生理學(xué)史的教育價(jià)值及其在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用

朱河水,陳 宇,王月影,韓立強(qiáng),王林楓,查光明,焦顯芹,郭 爽

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)牧醫(yī)工程學(xué)院,河南 鄭州 450002)

每個(gè)學(xué)科的發(fā)展都有自己的歷史,生理學(xué)也不例外,有著其特有的發(fā)展歷史和脈絡(luò)。很多現(xiàn)在看起來生理常識(shí)性的東西,在以前或許是另外一種看法和情況,這些看法和認(rèn)知有時(shí)讓現(xiàn)在的我們感到詫異。同時(shí),曾經(jīng)困惑前人的一些未知東西在生理學(xué)發(fā)展歷史的長(zhǎng)河中慢慢“大浪淘沙”,展露出真實(shí)的面貌,被人們所識(shí)、所知、所用。同理,目前困惑我們的一些未知領(lǐng)域,在不久的未來或許被揭開神秘的面紗,為人們所識(shí)、所知、所用?！耙糟~為鏡,可以正衣冠,以史為鏡,可以知興替,以人為鏡,可以知得失”,以生理學(xué)的歷史為鏡,可以知生理學(xué)及生命科學(xué)的發(fā)展規(guī)律。在生理教學(xué)中輔以生理學(xué)史的教育,可以啟發(fā)學(xué)生了解這些規(guī)律,以便將來遵循這些規(guī)律、利用這些規(guī)律,在生命科學(xué)領(lǐng)域有更好的發(fā)展和跨越。

1 學(xué)習(xí)生理學(xué)史,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神

每個(gè)學(xué)科走向科學(xué)都是一個(gè)曲折的過程。整個(gè)人類對(duì)自然和社會(huì)的認(rèn)識(shí)過程,就像一個(gè)人從嬰兒的懵懵懂懂到成年的逐漸成熟過程。生理學(xué)的學(xué)習(xí)一方面使人們認(rèn)識(shí)生命的運(yùn)行規(guī)律,進(jìn)而在醫(yī)學(xué)中運(yùn)用這些規(guī)律來解決現(xiàn)實(shí)問題;另外一方面應(yīng)使人們挖掘新的知識(shí)和規(guī)律,來解決現(xiàn)在不能解決的問題。這就需要學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí),既要知其然,又要知其所以然、然何來。通過追溯所以然、然何來,弄明白生理學(xué)知識(shí)的來龍去脈,進(jìn)而學(xué)其“漁”,用其“漁”,來獲得更多的“魚”。

在教學(xué)中可從發(fā)現(xiàn)胰島素的故事激發(fā)學(xué)生敏于發(fā)現(xiàn)問題,勇于思考問題,專于解決問題。胰島素的發(fā)現(xiàn)和提純是生命科學(xué)史上的重大發(fā)現(xiàn)和突破,挽救了很多糖尿病人的生命,相關(guān)人員也因此獲得了1923年的諾貝爾醫(yī)學(xué)或生理學(xué)獎(jiǎng)。而發(fā)現(xiàn)胰島素的卻是加拿大兩名非常年輕的學(xué)者,一個(gè)是28歲的安大略省西醫(yī)學(xué)院生理學(xué)教師班廷(Banting),一個(gè)是多倫多大學(xué)的大四學(xué)生白斯特(Best)。

糖尿病作為一種慢性病,在當(dāng)時(shí)沒有有效的治療途徑和方法,病人只有在慢慢的代謝紊亂中失去生命。班廷作為一個(gè)年輕教師,在備課時(shí)注意到胰腺和糖代謝有關(guān),進(jìn)而與糖尿病有關(guān)。切除動(dòng)物的胰腺,就會(huì)引起糖尿病類似癥狀,一、二周內(nèi)會(huì)昏迷、死亡,但其確切的機(jī)制不清楚,所以臨床上也沒有有效的治療糖尿病的方法。班廷敏銳地意識(shí)到這既是一個(gè)生理學(xué)問題,又是一個(gè)能影響人類生命生活的問題。于是他決定探索胰腺和糖尿病的關(guān)系。通過查閱資料他發(fā)現(xiàn)胰腺一方面能內(nèi)分泌“胰島素”調(diào)節(jié)血糖,另外一方面還會(huì)外分泌胰蛋白酶,這些酶在體內(nèi)能消化食物,而在人們提取“胰島素”時(shí),會(huì)分解“胰島素”,進(jìn)而導(dǎo)致提取不出“胰島素”。于是這個(gè)科學(xué)問題就轉(zhuǎn)化為了怎么從胰腺中成功提取“胰島素”的問題。班廷在思考這個(gè)問題時(shí),并不局限于從生理領(lǐng)域查找資料,他從其他病理學(xué)家那里了解到膽結(jié)石或結(jié)扎胰導(dǎo)管能引起胰腺萎縮。于是他提出了一個(gè)大膽的假設(shè)“手術(shù)結(jié)扎胰導(dǎo)管,引起胰腺萎縮,分離胰島素,治療糖尿病”。在求證這個(gè)假設(shè)的過程中,他和他的助手(大四的學(xué)生白斯特),兩個(gè)年輕人克服了種種困難,在經(jīng)歷了前期很多手術(shù)失敗的情況下,鍥而不舍,小心地求證,終于成功分離出了胰島素,邁出了臨床上治療糖尿病的關(guān)鍵一步[1]。

