物競(jìng)天擇 “噬”者生存

李佩寧+++魏來(lái)

自然演化的道理就是“物競(jìng)天擇，適者生存”。生物在大自然的無(wú)數(shù)種可能性中，經(jīng)過(guò)環(huán)境和物種間彼此的挑戰(zhàn)，最強(qiáng)的與最好的被保留下來(lái)。今天的進(jìn)化論已經(jīng)在其先驅(qū)達(dá)爾文所提出的理論基礎(chǔ)上，得到各種實(shí)證和修訂。不管人們對(duì)于進(jìn)化原因如何解釋?zhuān)还苓M(jìn)化論可能怎樣繼續(xù)發(fā)展和演變，自然界中生物進(jìn)化的事實(shí)總是抹殺不了的。對(duì)于這一重要的生物學(xué)理論，學(xué)生不僅要理解其理論層面的概念，更重要的是能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有一定深度的探索性的實(shí)證。生物的進(jìn)化一定要符合自然的要求，無(wú)論是作為進(jìn)食的嘴、吻與喙，作為觀察所需的眼睛，還是提供保護(hù)色和保暖作用的皮毛，提供捕食和抓取功能的四肢，生物是在自然淘汰的情況下最終選擇了適合自己生存的器官的外形與功能。

一、課程重點(diǎn)

討論不同進(jìn)食的鳥(niǎo)喙所起到的功能作用及其進(jìn)化，通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)來(lái)明白進(jìn)化論的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵。積累科學(xué)探究的方法，培養(yǎng)學(xué)生分析數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)的能力。

【涉及領(lǐng)域】工程、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)

【建議年級(jí)】小學(xué)高年級(jí)

【建議時(shí)間】125分鐘

二、課程任務(wù)

通過(guò)動(dòng)手操作，引導(dǎo)學(xué)生能夠根據(jù)鳥(niǎo)喙的外形判定其大概習(xí)性，同時(shí)對(duì)比其與生活中的哪種工具的形狀和功能相近，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推論出各種形狀的鳥(niǎo)喙吃哪些食物占優(yōu)勢(shì)；能說(shuō)出各種不同形狀的鳥(niǎo)喙對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)生活具有什么好處。分析數(shù)據(jù)并處理數(shù)據(jù)。

三、課程步驟

1.導(dǎo)入（25分鐘）

【第一步】簡(jiǎn)要介紹達(dá)爾文和進(jìn)化論。查爾斯·羅伯特·達(dá)爾文是英國(guó)生物學(xué)家、進(jìn)化論的奠基人。曾經(jīng)歷了5年的環(huán)球航行，對(duì)動(dòng)植物和地質(zhì)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了大量的觀察和采集。在他的著作《物種起源》中，提出了生物進(jìn)化論學(xué)說(shuō)。除了生物學(xué)以外，他的理論還對(duì)人類(lèi)學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)的發(fā)展具有重要影響。恩格斯將進(jìn)化論列為19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一。

達(dá)爾文在《物種起源》中論證了兩個(gè)問(wèn)題：第一，物種是可變的，生物是進(jìn)化的；第二，自然選擇是生物進(jìn)化的動(dòng)力。生物都有繁殖過(guò)剩的傾向，而生存空間和食物是有限的，生物必須“為生存而斗爭(zhēng)”。在同一種群中的個(gè)體存在著變異，那些具有能適應(yīng)環(huán)境的有利變異的個(gè)體將存活下來(lái)，并繁殖后代，不具有有利變異的個(gè)體將被淘汰。如果自然條件的變化是有方向的，則經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的自然選擇，微小變異會(huì)得到積累而成為顯著變異。由此可能導(dǎo)致亞種和新種的形成。

【第二步】教師展示不同鳥(niǎo)類(lèi)的圖片（見(jiàn)圖1，依次為白頭海雕、黃嘴栗啄木鳥(niǎo)、野鴨、白鵜鶘、丹頂鶴），讓學(xué)生觀察它們的不同，尤其是喙的部分，即堅(jiān)硬的殼狀嘴，讓學(xué)生討論如下問(wèn)題。

