“生物进化的重要证据——化石”的教学设计

刘立波 刘 颖

（1 北京中学 北京 100018 2 北京朝阳区教育研究中心 北京 100021）

生命的起源和生物的进化是生物科学研究的重要领域。张昀先生编著的《生物进化》中有这样的评价：生物科学对整个自然科学最重要的、最值得骄傲的贡献就是进化思想和进化理论［1］。如何在初中阶段帮助学生形成进化思想和理解进化理论，形成进化观点？在教学中可挖掘化石这一载体的丰富内涵，让化石发挥更大的教育价值。

1 教学内容分析

1.1 相关的概念描述及分析 《义务教育生物学课程标准（2011年版）》在此部分要求帮助学生形成的重要概念是：地质学、化石记录、解剖学等从不同方面为进化理论提供证据［2］。

不同版本初中生物学教材中对化石记录提供进化证据这一部分内容呈现充分。在《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中也有相关的要求：描述尝试通过化石记录、比较解剖学和胚胎学等事实，说明当今生物具有共同的祖先［3］。

1.2 本节课概念性知识的上、下位关系分析（图1）

图1 概念分解图

1.3 学情分析

1）形成概念的知识储备分析。学生对化石感兴趣，对进化的认识集中在历程方面；缺少地质知识储备；对化石出现的序律性有误解，经过访谈了解到许多学生认为化石是堆在地底下某处。

2）学生形成概念时需要的过程和方法支持。学生通过现象发现事实，以及对观察结果的描述、多个信息的综合分析、表达能力几方面需要支持和指导。

2 组织内容实现概念构建

2.1 组织内容实现概念构建的策略

1）需要补充地质学的相关知识，丰富对化石的认知，将对化石蕴含的相关要素与概念建立联系。

2）设计观察化石的活动，搭建概念形成的支架，帮助学生发现化石记录了生物信息。

3）通过“地层书”的系列活动，发现化石记录了生物的年代信息和出现的序律性。

2.2 教学准备 不同时期马化石的纸质图片、不同时期鸟化石的纸质图片和文本、化石标本、化石形成的视频资料、自制地层书、放大镜、白板。

3 教学目标

1）描述化石特征、判断生物类型，发现化石记录的相关证据。

2）找出模拟地层书中的“化石”，将化石活动中发现的事实进行整合分析。

3）基于证据，解释化石成为进化证据的原因。

4）认同生物进化是有证据的，是真实存在的。

5）体会用证据说话是一种求真务实的科学精神。

4 教学过程（图2）

图2 教学过程展开逻辑图

5 教学过程

5.1 导入，提出核心问题 教师带领学生认识进化思想和进化学说的代表人物——亚里士多德、布丰、老达尔文、达尔文，了解达尔文进化论的形成背景。呈现基于达尔文进化论，古生物学和考古生物学在生命起源、生物的进化历程、人的起源、人的进化历程上得到了科学界普通认同的研究成果和观点。在得到学生的认同后，教师追问：进化是否确实发生过？为什么能如此肯定？学生几乎异口同声回答：由化石证明。通过教师追问提出本节课解决的核心问题：为什么化石能成为生物进化的证据？

借助简短的科学史资料铺垫进化论和进化观点的形成和发展，让学生感受到观点的形成是一代代科学家、思想家、哲学家逐步形成的，同时也在不断发展和完善。引入的进化事例与化石建立起联系后，设计了统领整节课的核心问题：为什么化石能成为生物进化的证据？ 将简单的联系引向深入，学生在知识层面需要理解化石是什么？有哪些化石？ 在能力层面要能对化石与生物进化的关系进行科学解释。

5.2 观察化石，发现化石记录的生物信息 学生分小组观察化石，完成以下任务：1）描述化石中的生物特征；2）判断化石中保留的生物类型。教师播放化石形成的视频，并用三叶虫和狼鳍鱼化石为例，指导学生对化石保留下来的生物信息进行观察和采集，包括大小、形状、身体分部。学生观察化石后发现灭绝物种的化石所记录的信息能帮助人们知道其存在，帮助人们复原其样貌。学生通过对多个狼鳍鱼化石的观察分析其种群数量、生活习性等特征。

学生通过观察化石的各种现象，找到化石是进化证据的相关事实，在观察过程中筛选、判断、解释，将多个信息建立联系，丰富了化石的内涵。

5.3 “读地层书”活动，发现化石记录的年代信息 教师提前将马和鸟的系列化石图片插入学生制作的“地层书”中。在观看地层形成的动画资料后，学生开始读“地层书”。此活动包括3 个环节：1）介绍自己设计制作的“地层书”（图3）；2）通过制作“地层书”有什么发现？ 3）翻开“地层书”，“挖”出“马的化石”和“鸟的化石”，摆在纸板上。

图3 地层书

学生在标记着年代信息的“地层书”的导引下，发现化石分布在不同的地层中，不同地层形成的年代不同。当马和鸟化石照片有序律出现且摆在面前时，学生对同年代、不同年代马和鸟的形态特征进行比较，归纳化石显现的形态特征、年代信息、出现的规律，证明马的进化事实和进化历程。

5.4 丰富现象，补充事实，提炼概念 教师出示德国始祖鸟化石（1861）照片，并介绍由此引发鸟类起源的争议。关于鸟类起源的主要假说包括：鳄类起源说、槽齿类爬行动物起源、恐龙起源说。教师提供现今发现的鸟的化石——中华龙鸟化石（1996）、顾氏小盗龙化石（2003）、近鸟龙化石（1998）、孔子鸟化石（1993）及各类化石复原图像。学生经历了用化石证明鸟类起源于恐龙的论证过程。

设计“地层书”为载体的系列活动是帮助学生突破难点——化石在地层中出现有序律这一概念。此概念形成需要跨学科知识支持，而学生的知识和经验都不足以支撑，教师让学生经历制作过程、“挖化石”过程，感受地层形成的规律，体会化石形成与地层的关系、不同时期形成的化石在地层中分布的规律，了解过渡化石的发现为各种不同门类生物的亲缘关系搭建了桥梁，化石能不断提供新的证据。认同化石有年代、成序列、留下生物学特征可作对比，化石能证明进化是真实存在的。学生通过亲身体验、感受背景材料与概念之间的关系，从现象到事实，再将多个事实进行思维的加工和概括，形成新的认识。活动还提供学生形成概念的时间和空间，学生通过系列活动，用论证思维进行思考、寻找实证进行判断和解释。

5.5 小结和拓展 师生回顾学习活动，梳理总结本节课的核心问题：化石为什么能成为生物进化的重要证据？ 首先，化石能证明物种真实存在过，化石保留了一些生物学信息；其次，化石记录了生物的年代信息，化石在地层中出现有序律，将保留的信息进行整合和对比，证明进化确实存在。最后，教师布置拓展作业：请以马、始祖鸟或其他生物进化的过程制作书签（图4、图5）。

图4 始祖马书签

图5 人的进化书签

6 教学反思

本节课挖掘了化石承载的教育价值，将重要概念进行分解，围绕上位概念设计核心问题，概念形成过程中由核心问题引领，通过活动支架，落实概念形成。在丰富现象和发现事实环节设计学生活动。“地层书”活动比较好地突破了发现“年代信息”这一难点。

需要指出的是，至今人们对化石的发现和研究还是凤毛麟角，化石的缺乏导致对生物进化规律的推断很难精准；根据“孤证不证”的基本道理，实际上很多生物演化结论存在明显缺陷，这就需要不断的科学发现和科研探究、逻辑推理。