物竞天择 “噬”者生存

李佩宁+++魏来

自然演化的道理就是“物竞天择，适者生存”。生物在大自然的无数种可能性中，经过环境和物种间彼此的挑战，最强的与最好的被保留下来。今天的进化论已经在其先驱达尔文所提出的理论基础上，得到各种实证和修订。不管人们对于进化原因如何解释，不管进化论可能怎样继续发展和演变，自然界中生物进化的事实总是抹杀不了的。对于这一重要的生物学理论，学生不仅要理解其理论层面的概念，更重要的是能够对其进行有一定深度的探索性的实证。生物的进化一定要符合自然的要求，无论是作为进食的嘴、吻与喙，作为观察所需的眼睛，还是提供保护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况下最终选择了适合自己生存的器官的外形与功能。

一、课程重点

讨论不同进食的鸟喙所起到的功能作用及其进化，通过动手实验来明白进化论的实质内涵。积累科学探究的方法，培养学生分析数据、处理数据的能力。

【涉及领域】工程、数学、生物学、物理学

【建议年级】小学高年级

【建议时间】125分钟

二、课程任务

通过动手操作，引导学生能够根据鸟喙的外形判定其大概习性，同时对比其与生活中的哪种工具的形状和功能相近，然后根据实验结果推论出各种形状的鸟喙吃哪些食物占优势；能说出各种不同形状的鸟喙对鸟类生活具有什么好处。分析数据并处理数据。

三、课程步骤

1.导入（25分钟）

【第一步】简要介绍达尔文和进化论。查尔斯·罗伯特·达尔文是英国生物学家、进化论的奠基人。曾经历了5年的环球航行，对动植物和地质结构等进行了大量的观察和采集。在他的著作《物种起源》中，提出了生物进化论学说。除了生物学以外，他的理论还对人类学、心理学、哲学的发展具有重要影响。恩格斯将进化论列为19世纪自然科学的三大发现之一。

达尔文在《物种起源》中论证了两个问题：第一，物种是可变的，生物是进化的；第二，自然选择是生物进化的动力。生物都有繁殖过剩的倾向，而生存空间和食物是有限的，生物必须“为生存而斗争”。在同一种群中的个体存在着变异，那些具有能适应环境的有利变异的个体将存活下来，并繁殖后代，不具有有利变异的个体将被淘汰。如果自然条件的变化是有方向的，则经过长期的自然选择，微小变异会得到积累而成为显著变异。由此可能导致亚种和新种的形成。

【第二步】教師展示不同鸟类的图片（见图1，依次为白头海雕、黄嘴栗啄木鸟、野鸭、白鹈鹕、丹顶鹤），让学生观察它们的不同，尤其是喙的部分，即坚硬的壳状嘴，让学生讨论如下问题。

（1）白头海雕捕食小型动物和其他鸟类，它的喙有什么特点？

（2）黄嘴栗啄木鸟捕食树干上的昆虫及幼虫，它的喙有什么特点？

（3）野鸭喜好杂食，它的喙有什么特点？

（4）白鹈鹕捕食中型鱼类，它的喙有什么特点？

（5）丹顶鹤捕食小型鱼类和虾，它的喙有什么特点？

通过讨论，让学生概念性地获得相关知识：鸟类的喙与其食性密切相关，短而直的喙是食虫鸟的喙，强大末端有弯钩的喙主要以鸟兽等为食，长而直的喙主要以鱼虾为食，强直且尖锐的喙以昆虫为食，扁的喙以杂食性居多。此时不要求学生归纳，但是要求学生能根据鸟类名称和其食物性质一一对应地说出鸟喙的特点和原因。

2.宣布任务和小组准备（10分钟）

【材料】筷子、塑料勺子、塑料叉子、硬纸板、宽胶带、塑料饮料瓶（统一用小雪碧或小可乐瓶）、剪刀、热熔胶枪、松紧皮筋、毛根、小木棒、塑料袋

【任务】让学生观察给定的材料，每人要在材料中选出一部分制作一个“鸟喙”。 鸟喙必须可以操作，而非仅仅是个模型，并且要设计食道以便吞下食物。然后完成以下任务。

（1）检验这种“鸟”在野外生存情况如何；

（2）计算自己制作出的鸟喙“吃进的食物量”占食物总量的百分比；

（3）在比赛完成后要观察能“吃进食物总量”最多的几个鸟喙的构造。

向学生出示评价量规（见表1）。在小组准备中，要给学生足够的时间用来独立思考他们的设计方法，并讨论这种想法，将设计方案画出来并写出制作鸟喙所需的材料，学生在最终展示中要解释如何使用这些材料并证明这些材料可以做出较好的鸟喙。

