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發布時間：2021-06-07 11:00:01 作者：學術小編 來源：www.derer.cn
生命科學中的多媒體輔助教學研究
沈顯生
（中國科學技術大學生命科學學院，安徽合肥230027）
摘要：根據生命科學專業知識體系的特點，在高等學校生命科學教學中應用多媒體課件進行輔助教學具有獨特的優勢。同生物學傳統教學中的掛圖、標本和模型等教具相比，其在聲音、色彩、動畫、視頻、照片和圖片等方面的作用尤為明顯，使課堂教學的內容更加豐富精彩，可極大地提高教學效果和質量。同時，文章指出了其應該注意的七個方面問題。
關鍵詞：多媒體；教學；生命科學
中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A
AStudyofMultimediaTeachingofLifeScience
SHENXian-sheng
（UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei,Anhui230027）
Abstract:Theteachingoflifesciencewithmultimediacoursewarehasuniqueadvantages.Comparedtotraditionalpictures,samplesandmodelsusedinbiologyteaching,thevividsounds,colors,images,animationandvideoofmultimediamaygreatlyenliventheclassroomandraisethequalityandeffectofteaching.Sevenissuesrelatedtosuchmultimediateachingarediscussed.
Keywords:multimedia;teaching;lifescience
近年來，隨著計算機和網絡技術的普及，多媒體輔助教學在全國各地得到了極大的發展，各個高等學校都將多媒體課件教學作為主要的教學輔助手段。多媒體輔助教學對教師的教學方法和學生的學習方式，都產生了重要的影響。[1,2]在絕大多數學科的教學工作中，同傳統的黑板教學模式相比，多媒體輔助教學得到了師生的普遍認可，這是無庸置疑的，也是信息時代帶給我們的好處。但是，任何事物都有其兩面性，我們在充分肯定多媒體輔助教學的優點的同時，也要理性地和積極地關注由此帶來的一些負面影響。
本文以中國科學技術大學生命科學學院為例,探討多媒體課件在生命科學教學中的作用與意義。通過召開青年教師多媒體教學研討會，以及對各個年級學生進行的有關多媒體教學的問卷調查，發現在生命科學專業課的教學中，運用多媒體課件進行教學有其自身的獨特優勢，但在教師和學生對多媒體課件的具體使用方面，存在一些共性問題，值得注意。
一、在生命科學理論課教學中多媒體課件可完全取代傳統教具
在傳統的黑板教學模式中，生物學的教學總是離不開掛圖、標本和模型等傳統教具。特別是動物學和植物學的教學，不僅需要大量的形態圖和解剖圖，還有很多模型與標本。在植物生理學和生物化學的教學中，也使用很多描繪代謝途徑的掛圖。在很多情況下，由于掛圖缺乏直觀性，教師們經常把植物和動物標本或模型帶到課堂上進行教學，尤其是人體解剖學，使用教學模型更加頻繁。所以，在傳統的生物學理論課教學工作中，掛圖、標本和模型等傳統教具曾起到了非常重要的作用。
隨著計算機和網絡技術的出現，多媒體課件可以在聲音、色彩、動畫、視頻、照片和圖片等方面輔助教學，展現了由空間三維+色彩+動畫相組合的知識世界。因為它把感性知識帶進了課堂，使得課堂教學的內容更加豐富而精彩，并且教學素材不受時間和空間的限制，極大地提高了教學的效果和質量，提升了人才培養的層次與手段。由于多媒體課件具有一些傳統教具無法比擬的優點，如教學容量大，信息量大，圖文與聲像并茂，直觀性強，具有動態效果，教學素材來源廣泛（錄象、掃描、照片、繪圖等）；教師在備課時操作簡便，具可復制性可移動性，修訂內容和更新知識極為方便；學生可復制課件，打印課件，或網上復習。[1]由于生命科學的研究對象是生物有機體，對于學習生物的形態、結構、解剖、分類、生長、發育、運動和進化等知識，多媒體課件具有獨特的優勢。所以，生命科學課使用多媒體課件進行教學，越來越受到師生們的歡迎和認可。
目前，生命科學學院的幾乎所有的專業課和專業基礎課都采用了多媒體課件進行教學，所有教室都安裝了多媒體教學系統，在學院的網站上專門開通了用于教學課件下載與閱讀的ftp網址，所有這些都已經成為教學活動的重要組成部分。
二、生命科學課程的內容與性質對多媒體課件的選擇及要求
在生命科學的各門課程中，其內容和性質仍存在著一定的差異。[3,4]有的課程是描述性的，以形態、結構和分類為主；有的課程除了描述性內容外，還有數學公式的推導與計算；而有的課程則完全是描述代謝動態過程的，以化合物的結構變化為主的。如此種種，就要求我們在教學中應該根據不同課程的性質，采用靈活的適合課程特點的教學手段。
例如，動物學和植物學都是以形態描述、結構特征介紹和類群劃分為主要內容，在教學過程中應該全部使用多媒體課件。精彩的動物和植物照片，以及顯微鏡和電子顯微鏡下的細微結構照片等，可使得課堂教學變得栩栩如生。
而對于生態學、微生物學和遺傳學等課程，其內容既有形態描述的部分，又有數學分析和代謝機理介紹。所以，在這些課程的教學過程中，大部分內容是應該使用多媒體課件的，而另一部分內容如果使用黑板加粉筆進行教學，其效果會更好。例如，在種群生態學中的關于種群的增長類型，就應該使用黑板逐步推導種群的指數式增長模型和Logistic增長方程的由來。如果這些部分的內容仍然采用多媒體課件進行教學，當然也是可以的，但學生會更加喜歡并容易接受利用黑板進行推導的教學方式。
在生命科學的所有課程中，從理論上說都是可以使用多媒體課件進行輔助教學的。但根據學生反映和我們的教學實踐，發現在教學內容中凡是有數學公式推導、化學分子結構式或化學反應方程式等教學內容，一般不宜使用多媒體教學，應該現場臨時板書。如我院到目前為止，植物化學仍然以黑板加粉筆的方式進行教學，就是出于這種考慮。
三、運用多媒體輔助教學應該注意的幾個問題
1.課件的結構組成要符合教學規律和教學法的要求
一部優秀的高質量的多媒體課件，不僅體現在課件的具體內容上，而且也反映在課件的結構組成方面。因為傳統的黑板教學模式，老師系統而有條理的板書會給學生們留下一個課堂教學的整體印象，而多媒體教學是發生在屏幕上的視覺和聽覺信號，即現即失。所以，為了讓學生在課前能夠對本次課所學內容做到心中有數，教師在課件的首頁或第2頁要有一張“主要內容”介紹，通過醒目的標題將本課件內容展示出來。當全部課件結束時，在最后還需要有一張“主要內容回顧”。這樣做前后呼應，便于學生對本次教學內容進行快速的回憶與總結。作者不提倡像中學課堂教學那樣進行詳細的總結。因為大學的課堂教學容量大、信息多，加上大學生具有了較強的自學能力，完全可在課后自己總結。在課件的最后，要有下次課程內容的預告，讓學生有所準備。另外，在一門課程開始的第一堂課里，老師需要制作個人信息簡介，包括聯系方式等。
2.課件的版式和背景模式要符合教育心理學要求
多媒體課件的版式應該多樣化，注重簡潔而美觀，重要的術語或重點部分要突出、醒目。多媒體課件應該是ppt(powerpoint)形式的課件，不能在整堂課上全部使用word文本形式的課件。插入的視頻音像材料不能夠太長，一般控制在60—80秒以內，通過剪輯展示最精彩最動人的部分。如果課件的該頁全為文字，字數應該控制在200-250字以內，千萬不要超過250字，字號選28-32號為宜，行間距一定要大于字間距。字體的顏色與背景的反差一定要大。因文字太多，學生無法記筆記。每當字幕一出現，學生們便鴉雀無聲地抄寫，老師的講解反而聽不進去了，因注意力集中在記錄筆記上。這是多媒體教學無法回避的問題之一。圖片或標題出現時不能有聲音，特別是怪異的、刺耳的聲音，那樣會干擾課堂教學。[5]一個學期的所有課件不能用同一種背景，這樣顯得單調枯燥，容易使學生的視覺鈍化。所以，每個星期的ppt課件的背景色彩和式樣需要不斷地變換，讓學生感到在形式上就具有新意。