（1）白頭海雕捕食小型動(dòng)物和其他鳥(niǎo)類(lèi)，它的喙有什么特點(diǎn)？

（2）黃嘴栗啄木鳥(niǎo)捕食樹(shù)干上的昆蟲(chóng)及幼蟲(chóng)，它的喙有什么特點(diǎn)？

（3）野鴨喜好雜食，它的喙有什么特點(diǎn)？

（4）白鵜鶘捕食中型魚(yú)類(lèi)，它的喙有什么特點(diǎn)？

（5）丹頂鶴捕食小型魚(yú)類(lèi)和蝦，它的喙有什么特點(diǎn)？

通過(guò)討論，讓學(xué)生概念性地獲得相關(guān)知識(shí)：鳥(niǎo)類(lèi)的喙與其食性密切相關(guān)，短而直的喙是食蟲(chóng)鳥(niǎo)的喙，強(qiáng)大末端有彎鉤的喙主要以鳥(niǎo)獸等為食，長(zhǎng)而直的喙主要以魚(yú)蝦為食，強(qiáng)直且尖銳的喙以昆蟲(chóng)為食，扁的喙以雜食性居多。此時(shí)不要求學(xué)生歸納，但是要求學(xué)生能根據(jù)鳥(niǎo)類(lèi)名稱(chēng)和其食物性質(zhì)一一對(duì)應(yīng)地說(shuō)出鳥(niǎo)喙的特點(diǎn)和原因。

2.宣布任務(wù)和小組準(zhǔn)備（10分鐘）

【材料】筷子、塑料勺子、塑料叉子、硬紙板、寬膠帶、塑料飲料瓶（統(tǒng)一用小雪碧或小可樂(lè)瓶）、剪刀、熱熔膠槍、松緊皮筋、毛根、小木棒、塑料袋

【任務(wù)】讓學(xué)生觀察給定的材料，每人要在材料中選出一部分制作一個(gè)“鳥(niǎo)喙”。 鳥(niǎo)喙必須可以操作，而非僅僅是個(gè)模型，并且要設(shè)計(jì)食道以便吞下食物。然后完成以下任務(wù)。

（1）檢驗(yàn)這種“鳥(niǎo)”在野外生存情況如何；

（2）計(jì)算自己制作出的鳥(niǎo)喙“吃進(jìn)的食物量”占食物總量的百分比；

（3）在比賽完成后要觀察能“吃進(jìn)食物總量”最多的幾個(gè)鳥(niǎo)喙的構(gòu)造。

向?qū)W生出示評(píng)價(jià)量規(guī)（見(jiàn)表1）。在小組準(zhǔn)備中，要給學(xué)生足夠的時(shí)間用來(lái)獨(dú)立思考他們的設(shè)計(jì)方法，并討論這種想法，將設(shè)計(jì)方案畫(huà)出來(lái)并寫(xiě)出制作鳥(niǎo)喙所需的材料，學(xué)生在最終展示中要解釋如何使用這些材料并證明這些材料可以做出較好的鳥(niǎo)喙。

3.任務(wù)的執(zhí)行（30分鐘）

每個(gè)學(xué)生允許選擇一個(gè)問(wèn)題向教師請(qǐng)教解決的辦法，教師則應(yīng)當(dāng)盡量使用提示性問(wèn)題來(lái)回答，尤其要提示學(xué)生思考的出發(fā)點(diǎn)。在制作過(guò)程中，要鼓勵(lì)學(xué)生模仿真正的鳥(niǎo)喙來(lái)完成制作。另外，材料一經(jīng)選定，每人只允許進(jìn)行一次材料的添加或變更。

【頭腦風(fēng)暴】學(xué)生討論如何設(shè)計(jì)和制造鳥(niǎo)喙。教師適時(shí)提問(wèn)和提示：

（1）如何模仿制作鳥(niǎo)喙？先考慮使用什么樣的材料，然后思考需要用幾片材料來(lái)拼接制作鳥(niǎo)喙。

（2）怎樣才能讓鳥(niǎo)喙更好地吞食圓形食物？怎樣才能讓鳥(niǎo)喙更好地吞食長(zhǎng)條形食物？

【小組交流】讓學(xué)生初步做好鳥(niǎo)喙后，去其他組看一看，進(jìn)行觀摩和觀察。教師適時(shí)提問(wèn)：

（1）其他組的設(shè)計(jì)有什么優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)？

（2）其他組的鳥(niǎo)喙是模仿了哪種鳥(niǎo)類(lèi)？是捕食較大食物、較小食物、還是雜食的？

【評(píng)估與改良】教師視具體情況提問(wèn)：

（1）哪些設(shè)計(jì)是有效的，哪部分需要重新設(shè)計(jì)與改善？

（2）是否在吞食食物的咬合過(guò)程中出現(xiàn)了困難？是否在吞咽（令食物進(jìn)入食道）過(guò)程中出現(xiàn)了困難？

【測(cè)試準(zhǔn)備】教師宣布以下要求：

（1）每人會(huì)拿到一個(gè)大小相同的紙杯，作為鳥(niǎo)的“胃”，用于儲(chǔ)存“食物”。測(cè)試考察的“食物”必須能夠進(jìn)入“胃”里。

