張世儀 高峰

摘要：結合普通高中課程標準生物學必修2教學案例，通過追溯生命科學史、引入科學論證、建構概念模型、解決實際問題的教學策略培養(yǎng)學生的進化與適應觀，凸顯生物學課程的地位與育人價值。

關鍵詞 高中學生 進化與適應觀 生物教學

中圖分類號G633.91 文獻標志碼B

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課標》）中所要求的生命觀念是具有生物學學科特性的要素，是生物學學科核心素養(yǎng)的關鍵與重要標志，包括物質與能量觀、功能與結構觀、進化與適應觀與穩(wěn)態(tài)與平衡觀。進化與適應是指種群里的個體在環(huán)境壓力的作用下，通過改變形態(tài)特征、生理特性等性狀并在親子代之間遺傳，從而在多變的環(huán)境中實現生命的延續(xù)和種族的繁衍，是生物與環(huán)境相互作用的表現之一，也是物種多樣性與適應性的原因。進化與適應觀的建立有助于學生從時間維度整體把握生命的演變歷史，辯證地看待生命的發(fā)生是一個物質與能量、有機個體與生存環(huán)境之間的相互作用，是由量變到質變的漫長過程，是環(huán)境壓力迫使生物個體調整至最適合環(huán)境的過程。同時，進化與適應觀的建立對理解“生物的多樣性和適應性是進化的結果”這一大概念是必不可少的。

高中階段是學生科學思維系統(tǒng)化和邏輯化形成的關鍵時期，學生已經掌握生物的進化是從無到有，從簡單到復雜，從水生到陸生的一個過程，但對于進化與適應過程中生物多樣性與統(tǒng)一性的關系，“用進廢退”與“自然選擇”觀點的辨析等還比較模糊。在高中生物課堂上，教師結合進化與適應觀相關的實例，讓學生理解“地球上的現存物種來自共同的祖先”“適應是自然選擇的結果”，并能作出科學性解釋。

1追溯生命科學史，感悟“進化與適應觀”

北京師范大學劉恩山教授曾說過：“科學史和科學哲學對理科教師來說之重要，有如水分和土壤關乎植物的生長?！鄙镎n堂的教學不能只關注科學知識的灌輸，還需要教師不斷發(fā)掘生物科學史中所蘊含的科學哲學，引導學生以科學家的視角審視生命的演化，讓學生體驗以史為據的科學探究精神，感悟進化與適應觀。這個過程可以促進學生的發(fā)散思維，有助于深層次地理解科學事業(yè)的本質，形成學科核心素養(yǎng)。

例如，教師在論述“所有的生物都來源于共同的祖先”這一重要概念時，可以以40億年生命史的時間表作為線索，結合地球生命物質以及學生在初中階段掌握的簡化的動植物的進化過程相關知識，演示生物生物進化樹（圖1）。從主干到節(jié)點、再到分支的順向延伸可以說明自然界生物進化是一個漫長的、由簡單趨向于復雜、物種多樣性不斷增加的過程。此外，教師還可以指導學生從分支到節(jié)點再到主干觀察，逆向思考得出多種多樣的生物在遠古時代都由同一祖先生物進化而來。這樣從而使學生理解生命進化是一個多樣性與統(tǒng)一性、量變與質變相互轉變的過程。

另外，生物進化體現在生物學的方方面面，教師可以通過引導學生運用發(fā)散思維，從生物學的其他分支學科尋找生物進化的佐證：

①胚胎學方面，18世紀解剖學家發(fā)現人類早期胚胎與哺乳動物甚至爬行類動物、兩棲動物和魚類胚胎相似，這一現象說明在胚胎發(fā)育階段保留著相似性狀的相關種有可能源于共同祖先。

②解剖學方面，許多生物具有同源器官，比如蝙蝠的翅膀、鼴鼠的腳以及海牛的鰭都具有相似的長形手骨、小塊腕骨以及五根指頭。

③生物分類學方面，兩棲類、爬行類、鳥類和哺乳類等動物在外形上迥然各異，然而在基本解剖結構上十分相似，這種相似性源于它們從共同祖先那里接受了遺傳物質，差異性是由于祖系線發(fā)生了分化。

