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发布时间：2021-06-07 11:00:01 作者：知网小编 来源：www.it54.cn
生命科学中的多媒体辅助教学研究
沈显生
（中国科学技术大学生命科学学院，安徽合肥230027）
摘要：根据生命科学专业知识体系的特点，在高等学校生命科学教学中应用多媒体课件进行辅助教学具有独特的优势。同生物学传统教学中的挂图、标本和模型等教具相比，其在声音、色彩、动画、视频、照片和图片等方面的作用尤为明显，使课堂教学的内容更加丰富精彩，可极大地提高教学效果和质量。同时，文章指出了其应该注意的七个方面问题。
关键词：多媒体；教学；生命科学
中图分类号：G642.0文献标识码：A
AStudyofMultimediaTeachingofLifeScience
SHENXian-sheng
（UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei,Anhui230027）
Abstract:Theteachingoflifesciencewithmultimediacoursewarehasuniqueadvantages.Comparedtotraditionalpictures,samplesandmodelsusedinbiologyteaching,thevividsounds,colors,images,animationandvideoofmultimediamaygreatlyenliventheclassroomandraisethequalityandeffectofteaching.Sevenissuesrelatedtosuchmultimediateachingarediscussed.
Keywords:multimedia;teaching;lifescience
近年来，随着计算机和网络技术的普及，多媒体辅助教学在全国各地得到了极大的发展，各个高等学校都将多媒体课件教学作为主要的教学辅助手段。多媒体辅助教学对教师的教学方法和学生的学习方式，都产生了重要的影响。[1,2]在绝大多数学科的教学工作中，同传统的黑板教学模式相比，多媒体辅助教学得到了师生的普遍认可，这是无庸置疑的，也是信息时代带给我们的好处。但是，任何事物都有其两面性，我们在充分肯定多媒体辅助教学的优点的同时，也要理性地和积极地关注由此带来的一些负面影响。
本文以中国科学技术大学生命科学学院为例,探讨多媒体课件在生命科学教学中的作用与意义。通过召开青年教师多媒体教学研讨会，以及对各个年级学生进行的有关多媒体教学的问卷调查，发现在生命科学专业课的教学中，运用多媒体课件进行教学有其自身的独特优势，但在教师和学生对多媒体课件的具体使用方面，存在一些共性问题，值得注意。
一、在生命科学理论课教学中多媒体课件可完全取代传统教具
在传统的黑板教学模式中，生物学的教学总是离不开挂图、标本和模型等传统教具。特别是动物学和植物学的教学，不仅需要大量的形态图和解剖图，还有很多模型与标本。在植物生理学和生物化学的教学中，也使用很多描绘代谢途径的挂图。在很多情况下，由于挂图缺乏直观性，教师们经常把植物和动物标本或模型带到课堂上进行教学，尤其是人体解剖学，使用教学模型更加频繁。所以，在传统的生物学理论课教学工作中，挂图、标本和模型等传统教具曾起到了非常重要的作用。
随着计算机和网络技术的出现，多媒体课件可以在声音、色彩、动画、视频、照片和图片等方面辅助教学，展现了由空间三维+色彩+动画相组合的知识世界。因为它把感性知识带进了课堂，使得课堂教学的内容更加丰富而精彩，并且教学素材不受时间和空间的限制，极大地提高了教学的效果和质量，提升了人才培养的层次与手段。由于多媒体课件具有一些传统教具无法比拟的优点，如教学容量大，信息量大，图文与声像并茂，直观性强，具有动态效果，教学素材来源广泛（录象、扫描、照片、绘图等）；教师在备课时操作简便，具可复制性可移动性，修订内容和更新知识极为方便；学生可复制课件，打印课件，或网上复习。[1]由于生命科学的研究对象是生物有机体，对于学习生物的形态、结构、解剖、分类、生长、发育、运动和进化等知识，多媒体课件具有独特的优势。所以，生命科学课使用多媒体课件进行教学，越来越受到师生们的欢迎和认可。
目前，生命科学学院的几乎所有的专业课和专业基础课都采用了多媒体课件进行教学，所有教室都安装了多媒体教学系统，在学院的网站上专门开通了用于教学课件下载与阅读的ftp网址，所有这些都已经成为教学活动的重要组成部分。
二、生命科学课程的内容与性质对多媒体课件的选择及要求
在生命科学的各门课程中，其内容和性质仍存在着一定的差异。[3,4]有的课程是描述性的，以形态、结构和分类为主；有的课程除了描述性内容外，还有数学公式的推导与计算；而有的课程则完全是描述代谢动态过程的，以化合物的结构变化为主的。如此种种，就要求我们在教学中应该根据不同课程的性质，采用灵活的适合课程特点的教学手段。
例如，动物学和植物学都是以形态描述、结构特征介绍和类群划分为主要内容，在教学过程中应该全部使用多媒体课件。精彩的动物和植物照片，以及显微镜和电子显微镜下的细微结构照片等，可使得课堂教学变得栩栩如生。
而对于生态学、微生物学和遗传学等课程，其内容既有形态描述的部分，又有数学分析和代谢机理介绍。所以，在这些课程的教学过程中，大部分内容是应该使用多媒体课件的，而另一部分内容如果使用黑板加粉笔进行教学，其效果会更好。例如，在种群生态学中的关于种群的增长类型，就应该使用黑板逐步推导种群的指数式增长模型和Logistic增长方程的由来。如果这些部分的内容仍然采用多媒体课件进行教学，当然也是可以的，但学生会更加喜欢并容易接受利用黑板进行推导的教学方式。
在生命科学的所有课程中，从理论上说都是可以使用多媒体课件进行辅助教学的。但根据学生反映和我们的教学实践，发现在教学内容中凡是有数学公式推导、化学分子结构式或化学反应方程式等教学内容，一般不宜使用多媒体教学，应该现场临时板书。如我院到目前为止，植物化学仍然以黑板加粉笔的方式进行教学，就是出于这种考虑。
三、运用多媒体辅助教学应该注意的几个问题
1.课件的结构组成要符合教学规律和教学法的要求
