“生物进化”专题复习中的进化与适应观

陆晓文

摘要：以高三复习专题“生物进化”为例，通过问题情境帮助学生从多角度认识生物进化，在重构“生物的多样性和适应性是进化的结果”这一大概念的同时逐步确立进化与适应观。

关键词：概念教学进化与适应观生物的多样性和适应性情境创设

中图分类号：G633.91 文献标志码：B

生命观念是生物学学科核心素养中独具生物学科特点的要素，是生物学学科核心素养的标志和关键，《普通高中生物学课程标准（2017年版）》指出：“学生应该在较好理解生物学概念的基础上形成生命观念，能够用生命观念认识生物的多样性、统一性、独特性和复杂性，形成科学的自然观和世界观，并以此指导探究生命活动的规律，解决实际问题。”生命观念中的进化与适应观是最独特和最复杂的生命观念，构建“生物的多样性和适应性是进化的结果”这一大概念的过程就是进化与适应观逐步确立的过程。下面以高三复习中“生物进化”专题为例，探讨如何创设问题情境帮助学生在解决问题的过程中重新构建核心概念，从而形成进化与适应观。

1专题内容的选择及设计思路

“适应是自然选择的结果”是“生物的多样性和适应性是进化的结果”这一大概念的重要概念，这个概念揭示了自然选择促使生物更好地适应特定的生存环境。自然选择学说为地球上的生命演化提供了科学的解释，现代进化理论在变异、选择和隔离三个方面对新物种形成进行阐明。

生物进化理论中的重要概念不是通过实验验证，而是基于大量的生物学事实，通过逻辑推理获得的。一般来说，学生在学习过程中接受一个事实性的知识较为容易，但要对观察到的生命现象进行相互联系并通过解释后抽象形成生命观念则十分困难。如何理解生物的多样性与适应性？多样性与适应性形成与遗传变异和环境存在怎样的关系？专题设计在学生原有认知的基础上选择一些经典的生物学事实，从不同角度创设问题情境，运用类比推理和归纳推理等逻辑思维的方法，通过概念重构逐渐形成进化与适应观。

2创设问题情境，理解适应是自然选择的结果

2.1创设有梯度的问题情境，引导学生用归纳推理的方法思考进化与适应观

情境1：位于印度洋南岸的克格伦岛常年有暴风雨，海岛上的昆虫一般只有两种类型，不能飞的和少数能飞但翅膀异常发达的。为什么克格伦岛上的昆虫会出现这种现象？

教师引导学生分析资料，促进学生运用达尔文的自然选择学说做出解释：岛上由于风大，翅膀中等发达的昆虫被淘汰，只有翅膀特别发达（不容易被风刮到海里）和翅膀退化（不能飞）这两种类型的昆虫个体才能在这种风大的海岛上通过选择保留下来。

情境2：在青霉素浓度为0.1单位/cm³的普通培养基中，只有个别突变型的金黄色葡萄球菌能存活，将这种突变的金黄色葡萄球菌扩大培养后，再转移到青霉素浓度为0.2单位/cm³的普通培养基中，又只有个别细菌存活。逐渐提高培养基中青霉素含量。最后，得到一个能生活在250青霉素单位/cm³培养基的品系。在上述实验中，不同青霉素浓度处理的目的是什么？可以得出什么结论？

学生分组讨论，通过质疑和辩驳，用达尔文的进化理论解释：不同浓度的青霉素处理的目的是对金黄色葡萄球菌进行定向的选择，通过多代的选择与淘汰，使群体中的抗药性逐渐增强。

情境3：人类镰刀型细胞贫血症患者的血红蛋白容易破碎，至今全世界每年会有10多万人死于这种病，有4000万人携带这种疾病的变异基因。人类镰刀型细胞贫血症为什么没有在生命演化的过程中被淘汰？仔细比较世界范围内镰刀型细胞贫血症与疟疾发病的地理分布，发现这两种看起来毫不相干的疾病在地理分布上居然有很高的重合度，这说明了什么？

本问题的难度较大，学生不容易回答。教师引导学生分析资料，使学生了解镰刀型细胞贫血症的发病机理，基因携带者可能通过轻微缺氧中断疟原虫形成分生孢子从而有利于防止疟疾的发生，因此镰刀型细胞贫血症的基因突变反而有利于阻止疟疾的流行。

