閆白洋

(上海市行知中學 上海 201999)

科學精神是科學教育的核心內容之一[1]。相比科學知識和科學方法，目前，科學教育中科學精神的培養(yǎng)普遍缺失[2]?？茖W史、科學哲學和科學社會學(history， philosophy and sociology of science，簡稱HPS)不僅蘊含著科學知識的形成過程，還蘊含著科學家的創(chuàng)造性思維方式和科學方法，體現(xiàn)了科學態(tài)度和科學精神。因此，HPS對培養(yǎng)學生的科學精神有著重要的價值。要有效地實施科學精神教育，教師必須能正確把握科學精神的本質，理解科學精神演化的歷史進程。本文以遺傳定律的HPS教學為例，挖掘遺傳定律發(fā)現(xiàn)歷程中的科學精神，為促進學生科學精神的養(yǎng)成提供參考。

1 遺傳定律HPS教學中的科學精神

1.1 遺傳定律HPS教學中的求實和實證精神 任何科學工作，必須立足于客觀依據(jù)。1854年夏天，孟德爾(Gregor Johann Mendel)從34株不同品種的豌豆中挑選了22株進行實驗研究。1856年到1863年，孟德爾種植和檢測了28 000棵豌豆，分析了7對性狀。1865年，孟德爾關于豌豆的實驗結果，在布隆自然史學會會議上得到了討論，并發(fā)表于1866年的學術會刊上。之后，孟德爾花了5年時間，試圖通過雜交山柳菊去驗證遺傳定律。1870年，孟德爾發(fā)表論文提到沒有驗證出豌豆中的遺傳規(guī)律。在整個過程中，可以看出孟德爾的發(fā)現(xiàn)均基于客觀的實驗數(shù)據(jù)，并不斷地去求實和驗證。19世紀90年代，荷蘭生物學家德佛里斯(Hugo de Vries)對具有黑白標志的罌粟進行了一系列雜交實驗，觀察到了3∶1比例，并在15個物種中觀察到了分離定律現(xiàn)象。德國生物學家科倫斯(Carl Erich Correns)在玉米的雜交實驗中，觀察到了3∶1比例。奧地利生物學家丘謝瑪克(Erich von Tschermak)利用豌豆的子葉顏色和種子性狀實驗，觀察到了3∶1比例。1911年，摩爾根(Thomas Hunt Morgan)以果蠅為實驗材料，通過白眼突變果蠅與正常紅眼果蠅交配，發(fā)現(xiàn)了伴性遺傳規(guī)律，并第一次證明了基因在染色體上。后來，摩爾根用灰身殘翅果蠅與黑身長翅果蠅雜交，發(fā)現(xiàn)了連鎖與互換定律。由此可知，遺傳定律發(fā)現(xiàn)的過程，就是無數(shù)科學家求實和實證的過程。求實和實證精神是科學家進行科學研究的必備品質。

1.2 遺傳定律HPS教學中的懷疑和批判精神 懷疑和批判精神是對已有的結論、對曾有的權威，皆應保持某種理性的存疑。在遺傳定律發(fā)現(xiàn)過程中，充滿著許多科學家的懷疑和批判，也就是這些懷疑和批判使遺傳定律越來越完善。1868年，達爾文(Charles Robert Darwin)提出了遺傳現(xiàn)象的泛生說理論，認為組成身體的細胞都能產生微粒，并由循環(huán)系統(tǒng)帶到生殖細胞，并集合一起形成后代。在一段時間內，遺傳的泛生說理論被人們所認可，但是也有很多科學家如德佛里斯、高爾頓(Francis Galton)和威斯曼(August Weismann)等，都提出了質疑并進行實驗證明，其中高爾頓用白兔的血注入黑兔體內，實驗證明泛生說理論是錯誤的。在孟德爾提出遺傳定律時，也被很多科學家所懷疑和批判，甚至孟德爾自己都在懷疑和批判自己的理論。主要原因是： 當時很多自然學家在牛的肉奶產量、綿羊產毛量等多基因控制的性狀實驗中，沒有觀察到3∶1現(xiàn)象。在慕尼黑植物學教授耐格里(Carl Nageli)指引下，孟德爾利用山柳菊進行實驗，結果以失敗告終(山柳菊是孤雌生殖)。法國遺傳學家丘諾特(L. Cuenot)進行了關于家鼠毛色的實驗研究，結果出現(xiàn)了2∶1的現(xiàn)象(胚胎致死)。美國胚胎學家摩爾根對孟德爾遺傳定律也是持著懷疑和批判的態(tài)度。在當時科學發(fā)展狀況下，人們還不知道孟德爾的“遺傳因子”與染色體之間關系，科學家提出的懷疑是合理，也是科學發(fā)展所需要的。

1.3 遺傳定律HPS教學中的繼承和創(chuàng)新精神 科學研究是一個長期的過程，繼承和創(chuàng)新精神在科學研究中至關重要。德國科學家科爾羅伊特(Josef Gottlieb Koelreuter)是第一個從事植物雜交研究的科學家，并發(fā)明了植物的人工雜交技術；英國育種學家奈特(Thomas Night)觀察到豌豆的性狀區(qū)分明顯，并且是嚴格的自花傳粉植物。法國科學家薩葉里在從事葫蘆科植物的雜交實驗，發(fā)現(xiàn)了性狀的獨立分配現(xiàn)象。德國科學家格特納(C.F. Gaertner)做了1萬多項植物雜交實驗，分析了9 000多個實驗結果，發(fā)現(xiàn)了F2代植株同F(xiàn)1代植株比較時，F(xiàn)2植株有很大的變異性，由于他把子代作為一個整體來分析，沒有統(tǒng)計雜交后代中的個別性狀。法國科學家諾丁(C. Naudin)發(fā)現(xiàn)了生殖細胞形成過程中的性狀分離現(xiàn)象，但他沒有從概率的角度統(tǒng)計各個性狀出現(xiàn)的頻率。這些早期的研究為孟德爾的研究提供了參考，也是孟德爾成功重要原因。同樣，孟德爾發(fā)現(xiàn)的遺傳定律也為其他科學家的研究提供參考，很多科學家的實驗擴展了孟德爾的工作，并證明了孟德爾定律除了在植物中適用外，在動物中也同樣適用。摩爾根的果蠅實驗，也是基于孟德爾學說進行的，并在此基礎上證明了基因位于染色體上，以及遺傳學中連鎖與互換定律。

