逍遥学能 2014-05-22 11:46
从陈旧的小本教材笼罩十多年的阴影下，突然看到新改版生物教材，当初的感觉如沐一场新雨，顿觉神清气爽，虹彩四射。仔细研读，确实体会到三册新教材许多突出的优点和新颖之处。
我单从一个角度以点带面的谈谈个人对新教材地领会。虽然，新课标教材即将在全国普及全面地将原旧教材取而代之，但其理念的突出改进是不可抛弃的闪光点，在当时的背景下，是难能可贵的。从这个角度说，也是对即将谢幕的原新教材版的一个盘点与告别，让我们珍惜这最后的感悟，在下一步更上新阶。其中的最突出的一个亮点就是，在几乎各节之中都贯穿的经典实验和渗透的科学史，让生物课堂充盈着科学素养的氛围，下面就这一个问题作一概括性的点戏。
整个高中教材中涉及到科学家有很多位，科学史，让高中生物学教材充分体现出精彩的科学性与历史感。
1 斯帕兰扎尼：两百年前实验思想与成果的一个突破
高高在上的霸道而贪婪的人类脑袋里只知道用冰冷的铁笼子囚装进鹰，而他那古香古色的脑袋瓜中竟奇思妙想出用鹰装进了小巧的铁笼子──这就是意大利科学家斯帕兰扎尼的设计。真是离奇而又理智的超凡脱俗，这个连国家都很古老传统的学者，名字听起来也那么沉重滞闷，却设计了简洁又非同凡响的对比实验，实现了前人对“消化”这个词汇视而不见的明确区分，排除了物理性消化，定论了化学性消化。尤其应引起大家注意的是，时间是在整整200多年前的1773年，单就这一点，就足以让我们刮目相看和钦佩不已。
这个实验的巧妙排除了干扰条件，和暗中的对照性原则，仍是对我们今天的高考实验设计提供了简洁的范例借鉴。
2 恩格尔曼：历史暗影中闪亮的一缕科学智慧的光束
可能在高中生物教材中的实验设计，取巧妙者、极具特色者，当属恩格尔曼的光合作用的设计吧！
把他的实验拿出来，思想之深邃，创意之科学，巧妙至极致，简直叫人佩服得五体投地。与其说是光合作用这第一课时常被许多老师频频选为公开课来展示个人的教坛功夫，莫不如说选这节课更主要是为了展示恩格尔曼为最代表的实验科学的智慧魅力。
恩格尔曼实验的特色，九个字：选材好，手段高，验证妙！这仍不足以概括表达其精妙。这就是科学头脑创造的智慧。①用好氧性细菌的精确定位，判断出水绵细胞中产生氧气，也就是进行光合作用的部位；②水绵有带状叶绿体的特殊结构，且螺旋状分布在细胞中，非常便于观察不同的现象和分析内在的原因；③创造的环境奇特，将临时装片放在黑暗又无氧的环境中，排除了环境中光线和O2的影响；④一束极细的光束再然后是全光照的各层对比。黑暗与极细光束下的对比，螺旋状叶绿体的近端处与远端处的差别。水绵放在黑暗（局部照光）和曝光的条件下进行对照实验。
实际上，从1665年海尔蒙特的柳树培养实验开始，到19 年光合作用大体定位，整整300多年，多位科学家各尽其能尽显了不同的方法，但恩格尔曼的试验在这里仍然显得独放异彩。
3 孟德尔：艺术之都音乐旋律浸染出理性的超前定律
牛顿的两大定律，可谓尽人皆知；而孟德尔的两大定律却深藏冷宫长达35年之久，拖后了人类认识的脚步。
我常想，孟德尔是否是上帝赐予的一个平民之身，专程来揭晓这份极普遍存在于身边又重要无比的定律；来奠基这套人类生活无法缺失、当时科学发展又存在空白的理论。让孟德尔情有独钟痴迷于那一株株特别平常无奇的小豌豆上，然后用了如同中华民族觉醒了几亿民众、浴血奋战抗击日本鬼子的八年历程来研究分析。我们不能不惊叹他如何有那么大的耐心和爱心去一粒粒、一株株、一朵朵地数豆粒、查植株、作花蕊，然后再从那一大堆看似杂乱无序甚至各自为政的数字中，敏锐地看出共同的比例──3：1、1：1、9：3：3：1、3：3：1：1。本来，这个维也纳大学毕业的天主教神父优雅牧师该被音乐的韵律浸染成一个浪漫十足的时尚青年，他却极其冷静相当沉静得寄情于他的执著探究；而且，去除浮躁、耐得寂寞，让他成就了相伴人类的分离定律和组合定律。
实际上，人类或生物不都是在分分合合中演绎着生命的真谛吗？结婚生子、立业成家，是分又合、合而分，不断轮回；细胞分裂，减数受精，是分合的精妙搭配；甚至天下大势，分久必合、合久必分。真不知孟德尔当初在教堂中与豌豆默默地深深对话，参悟了多少社会的奥妙，启迪于多少历史的深意，而提炼出“分合”二字，敲定出这“分合铁律”。使得遗传学才真正成为一门科学，开拓出生命科学的又一方高远的天地。