（2）測(cè)試分為4輪，每組每輪有15秒鐘的時(shí)間去捕捉“食物”。教師計(jì)時(shí)，也可以由小組長(zhǎng)來(lái)完成這個(gè)任務(wù)。

（3）第一輪測(cè)試自由進(jìn)行，沒(méi)有比賽。每個(gè)學(xué)生在這個(gè)階段努力適應(yīng)自己“鳥(niǎo)喙”的使用方法。

（4）第二輪測(cè)試中由組內(nèi)兩名學(xué)生進(jìn)行比賽。

（5）第三輪測(cè)試中組內(nèi)四人之間進(jìn)行比賽。

（6）第四輪測(cè)試會(huì)限制“食物”的供給，4人共同捕捉同一批“食物”。

【第一輪測(cè)試】下發(fā)裝有“食物”的容器，例如一個(gè)碗（其中包括5顆軟糖、5顆大白兔糖、10顆水果硬糖）。讓學(xué)生數(shù)一數(shù)一共有多少個(gè)“食物”（20個(gè)），并記錄在表中。學(xué)生將紙杯靠近身體拿好并閉上眼睛。宣布開(kāi)始后，睜開(kāi)眼睛，要盡可能多地用自己制作的“鳥(niǎo)喙”捕捉食物。本組測(cè)試結(jié)束后，學(xué)生要數(shù)一數(shù)自己“吃到的食物”，即戰(zhàn)利品，計(jì)算其占總數(shù)的百分比，并記錄在表中。

【第二輪測(cè)試】在組內(nèi)兩名學(xué)生中間放一張紙。將上一輪剩余的糖果放回“食物”容器。兩名學(xué)生將剛才第一輪“吃到的食物”拿出來(lái)，放在中間的紙上，各自數(shù)清，然后也放回“食物”容器。再一次做好“捕食”準(zhǔn)備，開(kāi)始計(jì)時(shí)后，要盡可能多地用“鳥(niǎo)喙”捕捉“食物”。本組測(cè)試結(jié)束后，數(shù)一數(shù)自己的戰(zhàn)利品，計(jì)算其占總數(shù)的百分比，記錄在表中。

【第三輪測(cè)試】如法炮制，在組內(nèi)四名學(xué)生中間放兩張紙。將上一輪剩余的糖果放回各自的“食物”容器。四名學(xué)生將剛才第二輪“吃到的食物”再拿出，放在中間的紙上，各自數(shù)清。進(jìn)行四人“捕食”比賽。測(cè)試結(jié)束后，數(shù)一數(shù)自己的戰(zhàn)利品，計(jì)算其占總數(shù)的百分比，記錄在表中。

【第四輪測(cè)試】拿出一個(gè)“食物”容器，其中有5顆軟糖和10顆水果糖，倒在白紙上，四人確認(rèn)數(shù)量。再次進(jìn)行“捕食”比賽。測(cè)試結(jié)束后，數(shù)一數(shù)自己的戰(zhàn)利品，計(jì)算其占總數(shù)的百分比，記錄在表中。

【正式比賽】限制“食物”供給，各小組之前測(cè)試中的優(yōu)勝者出列，與其他優(yōu)勝者一起共同捕捉同一批“食物”，數(shù)量由教師根據(jù)分組情況而定。

【賽后觀察】教師要帶領(lǐng)學(xué)生觀察設(shè)計(jì)較好的幾個(gè)“鳥(niǎo)喙”的構(gòu)造，并從形態(tài)以及堅(jiān)固性等方面進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。

4.總結(jié)與反思

引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)與反思以下內(nèi)容。

（1）歸納不同的鳥(niǎo)喙適合吃什么樣的食物？（分析食物特性，如大小、形狀、軟硬度等。）

（2）在制作中哪些材料是必要的？為什么？

（3）你們觀察到“食道”起了什么樣的作用？哪個(gè)小組在這方面制作得最好？為什么？

（4）拓展思考：觀察鑷子、尖嘴鉗子、湯匙和起釘器，歸納這些工具各像哪種鳥(niǎo)類(lèi)的喙。

5.課后作業(yè)

讓學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)說(shuō)明的寫(xiě)作，要求用課堂中模擬捕食測(cè)試中的現(xiàn)象來(lái)完整地分析機(jī)械鳥(niǎo)喙。

（責(zé)任編輯 郭向和）