邰玉韦

“生物进化的学说”是苏教版初中生物学教材八年级上册第16章第3节的内容，本节教学共需要达成三个重要教学目标：①认同“生物的遗传变异和环境的共同作用导致生物进化”的观点。②说出达尔文生物进化学说的基本思想及其意义。③描述加拉帕戈斯群岛上地雀发展和进化的原因。

《义务教育生物学课程标准（2011年版）》“课程内容”中明确指出，生命的起源和进化是生物科学研究的重要领域，以自然选择学说为核心的生物进化理论，解释了生物进化和发展的原因。这部分知识在初中生物学教学中属于宝贵的“生物科学史”教学资源，对学生感受科学家的经历、领悟科学家的探究过程和思维方法、形成生物进化的观点、树立辩证唯物主义自然观具有重要意义。

达尔文的生物进化学说既是本节的重点又是难点。在实际教学中，如果仅仅通过资料阅读和讨论探究加拉帕戈斯群岛上地雀的进化，学生对生物进化的原因会缺乏足够的感性认识铺垫。需要设计一系列逐步深入的模拟活动强化经验及感性认识，并渗透类比推理、归纳与演绎、模型与建模等教学思想和方法，环环相扣地引导学生主动构建知识体系模型，才能帮助学生形成对生物进化学说的理性认识，并在教学过程中落实生物学核心素养，有效实现本节课教学目标。

一、聚焦情境问题，增强建模感性认识

1.从数据中发现昆虫的繁殖能力很强

师：今天的课堂，我们一起前往海岛探索，你们的课桌就是一个个模拟的海岛。首先看情境（ppt呈现）：某海岛上生活着一种昆虫，亲代是10只，一般一只这样的昆虫平均一年可产卵200粒，如果所有出生的个体都能成功繁殖，5年之后此岛上大概有多少只这种昆虫后代呢？

（师生一起通过数学换算得出，5年之后此岛上大概有3.2×1012（10×2005）只昆虫后代。）

师：这个数据告诉我们什么？

生1：5年之后，此岛上有很多很多这种昆虫。

生2：也说明这种昆虫繁殖能力很强，能产生大量的后代。

2.在解决问题中认识生物变异现象

师：这种昆虫的所有后代个体之间会不会长得一模一样？

生（齐声）：不会。

师：这些个体之间会存在差异。那么，接下来，我们就针对昆虫的翅膀进行研究。（出示图片）这些昆虫的翅膀存在哪些差异？

生1：有的翅膀长，有的翅膀短。

生2：有的翅膀粗大一些，有的细小一些。

师：生物学上，在遗传的过程中，不同的个体之间出现差异的现象被称为变异。在自然界，生物的变异现象是普遍存在的。

【设计意图】

生物学建模是一种抽象的思维，具有一定的难度，需要循序渐进。一方面，“生物进化学说”涉及许多重要概念，如遗传变异、过度繁殖等，这些是建模的基础。另一方面，需要给学生充足的时间在模拟活动中获得对生物进化的过程体验和感悟，激发学生的元认知，增强感性认识，启发学生思考，发现和解决建模进程中的具体问题。

二、经历活动体验，初步建模并检验

1.开展模拟活动，渗透建模思想

师：当这些昆虫共同生活在海岛上的时候，这座海岛上常常会刮起大风……接下来，这些昆虫会如何发展呢？我们一起通过模拟活动来探索。每小组四位同学，一位同学模拟海岛刮大风，一位同学负责把10只模拟昆虫（5只大翅，5只残翅或无翅）在桌上放置好，一位同学负责统计数据，一位同学负责把数据填写在活动单（见表1）中。

学生参与活动体验的气氛很浓厚。在模拟刮大风时，有的学生用双手模拟，有的学生用生物课本模拟，有的学生认为风力不足够大，便叫上同学一起用两本书模拟;在放置模拟昆虫时，有的组将其放在桌面中央，有的组将其放置在桌缘。活动简单有趣、效果明显。

2.统计数据，分析结果

统计各组数据并算出平均值。大翅昆虫留在海岛的数量是2.1个，残翅（无翅）昆虫留在海岛的数量是4.1个。

师：这个数据说明什么？

生1：大翅昆虫容易被海风吹进海里去，残翅昆虫容易在经常刮大风的海岛上生存下来。

师：残翅或无翅的昆虫容易在这种海岛上生存下来，就有更多的机会繁殖后代，我们称这种变异为有利变异。我们继续让海岛上的这个故事发展下去，猜测20年后，昆虫情况会怎样。

生2：没有翅膀的昆虫类型会变得更多。

师：很高兴，我们的探究过程和方法，已经走进了著名科学家达尔文的思想和观点，他认为海岛上的这种变化叫作生物进化。

3.自主讨论，初步建模

师：为进一步走入达尔文“生物进化”的理论，现在我们试着把刚才的实践探索过程以模型的方式呈现出来。请同学们在下列概念库中选择合适的词条填入模型框架图中：不利变异、过度繁殖、淘汰、适者生存、生存斗争、遗传变异。

