“生物進(jìn)化的重要證據(jù)
——化石”的教學(xué)設(shè)計(jì)

劉立波 劉 穎

（1 北京中學(xué) 北京 100018 2 北京朝陽區(qū)教育研究中心 北京 100021）

生命的起源和生物的進(jìn)化是生物科學(xué)研究的重要領(lǐng)域。張昀先生編著的《生物進(jìn)化》中有這樣的評(píng)價(jià)：生物科學(xué)對(duì)整個(gè)自然科學(xué)最重要的、最值得驕傲的貢獻(xiàn)就是進(jìn)化思想和進(jìn)化理論［1］。如何在初中階段幫助學(xué)生形成進(jìn)化思想和理解進(jìn)化理論，形成進(jìn)化觀點(diǎn)？在教學(xué)中可挖掘化石這一載體的豐富內(nèi)涵，讓化石發(fā)揮更大的教育價(jià)值。

1 教學(xué)內(nèi)容分析

1.1 相關(guān)的概念描述及分析 《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》在此部分要求幫助學(xué)生形成的重要概念是：地質(zhì)學(xué)、化石記錄、解剖學(xué)等從不同方面為進(jìn)化理論提供證據(jù)［2］。

不同版本初中生物學(xué)教材中對(duì)化石記錄提供進(jìn)化證據(jù)這一部分內(nèi)容呈現(xiàn)充分。在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中也有相關(guān)的要求：描述嘗試通過化石記錄、比較解剖學(xué)和胚胎學(xué)等事實(shí)，說明當(dāng)今生物具有共同的祖先［3］。

1.2 本節(jié)課概念性知識(shí)的上、下位關(guān)系分析（圖1）

圖1 概念分解圖

1.3 學(xué)情分析

1）形成概念的知識(shí)儲(chǔ)備分析。學(xué)生對(duì)化石感興趣，對(duì)進(jìn)化的認(rèn)識(shí)集中在歷程方面；缺少地質(zhì)知識(shí)儲(chǔ)備；對(duì)化石出現(xiàn)的序律性有誤解，經(jīng)過訪談了解到許多學(xué)生認(rèn)為化石是堆在地底下某處。

2）學(xué)生形成概念時(shí)需要的過程和方法支持。學(xué)生通過現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)事實(shí)，以及對(duì)觀察結(jié)果的描述、多個(gè)信息的綜合分析、表達(dá)能力幾方面需要支持和指導(dǎo)。

2 組織內(nèi)容實(shí)現(xiàn)概念構(gòu)建

2.1 組織內(nèi)容實(shí)現(xiàn)概念構(gòu)建的策略

1）需要補(bǔ)充地質(zhì)學(xué)的相關(guān)知識(shí)，豐富對(duì)化石的認(rèn)知，將對(duì)化石蘊(yùn)含的相關(guān)要素與概念建立聯(lián)系。

2）設(shè)計(jì)觀察化石的活動(dòng)，搭建概念形成的支架，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)化石記錄了生物信息。

3）通過“地層書”的系列活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)化石記錄了生物的年代信息和出現(xiàn)的序律性。

2.2 教學(xué)準(zhǔn)備 不同時(shí)期馬化石的紙質(zhì)圖片、不同時(shí)期鳥化石的紙質(zhì)圖片和文本、化石標(biāo)本、化石形成的視頻資料、自制地層書、放大鏡、白板。

3 教學(xué)目標(biāo)

1）描述化石特征、判斷生物類型，發(fā)現(xiàn)化石記錄的相關(guān)證據(jù)。

2）找出模擬地層書中的“化石”，將化石活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)的事實(shí)進(jìn)行整合分析。