然而，1865年2月28日，布龙市的自然科学研究会召开例会，身穿黑色修士长袍的43岁的孟德尔走上讲坛，报告了他发现的遗传规津。虽然与会的40多位所谓学者对他所做的八年的研究结论和他所统计的多达21000多件样本的实验结果表示极为钦佩，但对报告中那些繁杂又枯燥的数字没有触动，至多赐予他几许礼貌的掌声。
其中很精妙的是选择豌豆是严格的自花传粉和闭花受粉，很巧的是孟氏研究的7对性状无一连锁，岂不是上天成全？否则，又如何拆解分离与连锁呢？而且，也曾刊登于学会年刊上,还分送欧美的许多图书馆。另外，孟德尔在宣读论文之前,还寄给瑞士著名植物学家内格利。据说，也曾给达尔文邮过自己写的论文，却擦肩而过，当时老达已经出版了《物种起源》达六年之久，已经大红大紫，并坐上英国皇家学院院士的宝座。然而，历史好像总好留点残缺之美，这样伟大的定律，却无人喝彩无人回应，被整整埋没了35年。
现在我们会感叹甚或嘲笑当时的人们是多么蒙昧不醒混沌无知，其中也可能包括着我们崇敬的博物学家进化论的集大成者，是否他也被进化论垄断了头脑，还是隔行如隔山的无奈隔阂？我们都不得而知，甚至怎么揣摩和品位孟德尔当时内心的孤独和超前的寂寞啊？
而有幸的是，上帝太着急了，又派了三位科学家，荷兰植物学家德佛里斯,德国植物学家柯灵斯和奥地利植物学家丘马克，不约而同的在1900年，用不同的材料得出的完全相同的结论，然后十分意外地从旧纸堆里让孟德尔定律重见天日。历史的必然！
还有一句更有意思的后话是，三人之一的科伦斯又在五年后，发现了细胞质遗传，弥补了孟德尔的细胞核遗传。
4 赫尔希与蔡斯：把科学实验作到简洁便是最高境界
1952年，赫尔希（A．D．Hers-hey）与蔡斯（M．Chase）做的噬菌体侵染大肠杆菌的实验，选取的主角材料是T2噬菌体就很有眼光。这种病毒微小到无细胞结构，简单到不能再简单，只有一个蛋白质外壳和内部的DNA，连囊膜都省去了；简单到只有增殖，只有遗传。拨去浮华，只剩本质；省掉表象，直达目的，非此即彼，别无选择。物质单一──蛋白质和DNA，正是当时学界的科学家们最有争议的两大焦点物质。而且，他们又用了很绝很有说服力的放射性同位素示踪法，选取的两大元素S和P也是蛋白质和DNA的最具代表的大使级代表元素；实验瞄准的目标就锁定在两物质之一。结果证明，噬菌体DNA能携带母体病毒的遗传信息到后代中去以后，最后使得艾弗里的实验结论一锤定音。
因为这之前的一个背景是，1944年在纽约洛克菲勒研究所，艾弗里等人由实验得出结论：“转化因子”就是DNA。并在《实验医学杂志》发表了这一研究成果。当时人们对蛋白质的研究特别充分，对其认识比较深入；而在相当长的时间里，人们对DNA的研究非常不够，不像蛋白质那样活跃又引人注意，也就很难设想它能够作为遗传信息的载体。艾弗里 “DNA是遗传物质”的正确结论，不仅没有使科学界立即接受，反而引起了许多人的极大惊讶和怀疑。
鉴于科学界对其理论还抱有怀疑，诺贝尔奖评选委员会认为“最好等到此理论更多地为人们所了解的时再说”。可是，当争议平息、诺贝尔奖评委会准备授奖时，他已经去世了。评委会不得不十分惋惜地承认：“艾弗里于1944年关于DNA携带信息的发现，代表了遗传学领域中一个最重要的成就，他没能得到诺贝尔奖金是很遗憾的”。
终于让对怀疑DNA是遗传物质的科学家们哑口无言，科学界才终于接受了DNA是遗传信息载体的理论。遗传物质之争这才算尘埃落定。
美国分子遗传学家G．S．斯坦特写道：“这项理论到1950年后好像突然出现在空中似的，到了1952年已被许多分子遗传学家奉为信条”。
实际上，艾弗里德成就没有获得诺贝尔科学奖实在属于科学和诺贝尔奖双方都无法弥补的遗憾。虽然如此，这仍无法妨碍着两大实验成为经典。
5 洛伦兹：对生物普施仁爱的现代动物行为学之父