一部优秀的高质量的多媒体课件，不仅体现在课件的具体内容上，而且也反映在课件的结构组成方面。因为传统的黑板教学模式，老师系统而有条理的板书会给学生们留下一个课堂教学的整体印象，而多媒体教学是发生在屏幕上的视觉和听觉信号，即现即失。所以，为了让学生在课前能够对本次课所学内容做到心中有数，教师在课件的首页或第2页要有一张“主要内容”介绍，通过醒目的标题将本课件内容展示出来。当全部课件结束时，在最后还需要有一张“主要内容回顾”。这样做前后呼应，便于学生对本次教学内容进行快速的回忆与总结。作者不提倡像中学课堂教学那样进行详细的总结。因为大学的课堂教学容量大、信息多，加上大学生具有了较强的自学能力，完全可在课后自己总结。在课件的最后，要有下次课程内容的预告，让学生有所准备。另外，在一门课程开始的第一堂课里，老师需要制作个人信息简介，包括联系方式等。
2.课件的版式和背景模式要符合教育心理学要求
多媒体课件的版式应该多样化，注重简洁而美观，重要的术语或重点部分要突出、醒目。多媒体课件应该是ppt(powerpoint)形式的课件，不能在整堂课上全部使用word文本形式的课件。插入的视频音像材料不能够太长，一般控制在60—80秒以内，通过剪辑展示最精彩最动人的部分。如果课件的该页全为文字，字数应该控制在200-250字以内，千万不要超过250字，字号选28-32号为宜，行间距一定要大于字间距。字体的颜色与背景的反差一定要大。因文字太多，学生无法记笔记。每当字幕一出现，学生们便鸦雀无声地抄写，老师的讲解反而听不进去了，因注意力集中在记录笔记上。这是多媒体教学无法回避的问题之一。图片或标题出现时不能有声音，特别是怪异的、刺耳的声音，那样会干扰课堂教学。[5]一个学期的所有课件不能用同一种背景，这样显得单调枯燥，容易使学生的视觉钝化。所以，每个星期的ppt课件的背景色彩和式样需要不断地变换，让学生感到在形式上就具有新意。
3.多媒体辅助教学的教室环境要满足师生交流的需要
为了增加投影仪的效果，有些教师上课时喜欢关闭教室的所有灯光，再拉上遮光窗帘，使得整个教室像座电影院，老师站在昏暗的讲台上，学生根本无法看清老师的目光和表情，这如何实现师生间的互相交流？为了提高银幕的亮度，教室的前排灯光可以关闭，但其他处灯光的照明仍是需要的。在昏暗的教室里进行多媒体教学，学生极容易产生倦意，甚至出现有些学生在课堂上睡觉的现象。
4.多媒体课件的容量要与教学学时相匹配
高等学校的教学课时安排一般是2节课或3节课连排，这就要求教师在制作多媒体课件时，要以2节课或3节可课的内容为一个课件单元。各个单元的容量要精心组织，与教学学时相匹配，上次课的内容不要拖到下次课讲，否则学生会感到教学进度无计划，教学内容随意性太大。在课件的容量和顺序安排好后，在恰当的位置插入1张或2张美丽精彩的风景或动植物照片，在课间休息时供同学们作视觉欣赏，以消除视觉疲劳，最好不要播放音乐。
5.多媒体辅助教学同样要求教师常教常新
同过去传统纸质的教案相比，电子版教案显得更加先进、高效、安全，使用和携带也很方便。有人说教师制作多媒体课件是一件一劳永逸的事情。一旦当某一门课程的电子教案制作好了以后，只要教材不换，甚至课程名称也不变，以后若干年里就无需年年备课了。所以，有人说多媒体教学使得教师越教越懒。其实，对于一名优秀的老师来说，责任感和事业心会激励着老师对教学保持常教常新的态度。一方面，由于科学在发展，技术在进步，每年都有许多新的知识需要补充到课件中去；另一方面，每次上完课后，对课堂教学要进行简要的回顾和总结，对发现的问题要及时修改。所以，教师要坚持常年备课的习惯，将课件不断地更新，使得内容更加丰富和新颖，以提高教学的效果和质量。
6.多媒体辅助教学需要发挥教师的激情和肢体语言
在使用多媒体进行教学时，教师必须站着讲课，不能只坐在电脑台前操作电脑，两眼盯在计算机屏幕上。因为利用多媒体进行教学同样需要发挥教师的激情和肢体语言的作用，利用眼睛随时与学生沟通，利用各种姿势表达情感，语句要抑扬顿挫，同时还要不断地提出一些问题。所以，只有激情满怀、肢体语言丰富的教师，在多媒体课件的配合下，才能够把课堂教学变得生动而精彩。因为多媒体是教学的辅助手段，我们千万不能忘记了“辅助”二字的含义。老师在课堂上适当板书一些字体优美的术语、词汇或公式等，这不仅是一种欣赏，而且也是必须的，因为有利于学生的记忆。有人喊“粉笔万岁”，可能就是怀念粉笔的这种画龙点睛的作用。有的老师把课件做得非常仔细，课堂上要说的每一句话都打在屏幕上，上课时几乎没有了发挥空间。所以，有学生说“如果电脑能够说话，就不需要老师了”，这话值得深思。由于老师的课件十分细致且完整，学生上课不想记笔记，只带着耳朵坐着听课，下课后问老师要课件。试想，这样的教学方式对老师和学生双方将会产生怎样的影响？难怪有位退休的老教师说，“就是多媒体教学影响了我们的教学质量，把老师和学生都教懒了。”这话听起来有些武断，但仔细一想，有些地方是很有道理的。
7.多媒体课件是教师的劳动成果，教师拥有其知识产权
教师制作一套优秀的多媒体课件不是一件容易的事情，不仅需要花费大量的时间和精力上网查找文字资料、音像资料与图片，而且还需要精心地组织材料、版式设计与内容制作，同时还需要长期地对相关教学素材进行收集与积累。对于教师辛勤劳动的成果——多媒体课件，他有责任有义务在课堂上向学生们展示与介绍，却不应该无偿地随便送给学生，应该享有一定的知识产权。由于学生可随意地得到老师的课件，所以在课堂上懒得记笔记，甚至懒得上课，反正到了考试前，再上网查看课件，背诵课件，就能够应付考试。难怪有人说，现在的学生越学越懒了，逃课越来越多了。分析造成这种被动学习局面的原因，可能主要有两个方面：一是教师的课件制作得太仔细、太完整，甚至一部课件就是一本书；二是课件可随意复制与下载，复习考试范围以课件为准。所以出现这种情况，与考试的方式和内容有关。办法是不能仅考查课件上的内容，一定要考查教材上内容，特别是规定的自学内容。作者一贯不提倡学生课后随意下载或索要后打印课件的做法。作为学生，上课应该记笔记，课后需要阅读教材，不能够把教师的课件直接当作教材。[6]当然，教师也要注意讲课的速度，并有意识地引导学生课后复习教材。
总之，先进的多媒体辅助教学只不过是一种教学手段而已，并且是一种辅助手段，而只有通过教师的无私奉献精神和传授知识的教学技巧与学生自发的强烈的求知欲望相结合，我们的课堂教学才能够真正实现师生互动，取得事半功倍的效果。无论是教师还是学生，都要积极地、正确地面对多媒体辅助教学。正如一位教育专家所说，计算机网络技术是推动教学改革的发动机，他在教育领域中的应用，对整个教学活动产生了重大影响。这种影响是根本性的、不可逆转的、具有普遍意义的，它表明在教育领域正在发生一场真正的革命。[7]
参考文献：
［1］刘和海，王清.高等学校多媒体教学现状的调查与研究［J］.教育与现代化，2006,(4):40-45.