④分子生物學方面，2006年生物學家發(fā)現各種生物中存在共生同源基因，對比高等動物的一些基本基因可以一直追溯到細菌中的同源基因，酵母、蠕蟲和果蠅中的許多基因可以追溯到同一古老基因等。

2應用科學論證，建構“進化與適應觀”概念模型

學科概念是高中生物課堂教學的重要脈絡與依托，是課堂培養(yǎng)學生生命觀念的落腳點。在高中課堂上，學生對于事實性的知識是相對容易吸收的，但是要基于一個或多個生物概念構建知識體系是困難的。遺傳與進化這一模塊的內容枯燥晦澀，過于理論化，教師可以通過將科學論證活動引入生物課堂教學，設置具體的問題情景，提供相關的資料數據，引導學生提出各自不同的觀點，在不同觀點之間進行合理的思考與辯駁。教師收集學生在思維辯論過程中得到的有效信息，整理總結得出統(tǒng)一的結論，并根據有關信息構建概念模型（圖2）?！墩n標》明確要求：“了解建立模型等科學方法及其在科學研究中的作用，培養(yǎng)學生的建模思維和建模能力，獲得生物學的基本事實、概念、原理、規(guī)律、模型等方面的基礎知識”?？茖W論證與模型建構相結合的教學策略也順應了新課標的要求。

例如，教師在高中生物課堂講授“自然選擇”的過程時，提供以下資料：

（1）馬爾薩斯在《人口論》中提出，每一個生物種群都有很強的繁殖能力，如果不受環(huán)境條件限制，群體數量將會呈指數增長。

（2）達爾文觀察到，在自然界中，群體的數量除了每年的暫時波動，基本保持穩(wěn)定。

（3）馬爾薩斯認為，自然界中的每一個種群獲得的資源都是有限的。

教師：達爾文能夠從這三個事實中得到什么推論呢？

學生1：生物有過度繁殖的傾向。

學生2：資源有限的情況下，生物群體內的個體間會相互競爭生存資源。

學生3：在競爭中贏了的個體存活，輸了的個體被淘汰。這樣群體才能保持穩(wěn)定。

教師總結：換言之，個體之間存在著生存斗爭。

教師繼續(xù)提供資料：達爾文從育種者、馴化師以及分類學者處了解到，在一個群體中，沒有完全一樣的個體;一個群體中，不同個體之間的差異是可以遺傳給下一代的。

教師：結合這一則資料，達爾文從中可以得出什么推斷呢？

學生1：群體中的個體不完全相同可能是因為存在變異。

學生2：變異是不定向的，有的變異對個體生存有利，有的變異對個體不利。

學生3：具有有利變異的個體能在生存斗爭中存活下來，并通過繁殖把有利變異遺傳給后代。

教師總結：不同個體具有不同的變異，自然界中的環(huán)境壓力就相當于一個選擇的過程，它把具有有利變異的個體留下，這種有利變異又通過繁殖遺傳給后代。這樣有利變異可以逐代積累，不斷進化出適應于新環(huán)境的新類型。

教師列舉關于自然選擇的相關資料，層層深入引導學生站在科學家的視角審視生物進化的過程，提煉出資料中的有用信息并做出合理推斷。同時，教師要注意對學生提出的推斷進行總結歸納，建構自然選擇的解釋模型。

另外，教師還可以在課堂中引入爭議性問題，引導學生進行論證與思辨，提出自己的見解并作出解釋。教師進行總結陳詞。

教師繼續(xù)提供資料：

（1）法國博物學家拉馬克提出生物在適應環(huán)境的過程中會產生變化。如，遠古的長頸鹿住在樹葉生得很高的地方，現代長頸鹿的祖先可能是某種短頸動物，它們經常需要伸長脖子才能取食到枝葉，久而久之長頸鹿的頸愈來愈長。再如，鼴鼠長期生活在地下黑暗的環(huán)境中，眼睛就萎縮退化。他認為，生物是通過用進廢退獲得性狀并遺傳給后代的，這是生物不斷進化的原因。