3.多媒體輔助教學的教室環境要滿足師生交流的需要
為了增加投影儀的效果，有些教師上課時喜歡關閉教室的所有燈光，再拉上遮光窗簾，使得整個教室像座電影院，老師站在昏暗的講臺上，學生根本無法看清老師的目光和表情，這如何實現師生間的互相交流？為了提高銀幕的亮度，教室的前排燈光可以關閉，但其他處燈光的照明仍是需要的。在昏暗的教室里進行多媒體教學，學生極容易產生倦意，甚至出現有些學生在課堂上睡覺的現象。
4.多媒體課件的容量要與教學學時相匹配
高等學校的教學課時安排一般是2節課或3節課連排，這就要求教師在制作多媒體課件時，要以2節課或3節可課的內容為一個課件單元。各個單元的容量要精心組織，與教學學時相匹配，上次課的內容不要拖到下次課講，否則學生會感到教學進度無計劃，教學內容隨意性太大。在課件的容量和順序安排好后，在恰當的位置插入1張或2張美麗精彩的風景或動植物照片，在課間休息時供同學們作視覺欣賞，以消除視覺疲勞，最好不要播放音樂。
5.多媒體輔助教學同樣要求教師常教常新
同過去傳統紙質的教案相比，電子版教案顯得更加先進、高效、安全，使用和攜帶也很方便。有人說教師制作多媒體課件是一件一勞永逸的事情。一旦當某一門課程的電子教案制作好了以后，只要教材不換，甚至課程名稱也不變，以后若干年里就無需年年備課了。所以，有人說多媒體教學使得教師越教越懶。其實，對于一名優秀的老師來說，責任感和事業心會激勵著老師對教學保持常教常新的態度。一方面，由于科學在發展，技術在進步，每年都有許多新的知識需要補充到課件中去；另一方面，每次上完課后，對課堂教學要進行簡要的回顧和總結，對發現的問題要及時修改。所以，教師要堅持常年備課的習慣，將課件不斷地更新，使得內容更加豐富和新穎，以提高教學的效果和質量。
6.多媒體輔助教學需要發揮教師的激情和肢體語言
在使用多媒體進行教學時，教師必須站著講課，不能只坐在電腦臺前操作電腦，兩眼盯在計算機屏幕上。因為利用多媒體進行教學同樣需要發揮教師的激情和肢體語言的作用，利用眼睛隨時與學生溝通，利用各種姿勢表達情感，語句要抑揚頓挫，同時還要不斷地提出一些問題。所以，只有激情滿懷、肢體語言豐富的教師，在多媒體課件的配合下，才能夠把課堂教學變得生動而精彩。因為多媒體是教學的輔助手段，我們千萬不能忘記了“輔助”二字的含義。老師在課堂上適當板書一些字體優美的術語、詞匯或公式等，這不僅是一種欣賞，而且也是必須的，因為有利于學生的記憶。有人喊“粉筆萬歲”，可能就是懷念粉筆的這種畫龍點睛的作用。有的老師把課件做得非常仔細，課堂上要說的每一句話都打在屏幕上，上課時幾乎沒有了發揮空間。所以，有學生說“如果電腦能夠說話，就不需要老師了”，這話值得深思。由于老師的課件十分細致且完整，學生上課不想記筆記，只帶著耳朵坐著聽課，下課后問老師要課件。試想，這樣的教學方式對老師和學生雙方將會產生怎樣的影響？難怪有位退休的老教師說，“就是多媒體教學影響了我們的教學質量，把老師和學生都教懶了。”這話聽起來有些武斷，但仔細一想，有些地方是很有道理的。
7.多媒體課件是教師的勞動成果，教師擁有其知識產權
教師制作一套優秀的多媒體課件不是一件容易的事情，不僅需要花費大量的時間和精力上網查找文字資料、音像資料與圖片，而且還需要精心地組織材料、版式設計與內容制作，同時還需要長期地對相關教學素材進行收集與積累。對于教師辛勤勞動的成果——多媒體課件，他有責任有義務在課堂上向學生們展示與介紹，卻不應該無償地隨便送給學生，應該享有一定的知識產權。由于學生可隨意地得到老師的課件，所以在課堂上懶得記筆記，甚至懶得上課，反正到了考試前，再上網查看課件，背誦課件，就能夠應付考試。難怪有人說，現在的學生越學越懶了，逃課越來越多了。分析造成這種被動學習局面的原因，可能主要有兩個方面：一是教師的課件制作得太仔細、太完整，甚至一部課件就是一本書；二是課件可隨意復制與下載，復習考試范圍以課件為準。所以出現這種情況，與考試的方式和內容有關。辦法是不能僅考查課件上的內容，一定要考查教材上內容，特別是規定的自學內容。作者一貫不提倡學生課后隨意下載或索要后打印課件的做法。作為學生，上課應該記筆記，課后需要閱讀教材，不能夠把教師的課件直接當作教材。[6]當然，教師也要注意講課的速度，并有意識地引導學生課后復習教材。
總之，先進的多媒體輔助教學只不過是一種教學手段而已，并且是一種輔助手段，而只有通過教師的無私奉獻精神和傳授知識的教學技巧與學生自發的強烈的求知欲望相結合，我們的課堂教學才能夠真正實現師生互動，取得事半功倍的效果。無論是教師還是學生，都要積極地、正確地面對多媒體輔助教學。正如一位教育專家所說，計算機網絡技術是推動教學改革的發動機，他在教育領域中的應用，對整個教學活動產生了重大影響。這種影響是根本性的、不可逆轉的、具有普遍意義的，它表明在教育領域正在發生一場真正的革命。[7]
參考文獻：
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［4］張小華.多媒體課件能否成為教材的一部分［J］.教育信息化，2006，(6).
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［6］王明瑩.生物化學課堂教學中的多媒體運用［J］.呼倫貝爾學院學報，2006，(1).
［7］朱榮華.一個創新教育的教學環境正在形成［J］.中國大學教學，2004，（10）：19-24.
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生命科學哲學（PhilosophyOfBiologicalScience）是本世紀六七十年代興起的一股科學哲學思潮，雖然它的興起主要是以本世紀50年代以后生命科學的蓬勃發展為基礎，但從事生命科學哲學研究的哲學家們并不局限于把他們的哲學看作是一門部門哲學，而是更進一步，把他們的哲學看作是科學哲學的新范式：一種與傳統的根植于物理科學之上的科學哲學相對的新的科學哲學。
因此，當代人們提到生命科學哲學就有兩層含義。狹義地講，生命科學哲學是關于生物學的哲學，主要研究生命的本質、生物學的理論結構、概念框架、一般方法等問題。換句話說，生命科學哲學就是關于生命的本體論、認識論和方法論的哲學學科。在此意義上，“生命科學哲學”即是“生物學哲學”，它是科學哲學的一個子學科。廣義地講，生命科學哲學是科學哲學的新思潮。傳統的科學哲學究其根本，都是以物理科學（包括物理學和化學等學科）為根據的，所以新哲學家們把這種哲學稱之為物理科學哲學（PhilosophyOfPhysicalScience）。新哲學則主要是以生命科學為基礎而又兼顧物理科學。所以為了突出新哲學與傳統哲學的不同，一些哲學家把這種新哲學稱之為生命科學哲學。
1生命科學哲學興起的背景
自然科學是哲學的基礎，任何一種哲學的產生都與當時的科學背景密切相關。近代科學是從1543年開始的，雖然這一年出版的兩本偉大著作中的一本——維薩里的《人體的構造》是生物學的一個分支，可是其后的一百多年，生物學并沒有突飛猛進的發展，而運動學和力學卻首先得以快速發展。1687年，牛頓的《自然哲學的數學原理》出版，使經典力學這座宏偉大廈最終落成。此后，物理科學的其它學科也都先后發展起來并逐步成熟。與此相對，生物學在牛頓時代尚處于孕育時期，用恩格斯的話說就是“還處于搜集材料的階段”，牛頓的物理革命在當時并沒有引起生物學的革命性變革。生物學思想的重大革新是在19世紀和20世紀才開始產生的。因此，當科學哲學在17世紀和18世紀開始發展起來的時候，或者說，當培根、笛卡爾、萊布尼茲和康德論述科學和科學方法時，完全是以物理科學為基礎的。在這種情況下，物理科學的思想和方法自然成了評判一切科學的標準，大多數哲學家理所當然地把物理科學看作是科學的標準范式，認為一旦理解了物理科學，就能理解其它任何科學。盡管早在19世紀中葉，達爾文就曾說過生物學的成就將會使哲學出現新繁盛，可是19世紀的科學哲學仍然完全根植于物理科學之中，不論是第一代實證主義（孔德）還是第二代實證主義（馬赫），他們關于科學的本質，科學的理論結構和概念框架、科學方法等等的論述，完全是以經典物理學為依據的。進入20世紀，實證主義發展到了它的第三代——邏輯實證主義。正如提出這種理論的核心人物所說，邏輯實證主義主要依據的自然科學理論是數理邏輯和20世紀初誕生的相對論和量子力學。面對這種情況，著名的生物學家和哲學家恩斯特·邁爾（ErnstMayr）不無遺憾地說：“自從伽利略、笛卡爾、牛頓以來直到20世紀中葉，科學哲學一直由邏輯學、數學和物理學所左右達數百年之久”(〔2〕．piv)。