学生在经过小組讨论后，能够顺利完成模型的初步建构，并将其展示出来（见图1）。

4.基于案例，检验模型

师：现在我们能不能把海岛昆虫的案例和这个新构建的理论模型二者结合起来，按照生物发展的过程来表述一下？

（师生达成共识：一开始，海岛昆虫亲代祖先具有很强的繁殖能力，产生了大量的后代，在产生后代的过程中，存在着遗传变异。大翅昆虫子代个体在大风海岛环境下属于不利变异，在生存斗争中就容易被淘汰，而残翅或无翅昆虫则属于有利变异，容易获胜并繁殖大量后代，残翅或无翅昆虫逐代被积累，最后生存下来的就是残翅或无翅昆虫。）

师：在刚才的探究过程中，每个小组都模拟了大风，大风在生物进化的过程中起了什么作用？

生：把不利变异淘汰掉了，对昆虫的后代起了筛选作用。

师：这些昆虫不断地与大风作斗争，也不断地被大风选择着，所以我们可以认为海岛大风对昆虫进行了定向的自然选择，使得昆虫向残翅的方向进化。

【设计意图】

建模的过程突出了生物学概念和规律发生发展的过程。学生在模拟活动中经历了探究体验，并在自己经验积累的基础上参与了自主建模的过程，激发了学习的积极性和主动性。科学的模型需要立足于简单情境建构，然后不断地得到检验和完善，历经从简单到复杂、从局部到整体、从意义到结构的建构过程。

三、深度推理教学，完善模型建构并解释

1.分解复杂情境中的模拟活动任务

师：达尔文还认为，生物不断进化到一定阶段时，能形成新物种，他用加拉帕戈斯群岛的地雀来做了解释。那么，今天就重走一遍达尔文的思考之路，来推理证明他的结论。我们先了解一下加拉帕戈斯群岛的地理背景（图文呈现）：它由十几座主要岛屿组成，距南美洲西海岸500～600英里。岛屿之间彼此分开，这里经常遭遇严重干旱或严重暴雨或火山爆发，食物匮乏……因此，生物要想在这样的岛上生存下来，就必须先获得食物。生物进化是如何形成新物种的？故事开始了，在很久很久以前，有一群喙长得不一样的地雀（现代地雀的祖先）从南美洲大陆来到了各个岛上……每列桌子相当于一个岛屿，全班共有三个岛屿，分别为岛1、岛2和岛3。每组四位同学中，有三位同学利用所提供的橡胶手套、牙签和透明胶带等将手指进行不同的固定，呈现不同活动方式，将分别模拟三种鸟的喙即模拟喙A、模拟喙B和模拟喙C（见图2）。

（学生按照图示很快就完成了不同的手指固定和对不同喙的模拟。）

师：各组模拟的鸟喙A、鸟喙B、鸟喙C请举手示意一下。请问飞到同一个岛上的鸟，它们的喙的形态和大小都一样吗？

生1：不一样，鸟喙A、鸟喙B、鸟喙C都有。

师：最初飞到三个不同岛屿上的鸟，它们的喙应该包括这三种，对吗？

生2：是的，因为都来自同一群地雀祖先。

师：那么三个不同岛屿上的环境一样吗？请

看（PPT图片呈现：岛屿1上杂草萋萋，岩石遍布，昆虫躲藏在石缝或草丛中，虫子多。岛屿2上树木较多，能结出果皮坚硬的果实。岛屿3上仙人掌丛生，会开花，花是管状的，其花蜜可以食用）。

师：每个岛之间是相互隔开的，岛1、岛2和岛3上的食物是不一样的，因此，老师为每个岛屿（各4个组）上准备的模拟食物也是不同的（见图3）。请小组研究、推测一下自己岛上的地雀喙会进行怎样的进化。

2.模拟探究不同岛上地雀喙的进化方向

师：探究中，用烧杯模拟鸟的消化系统，假设每取得5个食物才可以繁殖一代，而且每只雌鸟每代繁殖10只，请将取得的食物数量换算成存活的地雀子代数量。每组由三位同学分别在2分钟内完成取食，由第四位同学统计数据并将其填写在表2中。活动结束后，请推理该岛上的地雀向哪个方向进化。

（各组学生积极参与模拟取食活动，时间2分钟。）

3.分析结果，解释表达

（1）数据说明：                       的地雀能获得更多食物，更易在岛上生存，有更多机会繁殖后代。

（2）结合已建立的进化概念模型，解释该岛上地雀的进化方向。地雀的祖先来到了这座岛上繁殖后代，在繁殖过程中发生变异，有的鸟喙粗一些，有的鸟喙                       ，因为岛上                       ，所以____________（喙A、喙B、喙C）的地雀能获得更多食物，繁殖更多后代，所以多年以后，该岛地雀不断向____________（喙A、喙B、喙C）的方向進化。

