“化石為進(jìn)化提供直接證據(jù)”的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

邢若虹 （中國(guó)教育科學(xué)研究院豐臺(tái)實(shí)驗(yàn)學(xué)校 北京 100071）

義務(wù)教育《生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，為了給學(xué)生創(chuàng)造更好的學(xué)習(xí)條件，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，更好地理解和掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)效率，教師應(yīng)積極開(kāi)發(fā)和利用各種課程資源。在初中生物學(xué)“化石為進(jìn)化提供直接證據(jù)”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)中，筆者利用搜集的相關(guān)教學(xué)資源，設(shè)計(jì)一組學(xué)生樂(lè)于參與的學(xué)習(xí)活動(dòng)，引領(lǐng)他們?cè)阼b賞琥珀、模擬探究和構(gòu)建概念模型等活動(dòng)中，發(fā)展獨(dú)立思考和自主學(xué)習(xí)能力，取得了較好的教學(xué)效益。

1 學(xué)習(xí)需要分析

理性思維和探究學(xué)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要方面，理性思維是基于論證和邏輯推理的科學(xué)思維方式，探究學(xué)習(xí)則是初中階段學(xué)生習(xí)得概念的重要途徑之一。

發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)應(yīng)以基礎(chǔ)知識(shí)為依托。在北京版生物學(xué)（8下）有關(guān)生物進(jìn)化的章節(jié)中，“化石為進(jìn)化提供直接證據(jù)”知識(shí)單元包括3個(gè)知識(shí)點(diǎn)：化石的概念內(nèi)涵，地層中化石分布等，化石揭示的生物進(jìn)化特征。實(shí)際上，本單元教學(xué)內(nèi)容是圍繞著2個(gè)重要概念展開(kāi)的，一是給化石概念下定義，二是闡明化石與生物進(jìn)化的關(guān)系，按照奧蘇貝爾的認(rèn)知學(xué)習(xí)分類，前者屬于概念學(xué)習(xí)，后者屬于命題學(xué)習(xí)（加涅稱為規(guī)則學(xué)習(xí)）。在化石概念的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生由觀察直觀的各類化石到揭示化石共同的本質(zhì)特征，直至給化石下定義。顯然，在化石概念形成的同時(shí)，學(xué)生的思維也經(jīng)歷過(guò)審辨、比較、區(qū)分、歸納、概括和抽象等活動(dòng)過(guò)程。在學(xué)習(xí)化石與生物進(jìn)化關(guān)系規(guī)則的過(guò)程中，學(xué)生要以化石為證據(jù)，通過(guò)分析與綜合、抽象與概括的思維過(guò)程，揭示化石記錄的生物進(jìn)化信息（基本論點(diǎn)），形成化石為生物進(jìn)化提供直接證據(jù)的觀點(diǎn)。由此可見(jiàn)，本單元教學(xué)內(nèi)容既是幫助學(xué)生習(xí)得生物進(jìn)化的必備知識(shí)，也是培養(yǎng)學(xué)生理性思維的極佳素材。

2 學(xué)情分析

初二學(xué)生好奇心強(qiáng)、思維活躍、愛(ài)問(wèn)好動(dòng)，尤其樂(lè)于參與生物學(xué)探究學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。通過(guò)“生命起源”的教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生已知地球上的生命是原始地球條件下的非生命物質(zhì)通過(guò)化學(xué)途徑進(jìn)化而來(lái)。地球上的生物為什么多種多樣？學(xué)生已經(jīng)不滿足于“生物多樣性是其進(jìn)化結(jié)果”這樣簡(jiǎn)單而直白的答案，他們渴望知道生物進(jìn)化的證據(jù)是什么？化石是生物進(jìn)化最有說(shuō)服力的直接證據(jù)，許多學(xué)生還記得兒時(shí)玩具中的恐龍，有的學(xué)生在小學(xué)階段曾參觀過(guò)自然博物館，對(duì)生物進(jìn)化尚有模糊印象。因此，盡管學(xué)生對(duì)生物進(jìn)化知識(shí)知之甚少，但對(duì)化石與生物進(jìn)化問(wèn)題卻有著濃厚興趣。