然而，本世紀中葉以后，由于傳統科學哲學的自身危機以及分子生物學革命和綜合進化論的革新，使哲學家們開始轉向對生物學的哲學概括，以便從生物學中找出科學的新范式，于是，有關生物學的哲學思考成為西方科學哲學討論的一個最熱點的領域之一。在這種討論中，生物學哲學作為一門學科逐步成熟。
我們先從傳統科學哲學的危機談起，傳統科學哲學有三個主要的教條：一是分析命題和綜合命題的區分，認為自然科學的命題是綜合命題；第二是還原論，“即認為每一個有意義的陳述都等值于某種以指稱直接經驗的名詞為基礎的邏輯構造”；第三是演繹的解釋理論，認為科學解釋就是推理，一個需要解釋的對象，只要它能從一些規律性陳述和一些前提條件中推導出來，它就得到了解釋。其中第二點是邏輯實證主義的中心命題，這個命題換個說法就是認為，在科學中，觀察（或經驗）和理論是可以完全分開的，科學的本質就以經驗為基礎建立科學理論，科學理論的正確與否就是看它能否得到證實。奎因在《經驗論的兩個教條》中已對這種經驗與理論的二分法以及第二個教條進行了批評。不過，決定性的批判則來自波普爾。波普爾認為，從邏輯的角度看，完全證實是不可能的，然而反過來，證偽卻是可能的。由此，波普爾提出了證偽主義的科學綱領：科學的標志不在于它的可證實性，而在于它的可證偽性。由于波普爾的工作，科學哲學開始發生一個重大的轉變：從研究科學理論的靜態結構轉向研究科學理論的歷時結構。于是庫恩的范式論、拉卡托斯的研究綱領方法論、費耶阿本德的無政府主義方法論等科學哲學理論相繼出現，使傳統的科學哲學出現嚴重的危機。
我們再從生物學本身的發展看。自從1953年沃森（J.D.Watson）和克里克（F.H.C.Crick）認定DNA的雙螺旋結構以來，生物學便跨進了飛速發展的新時代。短短十多年的時間，遺傳密碼就得以破譯，基因的作用機理也弄清楚，遺傳工程亦開始實施。同時，由于新知識的滲透和綜合，生物學的一些古老的學科，如進化論、胚胎學、分類學等也面貌一新。一時間，世界范圍內出現了一股研究生物學的熱潮，生物學成為繼相對論和量子力學革命以來發展最快，成就最多的學科。生物學的這些革命性發展自然引起越來越多的哲學家對它的關注。他們或者利用生物學的成就重新評價以往科學哲學的適當性，或者從生物學中總結出獨特的認識論、方法論和本體論問題。
傳統科學哲學的危機以及生物學的持續發展因此使生命科學哲學成為當代科學哲學研究中的最激動人心的領域。各種論文和論著大量涌現。1985年，在一些哲學家和生物學家的努力下，一本專門討論生命科學哲學的雜志——《生物學與哲學》也在西方創刊。作為一股新的科學哲學思潮的生命科學哲學就是在70年代興起的，在80年代和90年代，這門學科逐步成熟并不斷發展。
2自主論和分支論：當代生命科學哲學的兩大派別
近來西方出版的幾乎所有生物學哲學的著作都以生物學在科學體系中占有什么位置，或者說生物學與物理科學相比有什么不同這個問題作為開篇。按照羅森伯格的說法，生物學和物理科學的關系問題是“生物學哲學的中心問題”。在此，我們可以換個說法，把這一問題看作是生物學哲學的基本問題，因為，第一，這一問題是任何一個生物學哲學家必須首先提出并要作出回答的問題。“生物學與其它自然科學是否不同和怎樣不同是生物學哲學……所面對的最突出、最明顯、經常被提出、爭議最多的問題”(〔3〕.P13)。第二，對這一問題的不同回答方式及結果，決定著生物學哲學討論的幾乎所有其它問題的回答方式及結果。生物學家和哲學家提出的有關生物學的邏輯的、認識論、本體論和方法論的較具體問題幾乎都是圍繞這一問題展開的，比如還原論與突現論的爭論，關于社會生物學科學性爭論，心身關系的爭論等等都是如此。第三，對于生物學家和生物學哲學家來說，對這一問題的不同回答反映了他們對生物學應當前進的方向的不同看法。生物學的研究應當采取什么樣的方法？未來生物學的重點在什么地方？對生物學和物理學關系問題的不同回答，直接關系到對這些問題的看法。
關于生物學的地位或者說生物學與物理科學關系的爭論一直在兩對立的派別之間進行，這兩個派別，一個可稱之為分支論，一個可稱之為自主論。分支論認為，生物學在原理和方法上與物理科學并沒有什么不同，而且未來的研究到了一定的時候會將整個生物學還原為物理科學。與之相對，自主論則認為生物學理所當然地是一門自主的科學，因為它研究的對象、它的概念結構和方法論與物理科學根本不同。
聯系到前面提到的生命科學哲學興起的背景，我們就可以看出，分支論和自主論實際上是對傳統科學哲學危機和生物學迅速發展的兩種不同的反映。
從科學哲學的轉折來看，本世紀五十年代后，由于波普爾的批判，科學哲學從邏輯實證主義走向與之相對的歷史主義。然而，并不是所有的哲學家都在這種轉折中追隨波普爾、庫恩等人放棄了實證主義，相反，有許多哲學家仍然堅持實證主義的基本原則，只是在細節上對實證主義作了不同程度的修改。這些哲學家有人把他們稱作后實證主義者（Postpositivist）。后實證主義的基本觀點是：
（1）科學是通過建立越來越普遍的經實驗驗證并具有解釋能力的經驗概括發展的，這些經驗概括進一步被組織到更普遍的理論中去以更加擴展和加深這些概括的解釋的統一性和預言的精確性；
（2）科學解釋就是要把被解釋的對象歸并到普遍的規律或定律之下，因此，任何科學都需要規律或定律或至少是可改進的概括；
（3）科學需要規律或定律還因為實踐的預言和控制也是依據規律或定律做出的。沒有規律或定律，不僅解釋是不可能的，預言和控制就更不可能。
（4）不同的學科有不同的發現、規律和理論，但所有這些發現、規律和理論將最終組成一個連貫的理論階梯，在這個理論階梯中，可從最基本的物理學的理論和規律出發推演出所有其它學科的理論和規律，即所有的學科最終可統一于物理學。
當然后實證主義的觀點并不僅是我們所列的這些，但對我們的問題這已足夠。很顯然，后實證主義的這些觀點只不過是對實證主義的進一步修正而已，它們的基礎仍然是物理科學。在生物學的驚人發展面前，這樣的關于科學本性的結論適合生物學嗎？
很顯然，從生物學目前的狀況看，它還不能立刻地，明顯地滿足后實證主義的描述。生物學目前還不象物理科學那樣有許多簡單、精確、相互聯結并具有解釋和預言能力的定律或規律；它的許多發現和描述語言與物理學和化學的發現和語言很少聯系；它研究的模型系統的普遍性也是有限的。所有這些特征使它成為驗證后實證主義科學哲學的很好的場所。這些不同是表面的、暫時的，還是本質的、永恒的呢？
于是，在哲學家中間，生物學與物理學是否不同和怎樣不同的問題，就變為生物學是否和怎樣與后實證主義的哲學圖景相符合的問題。回答相符合的哲學家，就竭力從生物學中尋找材料證明后實證主義哲學圖景的普遍性，并竭力證明生物學與物理學的上述差別是暫時性的。回答不相符合的哲學家則相反，他們從生物學尋找材料反對后實證主義的哲學思想，并竭力表明，生物學與物理學差別是永遠不會消失的。
以上是分支論和自主論爭論的哲學根源——后實證主義和反實證主義（antipositivism）。分支論和自主論的爭論還有其科學自身發展的依據。
本世紀中葉以后，生物學中最激動人心的事件就是分子生物學的革命。由于這一革命，生物學的許多現象都可根據DNA分子的結構得到解釋。分子生物學的成功使許多生物學家以及哲學家堅信，生物學的所有現象最終都可以根據它們組成部分的物理化學規律完全得到說明，物理學和化學的方法完全適合生物學研究。DNA雙螺旋結構發現者之一克里克就斷言：“生物學當代運動的最終目標事實上就是根據物理學和有機化學解釋生物學。對于這一點有很多理由。因為化學和物理學的相關部分……量子力學與我們關于化學的經驗知識一起，表明能為我們提供建立生物學的確定性基礎，這與牛頓力學……為比如機械工程提供基礎是同樣的方式。”(〔4〕.P10)