胰島素發(fā)現(xiàn)的故事告訴我們,在科學(xué)上要結(jié)合自己的專業(yè)和生活中的未知領(lǐng)域,敏銳地發(fā)現(xiàn)問題,詳實(shí)查閱資料分析問題,大膽地提出假設(shè),小心地進(jìn)行求證,進(jìn)而解決科學(xué)問題,造福于人類。

2 學(xué)習(xí)生理學(xué)史,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、批判思維

縱觀生理學(xué)的歷史,很多科學(xué)成就,都是經(jīng)歷一個(gè)“實(shí)踐、認(rèn)識(shí)、再實(shí)踐、再認(rèn)識(shí)”的過程,遵循著“否定之否定”的唯物辯證法基本規(guī)律,都是一個(gè)“不斷探索真理、追求真理、堅(jiān)持真理”的艱難過程。生命科學(xué)史蘊(yùn)含著極其豐富的智力營(yíng)養(yǎng),處處體現(xiàn)著科學(xué)家的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新意識(shí)[2]。生理歷史上很多重大的突破和發(fā)現(xiàn)是建立在對(duì)原來認(rèn)識(shí)否定和質(zhì)疑的基礎(chǔ)上。

曾經(jīng)在一段歷史時(shí)期內(nèi),人們認(rèn)為血液由肝臟合成,與“生命靈氣”混合后,由血管運(yùn)送到組織,然后被組織利用消失,由此形成了血液在血管中潮起潮落般地開放活動(dòng)。直到17世紀(jì),英國(guó)醫(yī)生哈維(Harvey)結(jié)合臨床的實(shí)踐對(duì)此提出了質(zhì)疑,認(rèn)為此種說法可能是錯(cuò)誤的,血液應(yīng)該是不斷的重復(fù)利用。于是他做了大量的動(dòng)物解剖實(shí)驗(yàn)以及人體的一些實(shí)驗(yàn),提出了血液循環(huán)的理論。

他于1628年公開發(fā)表了《動(dòng)物心臟解剖及血液運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)》這本書,此書出版震驚了當(dāng)時(shí)的醫(yī)學(xué)界和生理學(xué)界,它的觀點(diǎn)從根本上推翻了統(tǒng)治人們頭腦很多年的關(guān)于心臟運(yùn)動(dòng)和血液運(yùn)動(dòng)的經(jīng)典觀點(diǎn),引導(dǎo)著生理學(xué)走向了近代科學(xué)[3]。

促胰液素的發(fā)現(xiàn)有著類似的經(jīng)歷。促胰液素由英國(guó)兩位生理學(xué)家貝利斯(Bayliss)和斯他林(Starling)首先發(fā)現(xiàn)。在他們研究之前,人們發(fā)現(xiàn)酸性食糜進(jìn)入小腸能引起胰液的分泌。關(guān)于這個(gè)現(xiàn)象的解釋,當(dāng)時(shí)受傳統(tǒng)的神經(jīng)調(diào)節(jié)論主導(dǎo)思想影響,人們認(rèn)為是反射活動(dòng)的結(jié)果。當(dāng)時(shí)赫赫有名的巴甫洛夫?qū)嶒?yàn)室也認(rèn)為這是鹽酸引起胰腺分泌的一個(gè)反射,并試圖通過各種實(shí)驗(yàn)證明它。貝利斯和斯他林在對(duì)此種情況分析時(shí),大膽地跳出“神經(jīng)反射”這個(gè)傳統(tǒng)概念的條框,認(rèn)為這可能是一個(gè)“化學(xué)反射”：在鹽酸的作用下,小腸黏膜可能產(chǎn)生了一個(gè)化學(xué)物質(zhì),當(dāng)其被吸收入血液后,運(yùn)送到胰腺,進(jìn)而引起胰液分泌。隨后他們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),求證了這個(gè)假說,并發(fā)現(xiàn)了促胰液素。促胰液素是人們第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的激素(Hormone,1905),是生理學(xué)史上又一個(gè)偉大的發(fā)現(xiàn)[4]。它的發(fā)現(xiàn),使人們意識(shí)到除了神經(jīng)調(diào)節(jié),體內(nèi)還存在著激素的內(nèi)分泌調(diào)節(jié),從而開辟了一個(gè)機(jī)體調(diào)節(jié)機(jī)能的新概念、新領(lǐng)域,開創(chuàng)了一個(gè)新的時(shí)代。

