淺論古生物學與兒童科學教育

李峰

大多數(shù)孩子都會對恐龍和化石感興趣，用他們的話說：“恐龍很酷！化石最帥！”現(xiàn)今社會，流行文化讓恐龍和化石成為大多數(shù)兒童乃至許多成年人認識和接觸自然科學的最佳途徑。這些遠古生物集科學、藝術(shù)和想象力于一身，極大地激發(fā)了兒童對遠古世界的好奇心，為他們的思維插上了“科學之翼”。

一、與古生物相關(guān)的兒童科學教育現(xiàn)狀

近年來，孩子們對化石和地球生命史的興趣大為增加。許多孩子在學齡前階段就已經(jīng)掌握了不少恐龍等古生物的名稱和相關(guān)知識。孩子們了解的古生物知識遠多于他們的父輩，因此教授相關(guān)課程的教師都不得不竭盡所能地在知識儲備上超過學生。兒童的古生物知識正在日常生活中不斷得到強化。古生物相關(guān)的圖書和出版物層出不窮，化石新發(fā)現(xiàn)也不斷見諸于電視、報紙和網(wǎng)絡(luò)媒體。此外，兒童假期出游也常會選擇自然博物館、恐龍主題樂園或地質(zhì)公園這樣的古生物“圣地”，甚至連各大商業(yè)購物中心也以恐龍等古生物為噱頭來吸引客流。

古生物學提供給孩子們學習科學知識的機會遠多于其他學科。許多教育工作者也會刻意將恐龍和其他古生物加入課程中來吸引學生。孩子們通過參加恐龍主題夏令營或古生物科考研學等活動學習古生物知識，實地參與化石的發(fā)掘過程，更加深刻地認識保護化石資源對后世子孫的重要性。孩子們對化石和恐龍的濃厚興趣讓古生物成為對兒童進行科學教育的理想途徑。

二、古生物對人類的作用

要探討古生物在兒童科學教育中的作用，就要首先了解人類研究古生物的目的和意義。科學家研究古生物的目的主要有三點：其一是記錄地質(zhì)歷史中的生物多樣性。包括生命起源以來，曾經(jīng)出現(xiàn)的所有動物、植物和微生物。層出不窮的化石新發(fā)現(xiàn)說明人類對遠古時期的生物多樣性還知之甚少。其二是追溯地球生命的演化史。研究含有化石地層的年齡能夠為我們提供地球生命史變遷的時間信息。將某些親緣關(guān)系相近的物種按照其生存的時代排序，就能重建某一類群的演化史。其三是通過對遠古生物的研究，提出關(guān)于生物進化和生態(tài)系統(tǒng)演變的新證據(jù)和新觀點，有時甚至是關(guān)于整個地球系統(tǒng)演化的新理論。生物的進化與滅絕不僅是重大的理論問題，而且對于人類學會如何在當下及未來保護和治理我們賴以生存的地球家園也具有指導(dǎo)和借鑒意義。

三、古生物對兒童科學教育的作用

古生物學與當今和未來世界息息相關(guān)。它能幫助孩子們了解生物與自然環(huán)境之間的相互關(guān)系。同時還能幫助他們更好地理解生物進化、滅絕和生物多樣性等相關(guān)概念和原理。例如：了解地質(zhì)歷史中全球氣候的突變事件，有助于孩子們理解類似現(xiàn)象可能對現(xiàn)代生物造成的影響。了解氣候變化對古生物的影響還有助于孩子們理解未來生態(tài)系統(tǒng)的變化趨勢及其對土地開發(fā)利用可能產(chǎn)生的影響。理解這些至關(guān)重要，因為人類社會還不能有效地應(yīng)對人口過度增長及伴隨而來的社會城市化進程和野生動物棲息地逐漸消失等問題，而這些問題正是影響人類社會未來發(fā)展和地球生物演化進程的關(guān)鍵。古生物學能夠讓孩子們以地球數(shù)十億年的生命史為鑒，學習如何為地球家園的福祉做長遠規(guī)劃。

四、易于兒童掌握的基本研究方法

對古生物進行科學研究的基本方法很簡單，也易于掌握。通過參與古生物化石的發(fā)現(xiàn)、發(fā)掘、修理和研究，孩子們能夠熟悉科學研究的方法和程序，甚至能獲得一些新的發(fā)現(xiàn)。對于孩子來說，古生物研究涉及的數(shù)據(jù)收集和分析工作與其他學科類似，甚至還要更簡單一些。

古生物學家在野外采集化石時會詳細記錄化石發(fā)現(xiàn)的地理位置和產(chǎn)出層位，以此作為確定遠古生物所處時代和生存環(huán)境的依據(jù)。當信息記錄完整的化石被運回博物館、大學或研究所的實驗室后，會經(jīng)過仔細地清理、修復(fù)和加固，使其盡可能地接近原始的保存狀態(tài)。之后，會對化石進行分類鑒定。與標本相關(guān)的各種信息，包括標本的分類名稱、標本描述、產(chǎn)出層位、采集人和采集時間等信息都會被錄入標本的電子數(shù)據(jù)庫，以便查詢和共享。同時，化石會被放入標本托盤或標本箱，并安全放置于標本柜中或標本架上，以備后續(xù)的科學研究。最后，標本還要統(tǒng)一存入標本庫房。為了惠及社會大眾，讓更多人了解化石標本對認知遠古世界的重要性，最具科學研究和教育價值的標本還會進行公開展示。