物理學和化學之所以能為生物學提供一個“確定性基礎，”在這些人看來，是因為生物體最終是由物理材料——運動中的分子和原子組成的。這些分子和原子在生物體中被聚集在不同的組織水平上，一些水平甚至能避開其它水平自主地活動，但是最終都是物理學和化學的產物。因而克里克說：“最終人們希望生物學的整體可根據比它低的水平進而正好從原子水平得到解釋”。(〔4〕P.12)
既然生物有機體可以從其組成部分的物理特性和化學特性得到解釋，所以這些生物學家和哲學家繼續斷言，整個生物學最終將變為物理學和化學的一個分支。
這些生物學家和哲學家就是我們所說的分支論者，概括起來，他們認為：“生物學最好能成為物理科學的一個分支，一個能夠通過運用物理科學方法，現在特別是物理學和有機化學的方法發展的獨立分支”。(〔3〕P16)他們把分子生物學作為用物理學和化學研究生物學的最成功的范例，因此，對他們來說，生物學的其余部分都應象分子生物學一樣，主動地與物理化學靠近。目前，生物學和物理科學之間仍然存在著很大差別，有許多生命現象還不能用物理學和化學解釋，但他們認為，隨著生物學和物理學的發展，最終都可以用物理學和化學來解釋。
然而，除了分子生物學之外，群體遺傳學、綜合進化論、生態學、行為學、分類學等生物學學科在本世紀也得到了革命性發展，“都顯示空前繁榮，茁壯成長”。這些學科都有其本身的詞匯，方法論和概念結構，與其它學科特別是物理科學很少聯系或只有最少的接觸。因此，面對分支論的挑戰，從事這些學科研究的生物學家以及從這些學科搜集材料的哲學家就認為，盡管物理學和化學方法在生物學研究中曾取得過振奮人心的成績，但是物理學和化學的方法并不能完全適合生物學的主題內容。他們認為“生物學真正重要的目標以及獲得這些目標的適當方法，與其它科學的目標和方法是如此不同，以致于生物學的理論和實踐必須與物理學和理論實踐保持持續的隔離。”(〔3〕.p16)這些生物學家和哲學家就是自主論者。根據他們的觀點，生物學追尋的是回答物理學不能回答的問題，因而生物學必須運用物理學提供不了的方法和手段，當然，生物學也可自由地借用物理學的理論和方法，但它不能僅僅簡單地靠借用發展，它必須形成自己的方法。生物學運用物理學方法在某些方面能夠取得成績，但生物學若運用自己獨立的方法則會取得更大更明顯的成就。分支論與后實證主義的觀點是一致的，但在自主論者看來，后實證主義從物理學中得出的科學圖景對生物學來說是完全錯誤的。生物學當然是一門自主的學科，后實證主義那種建立在物理科學基礎之上的科學統一觀念會使生物學走向迷途，并阻礙生物學的快速發展。
除了分子生物學以及宏觀生物學自身研究特點、研究方法使一些人支持分支論、一些人支持自主論外，未來生物學研究的重點在哪一個方面，也是人們支持分支論或自主論的重要原因，或者說是動機。著名生物學家和哲學家恩斯特·邁爾曾說：“許多物理學家堅信全部生物學的見解都能歸結為物理學的定律，這種情況使許多生物學家為了自衛而主張生物學的自主性，很自然，不只是物理學家，而且信奉本質論的哲學家也極力反對這種生物學的解放運動，但是這種解放運動在最近幾十年不斷增強了力量。物理科學的原則，理論和定律是不是能說明生物科學中的每件事呢？生物學至少部分的是不是自主的科學呢？對于這些問題的冷靜討論，由于物理科學和生物科學明顯的對抗情緒，甚至是互相敵對的情緒，就成為非常困難的事情。許多人曾經想把各門科學分類排列，把數學（或者特別把幾何學）規定為科學的皇后。在為爭取各項榮譽如諾貝爾獎金、政府及大學的預算、職位以及在非科學家中的普遍聲望的競爭中，這種對立變得非常表面化了”。(〔1〕.pp37—38)從邁爾的話里我們可以看出，生物學家支持或反對生物學自主性的一個重要原因是為自己從事的職業的重要性作辯護。
3爭論問題的展開
圍繞“生物學和物理學是否不同和怎樣不同這個基本問題，自主論和分支論展開了一系列的爭論。從爭論問題的普遍性程度看，主要有以下幾個不同層次的問題：
首先，最普遍的一個問題是生物學和物理學研究的目標或戰略是否相同的問題。自主論認為，在生物學和物理學的基本研究戰略中存在如下一個明顯的差別：物理科學的解釋框架是機械論的，而生物學的解釋框架則是有目的的、目的論的或功能的。這里所說的機械論廣義地說是指這樣一種觀點：一個系統的行為是通過它的組成部分的牛頓性質——位置和動量（或它們的其它替代量）決定的，一個機械（力學）系統的行為是該系統組成部分的位置和動量數值的數學函數。物理科學對其需要解釋的現象都是通過擴展這些力學概念及建立這種數學函數解釋的。生物學的解釋框架則與此不同，主要是目的論的。這里所說的目的論是指通過尋求系統的目標、功能、需要來解釋系統的行為。生物學在解釋生物現象時不是通過尋求構成生命系統的力學行為來完成，而是通過發現整個系統以及它的組成部分服務的目標、功能或需要來解釋。這就是說，生物學解釋主要依靠的是對生物系統服務目標的正確辯別，而在物理科學中，沒有目標、目的、功能、需要等概念的位置和空間。因此，生物學和物理科學研究的總體目標就不相同：一個通過把現象分解成它的組成部分的力學行為來解釋，另一個則通過在一個給定的現象中辯別出一個功能網絡來解釋。在這種情況下，兩個領域的基本研究戰略就必然不同。
分支論者也承認物理科學與生物科學在解釋方式上存在這種差別，但與自主論者相反，他們認為這種差別是表面的，是可以排除的。
爭論的第二層次的問題是關于生物學和物理科學中理論的本性、數目和關系問題。物理科學的研究對象可區分出不同的層次，對不同層次對象的研究可形成不同的理論，發展出不同的學科分支。這些不同的學科分支和理論可能是獨立研究、獨立建立的，然而，在物理科學中已達到這樣一種水平，不同層次的理論可以邏輯地、數學地整合在一起。力學、光學、熱學、電磁學、量子力學、相對論以及化學鍵理論、化學動力學理論、平衡常數理論等，都如此緊緊地連結在一起，以致于我們可以把這些理論從更基本的到派生的加以分類，然后用基本的解釋派生的，并且可以根據一個領域的理論新進展預測另一個領域理論發展的情況。相比之下，生物科學中的各種理論間的聯系就沒有這么緊密。進化論、遺傳學、生態學、古生物學、胚胎學、發育學、生理學等等學科都有其自身的理論，但這些理論之間的聯系，并不象物理科學那樣可以形成演繹關系，可以數學地整合在一起。舉例來說，進化論對生物學的地位，就象牛頓力學對物理學的地位一樣重要，然而，它們的理論結構卻大不一樣。牛頓力學本身的定律可用數學公式表示，其定律之間可形成嚴密的推理關系，其理論體系可用公理化方法建立，而進化論的理論內容只能定性描述而不能數學化，盡管有人試圖對進化論也作公理化處理。通過牛頓力學可以推演出物理科學其它領域的一系列理論，而通過自然選擇理論卻推不出比如分類學、古生物學、形態學、胚胎學、生態學、遺傳學中的有關理論，盡管有人說自然選擇理論統一了這些學科。面對生物科學與物理科學理論本性、數目和關系的這些差別，自主論認為，這反映了生物科學自身的獨特特點，說明生物學是一門自主的科學，而分支論則認為這種差別是暫性的，這表明生物學在目前還不是一門特別完善的科學，隨著生物學的發展，這種差別將最終消失。
爭論的第三層次的問題是關于生物學中是否存在規律以及規律的形式問題。一般說來，物理科學的理論是由一系列規律或定律經整合或演繹構成的。因此，傳統科學哲學都把規律或定律看作是科學理論的象征，認為任何一門科學都應有自己獨特的規律或定律。生命科學理論范式的形成，使一些人對此發生了懷疑。生物科學的理論是由規律或定律構成的嗎？在當前的爭論中，一些自主論者提出了否定意見，認為在生命科學中并不存在規律，他們認為規律或定律的觀念是傳統科學哲學的偏見，新哲學應摒棄這種偏見。生物學若沒有規律，生物學如何存在和發展呢？這些人認為在生物科學的理論結構中概念起著中心地位，生物學的發展表現在概念含義的擴展和新概念的提出。不過，也有一些自主論者象分支論者一樣承認生物學中存在規律，但他們同時又認為，這種規律是獨特的，與物理科學的規律相比，不僅在內容上而且在形式上都是不同的。這些自主論者認為，物理科學的規律反映的是推挽式的（push—pull）因果機制一個在先的原因產生一個或多個結果，而生物學的規律描述的卻是生物目標、目的或功能與為了得到它們的生物系統之間的關系。目標和它解釋的行為之間的關系不是物理意義上的因果關系，因為在物理科學中，在后的目標不能解釋產生它的事件，但在生物學中，先在事件是由目標解釋的。因此，物理科學中的規律是因果性的，而生物科學中的規律則是功能性的或目的論的。反對這一點的分支論者長期以來一直試圖分析自主論者所說的規律的意義，以便它們也能在非目的論的概括下被表達。分支論者認為，生命現象不過是物理現象的一個復雜的種類，所以對生物學現象的描述與對物理現象的描述就沒有什么種類上或本質上的區別。對他們來說，目的論描述或者是物理規律的方便省略，或者是通向另外的用物理規律對生命現象作更精確的描述的中轉站。
