“生物進(jìn)化的原因”概念教學(xué)中探究活動的設(shè)計(jì)

鄭麗紅

(山東省萊蕪市鋼城區(qū)實(shí)驗(yàn)學(xué)校 271103)

“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”是初中生物學(xué)課程基本理念之一，《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011版)》還強(qiáng)調(diào)了凸顯重要概念傳遞的教學(xué)要求。因此，利用探究活動幫助學(xué)生構(gòu)建和理解概念成為日常教學(xué)中一種重要的探究學(xué)習(xí)方式。筆者以“生物進(jìn)化的原因”為例，嘗試引導(dǎo)學(xué)生通過探究活動完成自然選擇學(xué)說核心內(nèi)容的概念構(gòu)建。

1 分析概念突破的關(guān)鍵點(diǎn)

自然界中生物的進(jìn)化是生物遺傳、變異和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果，以自然選擇學(xué)說為核心的生物進(jìn)化理論解釋了生物進(jìn)化和發(fā)展的主要原因，這部分知識對學(xué)生形成生物進(jìn)化的觀點(diǎn)、樹立辯證唯物主義自然觀具有重要意義。因此，理解自然選擇學(xué)說的內(nèi)涵要素非常關(guān)鍵，自然選擇學(xué)說包含過度繁殖、生存斗爭(也叫生存競爭)、遺傳和變異、適者生存等內(nèi)涵，對這些內(nèi)涵要素的理解和把握是本節(jié)課的關(guān)鍵。

2 探究活動及概念的構(gòu)建

本節(jié)課通過游戲?qū)胄抡n，設(shè)計(jì)了模擬保護(hù)色的形成和模擬生存競爭兩個(gè)探究活動和一個(gè)應(yīng)用分析環(huán)節(jié)，以此完成概念的構(gòu)建和概念落實(shí)狀況的檢測。

2.1 眼力大比拼，質(zhì)疑提問 教師展示不同顏色樹干上的樺尺蛾圖片：誰能又快又準(zhǔn)地?cái)?shù)出樺尺蛾的數(shù)目？樹干上不同顏色的樺尺蛾數(shù)量一樣嗎？學(xué)生交流后，教師說明以上圖片分別展示了1850年和1950年英國曼徹斯特樺尺蛾的體色，并介紹樺尺蛾體色的變化情況，然后提出疑問：樺尺蛾深淺不同的體色有什么意義呢？根據(jù)該現(xiàn)象你能提出相關(guān)的生物學(xué)問題嗎？在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上說明樺尺蛾體色是生物進(jìn)化的結(jié)果并確定探究主題：保護(hù)色的形成——體色變化之謎。

2.2 模擬探究保護(hù)色的形成 教師提供探究所需實(shí)驗(yàn)材料：黑白小紙片各50張，黑色、白色大卡紙各一張，實(shí)驗(yàn)記錄表一張，秒表等。提出探究問題指導(dǎo)：①你用什么顏色的紙片代表淺色的樺尺蛾，數(shù)量多少合適？用什么顏色的卡紙模擬樹干？②從食物鏈的角度來分析，影響它們生存的因素有什么？如何模擬？③模擬捕食過程中如何盡量減小主觀意識的影響？④一百年間它們可以繁殖若干代，每只也能繁衍幾個(gè)后代。如何進(jìn)行不同代及不同后代的模擬？

學(xué)生討論后形成比較完善的探究方案：①4個(gè)同學(xué)一組，1人組長，控制“捕食時(shí)間”，2人為捕食者，一人為記錄員，小紙片代表“樺尺蛾 ”；②將50張白紙片——“淺色樺尺蛾”和50只黑色紙片——“深色樺尺蛾”均勻撒在黑色卡紙上，注意紙片不要相互覆蓋；③2名捕食者背向黑色卡紙，想象自己是“愛吃樺尺蛾的鳥”每轉(zhuǎn)向桌子一次，選一張小紙片 (只用眼判斷它的位置)，放在另一只手上，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)身選取，20秒后，記錄員統(tǒng)計(jì)“捕食者”抓取小紙片的數(shù)量及顏色，計(jì)入表1；④假設(shè)每個(gè)幸存者都能產(chǎn)生2個(gè)后代，而且體色與自己相同。將幸存者和它們產(chǎn)生的后代充分混合，均勻撒在黑色卡紙上，重復(fù)上面的③～④步，每輪記錄各種顏色小紙片開始和最后幸存的數(shù)目。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表