初二學(xué)生的思維發(fā)展正處于由形象思維向抽象思維過(guò)渡的階段，這是引領(lǐng)他們學(xué)會(huì)探究學(xué)習(xí)和發(fā)展理性思維的最佳時(shí)期。在教學(xué)過(guò)程中，教師只要重視為學(xué)生創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，提供必要的感性材料，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)審辨客觀事物，通過(guò)總結(jié)與歸納、分析與綜合、判斷與推理等思維過(guò)程，抽出學(xué)習(xí)對(duì)象共同的、本質(zhì)的特征，形成概念并構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，必將取得預(yù)期的教學(xué)效益。

但本校初二學(xué)生之間在認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)習(xí)慣和方法等方面的差異也較大?；趯?duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求、思維發(fā)展和學(xué)習(xí)行為的上述認(rèn)識(shí)，筆者在設(shè)計(jì)“化石為進(jìn)化提供直接證據(jù)”的學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)，注意從學(xué)生興趣和需求出發(fā)，搜集并合理整合教學(xué)資源，有序安排系列學(xué)習(xí)活動(dòng)，以利于促進(jìn)學(xué)生情感態(tài)度、探究學(xué)習(xí)和理性思維的發(fā)展。

3 學(xué)習(xí)目標(biāo)表述

1）知識(shí)目標(biāo)：鑒賞和識(shí)別化石標(biāo)本、圖片和視頻資料，說(shuō)出化石指稱的事物類別及其共同的關(guān)鍵特征；描述常見(jiàn)化石的形成條件及過(guò)程；給化石下定義。

2）能力目標(biāo)：依據(jù)不同地質(zhì)年代地層中化石特征，分析說(shuō)明生物進(jìn)化時(shí)間和趨勢(shì)；模擬挖掘白堊紀(jì)地層中的恐龍化石群，理解生物與環(huán)境共同進(jìn)化的關(guān)系；分析始祖鳥化石體征，說(shuō)明生物進(jìn)化結(jié)果，以及相關(guān)生物之間的親緣關(guān)系；領(lǐng)悟化石是生物進(jìn)化的直接證據(jù)，構(gòu)建化石概念模型并作出解釋。

3）情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：認(rèn)同地球上生物與環(huán)境共同進(jìn)化的觀點(diǎn)，領(lǐng)悟地球是人類和一切生物的家園,認(rèn)識(shí)保護(hù)地球及生物多樣性是人類的責(zé)任。

4 教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

怎樣創(chuàng)設(shè)一個(gè)學(xué)生自主選擇和參與的學(xué)習(xí)情境？義務(wù)教育《生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，圍繞著生物學(xué)重要概念設(shè)計(jì)并組織教學(xué)活動(dòng)，能有效地提高教學(xué)效益。本單元知識(shí)包括2個(gè)重要概念：一是“化石指保存在地層中古代生物的遺體、遺物和遺跡”，二是“化石為生物進(jìn)化提供直接證據(jù)”。學(xué)生對(duì)化石感到陌生，對(duì)生物進(jìn)化也不甚清楚。為了實(shí)現(xiàn)本單元的預(yù)期目標(biāo)，筆者以精選的教學(xué)內(nèi)容為依托，遵循從具體到抽象、由事實(shí)到本質(zhì)的學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，參照自主性學(xué)習(xí)模式，設(shè)計(jì)的單元教學(xué)程序如圖1。