爭論的第四個層次的問題是關于一些只在生物學中出現而不在物理科學中出現的概念和語詞的含義的爭論。比如關于生物學和物理學研究戰略差別的重大爭論目的論和因果關系的爭論必然要涉及到一些概念，象“適合”、“適應”、“競爭”、“掠奪”、“擬態”等。在分子生物學中，人們毫無顧忌地使用象“識別”、“密碼”、“錯誤”等概念。這些概念都是目的論的概念，在物理學中是不存在的。它們能被轉譯成沒有目的論的概念嗎？它們在生物學中的存在是否說明生物學有嚴重錯誤的內容？這些都是值得深入思考的問題。
總之，圍繞生物學哲學的基本問題，哲學家們在從整體研究綱領、目標直到個體概念四個不同層面的具體問題展開自己的討論，這些問題即互相區別又互相聯系，使生物學哲學從總體上既表現出內容上的多樣性，又表現出統一性。
隨著人們對客觀事物認識的不斷加深，已經不再滿足于停留在易解問題的領地，這其中在生命科學領域的復雜性研究又受到了許多跨學科學者的關注。筆者綜述了復雜性的概念、生命科學中的復雜性極其復雜性研究。
關鍵詞生命科學；復雜性科學；生物復雜性
復雜性科學的概念誕生至今已經20多年，這期間有大批學者從不同的領域入手展開了卓有成效的探索。人們希望更全面深入地從客觀世界事物的整體與部分以及層次關聯在時空演化的全程描述角度來研究支配客觀事物運行的基本規律，建立起新世紀科學技術發展的理論基礎，以指導新的發展實踐。
這其中在生命科學領域的復雜性研究又受到了許多跨學科學者的關注，也有人將其稱之為生物復雜性（biocomplexicity）研究，生物復雜性科學主要探索在一些傳統學科間交叉的問題。準確地說，是尋求以定量和整合的途徑來深入了解各種生命系統之間復雜的相互作用，其中既包括生物的、行為的、化學的和物理的相互作用，也包括生態的、環境的和社會的綜合作用等［1］。
1復雜性科學研究的概念和范疇
復雜性的定義是相對于簡單性而言的，簡單性一向是現代自然科學、特別是物理學的一條指導原則。許多科學家相信自然界的基本規律是簡單的。還原論的基本思想也就是找出復雜現象或事物背后的簡單機制。事實上一些復雜的事物或現象，其背后確實存在簡單的規律或過程。
關于復雜性的概念并沒有一個統一的說法，而是根據研究的對象有不同提法，比如，從熵的角度：復雜性等于熱力學測定的一個系熵和無序；信息的角度：復雜性等于一個系統使一個觀測者“驚奇的能力”；分形尺寸：一個系統的“模糊狀況”，即在越來越小的尺寸上顯示的詳細程度；有效的復雜性：一個系統顯示“規律性”而不是隨機性的程度；體系復雜性：由一個體系結構系統的不同層次所顯示的多樣性；語法的復雜性：描述一個系統所需要的語言的普遍性程度；熱力學深度：將一個系統從頭組織在一起所要的熱力學資源的數量；時間計算上的復雜性：一部計算機描述一個系統或解決一個問題所需要的時間；空間計算上的復雜性：一部計算機描述一個系統或解決一個問題所需要的存儲量［2］；等等。
從20世紀30年代系統科學開始興起，人們逐漸認識到系統大于其組成部分之和，系統具有層次結構和功能結構，系統處于不斷地發展變化之中，系統經常與其環境（外界）有物質、能量和信息的交換，系統在遠離平衡的狀態下也可以穩定（自組織），確定性的系統有其內在的隨機性（混沌），而隨機性的系統卻又有其內在的確定性（突現）。
復雜性科學往往研究的是復雜性系統，復雜系統主要有以下表現：（1）系統各單元之間的聯系廣泛而緊密，構成一個網絡。因此每一單元的變化都會受到其他單元變化的影響，并會引起其他單元的變化。（2）系統具有多層次、多功能的結構，每一層次均成為構筑其上一層次的單元，同時也有助于系統的某一功能的實現。（3）系統在發展過程中能夠不斷地學習并對其層次結構與功能結構進行重組及完善。（4）系統是開放的，它與環境有密切的聯系，能與環境相互作用，并能不斷向更好地適應環境的方向發展變化。（5）系統是動態的，它不斷處于發展變化之中，而且系統本多對未來的發展變化有一定的預測能力。
一般來說，復雜性研究的基本方法是：（1）定性判斷與定量計算相結合。（2）微觀分析與宏觀綜合相結合。（3）還原論與整體論相結合。（4）科學推理與哲學思辨相結合。
復雜科學研究中所用的理論工具：（1）非線性科學——非線性動力系統理論（穩定性和分叉理論、混沌、孤子）和統計力學（分形、標度），及非平衡系統中的復雜和隨機現象的研究；（2）計算機模擬——它是十分重要的手段，目前已廣泛用于復雜科學的研究中；（3）計算智能；（4）數理邏輯；（5）在不確定條件下的決策技術；（6）綜合集成技術；（7）整體優化技術等。
2生命科學與復雜性研究
生命科學的研究對象都是復雜系統，（具有關聯性、多樣性、自學習、自組織、開放、動態的特點），生命科學研究的系統正因為其復雜性，對其構成的原因和演化的歷程，此前均缺乏了解，也因此吸引了復雜性科學研究者的高度重視。近幾十年來，對生物系統所具有的整體性、關聯性、網絡層次性、統計漲落性、內在和外在的隨機性、模糊性、開放性和歷史性等這一類復雜系統的典型特征進行了探討。生物體本身的特點以及生物的進化使得人們的思維方式從單純的物理學簡單系統的研究轉變為對生物學的復雜系統的研究［3］。
基因是生命遺傳的基本密碼，生物體的復雜結構和功能不僅僅是由基因決定的，也是由基因組中大量的非編碼信息和非編碼基因決定的。因此生物體的復雜結構和功能不僅僅是由基因決定的，也不僅僅是由基因組中大量的非編碼信息決定的，而是由這些元素在生物體各個層次上復雜、動態的相互作用決定的。
作為生命系統的指揮和協調中心—神經系統，其中樞功能結構為大腦，近十年來腦功能的科學研究是復雜科學領域中的一個熱點。大腦有復雜的結構，它的組織層次按空間尺度有：分子、膜、突觸、神經元、核團、回路、網絡、層、投射、系統。大腦表現出的某些高級功能是不能在較低的層次上觀察到的，其中有些是由各個單元之間的相互作用而涌現出的集體行為。人們的思維規律是不斷變化的，但是最低層次的規律是不變的。腦功能的復雜性首先體現在各神經子系統自身的高度非線性、不穩定性和適應性；其次體現在它們之間相互連接的非均勻性及大規模并行等特點。不僅如此，即使在非常簡單的神經系統中也存在著令人驚異的復雜性，這反映在它們的功能、演化歷史、結構和編碼方式。比如，單個神經元放電的時間序列包含復雜多樣的時間模式，反映了神經細胞內的復雜的動力學過程［4］。腦電信號是中樞神經系統自發產生的生物電活動，它包含了豐富的神經系統狀態和變化的信息，因而在臨床和神經電生理研究中得到了廣泛的應用。現在人們對EEG建立動力學模型，并研究其中的混沌現象，顯示動力學模型方法對于研究大腦正常生理和病理狀態具有的意義［5］。
近年來控制領域實現和發展了腦控系統，即基于腦電信號的人機融合控制系統，直接以腦電信號為基礎，通過腦機接口來實現控制。“腦控”研究涉及神經科學、計算機科學、控制科學和心理學等多學科交叉。相關研究已經開發出了利用大腦的思維、通過電子接口來控制各種設施的運動狀態，并取得預期效果的“腦控技術”，這項技術在醫療等多個方面具有重要的應用價值。
人工生命（ArtificialLife）是近10年發展起來的一個新方向，是以進化為主要特征的復雜性研究。人工生命致力于研究生命形式（并不局限于某種特定的載體）的普遍特征。地球上的生命被看成是一種具有特定載體—蛋白質—的特定生命形式，地球上的生命進化也僅僅代表一種特定的進化途徑，因此可以用別的物質來構造另類載體的生命形式，賦予它們生命的特征，使其具有進化、遺傳、變異等等生命現象，得到生命的普遍行為［2］。
