“生物进化的原因”概念教学中探究活动的设计

郑丽红

(山东省莱芜市钢城区实验学校 271103)

“倡导探究性学习”是初中生物学课程基本理念之一，《义务教育生物学课程标准(2011版)》还强调了凸显重要概念传递的教学要求。因此，利用探究活动帮助学生构建和理解概念成为日常教学中一种重要的探究学习方式。笔者以“生物进化的原因”为例，尝试引导学生通过探究活动完成自然选择学说核心内容的概念构建。

1 分析概念突破的关键点

自然界中生物的进化是生物遗传、变异和环境因素共同作用的结果，以自然选择学说为核心的生物进化理论解释了生物进化和发展的主要原因，这部分知识对学生形成生物进化的观点、树立辩证唯物主义自然观具有重要意义。因此，理解自然选择学说的内涵要素非常关键，自然选择学说包含过度繁殖、生存斗争(也叫生存竞争)、遗传和变异、适者生存等内涵，对这些内涵要素的理解和把握是本节课的关键。

2 探究活动及概念的构建

本节课通过游戏导入新课，设计了模拟保护色的形成和模拟生存竞争两个探究活动和一个应用分析环节，以此完成概念的构建和概念落实状况的检测。

2.1 眼力大比拼，质疑提问 教师展示不同颜色树干上的桦尺蛾图片：谁能又快又准地数出桦尺蛾的数目？树干上不同颜色的桦尺蛾数量一样吗？学生交流后，教师说明以上图片分别展示了1850年和1950年英国曼彻斯特桦尺蛾的体色，并介绍桦尺蛾体色的变化情况，然后提出疑问：桦尺蛾深浅不同的体色有什么意义呢？根据该现象你能提出相关的生物学问题吗？在学生回答的基础上说明桦尺蛾体色是生物进化的结果并确定探究主题：保护色的形成——体色变化之谜。

2.2 模拟探究保护色的形成 教师提供探究所需实验材料：黑白小纸片各50张，黑色、白色大卡纸各一张，实验记录表一张，秒表等。提出探究问题指导：①你用什么颜色的纸片代表浅色的桦尺蛾，数量多少合适？用什么颜色的卡纸模拟树干？②从食物链的角度来分析，影响它们生存的因素有什么？如何模拟？③模拟捕食过程中如何尽量减小主观意识的影响？④一百年间它们可以繁殖若干代，每只也能繁衍几个后代。如何进行不同代及不同后代的模拟？

学生讨论后形成比较完善的探究方案：①4个同学一组，1人组长，控制“捕食时间”，2人为捕食者，一人为记录员，小纸片代表“桦尺蛾 ”；②将50张白纸片——“浅色桦尺蛾”和50只黑色纸片——“深色桦尺蛾”均匀撒在黑色卡纸上，注意纸片不要相互覆盖；③2名捕食者背向黑色卡纸，想象自己是“爱吃桦尺蛾的鸟”每转向桌子一次，选一张小纸片 (只用眼判断它的位置)，放在另一只手上，然后继续转身选取，20秒后，记录员统计“捕食者”抓取小纸片的数量及颜色，计入表1；④假设每个幸存者都能产生2个后代，而且体色与自己相同。将幸存者和它们产生的后代充分混合，均匀撒在黑色卡纸上，重复上面的③～④步，每轮记录各种颜色小纸片开始和最后幸存的数目。

表1 实验结果记录表

活动完成后帮助学生在理解探究活动意义的基础上逐步构建概念：①不同色的小纸片代表不同体色的桦尺蛾，生物的什么生命现象导致了桦尺蛾有体色不同的个体？桦尺蛾的体色是否属于可遗传的性状？②鸟是桦尺蛾生存环境中的生物因素，鸟吃桦尺蛾说明生物与环境的什么关系？③从统计数据来看，幸存桦尺蛾的体色有什么规律？④推测桦尺蛾保护色的形成过程，由实验结果可以得出什么结论？上述问题的设计引导学生交流达成共识：生物的变异现象使桦尺蛾有不同体色，体色是可以遗传的，和背景颜色相同(或相似)的猎物不容易被捕食，可见鸟在桦尺蛾的进化过程起到选择的作用，决定了进化的方向，生存下来的个体的性状通过多代的繁衍逐渐积累形，成了保护色。通过这样的模拟探究使学生亲身体验、深入理解保护色的形成原因，进而对生物进化的原因产生直观印象和深层次的理解。

过渡设计：如果每头雌象一生(30～90岁)产仔6头，每头活到100岁，750年后总数可达到1900万头。因此，按照理论上的计算，即使是繁殖不是很快的动、植物,也会在不太长的时期内产生大量的后代而占满整个地球。但事实上，几万年来，象的数量也从没有增加到那样多，自然界里很多生物的繁殖能力都远远超过了象的繁殖能力，但各种生物的数量在一定的时期内都保持相对的稳定状态，这是为什么呢?

2.3 模拟探究生存竞争(小游戏——抢蚕豆) 教师提出游戏规则：①四人一组，每组22粒蚕豆，第一次两人作为捕食者参与抢蚕豆游戏，记下抢的蚕豆数；第二次四人参与抢蚕豆，记下抢的蚕豆数。②每人每次只能抓取一粒放在另一只手上，各组统计各成员抢到的蚕豆数。③每人至少“吃”六粒蚕豆才能生存下来，根据统计结果评价所模拟捕食者的生存情况计入表2。

表2 统计结果记录表

本探究活动的目的是让学生体验并理解同种个体之间存在生存竞争，不同数量的个体存在时，竞争的结果不同。为此设计如下探究指导：蚕豆模拟什么？不同组的成员数量模拟什么？2人组和4人组捕食者生存个体数有什么差别？说明什么问题？为什么有的能抢到6粒以上？说明生存斗争中谁容易获胜？在以上探究的基础上可引导学生建构出以下概念：自然界中的生物为了获得足够的食物要进行生存斗争；变异会使生物出现多种多样的个体，这些个体中适应能力强的个体会在生存竞争中生存下来(即适者生存)，适应环境的优良性状会通过遗传逐渐积累。

在这样两个探究活动的基础上，学生基本形成了自然选择学说中的核心概念：遗传和变异、过渡繁殖、生存竞争、适者生存。

3 应用分析，深入理解进化

为检测学生对自然选择学说核心内容的理解程度，设计两个应用实例分析：①出示长颈鹿的进化示意图，请利用自然选择学说解释长颈鹿进化的过程；②展示现在曼彻斯特地区的景象，推测自19世纪以来，桦尺蛾的体色发生了怎样的变化？从中受到哪些启发？通过分析帮助学生进一步认识“遗传和变异”是生物进化的基础，环境的改变是生物进化的外在动力，环境改变影响了生物进化的方向。生物的不断进化使其适应环境的能力增强，自然界呈现勃勃生机。环境会影响生物的生存，唯有保护好环境才能保护多姿多彩的生命，让我们的家园更加美丽。