［2］王劲松.现代多媒体教学经验谈[J].中国科技信息，2006，(9).
［3］孟展.现代化多媒体教学手段利弊分析研究［J］.中国科技信息，2006，(10).
［4］张小华.多媒体课件能否成为教材的一部分［J］.教育信息化，2006，(6).
［5］阮绪芝.细胞生物学多媒体课件制作及教学体系［J］.山西医科大学学报，2001，(4).
［6］王明莹.生物化学课堂教学中的多媒体运用［J］.呼伦贝尔学院学报，2006，(1).
［7］朱荣华.一个创新教育的教学环境正在形成［J］.中国大学教学，2004，（10）：19-24.
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生命科学哲学（PhilosophyOfBiologicalScience）是本世纪六七十年代兴起的一股科学哲学思潮，虽然它的兴起主要是以本世纪50年代以后生命科学的蓬勃发展为基础，但从事生命科学哲学研究的哲学家们并不局限于把他们的哲学看作是一门部门哲学，而是更进一步，把他们的哲学看作是科学哲学的新范式：一种与传统的根植于物理科学之上的科学哲学相对的新的科学哲学。
因此，当代人们提到生命科学哲学就有两层含义。狭义地讲，生命科学哲学是关于生物学的哲学，主要研究生命的本质、生物学的理论结构、概念框架、一般方法等问题。换句话说，生命科学哲学就是关于生命的本体论、认识论和方法论的哲学学科。在此意义上，“生命科学哲学”即是“生物学哲学”，它是科学哲学的一个子学科。广义地讲，生命科学哲学是科学哲学的新思潮。传统的科学哲学究其根本，都是以物理科学（包括物理学和化学等学科）为根据的，所以新哲学家们把这种哲学称之为物理科学哲学（PhilosophyOfPhysicalScience）。新哲学则主要是以生命科学为基础而又兼顾物理科学。所以为了突出新哲学与传统哲学的不同，一些哲学家把这种新哲学称之为生命科学哲学。
1生命科学哲学兴起的背景
自然科学是哲学的基础，任何一种哲学的产生都与当时的科学背景密切相关。近代科学是从1543年开始的，虽然这一年出版的两本伟大著作中的一本——维萨里的《人体的构造》是生物学的一个分支，可是其后的一百多年，生物学并没有突飞猛进的发展，而运动学和力学却首先得以快速发展。1687年，牛顿的《自然哲学的数学原理》出版，使经典力学这座宏伟大厦最终落成。此后，物理科学的其它学科也都先后发展起来并逐步成熟。与此相对，生物学在牛顿时代尚处于孕育时期，用恩格斯的话说就是“还处于搜集材料的阶段”，牛顿的物理革命在当时并没有引起生物学的革命性变革。生物学思想的重大革新是在19世纪和20世纪才开始产生的。因此，当科学哲学在17世纪和18世纪开始发展起来的时候，或者说，当培根、笛卡尔、莱布尼兹和康德论述科学和科学方法时，完全是以物理科学为基础的。在这种情况下，物理科学的思想和方法自然成了评判一切科学的标准，大多数哲学家理所当然地把物理科学看作是科学的标准范式，认为一旦理解了物理科学，就能理解其它任何科学。尽管早在19世纪中叶，达尔文就曾说过生物学的成就将会使哲学出现新繁盛，可是19世纪的科学哲学仍然完全根植于物理科学之中，不论是第一代实证主义（孔德）还是第二代实证主义（马赫），他们关于科学的本质，科学的理论结构和概念框架、科学方法等等的论述，完全是以经典物理学为依据的。进入20世纪，实证主义发展到了它的第三代——逻辑实证主义。正如提出这种理论的核心人物所说，逻辑实证主义主要依据的自然科学理论是数理逻辑和20世纪初诞生的相对论和量子力学。面对这种情况，著名的生物学家和哲学家恩斯特·迈尔（ErnstMayr）不无遗憾地说：“自从伽利略、笛卡尔、牛顿以来直到20世纪中叶，科学哲学一直由逻辑学、数学和物理学所左右达数百年之久”(〔2〕．piv)。
然而，本世纪中叶以后，由于传统科学哲学的自身危机以及分子生物学革命和综合进化论的革新，使哲学家们开始转向对生物学的哲学概括，以便从生物学中找出科学的新范式，于是，有关生物学的哲学思考成为西方科学哲学讨论的一个最热点的领域之一。在这种讨论中，生物学哲学作为一门学科逐步成熟。
我们先从传统科学哲学的危机谈起，传统科学哲学有三个主要的教条：一是分析命题和综合命题的区分，认为自然科学的命题是综合命题；第二是还原论，“即认为每一个有意义的陈述都等值于某种以指称直接经验的名词为基础的逻辑构造”；第三是演绎的解释理论，认为科学解释就是推理，一个需要解释的对象，只要它能从一些规律性陈述和一些前提条件中推导出来，它就得到了解释。其中第二点是逻辑实证主义的中心命题，这个命题换个说法就是认为，在科学中，观察（或经验）和理论是可以完全分开的，科学的本质就以经验为基础建立科学理论，科学理论的正确与否就是看它能否得到证实。奎因在《经验论的两个教条》中已对这种经验与理论的二分法以及第二个教条进行了批评。不过，决定性的批判则来自波普尔。波普尔认为，从逻辑的角度看，完全证实是不可能的，然而反过来，证伪却是可能的。由此，波普尔提出了证伪主义的科学纲领：科学的标志不在于它的可证实性，而在于它的可证伪性。由于波普尔的工作，科学哲学开始发生一个重大的转变：从研究科学理论的静态结构转向研究科学理论的历时结构。于是库恩的范式论、拉卡托斯的研究纲领方法论、费耶阿本德的无政府主义方法论等科学哲学理论相继出现，使传统的科学哲学出现严重的危机。
我们再从生物学本身的发展看。自从1953年沃森（J.D.Watson）和克里克（F.H.C.Crick）认定DNA的双螺旋结构以来，生物学便跨进了飞速发展的新时代。短短十多年的时间，遗传密码就得以破译，基因的作用机理也弄清楚，遗传工程亦开始实施。同时，由于新知识的渗透和综合，生物学的一些古老的学科，如进化论、胚胎学、分类学等也面貌一新。一时间，世界范围内出现了一股研究生物学的热潮，生物学成为继相对论和量子力学革命以来发展最快，成就最多的学科。生物学的这些革命性发展自然引起越来越多的哲学家对它的关注。他们或者利用生物学的成就重新评价以往科学哲学的适当性，或者从生物学中总结出独特的认识论、方法论和本体论问题。
传统科学哲学的危机以及生物学的持续发展因此使生命科学哲学成为当代科学哲学研究中的最激动人心的领域。各种论文和论著大量涌现。1985年，在一些哲学家和生物学家的努力下，一本专门讨论生命科学哲学的杂志——《生物学与哲学》也在西方创刊。作为一股新的科学哲学思潮的生命科学哲学就是在70年代兴起的，在80年代和90年代，这门学科逐步成熟并不断发展。
2自主论和分支论：当代生命科学哲学的两大派别