其他如心血管系統中的心率變異性和管腔應變問題；動態病（以異常時間組織結構為特征的疾病，如周期性發熱、周期性關節腫脹等）的預防、治療和數學建模問題；生態系統的種群繁殖問題；流行病中的疾病傳染規律；生化反應的動力學過程；免疫系統中信號產生、傳遞和轉導的動力學過程等都體現了生物系統的復雜性，屬于復雜性科學研究的范疇。
因為生命體的多樣性和復雜性決定了臨床醫學本身的復雜性；疾病是復雜的，不僅生命體本身病理過程復雜，而且心理、社會、環境等因素都會影響病理過程；許多復雜性疾病，如心血管疾病、癌癥、艾滋病等皆是生命體多層次、多層面因素作用的結果。現代醫學是在還原論指導下對生命和疾病局部的、分離的認識，仍停留在分析和描述的水平上；所以需要借助復雜性研究方法。在研究方法和觀念上有所突破。
祖國傳統中醫學獨特的思維方法和對復雜系統整體狀態的把握與復雜性研究有類似的思路。中醫學對人體內部的相互作用以及人體與環境的相互作用提出了眾多的命題，為現代醫學研究準備了豐富的素材，對中醫的理論體系的認識還必須運用物理學、生物學、數學、控制論、系統論等學科的最新知識。
復雜性科學對我們來說是一個充滿未知的領域，研究方法上既有還原論，也有綜合論和系統論，這兩種思想正在經歷碰撞并開始出現融合的趨勢。但是在研究對象上，它研究的問題并不是剛剛出現，而是因為人們認識的深度和它本身的難度，使這一類問題被擱置了起來。目前，對復雜性的研究已經分別在一些學科取得了初步的進展，隨著科技的進步、人類對自然和自身認識的深化，生命科學中的復雜性問題必然會被逐步地認識和解決。
https://www.51ky.com/Study/Article_5519.htm
研究生命現象的科學。既研究各種生命活動的現象和本質，又研究生物之間、生物與環境之間的相互關系，以及生命科學原理和技術在人類經濟、社會活動中的應用。生命科學所要回答的首要問題就是"什么是生命？"這個古老的命題。一般說來，生命具有新陳代謝、生長、遺傳、剌激反應等特征。這些特征是生命運動的具體反應。生命科學就是研究生命運動及其規律的科學。
生命科學是一門有很長歷史的學科。在人類文明的初期，人們已經注意到了生命與非生命的區別，并對生物進行觀察、描述，收集整理了大量材料。17世紀前，由于科學技術水平的限制和神學的桎梏，古老的生物學始終停留在觀察和描述階段。到18世紀，伴隨工業革命和自然科學的發展，對生物進行分門別類的研究成為主要課題，林奈總結了前人的成果，建立了系統分類學。19世紀，物理學和化學進一步發展，新技術不斷地應用于生物研究。使生物學由描述性的學科楊為實驗性的學科。1838年和1839年，德國的施萊登和施旺分別通過對植物和動物細胞的研究，提出了細胞學說：一切生物的基本構造單位是細胞。英國科學家達爾文在1859年出版的巨著《物種起源》中，提出了生物是由低級向高級不斷進化的進化論學說，他認為生物的變異和自然選擇是推動生物進化的根本原因。1865年，孟德爾發現了生物性狀遺傳的兩個基本定律，即分離定律和自由組合定律，開始了遺傳學的研究。20世紀初，摩爾根進一步提出了基因定位于染色體上和基因學說。從而使生物學躍入了近代科學的行列。從另一方面看，生命科學又是一門非常年輕的學科。它的一些基本概念和理論都是隨著20世紀以來物理學、化學等有關學科的迅速發展而建立起來的。1945年，理子力學創始人之一薛定諤在《什么叫生命？》一書中預告，一個生物學研究的新紀元即將開始。他說："目前的物理學和化學顯然還缺乏說明在生物體中所發生的各種事件的能力，然而，絲毫沒有理由去懷疑它們是不能用這兩門科學來說明的。"隨著電子顯微鏡、X－射線晶體衍射、同位素等先進技術在生物學中的應用，生物學研究取得了重大突破。美國科學家鮑林用X－線衍射方法研究了蛋白質的分子結構，發現由氨基酸構成的肽鏈在一定條件下，可以形成螺旋結構。1953年，沃森和克里克通過對脫氧核糖核酸（DN-A）的X-射線衍射照片進行分析和計算，提出了DNA的雙螺旋結構模型，并提出了遺傳信息就是以核苷酸排列的順序儲存于DNA分子之中。以此為突破口。誕生了分子生物學。隨后科學家們又破譯了全部遺傳密碼，指出蛋白質分子中的氨基酸排列順序是以DNA分子中核苷酸排列為模板翻譯的，每三種核苷酸為一種氨基酸密碼。不久克里克提出了遺傳的中心法則：遺傳信息的表達，是以DNA為模板轉錄為MRNA，再以MRNA為模板，按遺傳密碼翻譯為蛋白質。這樣，構成生命的兩大類最基本的生物大分子━━蛋白質和核酸在生命過程中作用達到了統一，就能夠從本質上解釋生命現象。現代生命科學不僅有不同于傳統生物學的許多特點，而且深刻影響著現代科學的各個領域。具體地說（1）從量子水平、原子分子水平、亞細胞和細胞水平、組織器官水平、個體水平、種群和群落、生態系統、生物圈等不同層次上研究生命現象及其相互關系，與其相應，出現了量子生物學、分子生物學、細胞生物學、組織學和生理學、微生物學和動植物學、群體生物學、生態學等學科、這些學科從微觀到宏觀的不同水平上，對生命科學的內在規律進行精細地研究。（2）多學科相互滲透，使生物學出現了一系列的分支學科和邊緣學科。如研究基因及其基因表達的分子遺傳學，研究生物大分子的結構與功能、生物體內化學變化的生物化學，以及生物物理學、生物數學、生物力學、生物光學、生物醫學、農業生物學環境生物等。（3）應用生物學的形成。20世紀末，現代生物技術（生物工程）已經直接影響到人們的經濟生活和社會生活，如近年來興起的基因工程，它利用DNA的重組技術，將人們所需要的基因或基因片斷組合在一起，從而創造出人們所希望的生物大分子物質，甚至新的物種。又如利用發酵工程，可以大規模生產干擾素（一種抗病毒的活性蛋白質）。醫學遺傳學和分子生物學的研究，使人們能夠從遺傳的物質基礎DNA的改變上找出某些疾病的原因。現已發現了十多種癌基因，以及這些癌基因表達的機制。人類最終攻克癌這一"不治之癥"已為期不遠了。人造器官的植入使得一些生命垂危的人又獲生機。此外，現代生物技術在農林、醫藥、食品、能源環境保護等領域中，正發揮著重要作用。生命科學的研究，還為電子計算機、人工智能、工程控制論等的研究，提供許多新的啟示。此外，生命，科學某些領域的研究，還影響到社會科學和人們的社會生活，如流行病與古代文化的關系，環境污染與環境保護，心理疾病，人口、計劃生育與社會發展，行為科學與政治學，記憶、思維等高級生命活動的機制，等等。生物體的高度協調性和對物質和能量的精確利用方式，還為現代的管理科學、能源科學、交通運輸、通訊等，提供了很好的研究和模擬的對象。
生命科學史的教育價值
摘要：生命科學史揭示了人們思考和解決生物學問題的思想歷程，展示了生命科學各個學科形成的歷史以及各個學科之間的聯系，揭示了自然科學的本質，揭示了每一個知識點的產生過程就是一個探究的過程，展示了在探究知識的過程中科學家之間的合作以及科學家所持觀點之間的碰撞和論爭，展示了成功的實驗與選擇合適的實驗對象之間密切相關，呈現了科學家的科學態度、科學精神和科學世界觀。生命科學史對于培養學生的生物學素養乃至科學素養具有積極的意義，在探究性學習中將發揮重要的作用。
關鍵詞：生命科學史；教育價值；生物學素養；探究性學習
中圖分類號：G427文獻標識碼：A
作者簡介：王永勝（1961—），內蒙古人，東北師范大學教授，碩士生導師，在讀博士生，主要研究課程與教學論、生物學課程與教學論；楊瑞林（1969—），山西太谷人，山西師范大學講師，東北師范大學碩士生，生物學課程與教學論專業。
最近幾年來，有關生命科學史的譯本以及著作開始出現。有的師范院校已將生命科學史納入課程計劃并開始實施，一些中學生物教師也開始認識到生命科學史在中學生物教學中的作用（展示知識發生過程，展現科學精神,展示科學研究方法），并且提出具體做法（創設情境，引入課題；介紹方法，啟迪思維；突破教學難點）。[1]然而，生命科學史中蘊涵的教育價值遠不止這些。新一輪基礎教育課程確立了“知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀”三位一體的課程目標，生命科學史中蘊涵的教育價值對于實現這樣的課程目標具有積極的意義，對于教師教育也具有積極的意義，本文的目的就在于進一步挖掘生命科學史的教育價值。
