谈高中生物学课程应该重视的几个科学原则

　摘要：简单性原则在自然科学史上曾多次显示其认识论和方法论价值,非因果决定性原则是20世纪科学认识论的重大突破,科学性与人文性统一的原则已成为人类文化发展的方向。这3个原则在现代生物学发展中都有许多反映。对提升高中生物学课程的教育价值、培养创新精神而言,进行这些科学原则的教育十分重要。　

　关键词　高中生物学课程　科学原则

如何提升高中生物学课程的教育价值,可以有许多方面的考虑。对创新精神培养而言,其中一个重要方面,就是科学原则的教育。

1　关于简单性原则

孟德尔对生物学的最大贡献,不在于正确选择材料和采用统计方法,而在于学科思维方式变革。面对如此纷繁复杂的生命世界,林奈从空间分布的角度整理,建立了分类学;达尔文从时间演变的角度整理,建立了生物进化论;而孟德尔从本质上提出:生命形式的差异,根本上是由“遗传因子”决定的,遗传因子的不同组合(基因型),可以产生不同的生命形式(表现型)。细胞遗传学“基因论”的建立证实了孟德尔的假设,成功地以有限种类基因的无限组合,解释了无限种生命形式的存在。这种认识模式源自古希腊,古希腊学者德谟克利特和伊壁鸠鲁的“原子论”,以有限种类的“原子”和“虚空”的无限组合,来解释世界事物的无限多样性。贯穿其中的,是简单性原则,即“自然规律、自然定律的简单性”。

对“简单性原则”概念的界定,学术界至今尚无一致意见。上述古希腊学者和孟德尔所运用的简单性原则的涵义,是事物内部的简单性,即认为在对自然的认识中,最简单的解释总是比较可取的。在这个范畴,近代科学中,道尔顿首先在19世纪按照简单性原则,把宏观的、高层次的、凭感官能觉察但还认识不够清楚的化学物质的多样性、复杂性,分解成数量无限多而种类比较少的微观的、低层次的、感官不能直接察觉的物质最小微粒——原子(当时道尔顿的认识),再以原子之间的相互联系和相互作用,来理解、说明、解释化学物质的形态、结构、功能和属性的无限多样性、复杂性,达到对化学物质和化学变化的全面、深刻的认识,奠定了现代化学的基础。

孟德尔在创建其遗传因子学说的过程中,有否借鉴道尔顿的原子论认识模式,我们不得而知。但他运用简单性原则取得了成功。在现代生物学发展中,简单性原则后来再一次被薛定谔用于提出遗传密码的概念。薛定谔是理论物理学家,薛定谔方程奠定了波动力学的基础。他对生物学知之甚少,但他从简单性原则出发,在1944年出版的《生命是什么》一书中,提出了关于遗传密码的假设。这个假设后来被分子遗传学的研究所证实,以有限种类核苷酸的无限组合,成功地解释了基因的无限多样性。薛定谔由此而成为分子生物学的信息主义学派的先驱之一。从自然科学史看,简单性原则对科学创新有着巨大的意义。哥白尼、牛顿、爱因斯坦等科学巨匠,在他们创建其科学理论时,都曾以简单性作为其认识论和方法论的原则。

2　关于非因果决定性原则

对生物体的结构与功能相适应的现象,从古希腊学者亚里士多德的“目的因”,到18世纪沃尔弗(C·F·Wolff)的“目的论”,早期人们是用目的性来解释的。近代科学建立初期,因果决定性原则在力学、物理学和化学中相继取得了辉煌的胜利。在其影响下,生物学领域也开始了归因分析的工作。例如拉马克的“用进废退说”和达尔文的“自然选择说”,思维方法上都遵循因果决定性原则。反映在生物学课程上,我们把有机体从个体到器官、组织、细胞及细胞器,一步一步分解,把它们的每个细节都搞清楚,最后让学生接受这样一个思想:无论是在结构还是在功能上,有机体都是局部的总和,这就是因果决定性的逻辑。

