講好教材插圖背后的科學故事

2019版人教版高中生物學必修2“生物的進化”這一章節的地位明顯提高，內容上增加了關于生物進化的證據。新教材在第1節課中有兩幅插圖尤為引人注意，分別是101頁的“赫氏近鳥龍化石及復原圖”（中國遼寧）和105頁的“顧氏小盜龍化石”（中國遼寧）。對“鳥類起源于恐龍”這一假說的化石證據，很多人在科普層面的認知上還基本停留在著名而經典的“始祖鳥”化石。那么，為什么新教材在“思考·討論”活動中對“化石證據對共同由來學說的支持”的資料論述上，用了人們普遍不熟知的“赫氏近鳥龍化石”作為課文的重要插圖呢？這點值得一線教師思考。

“生物由共同祖先進化而來”是本模塊的重要概念，引導學生基于證據進行邏輯推理是本節課教學的關鍵。初中教材雖已安排過“運用證據和邏輯做出推測”和“評價證據和假說”的技能訓練，但實際上，高中生對此的理解和技能還只停留在感性認知層面。

基于此，本文以新教材兩幅重要的化石插圖為切入點，深度挖掘插圖背后的科學故事，創設“論恐龍的前世今生”的整體認知情境，巧妙將“化石”該直接證據和“比較解剖學、胚胎學證據、細胞和分子水平的證據”等間接證據整合其中，為學生的知識學習和系統地強化訓練提供真實的、切實可依的情境支撐，從而避免知識系統的零碎化，促進學生深度學習。

一、教學準備

（1）網絡查閱、搜集大量文獻、視頻、新聞等資料，構建“論恐龍的前世今生”這一進化理論背后的科學故事。

（2）實地考察廣東省博物館（廣州市）“古生物學”館，搜集并拍攝恐龍化石等真實證據的視頻（該視頻介紹了化石的成因，實拍了博物館中恐龍大型骨骼模型和廣東省河源市恐龍蛋化石實物等素材）。

（3）剪輯制作“博物館恐龍化石”學習視頻和多媒體課件，準備模型恐龍一只。

三、活動一：【鳥類源于恐龍】情景分析——認同觀點，情感升華

（一）實證導入

教師活動：展示達爾文全球航行及《物種起源》的圖片，用簡短語言引出“共同由來學說”該學習主題。教師設問一：恐龍在地球上真實存在過嗎？如果有，有證據可以證明嗎？教師播放自制“博物館恐龍化石”視頻，用生活中的實證點燃學生“求證思維”的火花，讓學生認識到“化石是生物進化最直接、最重要的證據”這一觀點。設問二：現如今，地球上已經看不到恐龍了，從進化的角度講，恐龍是否真的已經滅絕了？教師展示小學語文教材《飛向藍天的恐龍》課文插圖，用簡短的話語幫助學生回顧并總結該文主旨，引出科學故事——“論恐龍的前世今生”，進入下一個教學活動。

學生活動：根據創設的問題情境，跟隨教師思路，認真觀看、聆聽導入素材，質疑思考，回答問題，感知化石作為研究生物進化史證據的重要性。

（設計意圖：弱化課堂中對“化石的概念、成因、作用及其在地層中的呈現”等基礎知識的講解，將其作為預習材料讓學生自學消化。創新授課形式，聚焦重點學習內容，設疑激趣，用講述科學故事的方式切入主題。）

（二）故事發展

教師活動：教師展示始祖鳥化石照片及其復原圖（如圖1、圖2，圖片來自網絡），根據圖片概述其與爬行類和鳥類的共同特征，結合同時期發掘的其他恐龍化石與其具有高相似度的科學事實，引出英國赫胥黎提出“鳥類和恐龍有親緣關系”的觀點。

赫胥黎之后100年，耶魯大學教授Ostrom從骨骼結構研究角度，發現一些恐龍化石，尤其是一種叫“恐爪龍”的爪子與始祖鳥的爪子相似度極高（如圖3、圖4，圖片來自網絡），繼續了赫胥黎的研究。