一、生命科學史揭示了人們思考和解決生物學問題的思想歷程
生命科學史是一部思想史，它揭示了人們思考和解決生物學問題的思想歷程。這些思想是受當時的文化背景和科學技術水平制約的，生物學新知識的產生，都需要首先從思想方法上有所突破。
“物種是演變的”思想的確立就是對“物種是不變的”思想的突破。[2](475—549)，[3](236—267)人類對生命個體發育的探究歷程也體現了思想方法上的突破。[2](253—297)，[3](125—152)，[4](37—56，134—148)這些事實反映了思想氛圍影響著人們對事物的認識，如果當時的思想氛圍是不科學的，就會導致人們對事物的錯誤認識。反過來，人們通過對事物的科學探究，獲得對事物的正確認識，又會改變人的思想，進而改變思想氛圍，使人們對事物的認識產生一次飛躍。
生命科學史展示了科學家所處的時代背景，記錄著科學家的思想以及思想轉變，而科學家的思想以及思想轉變與他們從事的科學探究是密切相關的。這對學習者形成正確的思想具有積極的教育意義。
二、生命科學史展示了生命科學各個學科形成的歷史
生命科學史展示了生命科學各個學科形成的歷史，它能夠從整體上告訴我們各個學科是在解決什么問題的過程中發展起來的，還能告訴我們各個學科之間的聯系。這有助于研究者發現尚未解決的問題和需要進一步解決的問題，有助于學習者建立知識點之間的聯系，建構完整的知識結構。
遺傳學的建立和發展經歷了細胞遺傳學、群體遺傳學、微生物遺傳學和分子遺傳學等階段的發展。[2](565—655)，[3](280—335)，[4](149—168，213—259)如果孟德爾不運用數學知識對數據進行統計分析，就不能發現遺傳規律；如果沒有細胞學的發展，薩頓和鮑維里就不能認識到遺傳因子與染色體之間的聯系；如果塔特姆不精通微生物知識，基因與酶之間的關系就不能建立起來。總之，如果不依靠各方面的知識，就不可能打開解決問題的思路。
遺傳學是在解決遺傳的規律是什么、遺傳物質是什么、遺傳物質具有什么結構、遺傳物質如何復制和如何控制多肽鏈的生成等一系列問題的過程中發展起來的，環環相扣，知識體系相當清楚。如果我們在學習中能夠循著這樣的線索展開，了解這一系列問題的解決過程，那么這一部分的知識結構就建構起來了，而且還可能聯系到新的問題上去。
三、生命科學史揭示了自然科學的本質
生命科學史揭示了自然科學的本質。自然科學從本質上表現出以下特征：定量化、觀察、實驗、科學過程、在自我更正中完善和積累。[5]
定量化的特點是將生命科學和數學結合在一起。孟德爾就是運用數學統計方法對實驗數據進行統計分析，才發現分離和自由組合規律的；如果沒有群體遺傳學家對群體進行研究，建立數學模型，那么自然選擇學說的機制也許就不會被揭示。只有對不同環境下獲得的大范圍的樣品進行遺傳方差的統計分析，才能將遺傳引起的變異與環境引起的變異區分開。[4](160)精確的定量化使生命科學成為人們公認的真正意義上的科學。
觀察與實驗是生命科學的基石。通過實驗來研究事物，特別是通過精確的對照實驗來研究問題是自然科學的又一突出特征。在自然科學領域，實驗是向自然界提出真正的、必須解決的問題，并且尋找答案的方法。實驗方法首先在生理學領域得到運用。19世紀70、80年代，薩克斯（1832—1897）領導的植物學派，對于生物學中實驗方法的運用起了特別重要的作用。[4](94)19世紀80年代，魯（1850—1924）將實驗方法引入原先注重描述性工作的胚胎學領域。[2](291),[3](149-153),[4](41)通過胚胎學，實驗方法又擴展到細胞學和遺傳學，最后又擴展到進化論的研究中。到了20世紀30年代，大多數生物學領域，除了古生物學和系統分類學，都采用了實驗分析和物理、化學方法而取得新進展。
生命科學史顯示了產生每個知識點的科學過程。例如，20世紀初，薩頓和鮑維里在孟德爾遺傳學以及19世紀末在染色體的變化、體細胞與生殖細胞的分裂等方面的成果上，提出了染色體學說，即（孟德爾所說的）遺傳因子可能就在染色體上。但是當時拿不出證據證明他們的觀點。直到1910年，摩爾根通過一系列實驗發現，控制果蠅眼色的基因位于性染色體上，才證明了薩頓、鮑維里的假說。從“基因位于染色體上”這一知識點的形成過程，可以看到科學過程的步驟。
生命科學也是在自我更正的過程中積累和進步的。達爾文建立了以自然選擇為核心的進化論，可人們在承認生物進化論的同時，卻不愿意接受達爾文對進化原因進行臆想的方法，不滿意達爾文對進化機制的解釋。德弗里斯將實驗方法引入對進化論的研究中，提出了“突變學說”，以此來解釋達爾文的自然選擇學說。在20世紀的頭十年，得到生物學界的廣泛接受。然而，1910年，果蠅遺傳學的發展表明，果蠅群體中不斷發生著突變，卻沒有產生物種的變化。1912～1915年細胞學的精確研究，沉重地打擊了德弗里斯的學說，他所認為的大規模突變產生的性狀實際上是已有性狀的復雜重組。[4](26-32)細胞遺傳學，尤其是群體遺傳學的建立，才闡明了自然選擇的機制。40年代，在達爾文進化論的基礎上，提出了綜合進化論。在綜合進化論盛行了多年之后，1968年，木村資生提出了“分子進化的中性學說”。1972年，埃爾德雷奇和S.J.古爾德提出了間斷平衡論，引起了科學界的重視和研究。進化理論還在發展之中。
從進化論的發展可以看出，生命科學知識是在科學家對前人的結論不斷質疑、不斷證實的基礎上進行自我更正的過程中積累起來的。了解生命科學史，對培養研究者和學習者的批判性思維是有積極意義的，同時也能加深學習者正確認識絕對真理和相對真理的關系，從事實中提高哲學素養。
四、生命科學史是前人探究生物學知識的科學過程史
每一個知識點的產生過程，就是一個探究的過程。生命科學史就是前人探究生物學知識的科學過程史。這一點已有論述（王薦，2002），這里不再贅述。總之，生命科學史中蘊涵了知識與過程的統一。（過程中包含著思維方式，如好奇心、求知欲、質疑、推理等；過程中包含著研究方法。）創造科學知識的科學家，哪一個不具備廣博的知識呢？DNA雙螺旋結構模型的建立，匯集了許多不同學科背景科學家的智慧，顯示出知識是非常重要的，僅有沃森和克里克的知識也是辦不到的。知識和過程是自然科學的兩個維度，二者是統一的，不能割裂開來。沒有知識基礎怎么創新呢？
值得注意的是，新課程改革以來，已經指出了重結論輕過程的弊端，并且提出“新課程把過程方法本身作為課程目標的重要組成部分，從而從課程目標的高度突出了過程方法的地位”。[6](116-118)然而如果把“突出了過程方法的地位”理解為重過程而輕結論，也是極端錯誤的，因為過程與結論不是對立的。在生物教學中二者必須兼顧并且統一起來。學習生命科學史是能夠把結論和過程方法兼顧統一起來的有效途徑之一，這樣做不僅有助于了解每個知識點的來龍去脈，而且從其中的一些典型事件中可以學習到前人的科學探究方法。
五、生命科學史展示了人們的合作過程
生命科學史展示了在探究知識的過程中，有相同研究方向的人們之間和有不同研究方向的人們之間的合作。
DNA雙螺旋結構的問世充分說明了這一點。這個事實表明從事不同學科研究的人，掌握的知識和技術是不同的，而且不同學科背景的人帶來了不同的思維方式（尤其是玻爾、德爾布呂克和薛定諤的思想為遺傳學研究注入了新的活力，他們的思想極大地影響了沃森和克里克），他們的合作為解決問題提供了不同的思路，他們在解決問題中相互啟發，相互補充，相互促進，同時共享了研究成果。
不同的教師也存在知識體系和經驗的不同。尤其在知識爆炸的時代，知識更新的速度很快，老中青各層次的教師的知識結構差別會更大，而教師之間的合作可以彌補這種差別。因此，在生物學教學過程中，生物學教師要與同行合作，也要與其他學科的教師合作。這也啟發學生必須重視每一科的學習，只有這樣才能為終身學習、生活和工作奠定良好的基礎。
六、生命科學史展示了各種觀點的碰撞和論爭過程
生命科學史展示了在探究知識的過程中科學家所持觀點之間的碰撞和論爭，在碰撞與論爭中，知識得到不斷的澄清。