3）基于證據(jù)，解釋化石成為進(jìn)化證據(jù)的原因。

4）認(rèn)同生物進(jìn)化是有證據(jù)的，是真實(shí)存在的。

5）體會(huì)用證據(jù)說話是一種求真務(wù)實(shí)的科學(xué)精神。

4 教學(xué)過程（圖2）

圖2 教學(xué)過程展開邏輯圖

5 教學(xué)過程

5.1 導(dǎo)入，提出核心問題 教師帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識(shí)進(jìn)化思想和進(jìn)化學(xué)說的代表人物——亞里士多德、布豐、老達(dá)爾文、達(dá)爾文，了解達(dá)爾文進(jìn)化論的形成背景。呈現(xiàn)基于達(dá)爾文進(jìn)化論，古生物學(xué)和考古生物學(xué)在生命起源、生物的進(jìn)化歷程、人的起源、人的進(jìn)化歷程上得到了科學(xué)界普通認(rèn)同的研究成果和觀點(diǎn)。在得到學(xué)生的認(rèn)同后，教師追問：進(jìn)化是否確實(shí)發(fā)生過？為什么能如此肯定？學(xué)生幾乎異口同聲回答：由化石證明。通過教師追問提出本節(jié)課解決的核心問題：為什么化石能成為生物進(jìn)化的證據(jù)？

借助簡短的科學(xué)史資料鋪墊進(jìn)化論和進(jìn)化觀點(diǎn)的形成和發(fā)展，讓學(xué)生感受到觀點(diǎn)的形成是一代代科學(xué)家、思想家、哲學(xué)家逐步形成的，同時(shí)也在不斷發(fā)展和完善。引入的進(jìn)化事例與化石建立起聯(lián)系后，設(shè)計(jì)了統(tǒng)領(lǐng)整節(jié)課的核心問題：為什么化石能成為生物進(jìn)化的證據(jù)？ 將簡單的聯(lián)系引向深入，學(xué)生在知識(shí)層面需要理解化石是什么？有哪些化石？ 在能力層面要能對(duì)化石與生物進(jìn)化的關(guān)系進(jìn)行科學(xué)解釋。

5.2 觀察化石，發(fā)現(xiàn)化石記錄的生物信息 學(xué)生分小組觀察化石，完成以下任務(wù)：1）描述化石中的生物特征；2）判斷化石中保留的生物類型。教師播放化石形成的視頻，并用三葉蟲和狼鰭魚化石為例，指導(dǎo)學(xué)生對(duì)化石保留下來的生物信息進(jìn)行觀察和采集，包括大小、形狀、身體分部。學(xué)生觀察化石后發(fā)現(xiàn)滅絕物種的化石所記錄的信息能幫助人們知道其存在，幫助人們復(fù)原其樣貌。學(xué)生通過對(duì)多個(gè)狼鰭魚化石的觀察分析其種群數(shù)量、生活習(xí)性等特征。

學(xué)生通過觀察化石的各種現(xiàn)象，找到化石是進(jìn)化證據(jù)的相關(guān)事實(shí)，在觀察過程中篩選、判斷、解釋，將多個(gè)信息建立聯(lián)系，豐富了化石的內(nèi)涵。

5.3 “讀地層書”活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)化石記錄的年代信息 教師提前將馬和鳥的系列化石圖片插入學(xué)生制作的“地層書”中。在觀看地層形成的動(dòng)畫資料后，學(xué)生開始讀“地層書”。此活動(dòng)包括3 個(gè)環(huán)節(jié)：1）介紹自己設(shè)計(jì)制作的“地層書”（圖3）；2）通過制作“地層書”有什么發(fā)現(xiàn)？ 3）翻開“地層書”，“挖”出“馬的化石”和“鳥的化石”，擺在紙板上。

圖3 地層書

學(xué)生在標(biāo)記著年代信息的“地層書”的導(dǎo)引下，發(fā)現(xiàn)化石分布在不同的地層中，不同地層形成的年代不同。當(dāng)馬和鳥化石照片有序律出現(xiàn)且擺在面前時(shí)，學(xué)生對(duì)同年代、不同年代馬和鳥的形態(tài)特征進(jìn)行比較，歸納化石顯現(xiàn)的形態(tài)特征、年代信息、出現(xiàn)的規(guī)律，證明馬的進(jìn)化事實(shí)和進(jìn)化歷程。