然而,在经典物理学领域,因果关系分析比较简单,例如对各种机械运动,知道了初始条件,根据力学定律就可以推算出物体以后的运动状态。生物系统则不然,生物系统作为一个自组织系统,在预定程序的范围(即反应规范)内,具有自适应现象。例如,无论是生物体还是生态系统,都能调整其子系统的结构和功能,以保证其整体功能的实现。在这里,除了因果决定性,还表现出目的性行为。因果决定性和目的性的矛盾告诉我们,应该摒弃机械决定论。实际上,维纳建立的控制论早已解决了这个问题,而我们迄今未让控制论思想进入高中生物学课程。众所周知,维纳在1948年出版的《控制论》一书的副标题是“或关于在动物和机器中控制和通讯的科学”。他把通讯、信息、稳态和目的论等概念统一起来,提出了“反馈”的概念。控制论告诉我们,一切目的性行为都可以看作是需要和存在反馈的行为。以生态系统的自动调节能力为例,生态系统在一定限度内能排除外来干扰,维持生态平衡,这是一种典型的目的性行为。但从机理看,这是种间关系和种群数量反馈调节的结果,是一种因果性行为。问题的关键在于控制论的因果性解释是统计意义上的而非因果决定性的。由于环境变化的不稳定性,所以生态系统在受到干扰后的演化会表现出随机性,是必然性与偶然性的统一。混沌理论把这种随机性称作“内在随机性”,并形象化地以“蝴蝶效应”去说明。然而,我们的生物学课程的内容和练习,却在强调因果决定性的分析,从而陷入机械决定论。未认识到这里虽然存在一定的因果关系,但整体机理十分复杂,本质上是非因果决定性的。即其结果类似于波恩1926年提出的对量子力学中波函数的统计解释,就是测不准原理。量子力学测不准原理导致了科学思想的一次重大革命,实现了人类认识史上的一次飞跃,生物学课程在认识论和方法论上,应跟上这种发展。

3　关于科学性与人文性统一的原则

科学性和人文性的统一,已成为人类文明发展的方向。纵观人类文明发展史,科学技术的每一次重大突破,都引发了生产力的深刻变革,带来了人类社会的巨大进步。然而,面对科学技术的发展渗透到社会的各个领域,并极大地改变着人类生活方式的现实,人们也发现了其中隐含的危机。首先,是科学技术发展带来的辉煌灿烂的工业文明,使越来越多的人产生了对科学技术的崇拜,结果我们发现在人类运用科学技术改造自然、创造实现物质文明的同时,人与自然的关系却日益紧张,全球生态环境日益恶化。其次,人们发现科学技术的繁荣导致了科学方法泛化,科学精神和方法渗透到人类生活的各个方面,人所具有的社会性和社会所具有的人文关怀都在逐渐消失。第三,在更深的层面上思考,社会发展的真谛是人的发展,在工业文明的高压下,社会发展的价值主题和情感意义被人们忘却,社会发展被表述为GDP的增长,而对人类主体的真切关心却被忽视。这些问题,都使人们认识到,社会的发展不能不重视科学技术,但又必须对传统的科学技术观作出新的价值选择,即以新的观念发展科学技术,追求人文精神和科学技术的整合发展。在人文科学化的同时,实现科学人文化。

对解决科学人文化这个问题的方案,哲学家们认为社会发展的核心理念来自哲学,于是有一些西方和国内的学者从后现代主义和中西文化比较出发,希望以中国传统文化来校正和弥补西方文化发展的偏差和缺失。而从科学发展的角度,我们认为,生命科学的崛起,说明科学本身在人文化。传统观点认为,科学与人文的区别在价值观念,自然科学否定价值评价。H·李凯尔特在《文化科学和自然科学》(商务印书馆1991年,76-77页)中指出“自然科学是一种对规律的或普遍概念的联系进行的研究,它不研究文化价值,也不研究它的对象和文化价值的关系”。然而,生物科学是一个例外。自达尔文从人类文化中汲取诸如生存斗争、选择、淘汰等术语作为进化论的基本概念后,文化价值观念便进入了生物学研究领域,生物科学因而被视为自然科学与人文科学的中间领域。正因为如此,生物科学中的许多新观点在形成后便很快对人类文化产生重大影响。例如,在“生物的存在和发展是群体行为而非个体行为”这个观点确立后,人际合作便成为“地球村”概念的基本内涵,并被许多国家和地区列为教育目标;在生态学上“种间平等”观点形成后,人类多元文化平等观便很快建立,使各个国家、民族和地区都努力保持和发展本土区域文化的特色;而“竞争排斥原理”和“合作进化”的概念,则构成了当代世界“和平与发展”思想的基础,人们努力避免你死我活的达尔文式竞争,追求向新的领域和空间发展的竞争,以求得双赢或多赢。

从当代生命科学作为自然科学带头学科对人类思想发展的影响考虑,高中生物学课程应该注重科学性与人文性的统一。其具体内容,将另文阐述。