大概念背景下“現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的發(fā)展”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)

楊露露

（南京第三高級中學(xué) 江蘇南京 210001）

本文是南京市“十三五”規(guī)劃課題“高中生物大概念教學(xué)中合作建構(gòu)模式的研究”（課題編號為L/2018/ZX0211—1883）的研究成果。

大概念是指學(xué)科中的核心概念，是基于事實(shí)基礎(chǔ)上抽象出來的深層次的內(nèi)容。基于大概念的教學(xué)能夠有效地組織大量的事實(shí)和其他概念，有利于教師把握教學(xué)層次，抓住關(guān)鍵，減輕學(xué)生學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)，合理安排“腳手架”知識，有利于提升學(xué)生的邏輯思維。生物學(xué)由于其學(xué)科特點(diǎn)，更是明確了大概念在生物教學(xué)中的核心地位，《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱新課標(biāo)）就強(qiáng)調(diào)課程內(nèi)容要少而精，以大概念構(gòu)建內(nèi)容框架，淡化細(xì)枝末節(jié)?；诖税嬲n程標(biāo)準(zhǔn)，筆者嘗試圍繞“現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的發(fā)展”一節(jié)的大概念進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

1 設(shè)計(jì)思路

新課標(biāo)中關(guān)于進(jìn)化的大概念是：適應(yīng)是自然選擇的結(jié)果。為幫助學(xué)生達(dá)成對此概念的理解，新課標(biāo)要求教師開展下列教學(xué)活動：搜集生物進(jìn)化理論發(fā)展的資料，探討生物進(jìn)化觀點(diǎn)對人們思想觀念的影響；用數(shù)學(xué)方法討論自然選擇使種群的基因頻率發(fā)生變化。有鑒于此，筆者引導(dǎo)學(xué)生就“變異的來源”進(jìn)行思維活動，進(jìn)而引入種群，再設(shè)置情境引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)學(xué)方法自行得出基因頻率和進(jìn)化、自然選擇的關(guān)系，用現(xiàn)代生物進(jìn)化理論來解釋進(jìn)化的現(xiàn)象。最后，學(xué)生合作構(gòu)建概念圖，完成對本節(jié)課的梳理，體會并理解大概念。

2 學(xué)情分析

學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)過達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說，具備相應(yīng)的前概念。對于拉馬克的進(jìn)化理論，教材中文字通俗易懂，可讀性強(qiáng)。對于可遺傳的變異，學(xué)生也已有一定的認(rèn)知。這些都為學(xué)生進(jìn)行探究活動、自主提升認(rèn)知水平打下了基礎(chǔ)。

3 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過搜集和分析進(jìn)化理論的相關(guān)資料，體驗(yàn)進(jìn)化理論發(fā)展的過程。

（2）運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，探究并得出自然選擇促進(jìn)生物更好適應(yīng)特定環(huán)境的本質(zhì)。

（3）概述現(xiàn)代生物進(jìn)化理論以自然選擇學(xué)說為核心，為地球上的生命進(jìn)化史提供了科學(xué)的解釋。

4 教學(xué)過程

4.1 設(shè)計(jì)問題鏈，調(diào)用前概念

教師展示三代長頸鹿的進(jìn)化圖，要求學(xué)生結(jié)合學(xué)案回答問題：①這三代長頸鹿發(fā)生了什么變化？②這樣的改變有什么好處？③脖子短的長頸鹿得不到食物就被淘汰了，這是什么現(xiàn)象？學(xué)生基本都能用達(dá)爾文的“自然選擇”學(xué)說進(jìn)行解釋。

接著，教師提出：達(dá)爾文不是第一個(gè)完整提出進(jìn)化論的，法國科學(xué)家拉馬克才是。教師繼續(xù)結(jié)合學(xué)案，請學(xué)生嘗試用拉馬克的“用進(jìn)廢退”學(xué)說解釋長頸鹿的進(jìn)化現(xiàn)象。學(xué)生回答后，提出疑問：通過用進(jìn)廢退得到的變異一定能遺傳給后代嗎？教師展示“長頸族”女性的照片，反駁拉馬克的觀點(diǎn)并提出：達(dá)爾文解釋清楚了嗎？學(xué)生思考后提出：變異的來源究竟是什么？

設(shè)計(jì)意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用兩種進(jìn)化理論對進(jìn)化現(xiàn)象進(jìn)行解釋，促進(jìn)學(xué)生采用批判性思維進(jìn)行分析比較，激發(fā)了學(xué)生的興趣，同時(shí)使學(xué)生認(rèn)同科學(xué)的發(fā)展是一個(gè)過程。

4.2 回顧科學(xué)史，融入生命觀

教師幫助學(xué)生回顧遺傳學(xué)的發(fā)展過程：孟德爾在遺傳定律中提出“遺傳因子”；約翰遜提出“基因”等概念；隨著沃森和克里克提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，人們逐漸認(rèn)識到當(dāng)基因的結(jié)構(gòu)、數(shù)量、位置發(fā)生變化時(shí)，性狀會發(fā)生改變，這些變異被稱為可遺傳變異，正是這些可遺傳變異產(chǎn)為進(jìn)化提供了原材料。