近来西方出版的几乎所有生物学哲学的著作都以生物学在科学体系中占有什么位置，或者说生物学与物理科学相比有什么不同这个问题作为开篇。按照罗森伯格的说法，生物学和物理科学的关系问题是“生物学哲学的中心问题”。在此，我们可以换个说法，把这一问题看作是生物学哲学的基本问题，因为，第一，这一问题是任何一个生物学哲学家必须首先提出并要作出回答的问题。“生物学与其它自然科学是否不同和怎样不同是生物学哲学……所面对的最突出、最明显、经常被提出、争议最多的问题”(〔3〕.P13)。第二，对这一问题的不同回答方式及结果，决定着生物学哲学讨论的几乎所有其它问题的回答方式及结果。生物学家和哲学家提出的有关生物学的逻辑的、认识论、本体论和方法论的较具体问题几乎都是围绕这一问题展开的，比如还原论与突现论的争论，关于社会生物学科学性争论，心身关系的争论等等都是如此。第三，对于生物学家和生物学哲学家来说，对这一问题的不同回答反映了他们对生物学应当前进的方向的不同看法。生物学的研究应当采取什么样的方法？未来生物学的重点在什么地方？对生物学和物理学关系问题的不同回答，直接关系到对这些问题的看法。
关于生物学的地位或者说生物学与物理科学关系的争论一直在两对立的派别之间进行，这两个派别，一个可称之为分支论，一个可称之为自主论。分支论认为，生物学在原理和方法上与物理科学并没有什么不同，而且未来的研究到了一定的时候会将整个生物学还原为物理科学。与之相对，自主论则认为生物学理所当然地是一门自主的科学，因为它研究的对象、它的概念结构和方法论与物理科学根本不同。
联系到前面提到的生命科学哲学兴起的背景，我们就可以看出，分支论和自主论实际上是对传统科学哲学危机和生物学迅速发展的两种不同的反映。
从科学哲学的转折来看，本世纪五十年代后，由于波普尔的批判，科学哲学从逻辑实证主义走向与之相对的历史主义。然而，并不是所有的哲学家都在这种转折中追随波普尔、库恩等人放弃了实证主义，相反，有许多哲学家仍然坚持实证主义的基本原则，只是在细节上对实证主义作了不同程度的修改。这些哲学家有人把他们称作后实证主义者（Postpositivist）。后实证主义的基本观点是：
（1）科学是通过建立越来越普遍的经实验验证并具有解释能力的经验概括发展的，这些经验概括进一步被组织到更普遍的理论中去以更加扩展和加深这些概括的解释的统一性和预言的精确性；
（2）科学解释就是要把被解释的对象归并到普遍的规律或定律之下，因此，任何科学都需要规律或定律或至少是可改进的概括；
（3）科学需要规律或定律还因为实践的预言和控制也是依据规律或定律做出的。没有规律或定律，不仅解释是不可能的，预言和控制就更不可能。
（4）不同的学科有不同的发现、规律和理论，但所有这些发现、规律和理论将最终组成一个连贯的理论阶梯，在这个理论阶梯中，可从最基本的物理学的理论和规律出发推演出所有其它学科的理论和规律，即所有的学科最终可统一于物理学。
当然后实证主义的观点并不仅是我们所列的这些，但对我们的问题这已足够。很显然，后实证主义的这些观点只不过是对实证主义的进一步修正而已，它们的基础仍然是物理科学。在生物学的惊人发展面前，这样的关于科学本性的结论适合生物学吗？
很显然，从生物学目前的状况看，它还不能立刻地，明显地满足后实证主义的描述。生物学目前还不象物理科学那样有许多简单、精确、相互联结并具有解释和预言能力的定律或规律；它的许多发现和描述语言与物理学和化学的发现和语言很少联系；它研究的模型系统的普遍性也是有限的。所有这些特征使它成为验证后实证主义科学哲学的很好的场所。这些不同是表面的、暂时的，还是本质的、永恒的呢？
于是，在哲学家中间，生物学与物理学是否不同和怎样不同的问题，就变为生物学是否和怎样与后实证主义的哲学图景相符合的问题。回答相符合的哲学家，就竭力从生物学中寻找材料证明后实证主义哲学图景的普遍性，并竭力证明生物学与物理学的上述差别是暂时性的。回答不相符合的哲学家则相反，他们从生物学寻找材料反对后实证主义的哲学思想，并竭力表明，生物学与物理学差别是永远不会消失的。
以上是分支论和自主论争论的哲学根源——后实证主义和反实证主义（antipositivism）。分支论和自主论的争论还有其科学自身发展的依据。
本世纪中叶以后，生物学中最激动人心的事件就是分子生物学的革命。由于这一革命，生物学的许多现象都可根据DNA分子的结构得到解释。分子生物学的成功使许多生物学家以及哲学家坚信，生物学的所有现象最终都可以根据它们组成部分的物理化学规律完全得到说明，物理学和化学的方法完全适合生物学研究。DNA双螺旋结构发现者之一克里克就断言：“生物学当代运动的最终目标事实上就是根据物理学和有机化学解释生物学。对于这一点有很多理由。因为化学和物理学的相关部分……量子力学与我们关于化学的经验知识一起，表明能为我们提供建立生物学的确定性基础，这与牛顿力学……为比如机械工程提供基础是同样的方式。”(〔4〕.P10)
物理学和化学之所以能为生物学提供一个“确定性基础，”在这些人看来，是因为生物体最终是由物理材料——运动中的分子和原子组成的。这些分子和原子在生物体中被聚集在不同的组织水平上，一些水平甚至能避开其它水平自主地活动，但是最终都是物理学和化学的产物。因而克里克说：“最终人们希望生物学的整体可根据比它低的水平进而正好从原子水平得到解释”。(〔4〕P.12)
既然生物有机体可以从其组成部分的物理特性和化学特性得到解释，所以这些生物学家和哲学家继续断言，整个生物学最终将变为物理学和化学的一个分支。
这些生物学家和哲学家就是我们所说的分支论者，概括起来，他们认为：“生物学最好能成为物理科学的一个分支，一个能够通过运用物理科学方法，现在特别是物理学和有机化学的方法发展的独立分支”。(〔3〕P16)他们把分子生物学作为用物理学和化学研究生物学的最成功的范例，因此，对他们来说，生物学的其余部分都应象分子生物学一样，主动地与物理化学靠近。目前，生物学和物理科学之间仍然存在着很大差别，有许多生命现象还不能用物理学和化学解释，但他们认为，随着生物学和物理学的发展，最终都可以用物理学和化学来解释。
