命科学史编撰工作的学者，不断把生命科学发展的最新进展纳入生命科学史的体系中。

注重生物科学史的学习

郑春和 北京市第四中学

普通高中《生物课程标准》指出，科学是一个发展的过程。学习生物科学史能使学生沿着科学家探索生物世界的道路，理解科学的本质和科学研究的方法，学习科学家献身科学的精神。因此，生物科学史对培养学生的生物科学素养有着重要意义。

1 生物科学史是培养学生科学素养的生动教材

科学，作为人类的发明和思想方法，是人类文化的一个重要组成部分，理应在人类的历史中占有显著的地位。在自然科学领域中，生物学的内容极其丰富、复杂而又充满活力，在其发生和发展的各个特定时期内，都有许多科学家倾注了大量的精力，对某个重大问题进行一系列研究，他们曾经遇到各种障碍和坎坷，经历过无数的挫折和失败，但是，凭借科学家的顽强毅力、聪明智慧、不断探索和通力协作，终于取得了令人振奋的成果和成功经验，在生命科学的历史长卷中写下辉煌的一页。

生命科学史正是以生物科学产生和发展的过程为轮廓，以科学发展历程中带有重大转折作用的课题及事件

为主线，用翔实的资料论述科学家的创造性劳动，生动地描述他们进行科学探索的思维过程和方法，同时也对生物学发展的逻辑和社会历史背景等重大问题作出评论。对生物科学史的研究，如同生物科学研究本身一样，既充满兴趣和困难，又显示其必要性，因此说，生物科学史也是一门充满生命力的科学，是培养学生科学素养的生动教材。那么，生物科学史蕴含着哪些教育功能呢？我们回顾一下科学家探索遗传奥秘的100多年的历史，会令人兴奋、感慨万千和受到启迪的。

众所周知，在生命科学历史的长河中，“生命是什么”“遗传的奥秘是什么”，始终是人类永恒不懈探究的主题。1865年，遗传学奠基人孟德尔（G．Mendel）通过豌豆等植物的杂交试验，提出生物性状的遗传受遗传因子控制的假说，并发现著名的孟德尔定律。但是，由于孟德尔的科学思想、研究方法及成果的超前性，使其被埋没了35年。直至1900年，孟德尔的《植物杂交试验》论文，才几乎被德佛里斯（H．de Vries）、科伦斯（C．Correns）、切尔马克（E．von Tsehermak）3位科学家同时发现，并在世界科学界引起轰动和争论。这场争论的开始，几乎使盂德尔理论又面临被扼杀的危险，其间，贝特森（W．Bateson）成为孟德尔学说的坚定捍卫者，从1900—1904年他利用各种机会宣传孟德尔理论，利用一系列试验数据证明孟德尔理论的普遍意义。1906年，他建议把“我们所致力研究的新学科”叫做Genetics，从此“遗传学”宣告诞生。在遗传学的创立过程中，他和约翰逊（W.L.Johansen）一起提出许多新概念，如基因、等位基因、纯合子、杂合子、基因型、表现型等，1909年贝特森出版《孟德尔遗传原理》一书，完成了他对孟德尔著作的重新诠释，书中还提出遗传病是由于缺少某种关键物质引起的，并把遗传与酵素（酶）联系起来。

那么，基因在哪里？基因是什么呢？早在 1900年前，科学家已经认识到减数分裂和受精过程中染色体行为。1902年，萨顿（W．S．Sutton）等发现，染色体动态与贝特森提出的等位别型（后来称为等位基因）的行为完全平行，因此，提出“遗传因子一定是位于染色体上”的假说。但是，贝特森表示“染色质颗粒无论如何复杂，能够具有我们的遗传因子所具有的那种能力是不可思议的”。摩尔根（T．H．Morgan）也宣称

