“生物進化的原因”概念教學中探究活動的設計

鄭麗紅

(山東省萊蕪市鋼城區實驗學校 271103)

“倡導探究性學習”是初中生物學課程基本理念之一，《義務教育生物學課程標準(2011版)》還強調了凸顯重要概念傳遞的教學要求。因此，利用探究活動幫助學生構建和理解概念成為日常教學中一種重要的探究學習方式。筆者以“生物進化的原因”為例，嘗試引導學生通過探究活動完成自然選擇學說核心內容的概念構建。

1 分析概念突破的關鍵點

自然界中生物的進化是生物遺傳、變異和環境因素共同作用的結果，以自然選擇學說為核心的生物進化理論解釋了生物進化和發展的主要原因，這部分知識對學生形成生物進化的觀點、樹立辯證唯物主義自然觀具有重要意義。因此，理解自然選擇學說的內涵要素非常關鍵，自然選擇學說包含過度繁殖、生存斗爭(也叫生存競爭)、遺傳和變異、適者生存等內涵，對這些內涵要素的理解和把握是本節課的關鍵。

2 探究活動及概念的構建

本節課通過游戲導入新課，設計了模擬保護色的形成和模擬生存競爭兩個探究活動和一個應用分析環節，以此完成概念的構建和概念落實狀況的檢測。

2.1 眼力大比拼，質疑提問 教師展示不同顏色樹干上的樺尺蛾圖片：誰能又快又準地數出樺尺蛾的數目？樹干上不同顏色的樺尺蛾數量一樣嗎？學生交流后，教師說明以上圖片分別展示了1850年和1950年英國曼徹斯特樺尺蛾的體色，并介紹樺尺蛾體色的變化情況，然后提出疑問：樺尺蛾深淺不同的體色有什么意義呢？根據該現象你能提出相關的生物學問題嗎？在學生回答的基礎上說明樺尺蛾體色是生物進化的結果并確定探究主題：保護色的形成——體色變化之謎。

2.2 模擬探究保護色的形成 教師提供探究所需實驗材料：黑白小紙片各50張，黑色、白色大卡紙各一張，實驗記錄表一張，秒表等。提出探究問題指導：①你用什么顏色的紙片代表淺色的樺尺蛾，數量多少合適？用什么顏色的卡紙模擬樹干？②從食物鏈的角度來分析，影響它們生存的因素有什么？如何模擬？③模擬捕食過程中如何盡量減小主觀意識的影響？④一百年間它們可以繁殖若干代，每只也能繁衍幾個后代。如何進行不同代及不同后代的模擬？

學生討論后形成比較完善的探究方案：①4個同學一組，1人組長，控制“捕食時間”，2人為捕食者，一人為記錄員，小紙片代表“樺尺蛾 ”；②將50張白紙片——“淺色樺尺蛾”和50只黑色紙片——“深色樺尺蛾”均勻撒在黑色卡紙上，注意紙片不要相互覆蓋；③2名捕食者背向黑色卡紙，想象自己是“愛吃樺尺蛾的鳥”每轉向桌子一次，選一張小紙片 (只用眼判斷它的位置)，放在另一只手上，然后繼續轉身選取，20秒后，記錄員統計“捕食者”抓取小紙片的數量及顏色，計入表1；④假設每個幸存者都能產生2個后代，而且體色與自己相同。將幸存者和它們產生的后代充分混合，均勻撒在黑色卡紙上，重復上面的③～④步，每輪記錄各種顏色小紙片開始和最后幸存的數目。

表1 實驗結果記錄表

活動完成后幫助學生在理解探究活動意義的基礎上逐步構建概念：①不同色的小紙片代表不同體色的樺尺蛾，生物的什么生命現象導致了樺尺蛾有體色不同的個體？樺尺蛾的體色是否屬于可遺傳的性狀？②鳥是樺尺蛾生存環境中的生物因素，鳥吃樺尺蛾說明生物與環境的什么關系？③從統計數據來看，幸存樺尺蛾的體色有什么規律？④推測樺尺蛾保護色的形成過程，由實驗結果可以得出什么結論？上述問題的設計引導學生交流達成共識：生物的變異現象使樺尺蛾有不同體色，體色是可以遺傳的，和背景顏色相同(或相似)的獵物不容易被捕食，可見鳥在樺尺蛾的進化過程起到選擇的作用，決定了進化的方向，生存下來的個體的性狀通過多代的繁衍逐漸積累形，成了保護色。通過這樣的模擬探究使學生親身體驗、深入理解保護色的形成原因，進而對生物進化的原因產生直觀印象和深層次的理解。

過渡設計：如果每頭雌象一生(30～90歲)產仔6頭，每頭活到100歲，750年后總數可達到1900萬頭。因此，按照理論上的計算，即使是繁殖不是很快的動、植物,也會在不太長的時期內產生大量的后代而占滿整個地球。但事實上，幾萬年來，象的數量也從沒有增加到那樣多，自然界里很多生物的繁殖能力都遠遠超過了象的繁殖能力，但各種生物的數量在一定的時期內都保持相對的穩定狀態，這是為什么呢?

2.3 模擬探究生存競爭(小游戲——搶蠶豆) 教師提出游戲規則：①四人一組，每組22粒蠶豆，第一次兩人作為捕食者參與搶蠶豆游戲，記下搶的蠶豆數；第二次四人參與搶蠶豆，記下搶的蠶豆數。②每人每次只能抓取一粒放在另一只手上，各組統計各成員搶到的蠶豆數。③每人至少“吃”六粒蠶豆才能生存下來，根據統計結果評價所模擬捕食者的生存情況計入表2。

表2 統計結果記錄表

本探究活動的目的是讓學生體驗并理解同種個體之間存在生存競爭，不同數量的個體存在時，競爭的結果不同。為此設計如下探究指導：蠶豆模擬什么？不同組的成員數量模擬什么？2人組和4人組捕食者生存個體數有什么差別？說明什么問題？為什么有的能搶到6粒以上？說明生存斗爭中誰容易獲勝？在以上探究的基礎上可引導學生建構出以下概念：自然界中的生物為了獲得足夠的食物要進行生存斗爭；變異會使生物出現多種多樣的個體，這些個體中適應能力強的個體會在生存競爭中生存下來(即適者生存)，適應環境的優良性狀會通過遺傳逐漸積累。

在這樣兩個探究活動的基礎上，學生基本形成了自然選擇學說中的核心概念：遺傳和變異、過渡繁殖、生存競爭、適者生存。

3 應用分析，深入理解進化

為檢測學生對自然選擇學說核心內容的理解程度，設計兩個應用實例分析：①出示長頸鹿的進化示意圖，請利用自然選擇學說解釋長頸鹿進化的過程；②展示現在曼徹斯特地區的景象，推測自19世紀以來，樺尺蛾的體色發生了怎樣的變化？從中受到哪些啟發？通過分析幫助學生進一步認識“遺傳和變異”是生物進化的基礎，環境的改變是生物進化的外在動力，環境改變影響了生物進化的方向。生物的不斷進化使其適應環境的能力增強，自然界呈現勃勃生機。環境會影響生物的生存，唯有保護好環境才能保護多姿多彩的生命，讓我們的家園更加美麗。