教師借上述兩個研究實例，及時插入講解“比較解剖學”證據的內涵及其應用，回歸教材，讓學生結合教材中“比較三種脊椎動物的前肢和人的上肢骨骼”示意圖及“思考·討論”問題，觀察、思考、回答，根據學生回答總結它們之間的共同特征，引出“同源器官”并解釋其內涵，幫助學生分析進化與適應之間的關系。繼而，教師展示博物館實拍標本圖片（如圖5、圖6、圖7，圖片實拍于廣東省博物館），再給予佐證，如鯨的前鰭和蝙蝠的前肢骨骼的相似性，鯨的前鰭和魚的前鰭骨骼的差異性，幫助學生加深理解。

教師引導學生繼續思考：如果讓“恐龍變鳥”的假說成立，還要從邏輯上有幾個推論：一是找到越來越像鳥的一群恐龍（有羽毛），而且要早于鳥類；二是它們的體型應該越來越小，具有初步飛行能力。基于前述的研究分析，教師時時滲透觀點，科學假說和科學理論的“橋梁”是基于證據的邏輯推理，由此故事繼續。

教師展示“中華龍鳥”化石照片及其復原圖（如圖8、圖9，圖片來自網絡），講述1996年我國在遼寧出土的第一個帶羽毛的恐龍化石——“中華龍鳥”。

教師再展示2009年我國遼寧出土的“赫氏近鳥龍”化石照片（如圖10，圖片來自網絡），闡述該化石發現的重要里程碑意義：由于該化石較“中華龍鳥”的時代早約2000～3000萬年，因此解決了長期以來在鳥類起源研究上存在的鳥類化石證據早于近鳥恐龍化石證據的“時間倒置”問題，徹底平息了對鳥類恐龍起源假說的質疑。

教師繼續展示我國遼寧于2000年和2004年出土的“小盜龍”化石和“寐龍”化石照片（如圖11、圖12，圖片來自網絡），講述其背后的科學推論知識。如“寐龍”的體型之小和“小盜龍”的彎鉤爪適宜樹上生活進而飛翔等，回應上述推論二：恐龍的體型應越來越小，且具有初步飛行能力。

教師借助上述我國遼寧出土的四個著名的恐龍化石的證據意義，向學生滲透科學推理中要有基于證據的“求證”思維。接著，引出下一個間接證據的講解——胚胎發育學證據，回歸教材。教師展示“七種脊椎動物和人的胚胎發育的比較”示意圖（如圖13，圖片來自網絡），引導學生從早期胚胎發育的相似性上理解“來自共同祖先”的含義。

在學生理解胚胎發育學證據在研究生物進化的應用意義的基礎上，教師展示手中恐龍實物模型，插入趣味小故事：鳥類手指和恐龍腳趾的同源演化。教師展示鳥類翅膀胚胎發育的圖片（如圖14，圖片來自網絡），解釋在其演化過程中，兩個外側手指首先退化并消失，最終形成鳥類具有3個手指的翅膀。教師繼續引導：既然鳥類源于恐龍，那么恐龍的腳趾就應該有著類似的演化規律。接著，展示我國2009年于新疆出土的關鍵力證——“泥潭龍”化石圖片（如圖15、圖16，圖片來自網絡），顯示該化石的手指退化形態也同樣是第一和第五指。此研究發現，強有力地支持了鳥類起源于恐龍的假說。

最后，教師展示中國科學院南京地質古生物研究所關于分子生物學的“48個鳥類物種基因序列發現恐龍進化為鳥類的有力證據”的新聞報道，從而將“鳥類源于恐龍”假說的研究水平落腳到“細胞和分子生物學”水平的證據上。