绝不接受“没有实验基础的结论”。1911年，摩尔根等人通过果蝇的杂交实验证实，黑腹果蝇的白眼基因和残翅基因，位于细胞的X染色体上，发现基因的连锁遗传规律。1913年，他的学生斯特蒂文特（A．H．Sturtevant）推出果蝇 X染色体上 6个基因的连锁图；1916年，他的学生布里吉斯（C．B．Bridges）用实验证明，性连锁基因的行为与性染色体行为完全平行，从而提出染色体遗传学说； 1921年他的学生缪勒（H．J．Muller）发现，用 X射线照射X染色体能够诱发基因突变。1922年初贝特森参观了哥伦比亚大学内摩尔根领导的果蝇实验室及布里吉斯等人的工作，使其改变对染色体遗传学说的认识，随后在多伦多国际遗传学会议上宣告：“对于从未见过细胞学奇异景象的人，怀疑染色体是可以原谅的；但是对于果蝇研究者们的主要论点再不能有所怀疑了……我为升起的这颗西方的星，恭谨地奉献我的敬意……”一位毕生为遗传学的诞生和发展做出卓越贡献的著名学者，在其61岁（去世前4年）时放弃坚持了20年的错误，展现出一代伟人的高尚品格，堪称后辈学习的楷模。

那么，基因究竟是什么呢？1885年，魏斯曼（A．Weismann）曾经提出，生物世代之间的联系在于遗传性状的传递，这种传递应是通过一个化学实体进行的。这预示着，一种遗传物质的发现是历史的必然。米歇尔（J．F．Miescher）首先发现核酸，但至今他是个被忘却的学者。早在 1868年，他研究脓细胞、酵母和其他细胞化学时，在细胞核中分离出一种含磷高而含硫低的有机物，这种物质“可能在细胞发育中发挥着极为重要的作用”，被称为核素。他用鲑鱼精子研究核素时，发现一种化学组成不同于鱼精蛋白的酸性物质。由于米歇尔对核素研究的某些不足，曾受到一些人的批评和攻击。1885年，赫特维希（O．Hertwig）提出，核素可能负责受精和传递遗传性状。1895年，威尔逊（E．B．Wilson）指出，遗传也许受到从亲代传递到子代的一类特定化学物质的影响。19世纪末和20世纪初，科塞尔（A．Kossel）研究胸腺和酵母的核素时，发现了核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。早在1900年，莱文（P.A.Levene）开始研究核酸化学的基本原理，先后发表700多篇论文。他提出，来源不同的各种脱氧核糖核酸，4种碱基的克分子数相等，即“四核苷酸假说”。然而，正当人们刚刚认识到核酸的化学组成时，却误认为如此“简单化”的物质不能行

使遗传因子的复杂功能，从而转向探索复杂的蛋白质与遗传因子的关系，使基因本质的研究偏离了正确思路。1910年，德佛里斯力劝遗传学家将精力集中在基因上，他认为“必须通过物理和化学相结合的方法，一直深入到分子或原子这样的单位上，才能正确解释生命世界的种种现象”。

核酸果真是与生物遗传无关的一种“简单化”物质吗？20世纪30年代，哈马斯顿（E．Hammarsten）等人的研究证明，DNA是一种高分子量的长链结构，分子量约为 500 000～1 000 000之间。1936年斯坦利（W.M.Stanley）发现，烟草花叶病毒结晶后仍保持其物理、化学和生物学特性不变。1941年，比德尔（G．W．Beadle）和塔特姆（E．Tatum）提出“一个基因一个酶”的假设，明确地表述出基因的作用；1944年，艾维里（O．Avery）等人继续格里菲斯（F．Griffth）于1928年进行的肺炎双球菌转化的研究，通过肺炎双球菌的体外转化实验证明DNA具有转化作用。1951—1952年间，赫尔希（A．Hershey）和蔡斯（M．Chase）的噬菌体侵染细菌进行复制繁殖的实验，证明DNA能够进行自我复制并指导蛋白质的生物合成，1950年，查格夫（E．Chargaff）用纸层析、离子交换层析和紫外线分光光度计测量等，证实各种不同的DNA分子中4种碱基的数量不等，同种生物体不同器官的DNA分子组成是恒定的，而且腺嘌呤与胸腺嘧啶的数目相等，鸟嘌呤与胞嘧啶的数目相等，这就是所谓的“查格夫法则”。