然而，除了分子生物学之外，群体遗传学、综合进化论、生态学、行为学、分类学等生物学学科在本世纪也得到了革命性发展，“都显示空前繁荣，茁壮成长”。这些学科都有其本身的词汇，方法论和概念结构，与其它学科特别是物理科学很少联系或只有最少的接触。因此，面对分支论的挑战，从事这些学科研究的生物学家以及从这些学科搜集材料的哲学家就认为，尽管物理学和化学方法在生物学研究中曾取得过振奋人心的成绩，但是物理学和化学的方法并不能完全适合生物学的主题内容。他们认为“生物学真正重要的目标以及获得这些目标的适当方法，与其它科学的目标和方法是如此不同，以致于生物学的理论和实践必须与物理学和理论实践保持持续的隔离。”(〔3〕.p16)这些生物学家和哲学家就是自主论者。根据他们的观点，生物学追寻的是回答物理学不能回答的问题，因而生物学必须运用物理学提供不了的方法和手段，当然，生物学也可自由地借用物理学的理论和方法，但它不能仅仅简单地靠借用发展，它必须形成自己的方法。生物学运用物理学方法在某些方面能够取得成绩，但生物学若运用自己独立的方法则会取得更大更明显的成就。分支论与后实证主义的观点是一致的，但在自主论者看来，后实证主义从物理学中得出的科学图景对生物学来说是完全错误的。生物学当然是一门自主的学科，后实证主义那种建立在物理科学基础之上的科学统一观念会使生物学走向迷途，并阻碍生物学的快速发展。
除了分子生物学以及宏观生物学自身研究特点、研究方法使一些人支持分支论、一些人支持自主论外，未来生物学研究的重点在哪一个方面，也是人们支持分支论或自主论的重要原因，或者说是动机。著名生物学家和哲学家恩斯特·迈尔曾说：“许多物理学家坚信全部生物学的见解都能归结为物理学的定律，这种情况使许多生物学家为了自卫而主张生物学的自主性，很自然，不只是物理学家，而且信奉本质论的哲学家也极力反对这种生物学的解放运动，但是这种解放运动在最近几十年不断增强了力量。物理科学的原则，理论和定律是不是能说明生物科学中的每件事呢？生物学至少部分的是不是自主的科学呢？对于这些问题的冷静讨论，由于物理科学和生物科学明显的对抗情绪，甚至是互相敌对的情绪，就成为非常困难的事情。许多人曾经想把各门科学分类排列，把数学（或者特别把几何学）规定为科学的皇后。在为争取各项荣誉如诺贝尔奖金、政府及大学的预算、职位以及在非科学家中的普遍声望的竞争中，这种对立变得非常表面化了”。(〔1〕.pp37—38)从迈尔的话里我们可以看出，生物学家支持或反对生物学自主性的一个重要原因是为自己从事的职业的重要性作辩护。
3争论问题的展开
围绕“生物学和物理学是否不同和怎样不同这个基本问题，自主论和分支论展开了一系列的争论。从争论问题的普遍性程度看，主要有以下几个不同层次的问题：
首先，最普遍的一个问题是生物学和物理学研究的目标或战略是否相同的问题。自主论认为，在生物学和物理学的基本研究战略中存在如下一个明显的差别：物理科学的解释框架是机械论的，而生物学的解释框架则是有目的的、目的论的或功能的。这里所说的机械论广义地说是指这样一种观点：一个系统的行为是通过它的组成部分的牛顿性质——位置和动量（或它们的其它替代量）决定的，一个机械（力学）系统的行为是该系统组成部分的位置和动量数值的数学函数。物理科学对其需要解释的现象都是通过扩展这些力学概念及建立这种数学函数解释的。生物学的解释框架则与此不同，主要是目的论的。这里所说的目的论是指通过寻求系统的目标、功能、需要来解释系统的行为。生物学在解释生物现象时不是通过寻求构成生命系统的力学行为来完成，而是通过发现整个系统以及它的组成部分服务的目标、功能或需要来解释。这就是说，生物学解释主要依靠的是对生物系统服务目标的正确辩别，而在物理科学中，没有目标、目的、功能、需要等概念的位置和空间。因此，生物学和物理科学研究的总体目标就不相同：一个通过把现象分解成它的组成部分的力学行为来解释，另一个则通过在一个给定的现象中辩别出一个功能网络来解释。在这种情况下，两个领域的基本研究战略就必然不同。
分支论者也承认物理科学与生物科学在解释方式上存在这种差别，但与自主论者相反，他们认为这种差别是表面的，是可以排除的。
争论的第二层次的问题是关于生物学和物理科学中理论的本性、数目和关系问题。物理科学的研究对象可区分出不同的层次，对不同层次对象的研究可形成不同的理论，发展出不同的学科分支。这些不同的学科分支和理论可能是独立研究、独立建立的，然而，在物理科学中已达到这样一种水平，不同层次的理论可以逻辑地、数学地整合在一起。力学、光学、热学、电磁学、量子力学、相对论以及化学键理论、化学动力学理论、平衡常数理论等，都如此紧紧地连结在一起，以致于我们可以把这些理论从更基本的到派生的加以分类，然后用基本的解释派生的，并且可以根据一个领域的理论新进展预测另一个领域理论发展的情况。相比之下，生物科学中的各种理论间的联系就没有这么紧密。进化论、遗传学、生态学、古生物学、胚胎学、发育学、生理学等等学科都有其自身的理论，但这些理论之间的联系，并不象物理科学那样可以形成演绎关系，可以数学地整合在一起。举例来说，进化论对生物学的地位，就象牛顿力学对物理学的地位一样重要，然而，它们的理论结构却大不一样。牛顿力学本身的定律可用数学公式表示，其定律之间可形成严密的推理关系，其理论体系可用公理化方法建立，而进化论的理论内容只能定性描述而不能数学化，尽管有人试图对进化论也作公理化处理。通过牛顿力学可以推演出物理科学其它领域的一系列理论，而通过自然选择理论却推不出比如分类学、古生物学、形态学、胚胎学、生态学、遗传学中的有关理论，尽管有人说自然选择理论统一了这些学科。面对生物科学与物理科学理论本性、数目和关系的这些差别，自主论认为，这反映了生物科学自身的独特特点，说明生物学是一门自主的科学，而分支论则认为这种差别是暂性的，这表明生物学在目前还不是一门特别完善的科学，随着生物学的发展，这种差别将最终消失。
争论的第三层次的问题是关于生物学中是否存在规律以及规律的形式问题。一般说来，物理科学的理论是由一系列规律或定律经整合或演绎构成的。因此，传统科学哲学都把规律或定律看作是科学理论的象征，认为任何一门科学都应有自己独特的规律或定律。生命科学理论范式的形成，使一些人对此发生了怀疑。生物科学的理论是由规律或定律构成的吗？在当前的争论中，一些自主论者提出了否定意见，认为在生命科学中并不存在规律，他们认为规律或定律的观念是传统科学哲学的偏见，新哲学应摒弃这种偏见。生物学若没有规律，生物学如何存在和发展呢？这些人认为在生物科学的理论结构中概念起着中心地位，生物学的发展表现在概念含义的扩展和新概念的提出。不过，也有一些自主论者象分支论者一样承认生物学中存在规律，但他们同时又认为，这种规律是独特的，与物理科学的规律相比，不仅在内容上而且在形式上都是不同的。这些自主论者认为，物理科学的规律反映的是推挽式的（push—pull）因果机制一个在先的原因产生一个或多个结果，而生物学的规律描述的却是生物目标、目的或功能与为了得到它们的生物系统之间的关系。目标和它解释的行为之间的关系不是物理意义上的因果关系，因为在物理科学中，在后的目标不能解释产生它的事件，但在生物学中，先在事件是由目标解释的。因此，物理科学中的规律是因果性的，而生物科学中的规律则是功能性的或目的论的。反对这一点的分支论者长期以来一直试图分析自主论者所说的规律的意义，以便它们也能在非目的论的概括下被表达。分支论者认为，生命现象不过是物理现象的一个复杂的种类，所以对生物学现象的描述与对物理现象的描述就没有什么种类上或本质上的区别。对他们来说，目的论描述或者是物理规律的方便省略，或者是通向另外的用物理规律对生命现象作更精确的描述的中转站。