4.基于类比推理，完善模型并解释

师：经过数据分析，岛1、岛2、岛3的环境更适合哪种鸟生存下来？也就是说岛1、岛2、岛3上的地雀分别逐渐向哪种喙（喙A、喙B、喙C）的方向进化？

生1：岛1的地雀向喙A方向进化（完善模型）。

生2：岛2的地雀向喙C方向进化（完善模型）。

生3：岛3的地雀向喙B方向进化（完善模型）。

师：当我们通过模拟探究得出这样的结论后，我们又有什么新的发现？

生4：不同岛上的地雀，向着不同的方向发展。

师：为什么？

生4：因为不同岛上的食物（完善模型）不同。

师：相当于不同岛上的环境对地雀进行了选择，使地雀向着不同的方向进化。前面的模拟探究中也遇到了大风对昆虫的选择问题，可见，这是一个共同的规律。环境的各种因素如大风、食物、天敌等都会对生物的生存进行不断的选择。在生存斗争中，像这样适者生存、不适者被淘汰的过程被称为自然选择（完善模型）。在不断被选择的过程中，岛上的生物在发生不断的变化，导致生物的进化。如果说地雀可以这样进化，那么地球上的其他生物是不是也可以这样进化？

生（齐声）：可以。

师：经过很多年以后，这三个岛上的地雀之间的差异就会变得越来越怎样？

生5：差异越来越大。

师：差异不仅仅表现在鸟喙方面，其他相应的结构也会出现差异。当差异达到很大程度的时候，即使它们能进行交配，也不能产生有生殖能力的后代了。所以，很多很多年后，就形成了不同物种（学生通过意会表示认同——原来新的物种就是这样产生的）。达尔文确实发现了这种现象，在加拉帕戈斯群岛上，他一共发现了13种不同的地雀。于是，他就用地雀的案例完美地解释了他的进化观点。

生6：生物进化可以形成新物种。

师：达尔文认为，其他生物也会按照我们构建的模型的规律进行进化，于是他写了一本书叫——

生（齐声）：《物种起源》。

师：达尔文认为，当地球上这么多各种各样的生物进化了，就形成了许多种生物，地球上的生物就丰富了，就产生了生物多样性（完善模型）。所以，达尔文认为，地球上为什么有这么多生物？是因为每种生物都在——

生（齐声）：不断进化。

师：达尔文的《物种起源》这本书其核心思想又是什么？为什么会形成生物多样性？是因为生物在不断进化。为什么生物在不断进化？是因为不断地进行着自然选择、逐代选择，有利变异的类型逐渐积累，出现了适应环境的新类型。所以说，《物种起源》的核心思想是什么学说？

生（齐声）：自然选择学说。（完整的模型建构见图4）

【设计意图】

教师创设了复杂的情境，开展了接近加拉帕戈斯群岛地雀实际生活的模拟活动，渗透了类比推理的思想和方法，进行深度建模，促进了学生的思考逐渐走进了达尔文的生物进化思想和观点，并实现了模型建构的进阶。在模型的完善和补充过程中，学生通过活动体验和问题解决，理解了生存斗争、自然选择、生物进化、不同物种、生物多样性之间的关系，理解了自然选择学说是达尔文《物种起源》的核心思想。

四、联系实际生活，拓展应用模型

【阅读材料】

18世纪的英国曼彻斯特地区，山清水秀，绿树成荫。那里的森林中生活着一种桦尺蠖，其成虫是一种飞蛾。它们夜间活动，白天栖息在长满地衣（颜色比较浅）的树干上。1850年，一些生物学家来这里考察，发现大多数桦尺蠖成虫的体色是浅色的，只有少数是深色的。100年以后，也就是1950年，曼彻斯特已经变成了一个工业城市。这里工厂林立，烟雾弥漫，工厂排出的煤烟杀死了地衣，结果使树皮裸露并被熏成黑褐色。這时候，又有一些生物学家到这里考察，使他们惊讶的是，这里的深色桦尺蠖变成了常见类型，而浅色的桦尺蠖却成了少数。

【请分析回答】

（1）请用达尔文生物进化的观点，解释1850年、1950年曼彻斯特地区出现的不同类型桦尺蠖在数量方面的变化。

（2）如果要使浅色的桦尺蠖重新恢复为常见类型，你认为应该怎样做？

【设计意图】

科学解释能力是聚焦学生发展核心素养下的重要科学素养。因此，建立生物学模型不是最终教学目的，学会解释、应用模型才是真正目的。在教学中，教师需要重视联系生活，设计与相应模型同构的问题情境，让学生尝试应用模型分析和解决实际问题，激发学生的学习兴趣，发展学生的思维。

（作者单位：江苏省常州市北郊初级中学）

责任编辑：孙昕

heartedu_sx@163.com