DNA是遗传物质的观念终于被人们接受了，但由于它的结构仍然是个谜，尚无法解释基因的本质及其遗传功能。早在 1947年，剑桥大学的卡文迪计实验室在英国医学委员会的赞助下，建立“生物系统的分子结构单元”（分子生物学实验室的前身），最初成员为佩鲁兹（M．Perutz）和他的学生肯德鲁（J.Kendrew），克里克、赫胥黎、沃森陆续加入（克里克是佩鲁兹的研究生，沃森是肯德鲁的博士后）。沃森和克里克都是在阅读过薛定愕的《生命是什么》一书后，对基因产生浓厚兴趣的。1947年沃森在印第安纳大学当研究生时曾参加噬菌体研究小组，其博士论文中论述了噬菌体复制中X射线的效应。1949年，克里克在佩鲁兹指导下用 X射线技术研究蛋白质分子的结构。1951年，25岁的沃森与大他12岁的克里克相遇，两位性格截然相反的

学者在科学研究上建立起相互鼓励、密切合作的关系。

沃森和克里克是怎样建构DNA分子双螺旋结构模型的呢？显然，“查格夫法则”对他们构思DNA分子的4种碱基之间的结构联系有着重大启示，另一个重要启示则来源于 X射线衍射晶体学提供的资料。1950年，鲍林（L．pauling）发表的有关蛋白质结构的a 螺旋模型，对他们有很大的启发，使其意识到：先从理论上推测出一种物质分子的各种结构模型，再运用X射线衍射提供的实验数据对模型进行校正，是研究和揭示生物大分子空间结构的极其合理的方法。于是，建议佩鲁兹将楼梯下的一间斗室供他们讨论DNA使用。他们经常与威尔金斯（M．Wilkins）和富兰克林（R．Franklin）沟通研究信息利用威尔金斯提供的X射线数据，富兰克林提供的当时最好的X射线衍射B型DNA图像，经过一系列数据分析、推测和多次建立模型，终于在1953年3月18日提出 DNA双螺旋结构模型。DNA双螺旋结构模型的关键特征，在于内部的特异性碱基遵循互补配对原则，而且互补碱基对的排列顺序可以改变。这样，DNA不仅能够自我复制，而且具有特异性及其多样性，从而使科学家信服基因的化学本质是DNA。

在提出 DNA双螺旋结构模型之前，受其他科学家研究工作的启发，沃森曾经作出一个预测：“DNA→RNA→蛋白质”，并把这个公式贴在办公室的墙壁上。提出DNA双螺旋结构模型之后，沃森和克里克先后发表论文阐述DNA“半保留复制”的设想。此后，科恩伯格（A．Kornberg）、梅塞尔森（M．S．Meselson）和斯塔尔（F．W．Stahl）等科学家揭示出DNA半保留复制的机制。1958年克里克发表《论蛋白质的合成》的论文，提出了著名的“连接物假说”，讨论了核酸中碱基序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系，并详尽地阐述了“中心法则”。此后，梯明（H．Temin）、德尔贝克（R.Dulbecco）和巴尔蒂莫（D．Baltimove）等发现逆转录酶和RNA病毒复制，为此，克里克于 1970年提出了更为完善的中心法则图解。至此，遗传物质及其作用原理告一段落。

总之，遗传学诞生至今有 100年的历史。如果以10年为一个历史阶段，第1个10年科学家主要是探索基因与性状之间的关系；第2个10年则揭示了基同与染色体的关系；但是，从1910—1930年间对基因本质的研究曾经偏离了正确思路。此后的20年，科学家逐渐认识到基因与DNA的关系，为揭开遗传奥秘奠定了基础。50年前，沃森和克里克提出DNA分子双螺旋结构模型，是人类探索生命奥秘历史的必然，它宣告人类对遗传物质及其作用原理的研究迈出了具有里程碑意义的一步，这个发现的重要意义在于扣开了遗传奥秘的大门，改变了整个生物学研究的模式，加速了生命科学发展历史的进程。50年后，人类基因组DNA序列测定的完成，则是生命科学跨人基因组学或后基因组时代的新里程碑。这半个世纪中基因科学的迅速发展，足以使人们欣赏和感悟到DNA双螺旋结构是生命科学中的一朵奇葩，是20世纪生物学的最伟大的成就之一。