圖1 “化石為生物進(jìn)化提供直接證據(jù)”的教學(xué)流程圖

4.1 鑒賞真假化石，喚起學(xué)習(xí)注意力 學(xué)生已知地球上生命起源的大體過(guò)程，因此，本節(jié)課可用問(wèn)題導(dǎo)入：地球上生命誕生后是怎樣發(fā)展成為豐富多彩的生物界？這涉及到生物進(jìn)化，地層中埋藏的古生物化石是生物進(jìn)化最有說(shuō)服力的證據(jù)。有關(guān)化石的教學(xué)，筆者先出示真蕨葉化石、魚骨化石，以及市面上出售的用松香包裹昆蟲制作的“琥珀化石”，讓學(xué)生鑒賞其中的真、假化石，以此激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。

4.2 自主探索學(xué)習(xí)對(duì)象，明辨化石的關(guān)鍵特征鑒賞真、假化石的活動(dòng)，促使學(xué)生急迫知道化石是什么？此時(shí)筆者提醒他們通過(guò)閱讀教材和小組討論等活動(dòng)，先理清“化石”這個(gè)概念名稱（術(shù)語(yǔ)）所指稱的具體對(duì)象，以及化石分類的依據(jù)。然后，組織學(xué)生欣賞有關(guān)地層中化石分布的視頻課件或圖片，對(duì)化石獲得充分的感性認(rèn)識(shí)，進(jìn)而啟發(fā)他們思考并抽出各類化石共同的關(guān)鍵特征：1）化石保存在不同地質(zhì)年代地層中；2）屬于古代生物的遺體、遺物和遺跡；3）絕大多數(shù)呈固定的石化狀態(tài)。在辨析化石特征的同時(shí)，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)：埋在地層中的古代生物為什么會(huì)形成化石？讓學(xué)生帶著這個(gè)問(wèn)題，再次閱讀教材和課前教師提供的相關(guān)微信資料，教師結(jié)合視頻或圖片向?qū)W生解說(shuō)恐龍化石、冰凍猛犸象化石的成因，并請(qǐng)學(xué)生思考和討論化石形成的特定環(huán)境、石化過(guò)程和持續(xù)時(shí)間，尤其是沉積巖地層和化石形成年代是一致的，大約經(jīng)歷數(shù)千萬(wàn)年的地質(zhì)變化。這樣，有助于學(xué)生理解地層好比一本書，化石猶如每頁(yè)書上的文字，不僅記載著地球進(jìn)化歷程，也記載著生物進(jìn)化史，從而為領(lǐng)悟“化石為生物進(jìn)化提供直接證據(jù)”做好鋪墊。

4.3 抽出關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)，嘗試給化石下定義 抽出一類事物共同的本質(zhì)屬性是概念學(xué)習(xí)的起步，給概念下定義是習(xí)得概念的關(guān)鍵。教學(xué)時(shí)，先向?qū)W生闡明概念定義是用命題陳述的，每個(gè)命題是由幾個(gè)相關(guān)概念構(gòu)成的判斷，用于概括一類事物的本質(zhì)特征。然后，鼓勵(lì)學(xué)生從表述各類化石關(guān)鍵特征的語(yǔ)句中，找出幾個(gè)相關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)，用這幾個(gè)關(guān)鍵詞組成一個(gè)表達(dá)化石本質(zhì)的命題陳述句，這就是給概念下定義。實(shí)踐表明，讓學(xué)生嘗試給化石下定義，不僅有助于他們深入理解化石概念的內(nèi)涵，而且促使他們學(xué)會(huì)用概念生成方式習(xí)得一個(gè)新概念。

4.4 分析典型化石證據(jù)，獲得生物進(jìn)化信息 通過(guò)對(duì)典型化石證據(jù)的分析，揭示化石記錄的生物進(jìn)化信息，是本單元教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。為了突破重點(diǎn)和化解難點(diǎn)，筆者依次設(shè)計(jì)：地層化石分布的宏觀分析、白堊紀(jì)恐龍化石群分析、始祖鳥特征分析三部曲，其實(shí)施過(guò)程如下：

