指向科学思维的初中生物学教学研究

俞婷

摘要 以“生物进化的历程”为例，通过创设情境、寻找证据、逻辑分析和质疑批判等系列活动，帮助学生运用科学思维理解生物进化历程，实现从激发认知动机到开启认知行为、从发展认知方式到提升认知品质的思维跨越。

关键词 科学思维 生物进化 初中生物学

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

作为重要的学科核心素养，科学思维在新课标中被反复强调。它是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学思维来认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。发展学生科学思维的能力和品质，教师可以以证据和逻辑为抓手，设计符合学生认知特点的活动，让学生在获取证据的过程中形成证据意识，在质疑和批判的科学思维中发展逻辑分析能力，养成运用科学思维的方法认识事物、解决实际问题的习惯。

八年级学生处在由具体运算阶段向形式运算阶段过渡的时期，思维水平快速提升，能借具体形象的支持进行逻辑推理，经过一定的思维训练，可向抽象的辩证逻辑推理转变。“生物进化的历程”是苏科版八年级下册第二十三章“生物的进化”第二节。此前学生已学过现存主要生物类群的特征及其生存环境。但生物类群间的亲缘关系和生物进化的总趋势等内容较为抽象，教师需给学生提供观察和探究活动的机会，促进学生运用多种逻辑思维手段加深对生物进化本质的认识。

1选编教学内容，明确认知主线

本节以“进化树的绘制”贯彻始终，以达尔文研究生物进化的故事作为主要线索，既包含科学家关于生物进化的观点，也展现了科学家探索生命奥秘的科学思维与科学方法。教师从达尔文绘制进化树的故事引入课题，引导学生像科学家一样思考问题，激发学生的认知动机;通过观察化石、比较同源器官等多种途径，引导学生关注收集进化证据，开启认知行为;引导学生运用比较与分类、归纳与演绎、模型与建模等方法对已有的证据链进行逻辑推理，活化认知方式;指导学生绘制和分析进化树模型，从多角度分析和理解问题，提升认知品质。相关设计线索如图1所示。

2创设问题情境，激发认知动机

教师播放“达尔文—自然之子”视频片段，提出问题：从世界上最早的生命诞生到现今地球上多姿多彩的生物世界，究竟经历了怎样的历程呢？科学家是如何进行研究的呢？教师展示：达尔文結束环球考察后提出了“共同祖先”这一概念，运用生物进化树（图2）来描绘生命演化的宏观图景。并向学生发布本节课的学习任务：尝试绘制生物进化树。

教师密切联系科学史，引导学生像科学家一样思考问题，探寻科学本真，激发其产生“崇尚真知、追求科学本原”的认知动机。

3聚焦进化证据，模拟收集信息

观察是思考的基础，教师利用科学观察到的现象，引发学生的认知冲突，能够激发学生主动思考：1达尔文研究生物进化的依据之一是化石。什么是化石？化石是如何形成的？2为什么化石被称为研究进化最直接的证据？

教师播放中国黄河古象化石的相关视频，学生观看视频，归纳化石的概念及成因。指导学生观察多种动植物化石实物及图片，分组讨论：1描述每种化石呈现的生物形态、结构等特点;2推测每种化石对应生物的生活环境。学生交流达成共识：化石为研究生物进化提供了可靠而丰富的信息。

教师追问：除了化石，还有哪些证据可以证明生物是不断进化的？呈现资料：除化石证据外，达尔文还注意到现在地球上还存在着与化石结构相似的物种，科学家分析来自比较解剖学、胚胎学等多个学科的证据。学生分析资料，发现研究生物进化的间接证据的存在。

教师引导学生观察，了解直接证据;通过资料阅读等，认识间接证据，了解收集事实、证据的重要性，学会“尊重事实和证据”，开启探究生物进化证据的认知行为。

4感知逻辑分析，活化认知方式

4.1比较与分析，推演进化历程

4.1.1维度一：纵向比较

纵向比较是从时间维度来分析生物在不同时期的特点。教师创设情境，提出问题：地层保留相对完整的美国科罗拉多大峡谷因含有各个地质年代的代表性生物化石（图3），被称为“活的地质史教科书”。纵向比较不同地层中的化石，存在什么规律？

学生据图比较不同地层中生物的形态结构及生活环境，认识生物化石在不同时期地层中的分布规律并推测生物进化的历程。

4.1.2维度二：横向比较

横向比较是对同一时期或年代相关事物进行比较。

教师展示现存脊椎动物前肢结构示意图（图4），提出问题：几种现存生物同源器官的结构和部位相似，形态和功能又存在差异，说明了什么？引导学生比较人的上肢、猫的前肢、鲸的前鳍及蝙蝠的前肢骨骼的异同，使学生进一步理解达尔文关于当今生物具有共同祖先的论断。

