刘 琳 王 薇

（1 北京四中璞瑅学校 北京 100078 2 北京教育学院丰台分院 北京 100073）

“生物进化的原因”隶属于课程标准第八大主题“生物的多样性”二级主题“生命的起源和生物进化”，课程标准的具体要求是：认同生物进化的观点［1］。本节课是北师大版8年级下册第21 章第2 节“生命的进化”的内容。生物进化的内容较为抽象，单凭教师讲述，学生很难全面理解，需通过实验设计和操作实践，让学生形成充分的感性认识，以便更好地理解“自然选择学说”的观点。教材中以达尔文环球考察和加拉帕戈斯群岛上地雀物种作为背景资料，并通过“模拟自然选择”实验增加学生的感性认识。但大量的文献资料表明，加拉帕戈斯群岛上植物类群较为丰富，地雀的食物——种子，其体积大小存在差异，且随着环境的改变，植物会增、减产，并对地雀的取食和生存造成影响，进而影响其喙型的变化［2-5］。在本节教学中，对教材实验进行了改进，选用更加贴近地雀真实喙型的模拟工具，并增添了模拟不同体积大小的种子的材料，以期更加贴近真实的自然界变化所推动的物种进化，让学生更好地理解“自然选择学说”。

1 教学目标

1）知识目标：概述自然选择学说的主要内容，说出模拟实验的一般方法。

2）能力目标：尝试进行实验设计，按照规则完成实验，如实记录实验数据，并对实验过程和实验数据进行分析，提升科学探究能力和科学思维能力。

3）情感态度与价值观目标：通过探究进化的原因，认同生物进化的观点，形成进化与适应的生命观念；关注自然选择学说与人类社会的关系，认同人类社会中更注重和平相处、合作共赢。

2 教学重、难点

1）重点：概述自然选择学说的主要内容。

2）难点：尝试对模拟实验的过程和数据结果进行分析。

3 教学过程

3.1 导入新课 教师向学生展示自己从1 岁至今不同年龄阶段的照片。引导学生将个体变化与物种演变相类比，帮助学生感性理解进化过程，并提出问题：推动生物不断进化的原因是什么？从而引出本节课的主题。

3.2 探究实验——模拟自然选择

1）创设实验情境。教师介绍达尔文在加拉帕戈斯群岛进行考察时发现其中的地雀是在过去的300～100 万年前由共同祖先进化而来，并向学生展示其中几种雀鸟的图片。学生通过观察图片发现这些雀鸟喙的大小、长短和形状十分不同，由此提出疑惑：是什么原因造成地雀的喙产生差异？推动生物进化的原因是什么？可用什么方法进行研究？

2）实验设计所面临困难。学生基于已学过的探究实验知识，展开实验设计的相关讨论，讨论后发现存在以下几个方面的问题：①真实的研究对象无法获得；②当时的真实场景无法还原；③上百万年的演变历程无法通过观察实验实现。基于学生设计实验时存在的困惑，教师引入新的科学探究方法——模拟实验，并向学生介绍模拟实验的一般方法：当实验受到时间或空间的限制时，可根据研究目的和对象，设计可行的模拟实验系统。例如，本模拟实验就可简化实验对象，选择适宜的材料或模型替代研究对象（图1～图3）。

图1 模拟“雀鸟”不同的喙的工具

图2 模拟雀鸟食物模型

图3 模拟雀鸟取食模型

3）设计及实施实验。教师向学生展示实验中可能用到的材料、工具，并引导学生思考、讨论实验的方法步骤。学生在进行实验时，提出：环境中只有这一种食物吗？如果环境发生变化，进而影响食物种类的变化，地雀喙型是否又会发生新的变化？在实验过程中，也因操作不规范、不统一导致实验结果出现误差较大。为了使学生明确任务、统一规则、减少误差，教师在学生讨论的基础上确定明确的方法步骤。

①选出8 人为观察记录员。全班分为8 组，1～4 组啄食“小型种子”，5～8 组啄食“大型坚果”。第1 个回合，每组选2 人参加，每人代表一只鸟，其余学生将分别作为本组亲本的后代。②教师播放鸟鸣声，并以鸟鸣声的起止作为一次“取食”活动的起止。规定第1 代鸟鸣声50 s，第2 代25 s，第3 代15 s。当鸟鸣声开始时，学生可用“喙”将培养皿中的食物依次放入自己面前的培养皿中，每次只允许取食1 粒，由监督计数员统计取食数量。③假设每种亲代的“雀鸟”在生存中必须取得20 个小型种子或5 个大型坚果才有可能生存并繁殖后代。④第1 个回合中啄食不足者将被淘汰，每个存活者有1 个后代。当组内人员不够时，其他组的被淘汰者可扮演其他种雀鸟存活者的后代。