1.4 遺傳定律HPS教學中的互助和協(xié)作精神 縱觀歷史，很多科學的發(fā)現(xiàn)以及完善往往都是多代科學家互助和協(xié)作共同完成的。遺傳定律的發(fā)現(xiàn)，孟德爾提出了實驗現(xiàn)象，但并沒有完美解釋。1900年德弗里斯、科倫斯和丘歇瑪克三個人重現(xiàn)了孟德爾遺傳定律現(xiàn)象，使世人關注了遺傳定律現(xiàn)象。之后，貝特森(William Bateson)引入了F1代、F2代、等位基因、合子、純合子、異合子等遺傳學特有的符號。丹麥植物學家約翰森(Wihelm Ludvig Johannsen)引入了基因(gene)這一術語代表遺傳因子，創(chuàng)造了表現(xiàn)型和基因型等遺傳學專用名詞。魏斯曼為孟德爾遺傳定律提供了細胞學基礎。他提出每種生物都由兩種不同成分組成，即種質和體質。有絲分裂是體質細胞的分裂方式，保持染色體數(shù)目恒定。減數(shù)分裂是種質細胞的分裂方式，使染色體數(shù)目減半。受精后，精卵細胞融合又恢復成正常的染色體數(shù)目。1910年，一些生物學家發(fā)現(xiàn)，在配子形成和受精過程中，成對的遺傳因子位于精子和卵子提供的成對的染色體上。波弗里(Theodor Boveri)證明了細胞核控制遺傳，認為不同染色體具有不同的性質。薩頓(Walter Stanborough Sutton)提出成對染色體在減數(shù)分裂過程中的分離，是“孟德爾遺傳規(guī)律的物理基礎”。摩爾根證明了基因位于染色體上。詹森(Frans Alfons Jansses)提出了在減數(shù)分裂早期時，同源染色體相互纏繞在一起。科學家的共同協(xié)作，完善了遺傳定律。由此可以看出，遺傳定律絕不是某個人能夠發(fā)現(xiàn)的，是靠著許多科學家不斷地去互助協(xié)同、探索研究的。

1.5 遺傳定律HPS教學中的不怕失敗和執(zhí)著精神 遺傳定律的發(fā)現(xiàn)到完善經歷近100年，這個過程是科學家不斷失敗、不斷實踐、不斷探索的過程。孟德爾利用了8年時間進行了豌豆實驗，取得了成果，并沒有被人們所認可。之后，孟德爾花了5年時間，試圖通過雜交山柳菊驗證遺傳定律，結果失敗了。即使在1900年遺傳定律被三個科學家同時證明，之后的10年仍然被人們不斷懷疑和論證。摩爾根用了19年的時間證明了基因在染色體上，發(fā)現(xiàn)了基因的連鎖和互換定律，發(fā)現(xiàn)了基因在染色體上呈線性排列等。包括遺傳定律發(fā)現(xiàn)過程中的很多實驗都是在一次次失敗中研究出來的。

2 遺傳定律HPS教學中科學精神的培養(yǎng)策略

2.1 加深教師對科學精神的理解與重視 隨著教育綜合改革的推進，立德樹人的思想深入人心，科學精神是學生六大核心素養(yǎng)之一，學科教師要充分認識到科學精神的重要性。利用HPS培養(yǎng)學生科學精神時，教師必須對HPS中科學精神進行歸納和總結，深刻挖掘和理解HPS中的科學精神。例如遺傳定律HPS的科學精神，如果教師都不清楚知道，更難促進學生科學精神的養(yǎng)成。而且，在教學設計時，要重點突出科學精神的教學目標。并將其與HPS結合起來，學生通過HPS的經歷和體驗，在潛意識中養(yǎng)成科學精神。

2.2 加強HPS中實驗、實踐教學 相比于科學知識和科學方法，科學精神是無形的，不容易實際操作。僅靠教師在課堂教學中講授是無法真正實現(xiàn)科學精神養(yǎng)成的。因此，可以嘗試進行實驗、實踐教學，讓學生在實驗、實踐中體會科學精神。例如遺傳定律HPS教學中，可以讓學生在研究性課題中去培養(yǎng)小麥植株，并進行小麥植株的雜交實驗，統(tǒng)計實驗數(shù)據(jù)。在這個過程中，學生更能養(yǎng)成科學精神。

2.3 實施科學精神的教學行為評價 當前科學教學測評中，對科學精神的評價較少。這也是科學精神被忽視的重要原因。很多教師認為科學精神是屬于精神層面的，具有意識能動性，很難客觀地評價。精神的養(yǎng)成是一個以行為影響思維的過程[3]，為此，可以通過對學生學習過程及行為的綜合測評來評價學生的科學精神。教師在課堂教學中，可以通過考查學生在平時的學習表現(xiàn)和精神狀態(tài)評價學生的科學精神。例如，關注學生是否經常參與和獨立思考，是否經常進行批判和質疑，是否表現(xiàn)出堅持不懈、不怕困難和挫折的品格等。