争论的第四个层次的问题是关于一些只在生物学中出现而不在物理科学中出现的概念和语词的含义的争论。比如关于生物学和物理学研究战略差别的重大争论目的论和因果关系的争论必然要涉及到一些概念，象“适合”、“适应”、“竞争”、“掠夺”、“拟态”等。在分子生物学中，人们毫无顾忌地使用象“识别”、“密码”、“错误”等概念。这些概念都是目的论的概念，在物理学中是不存在的。它们能被转译成没有目的论的概念吗？它们在生物学中的存在是否说明生物学有严重错误的内容？这些都是值得深入思考的问题。
总之，围绕生物学哲学的基本问题，哲学家们在从整体研究纲领、目标直到个体概念四个不同层面的具体问题展开自己的讨论，这些问题即互相区别又互相联系，使生物学哲学从总体上既表现出内容上的多样性，又表现出统一性。
随着人们对客观事物认识的不断加深，已经不再满足于停留在易解问题的领地，这其中在生命科学领域的复杂性研究又受到了许多跨学科学者的关注。笔者综述了复杂性的概念、生命科学中的复杂性极其复杂性研究。
关键词生命科学；复杂性科学；生物复杂性
复杂性科学的概念诞生至今已经20多年，这期间有大批学者从不同的领域入手展开了卓有成效的探索。人们希望更全面深入地从客观世界事物的整体与部分以及层次关联在时空演化的全程描述角度来研究支配客观事物运行的基本规律，建立起新世纪科学技术发展的理论基础，以指导新的发展实践。
这其中在生命科学领域的复杂性研究又受到了许多跨学科学者的关注，也有人将其称之为生物复杂性（biocomplexicity）研究，生物复杂性科学主要探索在一些传统学科间交叉的问题。准确地说，是寻求以定量和整合的途径来深入了解各种生命系统之间复杂的相互作用，其中既包括生物的、行为的、化学的和物理的相互作用，也包括生态的、环境的和社会的综合作用等［1］。
1复杂性科学研究的概念和范畴
复杂性的定义是相对于简单性而言的，简单性一向是现代自然科学、特别是物理学的一条指导原则。许多科学家相信自然界的基本规律是简单的。还原论的基本思想也就是找出复杂现象或事物背后的简单机制。事实上一些复杂的事物或现象，其背后确实存在简单的规律或过程。
关于复杂性的概念并没有一个统一的说法，而是根据研究的对象有不同提法，比如，从熵的角度：复杂性等于热力学测定的一个系熵和无序；信息的角度：复杂性等于一个系统使一个观测者“惊奇的能力”；分形尺寸：一个系统的“模糊状况”，即在越来越小的尺寸上显示的详细程度；有效的复杂性：一个系统显示“规律性”而不是随机性的程度；体系复杂性：由一个体系结构系统的不同层次所显示的多样性；语法的复杂性：描述一个系统所需要的语言的普遍性程度；热力学深度：将一个系统从头组织在一起所要的热力学资源的数量；时间计算上的复杂性：一部计算机描述一个系统或解决一个问题所需要的时间；空间计算上的复杂性：一部计算机描述一个系统或解决一个问题所需要的存储量［2］；等等。
从20世纪30年代系统科学开始兴起，人们逐渐认识到系统大于其组成部分之和，系统具有层次结构和功能结构，系统处于不断地发展变化之中，系统经常与其环境（外界）有物质、能量和信息的交换，系统在远离平衡的状态下也可以稳定（自组织），确定性的系统有其内在的随机性（混沌），而随机性的系统却又有其内在的确定性（突现）。
复杂性科学往往研究的是复杂性系统，复杂系统主要有以下表现：（1）系统各单元之间的联系广泛而紧密，构成一个网络。因此每一单元的变化都会受到其他单元变化的影响，并会引起其他单元的变化。（2）系统具有多层次、多功能的结构，每一层次均成为构筑其上一层次的单元，同时也有助于系统的某一功能的实现。（3）系统在发展过程中能够不断地学习并对其层次结构与功能结构进行重组及完善。（4）系统是开放的，它与环境有密切的联系，能与环境相互作用，并能不断向更好地适应环境的方向发展变化。（5）系统是动态的，它不断处于发展变化之中，而且系统本多对未来的发展变化有一定的预测能力。
一般来说，复杂性研究的基本方法是：（1）定性判断与定量计算相结合。（2）微观分析与宏观综合相结合。（3）还原论与整体论相结合。（4）科学推理与哲学思辨相结合。
复杂科学研究中所用的理论工具：（1）非线性科学——非线性动力系统理论（稳定性和分叉理论、混沌、孤子）和统计力学（分形、标度），及非平衡系统中的复杂和随机现象的研究；（2）计算机模拟——它是十分重要的手段，目前已广泛用于复杂科学的研究中；（3）计算智能；（4）数理逻辑；（5）在不确定条件下的决策技术；（6）综合集成技术；（7）整体优化技术等。
2生命科学与复杂性研究
生命科学的研究对象都是复杂系统，（具有关联性、多样性、自学习、自组织、开放、动态的特点），生命科学研究的系统正因为其复杂性，对其构成的原因和演化的历程，此前均缺乏了解，也因此吸引了复杂性科学研究者的高度重视。近几十年来，对生物系统所具有的整体性、关联性、网络层次性、统计涨落性、内在和外在的随机性、模糊性、开放性和历史性等这一类复杂系统的典型特征进行了探讨。生物体本身的特点以及生物的进化使得人们的思维方式从单纯的物理学简单系统的研究转变为对生物学的复杂系统的研究［3］。
基因是生命遗传的基本密码，生物体的复杂结构和功能不仅仅是由基因决定的，也是由基因组中大量的非编码信息和非编码基因决定的。因此生物体的复杂结构和功能不仅仅是由基因决定的，也不仅仅是由基因组中大量的非编码信息决定的，而是由这些元素在生物体各个层次上复杂、动态的相互作用决定的。
作为生命系统的指挥和协调中心—神经系统，其中枢功能结构为大脑，近十年来脑功能的科学研究是复杂科学领域中的一个热点。大脑有复杂的结构，它的组织层次按空间尺度有：分子、膜、突触、神经元、核团、回路、网络、层、投射、系统。大脑表现出的某些高级功能是不能在较低的层次上观察到的，其中有些是由各个单元之间的相互作用而涌现出的集体行为。人们的思维规律是不断变化的，但是最低层次的规律是不变的。脑功能的复杂性首先体现在各神经子系统自身的高度非线性、不稳定性和适应性；其次体现在它们之间相互连接的非均匀性及大规模并行等特点。不仅如此，即使在非常简单的神经系统中也存在着令人惊异的复杂性，这反映在它们的功能、演化历史、结构和编码方式。比如，单个神经元放电的时间序列包含复杂多样的时间模式，反映了神经细胞内的复杂的动力学过程［4］。脑电信号是中枢神经系统自发产生的生物电活动，它包含了丰富的神经系统状态和变化的信息，因而在临床和神经电生理研究中得到了广泛的应用。现在人们对EEG建立动力学模型，并研究其中的混沌现象，显示动力学模型方法对于研究大脑正常生理和病理状态具有的意义［5］。