五、古生物主題的課程設(shè)計——以面向兒童的“功能形態(tài)學”為例

研究骨骼系統(tǒng)的骨骼學和研究滅絕生物的古生物學很容易激發(fā)孩子的興趣，而功能形態(tài)學又能很好地將二者結(jié)合起來，充分激發(fā)孩子們的求知欲。功能形態(tài)學旨在研究生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)與生物功能的關(guān)系，即生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)應(yīng)該適應(yīng)其生活習性、功能要求及生活環(huán)境。功能形態(tài)學看似有些深奧難懂，但其中涉及的許多科學知識易于被孩子們理解，只是受到學術(shù)用語和表述方式的阻礙。因此，使用合適的詞語、形象的類比和生動的表述方式就可以讓兒童理解許多重要的科學概念和原理。

為了讓孩子和他們的父母更容易理解，教授5—6歲兒童類似知識的主題研學活動往往依托各種有趣的古生物，并以生動有趣的名字命名，如“玩轉(zhuǎn)骨頭”。這是法國國家自然歷史博物館開設(shè)的一門以功能形態(tài)學為主題的研學課程。課程分為兩個環(huán)節(jié)：第一個環(huán)節(jié)在擺滿各種動物骨骼和牙齒的科普教室進行;而第二個環(huán)節(jié)，孩子們將前往該館中頗受歡迎的古生物與比較解剖廳，觀察上千件令人印象深刻的化石和現(xiàn)生脊椎動物的骨架。

在授課環(huán)節(jié)，孩子們要親自上手熟悉各種骨骼化石，并在教師的指導(dǎo)下，進行討論。首先，教師要求各組學生分別觀察肉食動物和植食動物的牙齒，然后比較這兩類牙齒間的形態(tài)差異。孩子們能夠很容易地區(qū)分那些用來切割刺穿獵物的肉食動物牙齒和具有平坦磨蝕面的植食動物牙齒。之后，孩子們將其與家養(yǎng)寵物的牙齒，以及鉗子、鋸子和刀子等工具進行比較。在此基礎(chǔ)上，教師以靈長類動物為例。孩子們進而發(fā)現(xiàn)這些動物兼具肉食動物和植食動物的牙齒特征。這樣就自然而然地引出了雜食動物的概念。

接下來，是利用頭骨來推斷脊椎動物的行走方式。脊髓穿過頭骨連接大腦的枕骨大孔是推斷的主要依據(jù)。如果枕骨大孔位于頭骨的后部，且頭骨和脊柱成一條直線并平行于地面，則可以推斷該動物用四足行走。而枕骨大孔位于頭骨的下部或底部且脊柱近似直立，則可能為兩足行走。孩子們就不同脊椎動物中相似的骨骼結(jié)構(gòu)在功能上的差異進行比較和討論。

同樣的，通過觀察脊椎動物的腳部，從腳趾到腳踝，孩子們會發(fā)現(xiàn)有些動物的腳部由眾多獨立的骨頭組成，另一些腳部的骨骼則部分或全部愈合在了一起。動物腳部骨骼的形態(tài)與其運動的速度和靈活性有關(guān)。三趾馬的腳部骨骼高度愈合是適于快速奔跑的典型案例;刃齒虎腳部骨骼不愈合則是運動靈活性的需要。

之后，孩子們會被帶到古生物與比較解剖廳。在那里，他們將用課堂上學到的知識做游戲，看誰能從展出的骨架上獲得最多的有關(guān)動物生活方式的信息。孩子們被分為若干小組，各小組在不了解所觀察的骨骼標本是什么生物的情況下進行比賽。教師會提出有關(guān)各個標本獨特形態(tài)特征的問題。例如：孩子們會看到幾乎所有哺乳動物都具有相似的手部結(jié)構(gòu)。雖然具體形態(tài)存在差異，但大體結(jié)構(gòu)相同。了解這一規(guī)律后，孩子們再觀察猛犸象的前肢、矛齒鯨的胸鰭和大地懶的前爪，比較它們之間的異同點，并推測這些形態(tài)特征與動物生活方式的關(guān)系。教師將最終揭曉各個骨骼標本的真實身份。

六、結(jié)論

古生物學能夠成為幫助孩子們認識科學的重要性，掌握科學研究的相關(guān)方法，了解學科間交叉融合方式的橋梁。利用孩子對化石和古生物的興趣，通過以培養(yǎng)科學素養(yǎng)為目標的研學活動傳播科學知識，幫助孩子樹立正確的人生觀和世界觀。古生物研學課程的宗旨是：激發(fā)好奇心，普及科學知識，學習科學方法，并體驗科學的樂趣。核心目標是幫助孩子們理解自然規(guī)律及其背后的科學原理，而不僅是記憶古生物的名稱。無論專業(yè)背景如何，只要教師能夠在傳授古生物知識的同時，充分利用兒童身心發(fā)展的特點，就能達成科學教育的目標。

注：本文為國家自然科學基金委科學中心資助項目“克拉通破壞與陸地生物演化的研究”（項目編號：416881003）研究成果。

（責任編輯? 吳? 瑩）