教師總結：通過“論恐龍的前世今生”這個科學故事，相信同學們應該能深深感觸到化石是研究生物進化最直接、最重要的證據。此外，比較解剖學、胚胎發育學和細胞分子水平的研究都為“共同由來學說”提供了有力的證據支持，這些證據相互補充、相互支持、相互印證。讓我們感動的是推動該假說發展的科學研究中，中國科學家在眾多化石證據上做出了偉大的科學貢獻。

學生活動：（1）聆聽故事，質疑思考，交流討論，梳理“鳥類源于恐龍”假說的研究思路，感悟“化石是研究生物進化最直接、最重要的證據”的深刻意義，弄清楚直接證據和間接證據的印證關系。（2）通過科學故事中一步步的情景式的說服式論證，達成“生物由共同祖先進化而來”的概念學習，感悟科學精神，點燃愛國情感。

（設計意圖：①認知證據、尋找證據，建立基于邏輯的、證據的、假說推理的科學思維，滲透科學方法；②幫助學生樹立辨證唯物主義世界觀，激發其愛國情感，感悟背后的科學精神。）

四、活動二：【細胞分子水平】思考討論——跳出情境，重點訓練（簡化）

教師活動：分小組討論交流：針對教材103頁的“思考·討論”環節，進行小組討論。回答問題：（1）當今生物的細胞在結構上與古細菌有哪些共同點？這說明了什么？（2）人和類人猿在DNA堿基序列或基因組方面高度接近說明了什么？（3）關于人與其他生物的親緣關系，從細胞色素C的相關資料可以得出什么結論？這些數據是否支持生物有著共同的起源？（4）舉例說出當今生物的細胞在代謝上的共同點。

學生活動：思考回答、強化觀點。及時反饋，回遷課本，結合已有知識搜集更廣泛的證據。

（設計意圖：提高學生的語言表達能力，提煉、概括能力，使其鍛煉其自主學習能力，進一步夯實求證思維。）

五、活動三：【內共生起源學說】思維遷移——遷移應用，能力提升（簡化）

教師活動：基于本節課的學習內容，回遷必修一知識基礎，及時訓練求證思維。引出討論主題：生物學家馬古利斯（Lynn Margulis）于1970年出版的《真核細胞的起源》一書中正式提出“共生起源”假說。例如，藍細菌被吞噬后經過共生能變成葉綠體。教師設問：同學們，根據所學知識，你是否支持該假說？若支持，你可以說出哪些證據呢？

學生活動：學生分小組交流討論，羅列出參考要點，各個小組共評總結。（參考要點：共生是生物界的普遍現象，例如根瘤菌與豆科植物的共生關系，藍藻或綠藻與真菌共生形成地衣等；二者都有葉綠素等光合色素，可進行光合作用；葉綠體也有DNA，可以自行復制，不完全受核DNA的控制；葉綠體也有自己的蛋白質合成系統，核糖體分別與細菌和藍細菌的一致；葉綠體的內、外膜有顯著差異。）

（設計意圖：實現知識遷移、思維發散、學以致用，呼應本章科學思維的重點——基于證據的邏輯推理。）

六、教學反思

本節課的知識內容構建上，本著“不唯書、不唯上、只唯實”的求實創新精神，打破了教材中知識內容編排結構上的束縛，創設了“鳥類源于恐龍”的科學故事，趣味性強，思辨性深。尤其在佐證素材上，教師充分利用了本地博物館的資源優勢，巧妙并恰當地將各類進化證據融入其中，使學生的知識學習和能力訓練化“散”為“整”。有了一個切實可依的情境支撐，教師在無形中就能一次又一次地強化訓練學生的比較、分析、推理、論證等“基于證據的邏輯推理”等科學思維，達到潤物細無聲的課堂效果。

此外，本節課還特別關注了社會主義核心價值觀和社會責任這一核心素養的有效滲透。系列化石證據的呈現，深度挖掘了教材插圖背后的科學故事，突出了中國科學家的卓越貢獻，引發學生的愛國情感。

（作者單位：廣州市南武中學）

編輯：曾彥慧