近年来控制领域实现和发展了脑控系统，即基于脑电信号的人机融合控制系统，直接以脑电信号为基础，通过脑机接口来实现控制。“脑控”研究涉及神经科学、计算机科学、控制科学和心理学等多学科交叉。相关研究已经开发出了利用大脑的思维、通过电子接口来控制各种设施的运动状态，并取得预期效果的“脑控技术”，这项技术在医疗等多个方面具有重要的应用价值。
人工生命（ArtificialLife）是近10年发展起来的一个新方向，是以进化为主要特征的复杂性研究。人工生命致力于研究生命形式（并不局限于某种特定的载体）的普遍特征。地球上的生命被看成是一种具有特定载体—蛋白质—的特定生命形式，地球上的生命进化也仅仅代表一种特定的进化途径，因此可以用别的物质来构造另类载体的生命形式，赋予它们生命的特征，使其具有进化、遗传、变异等等生命现象，得到生命的普遍行为［2］。
其他如心血管系统中的心率变异性和管腔应变问题；动态病（以异常时间组织结构为特征的疾病，如周期性发热、周期性关节肿胀等）的预防、治疗和数学建模问题；生态系统的种群繁殖问题；流行病中的疾病传染规律；生化反应的动力学过程；免疫系统中信号产生、传递和转导的动力学过程等都体现了生物系统的复杂性，属于复杂性科学研究的范畴。
因为生命体的多样性和复杂性决定了临床医学本身的复杂性；疾病是复杂的，不仅生命体本身病理过程复杂，而且心理、社会、环境等因素都会影响病理过程；许多复杂性疾病，如心血管疾病、癌症、艾滋病等皆是生命体多层次、多层面因素作用的结果。现代医学是在还原论指导下对生命和疾病局部的、分离的认识，仍停留在分析和描述的水平上；所以需要借助复杂性研究方法。在研究方法和观念上有所突破。
祖国传统中医学独特的思维方法和对复杂系统整体状态的把握与复杂性研究有类似的思路。中医学对人体内部的相互作用以及人体与环境的相互作用提出了众多的命题，为现代医学研究准备了丰富的素材，对中医的理论体系的认识还必须运用物理学、生物学、数学、控制论、系统论等学科的最新知识。
复杂性科学对我们来说是一个充满未知的领域，研究方法上既有还原论，也有综合论和系统论，这两种思想正在经历碰撞并开始出现融合的趋势。但是在研究对象上，它研究的问题并不是刚刚出现，而是因为人们认识的深度和它本身的难度，使这一类问题被搁置了起来。目前，对复杂性的研究已经分别在一些学科取得了初步的进展，随着科技的进步、人类对自然和自身认识的深化，生命科学中的复杂性问题必然会被逐步地认识和解决。
https://www.51ky.com/Study/Article_5519.htm
研究生命现象的科学。既研究各种生命活动的现象和本质，又研究生物之间、生物与环境之间的相互关系，以及生命科学原理和技术在人类经济、社会活动中的应用。生命科学所要回答的首要问题就是"什么是生命？"这个古老的命题。一般说来，生命具有新陈代谢、生长、遗传、剌激反应等特征。这些特征是生命运动的具体反应。生命科学就是研究生命运动及其规律的科学。
生命科学是一门有很长历史的学科。在人类文明的初期，人们已经注意到了生命与非生命的区别，并对生物进行观察、描述，收集整理了大量材料。17世纪前，由于科学技术水平的限制和神学的桎梏，古老的生物学始终停留在观察和描述阶段。到18世纪，伴随工业革命和自然科学的发展，对生物进行分门别类的研究成为主要课题，林奈总结了前人的成果，建立了系统分类学。19世纪，物理学和化学进一步发展，新技术不断地应用于生物研究。使生物学由描述性的学科杨为实验性的学科。1838年和1839年，德国的施莱登和施旺分别通过对植物和动物细胞的研究，提出了细胞学说：一切生物的基本构造单位是细胞。英国科学家达尔文在1859年出版的巨著《物种起源》中，提出了生物是由低级向高级不断进化的进化论学说，他认为生物的变异和自然选择是推动生物进化的根本原因。1865年，孟德尔发现了生物性状遗传的两个基本定律，即分离定律和自由组合定律，开始了遗传学的研究。20世纪初，摩尔根进一步提出了基因定位于染色体上和基因学说。从而使生物学跃入了近代科学的行列。从另一方面看，生命科学又是一门非常年轻的学科。它的一些基本概念和理论都是随着20世纪以来物理学、化学等有关学科的迅速发展而建立起来的。1945年，理子力学创始人之一薛定谔在《什么叫生命？》一书中预告，一个生物学研究的新纪元即将开始。他说："目前的物理学和化学显然还缺乏说明在生物体中所发生的各种事件的能力，然而，丝毫没有理由去怀疑它们是不能用这两门科学来说明的。"随着电子显微镜、X－射线晶体衍射、同位素等先进技术在生物学中的应用，生物学研究取得了重大突破。美国科学家鲍林用X－线衍射方法研究了蛋白质的分子结构，发现由氨基酸构成的肽链在一定条件下，可以形成螺旋结构。1953年，沃森和克里克通过对脱氧核糖核酸（DN-A）的X-射线衍射照片进行分析和计算，提出了DNA的双螺旋结构模型，并提出了遗传信息就是以核苷酸排列的顺序储存于DNA分子之中。以此为突破口。诞生了分子生物学。随后科学家们又破译了全部遗传密码，指出蛋白质分子中的氨基酸排列顺序是以DNA分子中核苷酸排列为模板翻译的，每三种核苷酸为一种氨基酸密码。不久克里克提出了遗传的中心法则：遗传信息的表达，是以DNA为模板转录为MRNA，再以MRNA为模板，按遗传密码翻译为蛋白质。这样，构成生命的两大类最基本的生物大分子━━蛋白质和核酸在生命过程中作用达到了统一，就能够从本质上解释生命现象。现代生命科学不仅有不同于传统生物学的许多特点，而且深刻影响着现代科学的各个领域。具体地说（1）从量子水平、原子分子水平、亚细胞和细胞水平、组织器官水平、个体水平、种群和群落、生态系统、生物圈等不同层次上研究生命现象及其相互关系，与其相应，出现了量子生物学、分子生物学、细胞生物学、组织学和生理学、微生物学和动植物学、群体生物学、生态学等学科、这些学科从微观到宏观的不同水平上，对生命科学的内在规律进行精细地研究。（2）多学科相互渗透，使生物学出现了一系列的分支学科和边缘学科。如研究基因及其基因表达的分子遗传学，研究生物大分子的结构与功能、生物体内化学变化的生物化学，以及生物物理学、生物数学、生物力学、生物光学、生物医学、农业生物学环境生物等。