（2）達爾文在其著作《物種起源》中舉了野狼的例子來解釋“自然選擇”。遠古非洲草原上的野狼祖先有的奔跑能力強，有的奔跑能力弱。奔跑能力弱的祖先由于未能捕獲獵物而被餓死，奔跑能力強的祖先能夠捕獲足夠的食物，能夠存活下來并把這種奔跑能力強的特性遺傳給后代，逐漸進化成現代具有強奔跑力的野狼。

教師：這是拉馬克與達爾文的兩種觀點，你們支持哪種觀點？

學生1：我同意拉馬克的觀點。我們也常說“腦袋越用越靈活”，運動員的速度也是越練越快，這也與資料中的長頸鹿祖先的例子類似。所以用進廢退是成立的，后天的行為可以使得性狀有改變。

學生2：運動員的子女更具有運動天賦，也可以說明后天獲得的性狀可以遺傳。

學生3：如果說使用頻率決定生物進化，如果把鼴鼠重新放在光明的環(huán)境，它的眼睛是否會恢復？顯然是謬論。

學生4：我同意“自然選擇”的觀點，祖先野狼奔跑速度之間的差異可能是變異引起的，變異是客觀存在的，而“獲得性遺傳”并不普遍。有利變異積累導致新類型個體產生更合理。

學生5：如果按照達爾文的推理，長頸鹿的長頸的變異是逐代積累的，那為何沒有化石證據可以證明存在“居中類型”呢？

教師總結：拉馬克的觀點肯定了生物的變異與進化，同時否定了“造物主”的說法。但他的觀點過于強調動物主觀意愿的作用，對變異的解釋不夠完善，他所列舉的許多例子不具有普遍性;而達爾文的自然選擇觀點是基于客觀存在的不定向變異，揭示生物界辯證發(fā)展的規(guī)律。拉馬克的觀點將適應與變異一概而論，認為用進廢退是產生變異的過程，也是適應的結果，而達爾文認為適應是變異和自然選擇的結果，顯然這種觀點更有說服力。

3引入現實問題，內化“進化與適應觀”

《課標》提出：“學生應該在較好地理解生物學概念的基礎上形成生命觀念，能夠用生命觀念認識生物的多樣性、統(tǒng)一性、獨特性和復雜性，形成科學的自然觀和世界觀，并以此指導探究生命活動的規(guī)律，解決實際問題”。在生物課堂上，生物學課程育人價值的體現，生物基礎知識的教學、生命觀念的灌輸與構建等都最終指向學生面對實際問題和挑戰(zhàn)時的分析、決策和解決能力。所以，能否運用進化與適應觀分析解決實際問題是判斷學生生命觀念構建與內化成功與否的判斷標準之一。進化與適應觀是學生在與各種各樣的現實情景互動過程中逐漸形成的，教師在生物課堂上引入最新的科研成果、當下的社會熱點以及學科前沿資訊等引導學生運用進化的觀點探索生命活動的規(guī)律，解釋生命現象，解決實際問題，不斷地進行觀念內化。

例如，近年來全球多地出現的“超級細菌”——耐甲氧西林金黃色葡萄球菌，其產生的強耐藥性能夠抵抗幾乎所有的抗生素，造成患者肺部感染并死亡。教師可以針對超級細菌的強耐藥性，讓學生思考濫用抗生素與細菌耐藥性增強的聯(lián)系;同時，引導學生從生物進化與適應的角度解釋“超級細菌”及其潛在危害，使學生形成公共衛(wèi)生意識以及社會責任感。教師還可以列舉社會上有爭議的問題，例如，有科學家認為，全球氣候變暖導致南北極永凍層冰川融化，會使侏羅紀時代甚至更久遠的古細菌進入現代生態(tài)系統(tǒng)，從而有可能感染并危害人類。教師可以設置開放性問題：根據自然選擇的原理，這些細菌有沒有可能在現代生態(tài)系統(tǒng)存活？能不能像感染遠古時代生物一樣感染人類？曾經有科學家提出“細菌大戰(zhàn)”，通過現代技術手段培養(yǎng)出能夠抵抗古細菌侵染的現代細菌去感染殺死古細菌，有沒有可行性？學生在實際問題中，通過運用已學知識，分析解決問題，同時活化課堂氣氛，培養(yǎng)學生生物學興趣，形成生命觀念。