实验规则：①手不能直接触碰培养皿，只能用“喙”取食。②放到培养皿中的食物才是获取到的食物。③每次模拟“取食”时，手拿工具的位置和夹取角度要保持一致。④下一代起始数量=幸存者+繁殖后代个体数。

实验完成后，教师组织学生利用Seewo 一体机，将实验数据现场输入Excel 中，完成实验数据统计，并向全班展示。

3.3 实验过程和结果分析 根据实验结果（表1～表6），教师引导学生思考、讨论。

表1 尖头镊状喙雀鸟取食小型种子数目与幸存数目记录单

表2 小号晾衣夹状喙雀鸟取食小型种子数目与幸存数目记录单

表3 扁嘴夹状喙雀鸟取食小型种子数目与幸存数目记录单

表4 大号晾衣夹状喙雀鸟取食小型种子数目与幸存数目记录单

表5 以小型种子为食的雀鸟的亲代和幸存数目记录单

表6 以大型坚果为食的雀鸟的亲代和幸存数目记录单

①当以小型种子为食时，第3 代幸存数量最多的是哪种喙型的雀鸟？（学生答：小号晾衣夹状喙的雀鸟）若幸存者可继续繁殖，并存活，数目是多少？（学生答：第4 代起始数量为16，第5 代为32……）此现象说明什么？（学生答：说明这种雀鸟繁殖能力很强）在自然界中，其他生物是否也有如此强的繁殖能力？（学生答：植物，播下一颗种子，可收获很多种子） 教师补充：以动物界的大象为例，一对大象，750年之后后代可达1 900 万头。师生共同总结：生物都具有过度繁殖能力。

②为什么某些喙型的“雀鸟”最终没能存活而被淘汰了？（学生答：食物资源有限）在模拟实验的时候，限定时间和食物数量在模拟自然界中的什么情境？（学生答：模拟有限的自然资源）时间一次比一次短模拟什么情境？（学生答：竞争越来越激烈）如果食物充足，它们会被淘汰吗？（学生答：不会）

③如果环境发生变化，小型种子植物灭绝，只有相对较大的坚果，情况又会发生怎样的变化？（学生答：当环境发生改变时，小号晾衣夹状喙雀鸟被淘汰，而扁嘴夹状喙雀鸟第3 代却还有存活）这说明环境在生物的进化中起了什么作用？（学生答：环境决定了进化的方向）

④300～100 万年前雀鸟的祖先种在生存和繁衍的过程中会产生具有不同喙型的后代，其原因是什么？（学生答：遗传、变异）

师生共同总结：“幸存者”的喙型与其所获取的食物相适应，说明适应环境的变异个体能被保留，并得以繁殖后代。

本环节创设由共同祖先演化出多种多样喙型的加拉帕戈斯地雀的实验情境，让学生先自主尝试设计实验，发现问题，教师通过解惑为学生讲解模拟实验的一般方法，不仅锻炼了学生的思维能力，也加深了学生对于新探究方法的理解。之后，再通过有序的实验操作，让学生积累感性认识；通过获取数据及对实验数据结果的分析和推理，获取证据，从感性认识上升到理性认识，最终构建自由选择学说的概念，并初步形成进化与适应的生命观念。在此过程中，结合层层深入的问题串，构建学生的思维链条，培养学生理性思维和科学探究能力，从而促进学生生物学学科能力的不断提升。

3.4 课后延伸 教师将学生实验时现场拍摄的实验照片通过手机投影到电子屏幕上，并作出评价：在实验过程中，小组中每个成员都各司其职、相互配合，实验过程严谨、有序，数据记录准确、真实，最终使实验顺利完成。提出问题：顺利完成实验的最主要原因是什么？（学生答：合作）学习了自然选择学说后你有哪些感想？你认为自然选择学说适用于人类社会吗？（学生答：自然界的绝大多数生物往往因为资源有限，存在生存斗争，但是人类社会更加文明和发达，因此自然选择学说中的“生存斗争、适者生存”并不适用于人类社会，人类更加注重合作共赢）

本环节旨在锻炼学生质疑与批判的思维能力，让学生学会辩证看待问题，明确了自然选择学说在解释生物进化中的重要作用，同时关注自然选择学说与人类社会的关系，认同人类社会中更注重和平相处、合作共赢。

4 教学反思

本节课学生通过亲历实验过程，积累了遗传变异、环境变化等因素对生物生存影响的感性认识。实验结束后，通过环环相扣的问题串，让学生通过分析和讨论实验过程和结果，理解达尔文自然选择学说的大致内容，构建核心概念。在模拟实验的教学设计部分，不仅关注学生实验设计能力、操作基本技能和数据统计能力，更关注了对于学生实验过程和数据的分析、推理、演绎和思辨等理性思维能力的培养。