達爾文的自然選擇學說發表不久，有人提出了“自然選擇作用于哪一種變異”的問題，成為當時爭論的焦點。達爾文認為選擇主要作用于連續的變異類型上。早期的生物統計學家高爾頓（1822—1911）、皮爾遜（1857—1936），與達爾文的判斷一致。到了19世紀末，貝特森用事實證明了環境雖呈現連續的變化，而生物的變異卻是不連續的，這種不連續性受遺傳的控制，而不受環境控制。1904年，在英國科學促進協會的會議上，貝特森與韋爾登進行了最后的爭論，貝特森取得了勝利。[3](302-304),[4](66-67)針對由什么物質引起發酵的問題，李比希和巴斯德展開了爭論。巴斯德提出釀酒中發酵是由于酵母細胞的存在，沒有活細胞的存在，糖類是不可能變成酒清的；[2](338)李比希堅持認為引起發酵的是酵母細胞中的某些物質，這些物質只有在酵母細胞死亡并且裂解之后才能發揮作用。1897年畢希納用實驗證明了李比希認為引起發酵的是酵母細胞中的某些物質的觀點是對的，[4](182-183)即使是偉大的巴斯德也有發生錯誤的時候。
這些事實給予我們啟示：在教學，尤其在生物學探究教學中，生生之間、師生之間和教師之間發生爭論是正常的交流。新課程教學提倡這種交流，允許發表各自的觀點，即便有錯誤也是正常的，關鍵是拿出證據去證實。
七、生命科學史展示了成功的實驗與選擇合適的實驗對象是分不開的
孟德爾選擇了豌豆；摩爾根選擇了果蠅；細胞學說的創始人施旺選用具有相似于植物細胞壁的動物脊索細胞和軟骨細胞；[3](160)貝爾登和鮑維里在研究細胞分裂時，選擇了馬蛔蟲細胞；[3](168-170)沃爾弗（1733—1794）采用植物組織做研究材料研究生物的生長發育，由植物向動物推廣；[2](278-283)比德爾和塔特姆最終選擇了紅色面包霉做生化遺傳學研究的材料；[4](231)德爾布呂克、盧利亞和赫爾希組成著名的“噬菌體小組”，最終選擇了病毒作為研究對象；[4](234-236)瓦爾堡選擇了正在進行細胞分裂的海膽卵進行呼吸速度的研究；[4](148)悉尼·布雷內、羅伯特·霍維茨和約翰·蘇爾斯頓（這三人是2002年諾貝爾生理醫學獎獲得者）最終選擇了線蟲來探索“程序性細胞死亡”的奧秘；科學家選擇了擬南芥作為植物遺傳研究的模式植物。
由以上事例說明了選擇合適的研究對象對解決問題非常關鍵。這些事實給予我們的啟示是：1.基礎教育階段生物新課程中的探究教學，也涉及選擇探究對象的問題，要解決好探究問題，必須先選擇好探究對象；2.培養師資的師范院校開設的生物實驗課，實驗內容都是計劃好的，實驗對象也是預先規定好的，只要照著做就可以，這是標準式的“食譜式”的實驗，做實驗僅僅是為了驗證已被肯定了的現象或者是學習一種標準的實驗程序。在這種模式下，學生對“實驗”會有興趣呢？培養的師資能夠適應新課程的教學嗎？關注科學家篩選研究對象的做法，對于師資培養和進行生物學探究教學應該是有幫助的。
八、生命科學史呈現著科學家的科學態度、科學精神和科學世界觀
科學態度就是實事求是；科學精神就是敢于懷疑、敢于求真、敢于創新；科學世界觀就是要認識到世界是可知的，同時還要關注科技發展對社會的影響，養成負責任的態度。巴斯德（1822—1895）和伯格（1926—，DNA序列專家，1980年諾貝爾化學獎得主）[7](21-23)的事跡充分體現了科學家的科學素養。
20世紀的許多重大事件，證明了科技對社會具有兩面性的作用越來越明顯，生命科學的研究成果，可以造福人類，也可以制造生物武器給人類帶來災難。實際上，在日常生活中也是一樣，我們每做一件事，不光要想到給自己帶來的好處，還要想到會給他人和社會帶來什么不便，甚至災難。只有依靠科學的世界觀，才能對事物作出判斷并采取適當的個人行為。生命科學史中記載著科學家的生平事跡，從中挖掘科學家的科學態度、科學精神和科學世界觀，把它們滲透到生物學教學中，對于培養學生的生物學素養乃至科學素養和人文素養都具有積極的教育意義。
重視生命科學史的教育價值是時代的呼喚。2001年頒布的《全日制義務教育生物課程標準（實驗稿）》提出“提高學生的科學素養”的理念。《普通高中生物課程標準（實驗）》（簡稱《標準》）在課程目標中也明確提出，“獲得生物學基礎事實、概念、原理、規律和模型等方面的基礎知識，知道生物科學和技術的主要發展方向和成就，知道生物科學發展史上的重要事件”。[8](7)在實施建議的教學建議一欄中，第七個專題“注重生物科學史的學習”中舉實例專門強調了“科學是一個發展的過程。學習生物科學史能使學生沿著科學家探索生物世界的道路，理解科學的本質和科學研究的方法，學習科學家獻身科學的精神。這對提高學生的科學素養是很有意義的”。并特別說明“對于《標準》中沒有列出的其他生物科學史實也應注意引用”。[8](36)《標準》已經向生物學教師提出了要求，生物學教師必須具備生命科學史方面的素養。加強這方面的素養主要依靠兩條途徑來實現。其一，高師院校在本科生、教育碩士、研究生中設置相應課程；其二，可通過新課標培訓、新教材培訓以及教師培訓等繼續教育的各個環節來實現。同時呼吁從事生命科學史編撰工作的學者，不斷把生命科學發展的最新進展納入生命科學史的體系中。
參考文獻：
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〔2〕〔美〕瑪格納（MagnerL.N.）.生命科學史〔M〕.李難，崔極謙，王水平，譯.天津：百花文藝出版社，2001.
〔3〕汪子春，田洺，易華.世界生物學史〔M〕.長春：吉林教育出版社，1997.
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〔6〕教育部基礎教育司組織.走進新課程：與課程實施者對話〔M〕.北京：北京師范大學出版社，2002.
〔7〕〔美〕波拉克.解讀基因：來自DNA的信息〔M〕.楊玉齡，譯.北京：中國青年出版社，2000.21-23.
〔8〕中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標準（實驗）〔S〕.北京：人民教育出版社，2003.
（責任編輯：李冰）
TheEducationalValueofLifeScienceHistory
YANGRui-lin,WANGYong-sheng
（CollegeofLifeScience,NorthEastNormalUniversity,ChangchunJilin130024,China）
Abstract:Thelifesciencehistorydisclosestheprocessofthinkingandsolvingbiologyproblems.Itrepresentsthehistoryofdisciplineformationoflifescienceandtheirrelations,anddisclosestheessenceofnaturalscience.Thelifesciencehistoryalsoprovesthattheprocessofknowledgegenerationistheprocessofinquiry,andthereexistcontradictionsanddebatesbetweenscientistsduringthecourseofinquiring,andtherearecloseconnectionbetweenasuccessfulexperimentandafitfulchoiceofexperimentalobject.Finally,thelifesciencehistoryrepresentsthescientificattitude,scientificspiritandscientificworldoutlook,whichhavegreatsignificanceincultivatingstudents'biologicalqualityandscientificqualityandplayanimportantroleininquiry-basedlearning.
Keywords:lifesciencehistory;educationalvalue;biologicalquality;inquiry-basedlearning