地層中化石分布揭示的生物進(jìn)化信息最有說(shuō)服力。教學(xué)時(shí)，先讓學(xué)生欣賞《鯨本陸行》視頻節(jié)選，使學(xué)生感悟到：人們認(rèn)識(shí)鯨的進(jìn)化歷程，是以地層中鯨化石為證據(jù)，通過(guò)科學(xué)論證和邏輯推理而得知的，從而將化石與生物進(jìn)化相聯(lián)系。然后，依次展示不同地質(zhì)年代地層中的化石圖片，結(jié)合圖片解釋地球表層的巖石圈分層的原因，不同地質(zhì)年代地層的排列順序，以及地球表面運(yùn)動(dòng)使地層順序發(fā)生的動(dòng)態(tài)變化。學(xué)生一旦理解地層的形成及其動(dòng)態(tài)變化，就能讀懂教材對(duì)地層中化石分布特點(diǎn)的描述，能審辨地層中化石圖片信息，并依據(jù)化石種類數(shù)及化石生物體征，判斷地層演化的持續(xù)時(shí)間和生物進(jìn)化的趨勢(shì)。

學(xué)生通過(guò)審視地質(zhì)年代和生物進(jìn)化歷史圖表得知，中生代是裸子植物和爬行動(dòng)物時(shí)代。學(xué)生對(duì)恐龍世界有著濃郁的興趣。為此，筆者組織學(xué)生“模擬挖掘與檢索白堊紀(jì)地層中恐龍化石”的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。進(jìn)行模擬探究活動(dòng)時(shí)，先向?qū)W生介紹科學(xué)家是怎樣進(jìn)行地層中化石的野外挖掘和實(shí)驗(yàn)室研究的，然后每組學(xué)生仿照科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室研究方法，模擬挖掘包埋在石膏塊中的恐龍“化石”（兒童玩具店出售），并依據(jù)恐龍化石體征和分類檢索表，進(jìn)行識(shí)別、檢索與分類。最后，匯總各組獲得的恐龍“化石”資料，通過(guò)比較分析不同種類恐龍的食性和運(yùn)動(dòng)行為，推測(cè)恐龍與其生活環(huán)境之間的進(jìn)化關(guān)系。

始祖鳥生活于約1.55億—1.5億年前的晚侏羅紀(jì)，化石發(fā)現(xiàn)于德國(guó)南部。始祖鳥生活于恐龍時(shí)代，同時(shí)擁有鳥類及爬行類的特征。教學(xué)時(shí)借助投影展示始祖鳥化石及彩色復(fù)原圖片，結(jié)合圖片闡明始祖鳥的特征，它有著翅膀和尾羽。它可以生長(zhǎng)達(dá)0.5 m長(zhǎng)。它的羽毛與現(xiàn)代鳥類相似，但它的上、下頜具有鋒利的牙齒，腳趾具爪及有長(zhǎng)而不愈合的尾椎。由于始祖鳥有著鳥類及恐龍的特征，始祖鳥一般被認(rèn)為是最早由爬行類演化而來(lái)的鳥類。因此，始祖鳥這種古老的生物，為恐龍向鳥類演化這一推論提供了證據(jù)。啟發(fā)學(xué)生思考：始祖鳥提供的生物進(jìn)化信息。

4.5 概括化石記錄的生物進(jìn)化信息，形成相應(yīng)的生物進(jìn)化觀點(diǎn) 初中生剛習(xí)得的新知識(shí)處于暫時(shí)記憶狀態(tài)，只有通過(guò)變式練習(xí)強(qiáng)化新知識(shí)的意義，才能將其貯存在人的長(zhǎng)時(shí)記憶系統(tǒng)中。因此，在引領(lǐng)學(xué)生分析化石證據(jù)之后，筆者出示一張化石證據(jù)-分析結(jié)論的空白表格，每個(gè)小組先進(jìn)行討論和嘗試性填寫，然后，通過(guò)交流師生共同概括化石記錄的生物進(jìn)化信息（表1）。最后，鼓勵(lì)學(xué)生用一個(gè)完整的命題陳述句，表達(dá)化石與生物進(jìn)化之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而形成進(jìn)化觀點(diǎn)——化石是生物進(jìn)化的直接證據(jù)。