上述及類似的故事可以引導(dǎo)學(xué)生在以后的研究工作中,要有質(zhì)疑精神、批判性思維。遇到新的現(xiàn)象,要擺脫傳統(tǒng)概念的束縛,大膽提出新的設(shè)想,從而有可能開辟一個(gè)的新領(lǐng)域,走向真正的創(chuàng)新。

3 學(xué)習(xí)生理學(xué)史,培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作意識(shí)

在生理學(xué)以及生命科學(xué)的發(fā)展歷史中,有很多的科學(xué)家相互協(xié)作,共同完成重大發(fā)現(xiàn)和突破的例子,如DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的提出和試管嬰兒的成功。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)是由沃森(Watson)與克里克(Crick)二位杰出的分子生物學(xué)家共同完成的。兩人在研究中對(duì)脫氧核糖核酸的分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了濃厚的興趣,在前人研究的基礎(chǔ)上,兩人深入細(xì)致的分析推理,提出了著名的DNA雙螺旋模型。沃森和克里克對(duì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的闡述,是20世紀(jì)生物學(xué)上最偉大的成就之一,由此引起了許多分子生物學(xué)和遺傳學(xué)的新發(fā)現(xiàn)、新成就。兩人因此項(xiàng)研究同時(shí)榮獲1962年諾貝爾醫(yī)學(xué)或生理學(xué)獎(jiǎng)[5]。

在試管嬰兒的研究中也有很好的合作典范。1968年,英國(guó)生理學(xué)家愛德華茲(Edwards)首次成功地實(shí)現(xiàn)了人類卵子的體外受精,但體外發(fā)育成熟的卵子受精后,只分裂一次就停止了發(fā)育。愛德華茲想到,如果使用已經(jīng)在體內(nèi)發(fā)育成熟、即將進(jìn)入排卵過程的卵子,可能會(huì)有更好的效果。但如何在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)安全有效地從人體內(nèi)提取卵子,是一個(gè)棘手的技術(shù)難題。這時(shí),愛德華茲讀到了婦科專家帕特里克·斯特普托的一篇文章,發(fā)現(xiàn)一種稱為腹腔鏡的新技術(shù)或許能解決自己的問題。

愛德華茲聯(lián)系了斯特普托,兩人開始了后來聞名世界的合作。他們用激素刺激不育女性的卵巢,提取出處于合適發(fā)育階段的卵子,成功進(jìn)行體外受精,并使受精卵突破了1次分裂的局限,發(fā)育成8個(gè)細(xì)胞的早期胚胎。他們嘗試將胚胎移植回人體內(nèi),經(jīng)過上百次失敗后,終于獲得正常發(fā)育的胚胎。1978年7月25日誕生了世界上第一個(gè)試管嬰兒路易絲·布朗,她的出生震動(dòng)了世界。在這期間,愛德華茲和斯特普托在劍橋創(chuàng)辦了伯恩霍爾生殖醫(yī)學(xué)中心,從事試管嬰兒技術(shù)的研究和應(yīng)用。斯特普托擔(dān)任中心的醫(yī)學(xué)負(fù)責(zé)人,他于1988年去世。愛德華茲在2010年授予了諾貝爾醫(yī)學(xué)或生理學(xué)獎(jiǎng)[6]。

通過這些事例可以培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作意識(shí),以便將來在一個(gè)團(tuán)隊(duì)內(nèi)發(fā)揮更大的協(xié)同效應(yīng)。

在具體教學(xué)中,不一定由老師來講述生理學(xué)的歷史,可以鼓勵(lì)學(xué)生查閱相關(guān)資料,整理分析資料,把它歸納為一個(gè)故事講給大家聽。大家可就故事中的事例進(jìn)行討論,提出自己的看法和見解。通過“講述一個(gè)故事,明白一個(gè)道理,傳授一種教育思想”這種案例式教學(xué),既鍛煉了學(xué)生的查找分析資料的能力,又鍛煉了他們歸納表述的能力,更重要的是培養(yǎng)了他們的科學(xué)精神、創(chuàng)新意識(shí)和協(xié)作意識(shí),起到了“潤(rùn)物細(xì)無聲”的教學(xué)效果。