研究生物进化的证据多种多样，教师引导学生从不同维度对进化的证据进行比较与分析，激发学生的逻辑意识和推理能力，使纷繁复杂的信息条理化，巩固学生对正确认知的理解和掌握。

4.2归纳与演绎，厘清亲缘关系

教师播放始祖鸟化石复原3D影像，引导学生思考：1859年《物种起源》问世时，达尔文还苦于缺乏过渡形态的物种作为证据。两年后，第一块始祖鸟化石的发现为达尔文的生物进化理论提供了有力证据。科学家是如何评价它的呢？如果始祖鸟是最早的鸟类，它起源于什么类群？并引导学生比较始祖鸟与爬行类、鸟类相似的特征（表1）。学生推测鸟类可能起源于古代爬行动物。

教师提出，后来又陆续发现了一些过渡类型动物化石，并展示部分证据。

（1）证据一：孔子鸟化石。2008年，中国河北发现了距今约1.31亿年的郑氏始孔子鸟，是迄今发现的最早具有角质喙而没有牙齿的原始鸟类，填补了鸟类进化中的空白。郑氏始孔子鸟比始祖鸟出现时间晚，飞行能力强，后肢更善于攀援（表2）。

（2）证据二：蜥螈化石。美国德克萨斯州发现了距今2.2亿年的蜥螈化石，头骨和牙齿保持了两栖类的特点，而其头后骨骼则具有爬行類的特征。

（3）证据三：提塔利克鱼化石。2006年，《自然》杂志报道加拿大发现了3.75亿年前的提塔利克鱼化石，它具有同时期原始鱼类的大多数特征，也具备了能够在陆地上运动的四肢。

教师要使学生知道：过渡类型的生物化石证实了生物类群间的亲缘关系，为研究生物的进化历程提供了新证据。学生交流、讨论后，归纳得出：始祖鸟、孔子鸟、蜥螈和提塔利克鱼等过渡类型生物的存在及生存年代，表明鸟类可能是从古代爬行类进化而来，爬行类可能是从古代两栖类进化而来，两栖类可能是从古代鱼类进化而来。教师以动物化石为据帮助学生归纳厘清脊椎动物间的亲缘关系，为后续绘制进化系统树做好铺垫。

4.3模型与建模，构建进化之树

模型能够反映事物的本质特征和共同属性，生物间亲缘关系的资料是构建生物进化树模型的基础。

在本节课上，教师主要依据以下两种指标进行指导：

（1）指标一：时间为序，依次标注。

教师提供生物进化树的构建逻辑：纵向代表时间，最古老的生物在下层，最年轻的在顶上;远古时代由于年代久远，化石证据较少。20世纪80年代澳大利亚西北部发现细菌化石（原核生物），距今约35亿年。华北燕山地区地层中发现丰富的真核生物化石，距今约17亿年。泥盆纪开始，地球上又发生海西褶皱运动，许多地区隆起，露出海面成为陆地。距今约3.7亿年前的泥盆纪晚期出现了原始的两栖类，标志着脊椎动物从水中登上陆地。学生根据化石记录的时间，将原核生物和真核生物标注在进化树基部的对应位置上（图5）。

（2）指标二：亲缘为据，建立联系。

教师使学生明确：进化树不仅包含生物信息，更要体现不同生物类群间的联系。目前，关于脊椎动物的进化获得的证据相对丰富。分析脊椎动物间的亲缘关系时，通常用树状分支结构表达。并指导学生从化石丰富的鸟类开始分析。学生依据鸟类、爬行类及中间过渡类型的出现及延续年代，推测鸟类、爬行类的进化历程，在进化树相应位置贴上古代爬行类与古代鸟类，理解古代祖先与现代类群之间的关联，并将进化树局部纳入整体一起考虑（图6）。

在比较与分类、归纳与演绎的基础上，教师引导学生将生物类群进行概括性排列、安置和连接，按照从简单到复杂、从水生到陆生的顺序构建生物进化树模型，提高学生的模型建构能力，加深对生物进化历程本质的理解。

5教学反思

本节教学安排为2课时，与通常教学中将学习进化证据与绘制进化树分别在不同课时中教学相比，本设计将绘制生物进化树与证据学习分析并行，以任务驱动教学，带领学生充分收集证据、用好证据，让学生通过比较与分类、归纳与演绎、模型与建模等认知方式，边分析边绘制，将对证据的逻辑分析与绘制进化树融为一体。这样改变了以往学生不敢画、不会画进化树的状况，既锻炼了学生证据分析的科学思维，又提高了学生动手制作模型的能力。在后续评价阶段，学生对于回答“爬行类、鸟类和哺乳类之间的进化关系是否为简单串联”“现代鸟类和现代爬行类的共同祖先是什么生物”等问题，普遍认知清晰，准确率高，实现了较好的目标达成度。

参考文献：

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