活動完成后幫助學(xué)生在理解探究活動意義的基礎(chǔ)上逐步構(gòu)建概念：①不同色的小紙片代表不同體色的樺尺蛾，生物的什么生命現(xiàn)象導(dǎo)致了樺尺蛾有體色不同的個(gè)體？樺尺蛾的體色是否屬于可遺傳的性狀？②鳥是樺尺蛾生存環(huán)境中的生物因素，鳥吃樺尺蛾說明生物與環(huán)境的什么關(guān)系？③從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，幸存樺尺蛾的體色有什么規(guī)律？④推測樺尺蛾保護(hù)色的形成過程，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出什么結(jié)論？上述問題的設(shè)計(jì)引導(dǎo)學(xué)生交流達(dá)成共識：生物的變異現(xiàn)象使樺尺蛾有不同體色，體色是可以遺傳的，和背景顏色相同(或相似)的獵物不容易被捕食，可見鳥在樺尺蛾的進(jìn)化過程起到選擇的作用，決定了進(jìn)化的方向，生存下來的個(gè)體的性狀通過多代的繁衍逐漸積累形，成了保護(hù)色。通過這樣的模擬探究使學(xué)生親身體驗(yàn)、深入理解保護(hù)色的形成原因，進(jìn)而對生物進(jìn)化的原因產(chǎn)生直觀印象和深層次的理解。

過渡設(shè)計(jì)：如果每頭雌象一生(30～90歲)產(chǎn)仔6頭，每頭活到100歲，750年后總數(shù)可達(dá)到1900萬頭。因此，按照理論上的計(jì)算，即使是繁殖不是很快的動、植物,也會在不太長的時(shí)期內(nèi)產(chǎn)生大量的后代而占滿整個(gè)地球。但事實(shí)上，幾萬年來，象的數(shù)量也從沒有增加到那樣多，自然界里很多生物的繁殖能力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了象的繁殖能力，但各種生物的數(shù)量在一定的時(shí)期內(nèi)都保持相對的穩(wěn)定狀態(tài)，這是為什么呢?

2.3 模擬探究生存競爭(小游戲——搶蠶豆) 教師提出游戲規(guī)則：①四人一組，每組22粒蠶豆，第一次兩人作為捕食者參與搶蠶豆游戲，記下?lián)尩男Q豆數(shù)；第二次四人參與搶蠶豆，記下?lián)尩男Q豆數(shù)。②每人每次只能抓取一粒放在另一只手上，各組統(tǒng)計(jì)各成員搶到的蠶豆數(shù)。③每人至少“吃”六粒蠶豆才能生存下來，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果評價(jià)所模擬捕食者的生存情況計(jì)入表2。

表2 統(tǒng)計(jì)結(jié)果記錄表

本探究活動的目的是讓學(xué)生體驗(yàn)并理解同種個(gè)體之間存在生存競爭，不同數(shù)量的個(gè)體存在時(shí)，競爭的結(jié)果不同。為此設(shè)計(jì)如下探究指導(dǎo)：蠶豆模擬什么？不同組的成員數(shù)量模擬什么？2人組和4人組捕食者生存?zhèn)€體數(shù)有什么差別？說明什么問題？為什么有的能搶到6粒以上？說明生存斗爭中誰容易獲勝？在以上探究的基礎(chǔ)上可引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)出以下概念：自然界中的生物為了獲得足夠的食物要進(jìn)行生存斗爭；變異會使生物出現(xiàn)多種多樣的個(gè)體，這些個(gè)體中適應(yīng)能力強(qiáng)的個(gè)體會在生存競爭中生存下來(即適者生存)，適應(yīng)環(huán)境的優(yōu)良性狀會通過遺傳逐漸積累。

在這樣兩個(gè)探究活動的基礎(chǔ)上，學(xué)生基本形成了自然選擇學(xué)說中的核心概念：遺傳和變異、過渡繁殖、生存競爭、適者生存。

3 應(yīng)用分析，深入理解進(jìn)化

為檢測學(xué)生對自然選擇學(xué)說核心內(nèi)容的理解程度，設(shè)計(jì)兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例分析：①出示長頸鹿的進(jìn)化示意圖，請利用自然選擇學(xué)說解釋長頸鹿進(jìn)化的過程；②展示現(xiàn)在曼徹斯特地區(qū)的景象，推測自19世紀(jì)以來，樺尺蛾的體色發(fā)生了怎樣的變化？從中受到哪些啟發(fā)？通過分析幫助學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識“遺傳和變異”是生物進(jìn)化的基礎(chǔ)，環(huán)境的改變是生物進(jìn)化的外在動力，環(huán)境改變影響了生物進(jìn)化的方向。生物的不斷進(jìn)化使其適應(yīng)環(huán)境的能力增強(qiáng)，自然界呈現(xiàn)勃勃生機(jī)。環(huán)境會影響生物的生存，唯有保護(hù)好環(huán)境才能保護(hù)多姿多彩的生命，讓我們的家園更加美麗。