3.任务的执行（30分钟）

每个学生允许选择一个问题向教师请教解决的办法，教师则应当尽量使用提示性问题来回答，尤其要提示学生思考的出发点。在制作过程中，要鼓励学生模仿真正的鸟喙来完成制作。另外，材料一经选定，每人只允许进行一次材料的添加或变更。

【头脑风暴】学生讨论如何设计和制造鸟喙。教师适时提问和提示：

（1）如何模仿制作鸟喙？先考虑使用什么样的材料，然后思考需要用几片材料来拼接制作鸟喙。

（2）怎样才能让鸟喙更好地吞食圆形食物？怎样才能让鸟喙更好地吞食长条形食物？

【小组交流】让学生初步做好鸟喙后，去其他组看一看，进行观摩和观察。教师适时提问：

（1）其他组的设计有什么优势和劣势？

（2）其他组的鸟喙是模仿了哪种鸟类？是捕食较大食物、较小食物、还是杂食的？

【评估与改良】教师视具体情况提问：

（1）哪些设计是有效的，哪部分需要重新设计与改善？

（2）是否在吞食食物的咬合过程中出现了困难？是否在吞咽（令食物进入食道）过程中出现了困难？

【测试准备】教师宣布以下要求：

（1）每人会拿到一个大小相同的纸杯，作为鸟的“胃”，用于储存“食物”。测试考察的“食物”必须能够进入“胃”里。

（2）测试分为4轮，每组每轮有15秒钟的时间去捕捉“食物”。教师计时，也可以由小组长来完成这个任务。

（3）第一轮测试自由进行，没有比赛。每个学生在这个阶段努力适应自己“鸟喙”的使用方法。

（4）第二轮测试中由组内两名学生进行比赛。

（5）第三轮测试中组内四人之间进行比赛。

（6）第四轮测试会限制“食物”的供给，4人共同捕捉同一批“食物”。

【第一轮测试】下发装有“食物”的容器，例如一个碗（其中包括5颗软糖、5颗大白兔糖、10颗水果硬糖）。让学生数一数一共有多少个“食物”（20个），并记录在表中。学生将纸杯靠近身体拿好并闭上眼睛。宣布开始后，睁开眼睛，要尽可能多地用自己制作的“鸟喙”捕捉食物。本組测试结束后，学生要数一数自己“吃到的食物”，即战利品，计算其占总数的百分比，并记录在表中。

【第二轮测试】在组内两名学生中间放一张纸。将上一轮剩余的糖果放回“食物”容器。两名学生将刚才第一轮“吃到的食物”拿出来，放在中间的纸上，各自数清，然后也放回“食物”容器。再一次做好“捕食”准备，开始计时后，要尽可能多地用“鸟喙”捕捉“食物”。本组测试结束后，数一数自己的战利品，计算其占总数的百分比，记录在表中。

【第三轮测试】如法炮制，在组内四名学生中间放两张纸。将上一轮剩余的糖果放回各自的“食物”容器。四名学生将刚才第二轮“吃到的食物”再拿出，放在中间的纸上，各自数清。进行四人“捕食”比赛。测试结束后，数一数自己的战利品，计算其占总数的百分比，记录在表中。

【第四轮测试】拿出一个“食物”容器，其中有5颗软糖和10颗水果糖，倒在白纸上，四人确认数量。再次进行“捕食”比赛。测试结束后，数一数自己的战利品，计算其占总数的百分比，记录在表中。

【正式比赛】限制“食物”供给，各小组之前测试中的优胜者出列，与其他优胜者一起共同捕捉同一批“食物”，数量由教师根据分组情况而定。

【赛后观察】教师要带领学生观察设计较好的几个“鸟喙”的构造，并从形态以及坚固性等方面进行点评。

4.总结与反思

引导学生进行总结与反思以下内容。

（1）归纳不同的鸟喙适合吃什么样的食物？（分析食物特性，如大小、形状、软硬度等。）

（2）在制作中哪些材料是必要的？为什么？

（3）你们观察到“食道”起了什么样的作用？哪个小组在这方面制作得最好？为什么？

（4）拓展思考：观察镊子、尖嘴钳子、汤匙和起钉器，归纳这些工具各像哪种鸟类的喙。

5.课后作业

让学生独立完成实验说明的写作，要求用课堂中模拟捕食测试中的现象来完整地分析机械鸟喙。

（责任编辑 郭向和）