美國(guó)教材中“生物進(jìn)化”內(nèi)容對(duì)高中生物學(xué)教學(xué)的啟發(fā)

郝俊冉 邴 杰 郝曉冉，*

(1北京市八一學(xué)校 北京 100080； 2北京師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心 北京 100875)

生物進(jìn)化理論是從科學(xué)角度探究生命起源、發(fā)展、進(jìn)化的理論的總稱，對(duì)于生物學(xué)學(xué)科的建立和發(fā)展具有重要意義，是各國(guó)生物學(xué)教育的重要內(nèi)容。早在1929年，民國(guó)高中課程標(biāo)準(zhǔn)就列有“生命之起源”和“天演”等內(nèi)容[1]。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》將生物進(jìn)化劃為必修模塊，該內(nèi)容的學(xué)習(xí)“對(duì)于學(xué)生理解生命的延續(xù)和發(fā)展，認(rèn)識(shí)生物界及生物多樣性，形成生物進(jìn)化的觀點(diǎn)，建立正確的自然觀具有重要意義”[2]。

美國(guó)高中教材Miller & Levin Biology第5章“進(jìn)化”(以下簡(jiǎn)稱“美版教材”)，分達(dá)爾文的進(jìn)化理論、種群進(jìn)化、分類、生命的歷史4部分[3]。筆者研讀美國(guó)教材，將生物進(jìn)化科學(xué)史、資料數(shù)據(jù)、前沿進(jìn)展等內(nèi)容進(jìn)行整理評(píng)析，為課堂教學(xué)提供新思路。

1 以科學(xué)史為依托，展示多學(xué)科融合促進(jìn)自然選擇學(xué)說(shuō)形成的過(guò)程

美版教材對(duì)科學(xué)史的描述是科學(xué)家思想成熟的過(guò)程，地理、自然、經(jīng)濟(jì)等多學(xué)科融合影響，以及達(dá)爾文自身的經(jīng)歷和思考，共同促進(jìn)了自然選擇學(xué)說(shuō)的形成，通過(guò)將不同學(xué)科研究方法及內(nèi)容的相互影響展示給學(xué)生，增加了閱讀的趣味性和科學(xué)性。

達(dá)爾文在貝格爾號(hào)上閱讀了大量著作，其中地理學(xué)家James Hutton和Charles Lyell指出： 地球歷史悠久，地理過(guò)程改變了過(guò)去的地貌，也在塑造今天和未來(lái)的地貌。達(dá)爾文將此理論與他親身經(jīng)歷的地震以及在山上觀察到的海洋生物化石聯(lián)系到一起，如果地球隨時(shí)間改變，那生命是否也如此呢？經(jīng)濟(jì)學(xué)家Thomas Malthus的《人口論》則使達(dá)爾文從另一個(gè)角度關(guān)注生物發(fā)展，生物大量繁殖后代，如果都存活，那將超過(guò)地球的限度。而現(xiàn)實(shí)中多數(shù)生物后代在未成熟前就已死亡，少數(shù)生存并繁殖。生物學(xué)家拉馬克提出的用進(jìn)廢退和獲得性遺傳理論啟示了達(dá)爾文： 生物是進(jìn)化的，但是具體的機(jī)制是什么？什么樣的個(gè)體能存活？為研究進(jìn)化的本質(zhì)，達(dá)爾文關(guān)注了動(dòng)植物的培育過(guò)程，發(fā)現(xiàn)個(gè)體間存在差異，且有些能從親代傳遞給子代。如果選擇優(yōu)良品種進(jìn)行繁殖，一段時(shí)間之后這種選擇性繁殖常能造就更多優(yōu)良子代，達(dá)爾文稱之為人工選擇。

達(dá)爾文雖不清楚遺傳如何進(jìn)行，但他確定野生生物也進(jìn)行著類似變異，自然變異非常重要，它提供了進(jìn)化的原材料。隨后，達(dá)爾文完成著作，但在20年內(nèi)并未發(fā)表，他希望收集更多證據(jù)。直到1858年，達(dá)爾文對(duì)自然學(xué)家Alfred Russel Wallace的文章審議時(shí)發(fā)現(xiàn)兩人觀點(diǎn)一致，在該年的科學(xué)會(huì)議上同時(shí)發(fā)表了兩人的文章。次年，《物種起源》問(wèn)世。

教材闡述了達(dá)爾文自然選擇學(xué)說(shuō)形成受多學(xué)科的影響，在教學(xué)過(guò)程中教師可以引導(dǎo)學(xué)生打破學(xué)科束縛，構(gòu)建多學(xué)科融合的思維方式。同時(shí)教材將達(dá)爾文描述成一位科研工作者，沒(méi)有夸大科研的傳奇性，可以引導(dǎo)學(xué)生踏實(shí)學(xué)習(xí)。

2 注重科學(xué)研究實(shí)證性，引領(lǐng)學(xué)生客觀認(rèn)識(shí)生物進(jìn)化理論

美版教材提供了多方面證據(jù)驗(yàn)證自然選擇學(xué)說(shuō)，注重實(shí)證性和科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性，既拓寬學(xué)生的視野，又促進(jìn)了學(xué)生對(duì)生物進(jìn)化的深層理解。