表1 化石揭示的生物進(jìn)化信息

4.6 構(gòu)建化石概念模型，強(qiáng)化命題網(wǎng)絡(luò)貯存 認(rèn)知學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，人腦中的知識(shí)只有以一定的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)貯存才能有效地提取利用。筆者在教學(xué)反饋環(huán)節(jié)，不急于用測(cè)試練習(xí)診斷學(xué)生對(duì)新知識(shí)的掌握程度，而是啟發(fā)他們從化石是生物進(jìn)化證據(jù)的角度，嘗試以板書形式構(gòu)建概念模型。具體做法是：先讓學(xué)生按照語(yǔ)法常識(shí)，嘗試分解“化石是生物進(jìn)化的直接證據(jù)”這個(gè)關(guān)系命題句，從中找出主語(yǔ)（化石）、謂語(yǔ)（是）和賓語(yǔ)（證據(jù)），以及陳述句中的重要副詞（進(jìn)化），然后筆者將3個(gè)關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)板書在適當(dāng)位置，啟發(fā)學(xué)生從習(xí)得知識(shí)中選用適當(dāng)詞匯或短語(yǔ)構(gòu)建化石概念模型（圖2），將單元知識(shí)結(jié)構(gòu)化，以利于知識(shí)的貯存、提取和利用。

圖2 “化石為生物進(jìn)化提供直接證據(jù)”的概念模型

5 教學(xué)反饋信息

本節(jié)授課結(jié)束2天后，筆者與3組學(xué)生分別座談學(xué)習(xí)感受。學(xué)優(yōu)生開(kāi)始認(rèn)為化石內(nèi)容簡(jiǎn)單，但隨著分析化石證據(jù)、揭示進(jìn)化信息、形成進(jìn)化觀點(diǎn)的學(xué)習(xí)活動(dòng)推進(jìn)，獲得了很多新知識(shí)，且這些知識(shí)的脈絡(luò)在腦子里印象清晰。他們對(duì)始祖鳥化石很感興趣，希望得到更多的相關(guān)信息。中等生認(rèn)為學(xué)習(xí)活動(dòng)和任務(wù)設(shè)置難度適宜，認(rèn)同小組討論對(duì)知識(shí)學(xué)習(xí)的作用，贊同將零散知識(shí)串聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，方便記憶。學(xué)習(xí)困難生感覺(jué)能跟得上教學(xué)進(jìn)程，但討論過(guò)程中主要聽(tīng)別人發(fā)言。他們對(duì)模擬挖掘?qū)嶒?yàn)很有興趣，但對(duì)始祖鳥的拓展知識(shí)的理解有些力不從心。他們歡迎在每個(gè)知識(shí)點(diǎn)教學(xué)之后，教師引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行歸納、概括和構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，這樣有助他們對(duì)知識(shí)的理解和記憶。。

學(xué)生學(xué)習(xí)的反饋信息給筆者極大的鼓舞，也促使對(duì)教學(xué)實(shí)踐的點(diǎn)滴經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。筆者體會(huì)，備課時(shí)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的再加工、再組織和再創(chuàng)造，是打造有效課堂的基礎(chǔ)。單元教學(xué)內(nèi)容都是由若干關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)支撐的，圍繞1～2個(gè)重要概念展開(kāi)，在抽出關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)的基礎(chǔ)上，合理整合搜集的教學(xué)資源，圍繞重要概念設(shè)計(jì)并組織學(xué)習(xí)活動(dòng)，教學(xué)時(shí)重視以知識(shí)為依托，引領(lǐng)學(xué)生獨(dú)立思考和自主學(xué)習(xí)是取得預(yù)期教學(xué)效益的關(guān)鍵。