美國教材中“生物進化”內容對高中生物學教學的啟發

郝俊冉 邴 杰 郝曉冉，*

(1北京市八一學校 北京 100080； 2北京師范大學生命科學與技術國家級實驗教學示范中心 北京 100875)

生物進化理論是從科學角度探究生命起源、發展、進化的理論的總稱，對于生物學學科的建立和發展具有重要意義，是各國生物學教育的重要內容。早在1929年，民國高中課程標準就列有“生命之起源”和“天演”等內容[1]?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準(2017年版)》將生物進化劃為必修模塊，該內容的學習“對于學生理解生命的延續和發展，認識生物界及生物多樣性，形成生物進化的觀點，建立正確的自然觀具有重要意義”[2]。

美國高中教材Miller & Levin Biology第5章“進化”(以下簡稱“美版教材”)，分達爾文的進化理論、種群進化、分類、生命的歷史4部分[3]。筆者研讀美國教材，將生物進化科學史、資料數據、前沿進展等內容進行整理評析，為課堂教學提供新思路。

1 以科學史為依托，展示多學科融合促進自然選擇學說形成的過程

美版教材對科學史的描述是科學家思想成熟的過程，地理、自然、經濟等多學科融合影響，以及達爾文自身的經歷和思考，共同促進了自然選擇學說的形成，通過將不同學科研究方法及內容的相互影響展示給學生，增加了閱讀的趣味性和科學性。

達爾文在貝格爾號上閱讀了大量著作，其中地理學家James Hutton和Charles Lyell指出： 地球歷史悠久，地理過程改變了過去的地貌，也在塑造今天和未來的地貌。達爾文將此理論與他親身經歷的地震以及在山上觀察到的海洋生物化石聯系到一起，如果地球隨時間改變，那生命是否也如此呢？經濟學家Thomas Malthus的《人口論》則使達爾文從另一個角度關注生物發展，生物大量繁殖后代，如果都存活，那將超過地球的限度。而現實中多數生物后代在未成熟前就已死亡，少數生存并繁殖。生物學家拉馬克提出的用進廢退和獲得性遺傳理論啟示了達爾文： 生物是進化的，但是具體的機制是什么？什么樣的個體能存活？為研究進化的本質，達爾文關注了動植物的培育過程，發現個體間存在差異，且有些能從親代傳遞給子代。如果選擇優良品種進行繁殖，一段時間之后這種選擇性繁殖常能造就更多優良子代，達爾文稱之為人工選擇。

達爾文雖不清楚遺傳如何進行，但他確定野生生物也進行著類似變異，自然變異非常重要，它提供了進化的原材料。隨后，達爾文完成著作，但在20年內并未發表，他希望收集更多證據。直到1858年，達爾文對自然學家Alfred Russel Wallace的文章審議時發現兩人觀點一致，在該年的科學會議上同時發表了兩人的文章。次年，《物種起源》問世。

教材闡述了達爾文自然選擇學說形成受多學科的影響，在教學過程中教師可以引導學生打破學科束縛，構建多學科融合的思維方式。同時教材將達爾文描述成一位科研工作者，沒有夸大科研的傳奇性，可以引導學生踏實學習。

2 注重科學研究實證性，引領學生客觀認識生物進化理論

美版教材提供了多方面證據驗證自然選擇學說，注重實證性和科學研究的嚴謹性，既拓寬學生的視野，又促進了學生對生物進化的深層理解。

為證實自然選擇學說的正確性，科學家提供了大量證據，如： 放射性數據顯示地球已45億年，為自然選擇、生物進化提供了足夠的時間；化石證據說明鯨從遠古陸地哺乳動物進化而來；形態解剖學中來自同一祖先的不同生物存在大量同型結構；基因組學和分子生物學提供了相同的基因密碼和類似的分子組成等證據。此外，達爾文觀察雀類形態和食性，推測食物差異導致了加拉帕格斯群島雀類的鳥喙差異，美版教材詳細介紹了Peter和Rosemary Grant對此所做的驗證實驗，他們認為推論建立的基礎是： ①必須有足夠的遺傳變異提供自然選擇的原材料；②鳥喙大小和形態必須能產生適應性的差異。他們選擇達芙妮島的中型地雀進行了長達35年的觀察和統計，數據顯示： 具有不同大小喙的地雀在季節性干旱以及更長干旱期的存活率有差異。最終他們建立了存活率與鳥喙尺寸之間的數學模型，證實了物種的某些變異確實提高了物種對環境的適應能力。

3 更新研究進展，引導學生利用所學知識解決實際問題

美版教材注重更新研究進展，如： 利用分子同源性及蛋白質的核酸序列指示生物之間的親緣關系等。教材將基因變異來源分為突變、有性生殖的基因重組和基因水平轉移，其中基因水平轉移在細菌抗藥性產生上非常重要，該部分內容的豐富使學生更易理解細菌變異后代的多樣性及產生原因。自然選擇可以改變種群的基因頻率，國內教材著重以樺尺蠖蛾體色等單基因性狀進行介紹。但實際生活中多基因性狀更常見，因此自然選擇對多基因性狀的影響更具有現實意義。美版教材指出多基因性狀通常呈現鐘狀的“性狀—數量分布”曲線，對多基因性狀的自然選擇有定向選擇、穩定選擇和分裂性選擇三種模型，并以雀類喙的大小受食物來源選擇、人類初生嬰兒成活率受體重選擇等作為實例構建數學模型。美版教材還針對分子水平進化進行了介紹，如分子鐘，即利用DNA突變率去估算兩個物種單獨進化的時間。教材還針對基因復制、基因家族以及演化發育生物學進行了簡短介紹，其中Hox家族基因就是目前演化發育生物學研究的熱點。教師在借助以上內容促進學生理解進化理論的同時，可以引導學生學習如何將相關實驗技術應用到具體問題的解決過程中。

美版教材中依據現實設置與教學相符的情境，引導學生利用所學知識分析實際問題，如創造性寫作：“1798年，假設你是Malthus，請解釋人口增長對社會和環境的影響。”有利于培養學生的寫作能力和社會責任感，值得嘗試應用。

4 科學引導，對人物及事例客觀評價

教材注重評價的客觀性，如對拉馬克的評價中肯、細化：“在今天來看，拉馬克的觀點在很多方面不正確，但是他是第一批認為物種不是固定的科學家，并嘗試用自然過程解釋生物進化。同時他也認為生物所處的環境和它的身體構造之間是有聯系的?！苯滩牟换乇芷鋵_爾文等多位科學家的影響。再如，針對進化理論發展中觀點的不絕對化，“自然選擇并沒有使得生物更好，適應沒有必要完美，只需要足夠好到讓生物將基因傳遞給下一代?！贝送?，針對抗生素是否應該禁用這一話題，國內外教材均有涉及，但是國內教材僅提出了問題，美版教材則用了整整一頁篇幅，從抗生素基本使用情況到目前主流觀點均進行介紹，給予更多信息，使學生從多個角度了解和思考，防止以偏概全。同時美版教材通過提示學生查閱圖書館文獻、上網查閱資料、列出優點和缺點等措施，引導學生從多個途徑了解、學習處理實際問題。

5 結語

通過研讀，不難發現該美版教材特別注重科學思維能力的培養和新技術的應用，善于通過解決真實問題來提升學生的社會責任感。當然，該教材也有不適合國內學情的地方，如： 篇幅過長，閱讀時間長；知識分散，梳理有難度等。我們應以新課標為指導，合理借鑒國外教材，努力提升學生的生物學學科核心素養。