5.4 豐富現(xiàn)象，補(bǔ)充事實(shí)，提煉概念 教師出示德國始祖鳥化石（1861）照片，并介紹由此引發(fā)鳥類起源的爭議。關(guān)于鳥類起源的主要假說包括：鱷類起源說、槽齒類爬行動(dòng)物起源、恐龍起源說。教師提供現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的鳥的化石——中華龍鳥化石（1996）、顧氏小盜龍化石（2003）、近鳥龍化石（1998）、孔子鳥化石（1993）及各類化石復(fù)原圖像。學(xué)生經(jīng)歷了用化石證明鳥類起源于恐龍的論證過程。

設(shè)計(jì)“地層書”為載體的系列活動(dòng)是幫助學(xué)生突破難點(diǎn)——化石在地層中出現(xiàn)有序律這一概念。此概念形成需要跨學(xué)科知識(shí)支持，而學(xué)生的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)都不足以支撐，教師讓學(xué)生經(jīng)歷制作過程、“挖化石”過程，感受地層形成的規(guī)律，體會(huì)化石形成與地層的關(guān)系、不同時(shí)期形成的化石在地層中分布的規(guī)律，了解過渡化石的發(fā)現(xiàn)為各種不同門類生物的親緣關(guān)系搭建了橋梁，化石能不斷提供新的證據(jù)。認(rèn)同化石有年代、成序列、留下生物學(xué)特征可作對(duì)比，化石能證明進(jìn)化是真實(shí)存在的。學(xué)生通過親身體驗(yàn)、感受背景材料與概念之間的關(guān)系，從現(xiàn)象到事實(shí)，再將多個(gè)事實(shí)進(jìn)行思維的加工和概括，形成新的認(rèn)識(shí)。活動(dòng)還提供學(xué)生形成概念的時(shí)間和空間，學(xué)生通過系列活動(dòng)，用論證思維進(jìn)行思考、尋找實(shí)證進(jìn)行判斷和解釋。

5.5 小結(jié)和拓展 師生回顧學(xué)習(xí)活動(dòng)，梳理總結(jié)本節(jié)課的核心問題：化石為什么能成為生物進(jìn)化的重要證據(jù)？ 首先，化石能證明物種真實(shí)存在過，化石保留了一些生物學(xué)信息；其次，化石記錄了生物的年代信息，化石在地層中出現(xiàn)有序律，將保留的信息進(jìn)行整合和對(duì)比，證明進(jìn)化確實(shí)存在。最后，教師布置拓展作業(yè)：請以馬、始祖鳥或其他生物進(jìn)化的過程制作書簽（圖4、圖5）。

圖4 始祖馬書簽

圖5 人的進(jìn)化書簽

6 教學(xué)反思

本節(jié)課挖掘了化石承載的教育價(jià)值，將重要概念進(jìn)行分解，圍繞上位概念設(shè)計(jì)核心問題，概念形成過程中由核心問題引領(lǐng)，通過活動(dòng)支架，落實(shí)概念形成。在豐富現(xiàn)象和發(fā)現(xiàn)事實(shí)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)學(xué)生活動(dòng)。“地層書”活動(dòng)比較好地突破了發(fā)現(xiàn)“年代信息”這一難點(diǎn)。

需要指出的是，至今人們對(duì)化石的發(fā)現(xiàn)和研究還是鳳毛麟角，化石的缺乏導(dǎo)致對(duì)生物進(jìn)化規(guī)律的推斷很難精準(zhǔn)；根據(jù)“孤證不證”的基本道理，實(shí)際上很多生物演化結(jié)論存在明顯缺陷，這就需要不斷的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科研探究、邏輯推理。