综观遗传物质及其作用原理的发现史，使我们认识到科学发现是不能计划或凭空设想的，而是在良好的研究环境和氛围中，通过许多科学家的创造性思维和脚踏实地的努力取得的。在生物科学史中，不仅记载着生命科学知识的形成过程，而且蕴含着科学家的创造性思维方式和灵活多样的科学方法，体现着科学家尊重事实、服从真理和实事求是的科学态度，以及勇于创新、善于合作和无私奉献的科学精神。因此，在高中生物学教学中注重科学史的学习，必将对培养学生的生物科学素养产生深远的影响。

2 将生命科学史的学习融入生物学教学

尽管生物科学史对培养学生的科学素养有着重要的启示作用，由于诸多因素的限制，不可能以科学史为主线编写教材。这就要求教师在教学中针对具体的课题内容及教学目标，从学生的认知水平出发，适当地选取或处理相关的史料，将其作为教学内容的一个组成部分，融入单元课题的教学之中，引导学生从有关科学史的学习中接受教育和启发。

普通高中《生物课程标准》中建议安排的学习史料有两类：一类是必修或选修课本中的以课文形式呈现的史料，如“分析细胞学说建立的过程”、“说明光合作用及对它的认识过程”、“总结人类对遗传物质的探索过程”、“概述植物生长素的发现和作用”、“简述基因工程的诞生”等；另一类是建议学生自行搜集的相关史料，如“搜集DNA分子结构模型建立过程的资料”、“搜集生物进化理论发展的资料”和“搜集有关干细胞研究进展的资料”等。除此之外，有些专题内容还涉及到科学家进行探索的经典实验及资料，如细胞膜的亚显微结构及特性，配子在有性生殖中的作用，孟德尔定律的发现，核酸是遗传物质的实验分析，艾滋病和非典型肺炎等传染病的发生及防治，生态系统的能量流动等。

标准中建议安排的课文性史料，各自蕴含着多种教育功能，教学中要充分发挥它们的作用。例如，在《标准》的“分子与细胞”模块中指出，学习细胞的发现、细胞学说的建立和发展等内容，有助于学生对科学过程和本质的理解。显然，该模块建议安排的“分析细胞学说建立的过程”史料包括：细胞的发现简史和细胞学说创立的简史，其中，主要涉及到虎克（H．Robert）、列文虎克（A．Leeuwenhoek）、施莱登（M．J．Sehleide）、施旺（T．Schwann）和微耳和（R．L．C．Virchow）等科学家的贡献。虎克是第1位用显微镜观察和描述细胞结构的学者，他不但将观察到的软木中每个中空的“小室”称为细胞（cell），而且描述了植物活细胞中的物质。虎克在生物学领域的研究成果带有传奇性，也对科学家有一定的启发，在细胞概念的教学中以虎克事迹导入教学过程，显然容易激发学生的学习兴趣。列文虎克是自学成材的楷模，他充满活力的一生及其研究成果令人钦佩和赞赏，颂扬他的事迹使学生学习科学家的不断进取精神。施莱登和施旺是细胞学说的首创者，细胞学说不仅初步阐明细胞的概念，而且开创了细胞研究的新时代和促进生物学的发展。通过这部分史料的学习，有助于学生认识科学理论的形成是科学发展的必然，又对科学发展的进程产生重大的影响。微耳和是19世纪的一位多才多艺的学者，文化界和社会活动的杰出人物，他创立了细胞病理学并提出“细胞来自于细胞”的观点，从而修正和完善了细胞学说。微耳和的事迹有助于学生领悟科学家的博学、严谨和为科学而献身的精神。