設(shè)計(jì)意圖：可遺傳變異的發(fā)生和基因的發(fā)現(xiàn)分不開，教師通過選取這三段科學(xué)史可以將二者自然地聯(lián)系在一起，形成遺傳和進(jìn)化有機(jī)聯(lián)系的生命觀，為現(xiàn)代進(jìn)化理論的學(xué)習(xí)打下鋪墊。同時(shí)，這部分科學(xué)史又為后面基因頻率等概念的提出以及計(jì)算埋下了伏筆。

4.3 合作共探究，理解新理論

教師引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)思考：在達(dá)爾文的理論中，具有有利變異的個(gè)體會死亡，可有利變異的性狀卻能在群體中擴(kuò)散。個(gè)體是進(jìn)化的單位嗎？學(xué)生思考并回答：不能。教師提出：在現(xiàn)代生物進(jìn)化理論中，種群是進(jìn)化的基本單位。

然后，教師展示種群的概念，要求學(xué)生討論以下幾種情形是否屬于種群：①一片草地上的全部植物；②一片草地上的全部蒲公英；③一個(gè)池塘里的全部鯉魚；④一個(gè)池塘中的全部魚；⑤一個(gè)菜場的全部鯉魚。

學(xué)生通過討論得出屬于種群的是②③，對⑤提出疑問。教師解答：種群中的個(gè)體必須能將各自的基因傳遞給后代而菜場中的鯉魚不能進(jìn)行基因交流。要判斷一個(gè)種群是否變化還要看這個(gè)種群的基因頻率。

教師展示基因庫、基因頻率和基因型頻率的概念及計(jì)算公式，并設(shè)置情境讓學(xué)生通過計(jì)算自行探究基因頻率與進(jìn)化和自然選擇的關(guān)系。情境一：某植物種群個(gè)體自交；情境二：某種群雌雄個(gè)體隨機(jī)交配（自由交配）；情境三：某種群的aa個(gè)體經(jīng)自然選擇被淘汰，三種情境計(jì)算所需的表格是相同的，見表1。

表1 某種群的基因頻率和基因型頻率統(tǒng)計(jì)表

學(xué)生通過計(jì)算，得出結(jié)論：當(dāng)種群其他條件不變，自交或隨即交配的情況下基因頻率都不發(fā)生改變，種群未進(jìn)化；當(dāng)環(huán)境發(fā)生改變時(shí)，基因頻率改變，種群發(fā)生進(jìn)化。教師和學(xué)生共同總結(jié)：基因頻率的改變是進(jìn)化的本質(zhì)，自然選擇決定基因頻率改變的方向。

設(shè)計(jì)意圖：之前，教師已經(jīng)通過遺傳學(xué)科學(xué)史進(jìn)行了鋪墊，所以設(shè)計(jì)了探究活動，讓學(xué)生通過數(shù)學(xué)方式定量分析基因頻率的變化和相應(yīng)情境的關(guān)系，提升其思維品質(zhì)，進(jìn)一步深化學(xué)生對進(jìn)化的理解。

4.4 梳理概念圖，內(nèi)化大概念

教師引導(dǎo)學(xué)生合作建構(gòu)本節(jié)課的概念圖（圖1），并要求學(xué)生用現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的內(nèi)容再次對長頸鹿的進(jìn)化現(xiàn)象進(jìn)行解釋。

圖1 關(guān)于生物進(jìn)化理論的概念圖

設(shè)計(jì)意圖：合作建構(gòu)概念圖可以幫助學(xué)生梳理本節(jié)課的思維活動，體會新理論的發(fā)展歷程，內(nèi)化“適應(yīng)是自然選擇的結(jié)果”這一大概念。教師通過用現(xiàn)代生物進(jìn)化理論對長頸鹿進(jìn)化現(xiàn)象的再解釋，實(shí)現(xiàn)“科學(xué)解釋生命進(jìn)化”這一教學(xué)目標(biāo)。

5 教學(xué)反思

本節(jié)課從對“長頸鹿的進(jìn)化”現(xiàn)象的解釋開始，到再次解釋“長頸鹿進(jìn)化”現(xiàn)象結(jié)束，學(xué)生體驗(yàn)了達(dá)爾文和拉馬克進(jìn)化論與現(xiàn)代生物進(jìn)化論的聯(lián)系與區(qū)別，對“自然選擇”的理解經(jīng)過了由性狀水平到分子水平、由個(gè)體水平到種群的思維歷程，通過數(shù)學(xué)方法和概念圖深化對“適應(yīng)是自然選擇的結(jié)果”這一大概念的理解。比之傳統(tǒng)教學(xué)，該教學(xué)方式中的概念之間不再孤立，學(xué)生通過自主探究的過程建立和加強(qiáng)了它們之間的聯(lián)系，有助于課堂效率的提高。但是，實(shí)際教學(xué)中計(jì)算兩代基因頻率的時(shí)間有點(diǎn)長，使得后面構(gòu)建概念圖顯得有點(diǎn)倉促，如果改成計(jì)算一代的基因頻率，后面就會游刃有余，有助于學(xué)生們提煉出大概念。