大概念背景下“現代生物進化理論的發展”一節的教學設計

楊露露

（南京第三高級中學 江蘇南京 210001）

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

大概念是指學科中的核心概念，是基于事實基礎上抽象出來的深層次的內容。基于大概念的教學能夠有效地組織大量的事實和其他概念，有利于教師把握教學層次，抓住關鍵，減輕學生學業負擔，合理安排“腳手架”知識，有利于提升學生的邏輯思維。生物學由于其學科特點，更是明確了大概念在生物教學中的核心地位，《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱新課標）就強調課程內容要少而精，以大概念構建內容框架，淡化細枝末節。基于此版課程標準，筆者嘗試圍繞“現代生物進化理論的發展”一節的大概念進行教學設計。

1 設計思路

新課標中關于進化的大概念是：適應是自然選擇的結果。為幫助學生達成對此概念的理解，新課標要求教師開展下列教學活動：搜集生物進化理論發展的資料，探討生物進化觀點對人們思想觀念的影響；用數學方法討論自然選擇使種群的基因頻率發生變化。有鑒于此，筆者引導學生就“變異的來源”進行思維活動，進而引入種群，再設置情境引導學生利用數學方法自行得出基因頻率和進化、自然選擇的關系，用現代生物進化理論來解釋進化的現象。最后，學生合作構建概念圖，完成對本節課的梳理，體會并理解大概念。

2 學情分析

學生在初中階段已經學過達爾文的自然選擇學說，具備相應的前概念。對于拉馬克的進化理論，教材中文字通俗易懂，可讀性強。對于可遺傳的變異，學生也已有一定的認知。這些都為學生進行探究活動、自主提升認知水平打下了基礎。

3 教學目標

（1）通過搜集和分析進化理論的相關資料，體驗進化理論發展的過程。

（2）運用數學方法，探究并得出自然選擇促進生物更好適應特定環境的本質。

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

4 教學過程

4.1 設計問題鏈，調用前概念

教師展示三代長頸鹿的進化圖，要求學生結合學案回答問題：①這三代長頸鹿發生了什么變化？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，這是什么現象？學生基本都能用達爾文的“自然選擇”學說進行解釋。

接著，教師提出：達爾文不是第一個完整提出進化論的，法國科學家拉馬克才是。教師繼續結合學案，請學生嘗試用拉馬克的“用進廢退”學說解釋長頸鹿的進化現象。學生回答后，提出疑問：通過用進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，反駁拉馬克的觀點并提出：達爾文解釋清楚了嗎？學生思考后提出：變異的來源究竟是什么？

設計意圖：教師引導學生運用兩種進化理論對進化現象進行解釋，促進學生采用批判性思維進行分析比較，激發了學生的興趣，同時使學生認同科學的發展是一個過程。

4.2 回顧科學史，融入生命觀

教師幫助學生回顧遺傳學的發展過程：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的雙螺旋結構，人們逐漸認識到當基因的結構、數量、位置發生變化時，性狀會發生改變，這些變異被稱為可遺傳變異，正是這些可遺傳變異產為進化提供了原材料。

設計意圖：可遺傳變異的發生和基因的發現分不開，教師通過選取這三段科學史可以將二者自然地聯系在一起，形成遺傳和進化有機聯系的生命觀，為現代進化理論的學習打下鋪墊。同時，這部分科學史又為后面基因頻率等概念的提出以及計算埋下了伏筆。

4.3 合作共探究，理解新理論

教師引導學生繼續思考：在達爾文的理論中，具有有利變異的個體會死亡，可有利變異的性狀卻能在群體中擴散。個體是進化的單位嗎？學生思考并回答：不能。教師提出：在現代生物進化理論中，種群是進化的基本單位。

然后，教師展示種群的概念，要求學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；③一個池塘里的全部鯉魚；④一個池塘中的全部魚；⑤一個菜場的全部鯉魚。

學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行基因交流。要判斷一個種群是否變化還要看這個種群的基因頻率。

教師展示基因庫、基因頻率和基因型頻率的概念及計算公式，并設置情境讓學生通過計算自行探究基因頻率與進化和自然選擇的關系。情境一：某植物種群個體自交；情境二：某種群雌雄個體隨機交配（自由交配）；情境三：某種群的aa個體經自然選擇被淘汰，三種情境計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計表

學生通過計算，得出結論：當種群其他條件不變，自交或隨即交配的情況下基因頻率都不發生改變，種群未進化；當環境發生改變時，基因頻率改變，種群發生進化。教師和學生共同總結：基因頻率的改變是進化的本質，自然選擇決定基因頻率改變的方向。

設計意圖：之前，教師已經通過遺傳學科學史進行了鋪墊，所以設計了探究活動，讓學生通過數學方式定量分析基因頻率的變化和相應情境的關系，提升其思維品質，進一步深化學生對進化的理解。

4.4 梳理概念圖，內化大概念

教師引導學生合作建構本節課的概念圖（圖1），并要求學生用現代生物進化理論的內容再次對長頸鹿的進化現象進行解釋。

圖1 關于生物進化理論的概念圖

設計意圖：合作建構概念圖可以幫助學生梳理本節課的思維活動，體會新理論的發展歷程，內化“適應是自然選擇的結果”這一大概念。教師通過用現代生物進化理論對長頸鹿進化現象的再解釋，實現“科學解釋生命進化”這一教學目標。

5 教學反思

本節課從對“長頸鹿的進化”現象的解釋開始，到再次解釋“長頸鹿進化”現象結束，學生體驗了達爾文和拉馬克進化論與現代生物進化論的聯系與區別，對“自然選擇”的理解經過了由性狀水平到分子水平、由個體水平到種群的思維歷程，通過數學方法和概念圖深化對“適應是自然選擇的結果”這一大概念的理解。比之傳統教學，該教學方式中的概念之間不再孤立，學生通過自主探究的過程建立和加強了它們之間的聯系，有助于課堂效率的提高。但是，實際教學中計算兩代基因頻率的時間有點長，使得后面構建概念圖顯得有點倉促，如果改成計算一代的基因頻率，后面就會游刃有余，有助于學生們提煉出大概念。