科学史有助于学生理解科学知识，但要根据单元教学目标的要求，对相关史料进行适当整理，突出其主题和关键事件。例如，古希腊学者亚里士多德提出，土壤是构成植物体的原材料。1642年赫尔孟德（J．vanHelmont）栽培的柳苗试验推翻了亚里士多德的观点，至今科学家对光合作用的研究已有360多年的历史。初中阶段的教学在于形成光合作用的概念，以揭示柳苗生长之谜为线索，通过实验引导学生探索光合作用的原料。产物和条件，实际上是重复普利斯特利（Joseph Priestley）、英格豪斯（Jan Ingenhousz）、谢尼伯（Jean Senebier）和萨克斯（Julius Sachs）等科学家的研究过程的方法。高中阶段的教学在于阐明光合作用是一个氧化还原过程可分为光反应和暗反应两个阶段。因此，将瓦伯格（O．Wanbung）、卢宾（S．Ruben）、卡门（M．Kamen）、卡尔文（M．Calvin）、阿尔农（D．Amon）和派克（Pank）等科学家的研究史料整合到相应的教学内容中，不仅有助于学生认识光合作用的实质，而且有助于他们体会科学家的思维过程。

科学史有助于学生形成科学观念，但要尊重科学发展历史的事实，应引导学生对相关史料进行科学而客观的评价。例如，前面概述的人类对遗传奥秘的研究经历了100多年，在每个历史发展阶段中都有起到关键作用的核心人物，如贝特森、摩尔根、莱文等都曾经犯过科学错误，甚至他们的过失成为科学研究的阻力，但不能抵消他们做出的杰出贡献，尤其是贝特森晚年的行为风范令人垂泪。对生物科学发展过程中的重大事件和关键人物进行客观的评价，这就是历史的辩证法。大家知道在遗传学发展史上，孟德尔被尊称为遗传学奠基人，但早在1759—1790年间，科尔罗伊德（J．G．Koelreuter）曾用138种植物进行了500多种杂交实验，他被后人称为“植物杂交试验之父”，孟德尔借鉴科尔罗伊德的成功经验进行豌豆杂交试验；1854年，诺丹（C．Naudin）进行的植物杂交试验成果已经接近于分离规律的边缘，诺丹在遗传学史上享有孟德尔先驱者的盛誉。同样，沃森和克里克的DNA分子双螺旋结构模型被视为具有划时代意义的里程碑，然而，查格夫、鲍林、威尔金斯和富兰克林等人的研究成果，成为DNA分子双螺旋结构模型应运而生的基石。将重大的科学研究成果既看作是历史发展的必然，又充分肯定关键人物的天才和创造，这就是历史唯物主义。

《标准》指出，探究性学习是重要的学习方式，但不应成为唯一的方式。科学探究包括一系列的活动，如发现问题和提出问题、作出假设、逻辑推断、检验假设、分析结论、交流评价等。许多生物科学史料，是对学生进行科学方法训练的好素材。例如，孟德尔是通过分析一对相对性状的杂交试验结果，发现并提出两个问题：一是F1为什么全部为显性？二是F2为什么出现一定比例的性状分离？正是为了解决这些问题，他借鉴物理学的分子和原子论，作出颗粒性遗传因子控制相对性状的假设；进而推测 F1（Dd）的对等性因子之间有显性关系，形成配子时D与d的分离导致杂种自交后代发生性状分离现象；然后运用测交等方法检验假设的合理性，从而得出分离定律。但是，用科学史对学生的科学方法训练，要防止将科学探索的过程固定化，应以活泼多样的学习形式诱发学生的创造性思维。例如，孟德尔分离定律的发现过程以教师简述为主，而自由组合定律则应以学生讨论为主，特别是孟德尔应用正交和反交两组测交试验结果来检验假设的合理性，对学生的思维训练具有重要作用。此外，《标准》中列举的植物生长素的发现史，教师利用现代化教学手段，引导学生沿着科学家的思维方式探索生长素基本理论的形成过程，不仅促使学生深刻领会生长素理论的论点，而且使学生在亲身体验科学探索的过程中接受科学方法的训练。也有的教师将植物生长素的发现史料，作为组织学生开展研究性学习的资料，促使学生在争取探究实验取得成功的活动中，培养他们持之以恒和坚韧不拨的科学品质。

《生物学通报》2004.11