大家对这个名字的了解这不一定是耳熟能详，因为他还真没有出现在人教社高中三册生物教材之中，但是说起第一册第4章的插图中那一行悠然闲逸的小鹅，必会很快地想起。这位从孩童时代就喜欢饲养动物并对其行为产生极大好奇心的科学家，用他那天使般的爱心，化作碧波春水，让小鸭小鹅的红掌轻拨，荡漾其上，奏响了一曲人鸟和鸣的交响和弦。
为了研究，他甚至从实验开始时就和小鸭子一样匍匐学着走路，还不停的象个大鸭子一般叫唤；为了研究，他经常和蛙、鸭、鹅、猴、狗等动物为伍，甚至还学会了几种动物的"语言"，使自己能以同等的身份去接近它们。他的研究如痴如醉，甚至被称为“动物行为学界的怪杰”。与其称为他在研究，莫不如说它在用爱心和动物们平等对话，他在用痴心与小生灵们真诚交友，他在用童心和对这个世界普施仁爱。他的真情终于打动了小鸭们的芳心，它们长大了，他们不向异性们求爱，却向这位主人求爱。
这就是动物行为学界的开山鼻祖、被赫胥黎称为“动物行为学之父”、1973年诺贝尔奖得主、“遗传学之父”孟德尔的老乡、维也纳大学教授康勒德?洛伦兹。他因为对雁鹅的研究而名扬世界，又因诗人情怀描述动物们的生花妙笔写出了《所罗门王的指环》──他也要象所罗门王一样和所有动物们交谈。早在1935年出版的《鸟类的社会行为》一书中，总结了他对比较研究的鸟类达30多种。
1973年，洛仑兹和尼可?廷伯根及卡尔?冯?弗里施一道，因对动物行为的研究作出贡献而获得诺贝尔奖。从此标志着动物行为学步入成年，从而动物行为学才真正步入科学的殿堂而独立为一门学科。高中教材虽然只有一个单节课的一半内容引入了动物行为学，但别有意义，煞是可喜！因为在高中基础生物学揭开了一个领域的一角，因为这是编写者的理念将之包容进中学生的思维。
6 沃森和克里克：融会大真大美于一身的剑桥英杰
中国为何有五千年悠久文明的积淀，却如此让美欧争得了绵延千里的发展后劲，我无法说尽其中原因，但单从中国半个世纪前埋没至少是淡化了一对生物学史上的沃森和克里克就，足以让人扼腕长叹，令人深思不已。这是两位世界大师级分量的科坛巨子，两人获诺贝尔奖时沃森只有25岁，这更能看到他们的才智超凡。
在我大学前的生物学知识记忆里仍没有他们的深刻痕迹，我们都深知牛顿、居里，我们都崇拜爱因斯坦、门捷列夫，我们也感兴趣于史蒂芬霍金等等一大打科学巨匠。提起生物学家，至多知道有个远隔两个世纪的达尔文（遗憾的是在高中人教版必修教材中，达尔文的“自然选择学说”进化理论被浓缩删减得只剩下一大段了）。对于沃森和克里克，我们生物教师都是在教了几年后，才慢慢悟出其理论和意义的非凡伟大，而全国的生物教师一共能有多少人呢？那么普通公民呢？这也许与五十年代一系列的政治形势有关。
实际上，是DNA双螺旋结构的理论，使生物学有了巨大的突破，这有着里程碑的意义，不仅对于生命科学，而且对于整个自然科学的也是影响巨大，高二生物学绪论中说“这是二十世纪最伟大的成就”（而不是最伟大的成就“之一”）。
国庆50年的大典游行中的科技队伍彩车上转动的，是DNA双螺旋结构；中国的硅谷中关村的标志性雕塑《生命》造型，也是DNA双螺旋结构，它深受好评，别有气势。愿这种双螺旋代表的极致的科学之美印在我们每位公民的心中，发扬长远。
生物科学实验的设计是科学家创造性智慧的映现，生命科学理论的深邃是科学家们全部心血的结晶。其中遵循的严谨而独特、科学而高远的思维为高中学生们提供了良好的范例，加之当时技术手段进步又为创新成果提供了保证，这正是生命科学的魅力所在，也是生物教材的闪光所在，也是生物课堂应该的课眼所在，更是高中生物科学素养构建的重点所在。
7．柯勒与米尔斯坦：艺术家的跨越，天才般的创造
这是一对相差20岁的搭档，踩着前人的肩膀，继续探索和尝试，并且充分发挥想象力，将艺术特质嫁接进他们科学的研究中，设计了一个极富想象力和创造力的实验方案。
缺少增生能力的B淋巴细胞和不能生成抗体的瘤细胞，被一道思想的闪电连在一起──强强联合，优势互补：可以产生大量增生能力的骨髓瘤细胞而产生单克隆抗体。艺术家的跨越思想、科学家的研究思维！二次培养筛选，仙台病毒促融，医疗应用价值巨大，使得1984年的诺贝尔生理医学奖独具分量──这就是实验的创造！