（3）应用生物学的形成。20世纪末，现代生物技术（生物工程）已经直接影响到人们的经济生活和社会生活，如近年来兴起的基因工程，它利用DNA的重组技术，将人们所需要的基因或基因片断组合在一起，从而创造出人们所希望的生物大分子物质，甚至新的物种。又如利用发酵工程，可以大规模生产干扰素（一种抗病毒的活性蛋白质）。医学遗传学和分子生物学的研究，使人们能够从遗传的物质基础DNA的改变上找出某些疾病的原因。现已发现了十多种癌基因，以及这些癌基因表达的机制。人类最终攻克癌这一"不治之症"已为期不远了。人造器官的植入使得一些生命垂危的人又获生机。此外，现代生物技术在农林、医药、食品、能源环境保护等领域中，正发挥着重要作用。生命科学的研究，还为电子计算机、人工智能、工程控制论等的研究，提供许多新的启示。此外，生命，科学某些领域的研究，还影响到社会科学和人们的社会生活，如流行病与古代文化的关系，环境污染与环境保护，心理疾病，人口、计划生育与社会发展，行为科学与政治学，记忆、思维等高级生命活动的机制，等等。生物体的高度协调性和对物质和能量的精确利用方式，还为现代的管理科学、能源科学、交通运输、通讯等，提供了很好的研究和模拟的对象。
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
中图分类号：G427文献标识码：A
作者简介：王永胜（1961—），内蒙古人，东北师范大学教授，硕士生导师，在读博士生，主要研究课程与教学论、生物学课程与教学论；杨瑞林（1969—），山西太谷人，山西师范大学讲师，东北师范大学硕士生，生物学课程与教学论专业。
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）。[1]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。[2](475—549)，[3](236—267)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。[2](253—297)，[3](125—152)，[4](37—56，134—148)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。[2](565—655)，[3](280—335)，[4](149—168，213—259)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。[5]
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。[4](160)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。[4](94)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。[2](291),[3](149-153),[4](41)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。[4](26-32)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。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（王荐，2002），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”。[6](116-118)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。[3](302-304),[4](66-67)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；[2](338)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，[4](182-183)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；[3](160)贝尔登和鲍维里在研究细胞分裂时，选择了马蛔虫细胞；[3](168-170)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；[2](278-283)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；[4](231)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；[4](234-236)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；[4](148)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）[7](21-23)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”。[8](36)《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。
参考文献：
〔1〕王荐.把生命科学史引入中学生物学教学〔J〕.课程·教材·教法，2002，22（1）：52-54.
〔2〕〔美〕玛格纳（MagnerL.N.）.生命科学史〔M〕.李难，崔极谦，王水平，译.天津：百花文艺出版社，2001.
〔3〕汪子春，田洺，易华.世界生物学史〔M〕.长春：吉林教育出版社，1997.
〔4〕〔美〕加兰E艾伦.20世纪的生命科学史〔M〕.田洺，译.上海：复旦大学出版社，2002.
〔5〕刘恩山.中学生物学教学论〔M〕.北京：高等教育出版社，2003.21-23.
〔6〕教育部基础教育司组织.走进新课程：与课程实施者对话〔M〕.北京：北京师范大学出版社，2002.
〔7〕〔美〕波拉克.解读基因：来自DNA的信息〔M〕.杨玉龄，译.北京：中国青年出版社，2000.21-23.
〔8〕中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准（实验）〔S〕.北京：人民教育出版社，2003.
（责任编辑：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