教师在3个情境中设置有梯度问题串，对学生的回答应适时予以肯定或纠错并进行正确的引导。利用情境1、2，帮助学生构建“具有优势性状的个体在种群中所占的比例会增加”和“自然选择促使生物更好地适应特定的生存环境”两个概念，并引导学生得出结论：个体虽然是生命基本特征的载体，却无法承载整个生物的进化历程，从而得出生物进化的单位是种群的结论。教师利用情境3，启发学生思考在疟疾高发的地区镰刀型细胞贫血症携带者较基因型完全正常的个体对疟疾的抵抗力更强的原因。学生通过分析理解基因无所谓好坏之分，多种多样的自然选择是适应形成的机制，适应是选择的结果，而且说明适应是相对的，是对一定环境的适应。

2.2创设情境，用数据激发思维灵感，从“遗传变异”的角度培养学生的进化与适应观

情境4：DNA复制时的碱基互补配对原则很大程度上保证了复制的准确性，但是DNA平均每复制109个碱基对，就会产生1个错误。请根据这一数据计算，约有3.16x109个碱基对的人类基因组复制时可产生多少个错误？如果在一个中等数量（108）的种群中，这些错误导致的基因突变数量有多少？

情境5：人类的染色体有23对，一个人进行减数分裂可能产生的精子或卵细胞的染色体组成有多少种？一对夫妇通过有性生殖形成受精卯的染色体组成有多少种？如果考虑染色体的交叉互换，一对夫妇产生子代的基因组成又有多少种？从基因重组角度，说明人群中性状的多样性有什么意义？

教师创设真实问题情境，学生通过思考计算得出情境4和5的答案，从而理解基因突变和基因重组使种群出现大量可遗传的变异，但由于突变和重组都是随机的，它们只是为自然选择提供了大量的原始材料，并不能决定生物进化的方向。

情境6：在一个显性性状和隐形性状数量相当的种群中，假设自然选择对显性性状有0.001的选择优势，即选择1000个AA和Aa的同时，只选择999个aa。即使初始A频率只有0.00001，只要23400个世代即可增加到0.99，相应的等位基因就會降到0.01，可使一个物种发生明显改变。

教师引导学生分析情境6，促进学生思考微小的选择差异是如何通过不断迭代从而导致物种的变化，进化的实质是自然选择对种群中的个体进行选择最终导致种群基因频率的定向改变。

该环节通过情境4和情境5将抽象的问题具体数字化，激发学生的思维灵感，帮助学生更好地理解DNA分子结构的稳定性以及半保留复制机制的意义。通过情境6具体数据的直观对比，说明在自然选择中仅有微弱优势性状的基因频率也会随着世代增加而发生定向的改变。通过上述情境可以说明自然选择决定生物进化的方向，生物进化是遗传变异和环境选择共同作用的结果。

2.3创设情境，引导学生开拓思维，通过知识横向联系培养进化与适应观

情境7：某大肠杆菌能在基本培养基上生长，其突变体M和N均不能在基本培养基上生长，但M可在添加了氨基酸甲的基本培养基上生长，N可在添加了氨基酸乙的基本培养基上生长，将M和N在同时添加氨基酸甲和乙的基本培养基中混合培养一段时间后，再将菌体接种在基本培养基平板上，发现长出了大肠杆菌（x）的菌落。大肠杆菌（x）是怎么产生的？

学生大多只能对这个现象进行简单的猜测，判断这个变异的来源是“基因突变”或“基因重组”。教师可结合肺炎双球菌的转化实验，说明细菌在混合培养时会发生DNA的转移，启发学生从基因转移的角度思考生物进化的过程，进而引导学生从生命系统不同层次、细胞结构、细胞代谢、细胞分裂以及遗传和免疫等角度寻找生物进化的证据。学生通过分析、讨论和相互评价，将新知识有效地整合到原有的知识网络中，使知识体系得到丰富和发展，从而认同生物界的大一统理论以及进化是生命世界的核心發展主线，在概念的重新构建中培养学生的进化与适应观。

3复习课建立生命观念的教学反思

生物进化专题的设计主要围绕“生物的多样性和适应性是进化的结果”这一重要概念展开，高三教师对本专题设计时，应该从多渠道多角度提供真实问题情境引发学生主动参与，将相关生物学事实导入各级概念重构环节中。该过程能培养学生获取信息的能力，运用生物进化理论解释生物界中纷繁复杂的多样性和适应性，在锻炼学生归纳推理等逻辑思维能力的同时，对“适应与进化观”等生命观念的建立也有一定帮助。

由于本内容是对学生进行“进化与适应观”渗透的重要载体，教师应该将教学评价融入教学活动，在活动中评价学生的过程性表现、知识掌握水平以及语言表达能力等。该专题的学习还能培养学生的社会责任意识，使学生认同人与其他生物一样也是自然界历史演化的产物，“尊重自然并与自然和谐相处”应该成为全人类的共识并为之努力奋斗。