為證實(shí)自然選擇學(xué)說(shuō)的正確性，科學(xué)家提供了大量證據(jù)，如： 放射性數(shù)據(jù)顯示地球已45億年，為自然選擇、生物進(jìn)化提供了足夠的時(shí)間；化石證據(jù)說(shuō)明鯨從遠(yuǎn)古陸地哺乳動(dòng)物進(jìn)化而來(lái)；形態(tài)解剖學(xué)中來(lái)自同一祖先的不同生物存在大量同型結(jié)構(gòu)；基因組學(xué)和分子生物學(xué)提供了相同的基因密碼和類似的分子組成等證據(jù)。此外，達(dá)爾文觀察雀類形態(tài)和食性，推測(cè)食物差異導(dǎo)致了加拉帕格斯群島雀類的鳥(niǎo)喙差異，美版教材詳細(xì)介紹了Peter和Rosemary Grant對(duì)此所做的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，他們認(rèn)為推論建立的基礎(chǔ)是： ①必須有足夠的遺傳變異提供自然選擇的原材料；②鳥(niǎo)喙大小和形態(tài)必須能產(chǎn)生適應(yīng)性的差異。他們選擇達(dá)芙妮島的中型地雀進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)35年的觀察和統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)顯示： 具有不同大小喙的地雀在季節(jié)性干旱以及更長(zhǎng)干旱期的存活率有差異。最終他們建立了存活率與鳥(niǎo)喙尺寸之間的數(shù)學(xué)模型，證實(shí)了物種的某些變異確實(shí)提高了物種對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。

3 更新研究進(jìn)展，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題

美版教材注重更新研究進(jìn)展，如： 利用分子同源性及蛋白質(zhì)的核酸序列指示生物之間的親緣關(guān)系等。教材將基因變異來(lái)源分為突變、有性生殖的基因重組和基因水平轉(zhuǎn)移，其中基因水平轉(zhuǎn)移在細(xì)菌抗藥性產(chǎn)生上非常重要，該部分內(nèi)容的豐富使學(xué)生更易理解細(xì)菌變異后代的多樣性及產(chǎn)生原因。自然選擇可以改變種群的基因頻率，國(guó)內(nèi)教材著重以樺尺蠖蛾體色等單基因性狀進(jìn)行介紹。但實(shí)際生活中多基因性狀更常見(jiàn)，因此自然選擇對(duì)多基因性狀的影響更具有現(xiàn)實(shí)意義。美版教材指出多基因性狀通常呈現(xiàn)鐘狀的“性狀—數(shù)量分布”曲線，對(duì)多基因性狀的自然選擇有定向選擇、穩(wěn)定選擇和分裂性選擇三種模型，并以雀類喙的大小受食物來(lái)源選擇、人類初生嬰兒成活率受體重選擇等作為實(shí)例構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。美版教材還針對(duì)分子水平進(jìn)化進(jìn)行了介紹，如分子鐘，即利用DNA突變率去估算兩個(gè)物種單獨(dú)進(jìn)化的時(shí)間。教材還針對(duì)基因復(fù)制、基因家族以及演化發(fā)育生物學(xué)進(jìn)行了簡(jiǎn)短介紹，其中Hox家族基因就是目前演化發(fā)育生物學(xué)研究的熱點(diǎn)。教師在借助以上內(nèi)容促進(jìn)學(xué)生理解進(jìn)化理論的同時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)如何將相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到具體問(wèn)題的解決過(guò)程中。

美版教材中依據(jù)現(xiàn)實(shí)設(shè)置與教學(xué)相符的情境，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)分析實(shí)際問(wèn)題，如創(chuàng)造性寫作：“1798年，假設(shè)你是Malthus，請(qǐng)解釋人口增長(zhǎng)對(duì)社會(huì)和環(huán)境的影響?！庇欣谂囵B(yǎng)學(xué)生的寫作能力和社會(huì)責(zé)任感，值得嘗試應(yīng)用。

4 科學(xué)引導(dǎo)，對(duì)人物及事例客觀評(píng)價(jià)

教材注重評(píng)價(jià)的客觀性，如對(duì)拉馬克的評(píng)價(jià)中肯、細(xì)化：“在今天來(lái)看，拉馬克的觀點(diǎn)在很多方面不正確，但是他是第一批認(rèn)為物種不是固定的科學(xué)家，并嘗試用自然過(guò)程解釋生物進(jìn)化。同時(shí)他也認(rèn)為生物所處的環(huán)境和它的身體構(gòu)造之間是有聯(lián)系的。”教材不回避其對(duì)達(dá)爾文等多位科學(xué)家的影響。再如，針對(duì)進(jìn)化理論發(fā)展中觀點(diǎn)的不絕對(duì)化，“自然選擇并沒(méi)有使得生物更好，適應(yīng)沒(méi)有必要完美，只需要足夠好到讓生物將基因傳遞給下一代。”此外，針對(duì)抗生素是否應(yīng)該禁用這一話題，國(guó)內(nèi)外教材均有涉及，但是國(guó)內(nèi)教材僅提出了問(wèn)題，美版教材則用了整整一頁(yè)篇幅，從抗生素基本使用情況到目前主流觀點(diǎn)均進(jìn)行介紹，給予更多信息，使學(xué)生從多個(gè)角度了解和思考，防止以偏概全。同時(shí)美版教材通過(guò)提示學(xué)生查閱圖書館文獻(xiàn)、上網(wǎng)查閱資料、列出優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)等措施，引導(dǎo)學(xué)生從多個(gè)途徑了解、學(xué)習(xí)處理實(shí)際問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研讀，不難發(fā)現(xiàn)該美版教材特別注重科學(xué)思維能力的培養(yǎng)和新技術(shù)的應(yīng)用，善于通過(guò)解決真實(shí)問(wèn)題來(lái)提升學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。當(dāng)然，該教材也有不適合國(guó)內(nèi)學(xué)情的地方，如： 篇幅過(guò)長(zhǎng)，閱讀時(shí)間長(zhǎng)；知識(shí)分散，梳理有難度等。我們應(yīng)以新課標(biāo)為指導(dǎo)，合理借鑒國(guó)外教材，努力提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。