讲好教材插图背后的科学故事

2019版人教版高中生物学必修2“生物的进化”这一章节的地位明显提高，内容上增加了关于生物进化的证据。新教材在第1节课中有两幅插图尤为引人注意，分别是101页的“赫氏近鸟龙化石及复原图”（中国辽宁）和105页的“顾氏小盗龙化石”（中国辽宁）。对“鸟类起源于恐龙”这一假说的化石证据，很多人在科普层面的认知上还基本停留在著名而经典的“始祖鸟”化石。那么，为什么新教材在“思考·讨论”活动中对“化石证据对共同由来学说的支持”的资料论述上，用了人们普遍不熟知的“赫氏近鸟龙化石”作为课文的重要插图呢？这点值得一线教师思考。

“生物由共同祖先进化而来”是本模块的重要概念，引导学生基于证据进行逻辑推理是本节课教学的关键。初中教材虽已安排过“运用证据和逻辑做出推测”和“评价证据和假说”的技能训练，但实际上，高中生对此的理解和技能还只停留在感性认知层面。

基于此，本文以新教材两幅重要的化石插图为切入点，深度挖掘插图背后的科学故事，创设“论恐龙的前世今生”的整体认知情境，巧妙将“化石”该直接证据和“比较解剖学、胚胎学证据、细胞和分子水平的证据”等间接证据整合其中，为学生的知识学习和系统地强化训练提供真实的、切实可依的情境支撑，从而避免知识系统的零碎化，促进学生深度学习。

一、教学准备

（1）网络查阅、搜集大量文献、视频、新闻等资料，构建“论恐龙的前世今生”这一进化理论背后的科学故事。

（2）实地考察广东省博物馆（广州市）“古生物学”馆，搜集并拍摄恐龙化石等真实证据的视频（该视频介绍了化石的成因，实拍了博物馆中恐龙大型骨骼模型和广东省河源市恐龙蛋化石实物等素材）。

（3）剪辑制作“博物馆恐龙化石”学习视频和多媒体课件，准备模型恐龙一只。

三、活动一：【鸟类源于恐龙】情景分析——认同观点，情感升华

（一）实证导入

教师活动：展示达尔文全球航行及《物种起源》的图片，用简短语言引出“共同由来学说”该学习主题。教师设问一：恐龙在地球上真实存在过吗？如果有，有证据可以证明吗？教师播放自制“博物馆恐龙化石”视频，用生活中的实证点燃学生“求证思维”的火花，让学生认识到“化石是生物进化最直接、最重要的证据”这一观点。设问二：现如今，地球上已经看不到恐龙了，从进化的角度讲，恐龙是否真的已经灭绝了？教师展示小学语文教材《飞向蓝天的恐龙》课文插图，用简短的话语帮助学生回顾并总结该文主旨，引出科学故事——“论恐龙的前世今生”，进入下一个教学活动。

学生活动：根据创设的问题情境，跟随教师思路，认真观看、聆听导入素材，质疑思考，回答问题，感知化石作为研究生物进化史证据的重要性。

（设计意图：弱化课堂中对“化石的概念、成因、作用及其在地层中的呈现”等基础知识的讲解，将其作为预习材料让学生自学消化。创新授课形式，聚焦重点学习内容，设疑激趣，用讲述科学故事的方式切入主题。）

（二）故事发展

教师活动：教师展示始祖鸟化石照片及其复原图（如图1、图2，图片来自网络），根据图片概述其与爬行类和鸟类的共同特征，结合同时期发掘的其他恐龙化石与其具有高相似度的科学事实，引出英国赫胥黎提出“鸟类和恐龙有亲缘关系”的观点。

赫胥黎之后100年，耶鲁大学教授Ostrom从骨骼结构研究角度，发现一些恐龙化石，尤其是一种叫“恐爪龙”的爪子与始祖鸟的爪子相似度极高（如图3、图4，图片来自网络），继续了赫胥黎的研究。

教师借上述两个研究实例，及时插入讲解“比较解剖学”证据的内涵及其应用，回归教材，让学生结合教材中“比较三种脊椎动物的前肢和人的上肢骨骼”示意图及“思考·讨论”问题，观察、思考、回答，根据学生回答总结它们之间的共同特征，引出“同源器官”并解释其内涵，帮助学生分析进化与适应之间的关系。继而，教师展示博物馆实拍标本图片（如图5、图6、图7，图片实拍于广东省博物馆），再给予佐证，如鲸的前鳍和蝙蝠的前肢骨骼的相似性，鲸的前鳍和鱼的前鳍骨骼的差异性，帮助学生加深理解。

教师引导学生继续思考：如果让“恐龙变鸟”的假说成立，还要从逻辑上有几个推论：一是找到越来越像鸟的一群恐龙（有羽毛），而且要早于鸟类；二是它们的体型应该越来越小，具有初步飞行能力。基于前述的研究分析，教师时时渗透观点，科学假说和科学理论的“桥梁”是基于证据的逻辑推理，由此故事继续。

教师展示“中华龙鸟”化石照片及其复原图（如图8、图9，图片来自网络），讲述1996年我国在辽宁出土的第一个带羽毛的恐龙化石——“中华龙鸟”。

教师再展示2009年我国辽宁出土的“赫氏近鸟龙”化石照片（如图10，图片来自网络），阐述该化石发现的重要里程碑意义：由于该化石较“中华龙鸟”的时代早约2000～3000万年，因此解决了长期以来在鸟类起源研究上存在的鸟类化石证据早于近鸟恐龙化石证据的“时间倒置”问题，彻底平息了对鸟类恐龙起源假说的质疑。

教师继续展示我国辽宁于2000年和2004年出土的“小盗龙”化石和“寐龙”化石照片（如图11、图12，图片来自网络），讲述其背后的科学推论知识。如“寐龙”的体型之小和“小盗龙”的弯钩爪适宜树上生活进而飞翔等，回应上述推论二：恐龙的体型应越来越小，且具有初步飞行能力。

教师借助上述我国辽宁出土的四个著名的恐龙化石的证据意义，向学生渗透科学推理中要有基于证据的“求证”思维。接着，引出下一个间接证据的讲解——胚胎发育学证据，回归教材。教师展示“七种脊椎动物和人的胚胎发育的比较”示意图（如图13，图片来自网络），引导学生从早期胚胎发育的相似性上理解“来自共同祖先”的含义。

在学生理解胚胎发育学证据在研究生物进化的应用意义的基础上，教师展示手中恐龙实物模型，插入趣味小故事：鸟类手指和恐龙脚趾的同源演化。教师展示鸟类翅膀胚胎发育的图片（如图14，图片来自网络），解释在其演化过程中，两个外侧手指首先退化并消失，最终形成鸟类具有3个手指的翅膀。教师继续引导：既然鸟类源于恐龙，那么恐龙的脚趾就应该有着类似的演化规律。接着，展示我国2009年于新疆出土的关键力证——“泥潭龙”化石图片（如图15、图16，图片来自网络），显示该化石的手指退化形态也同样是第一和第五指。此研究发现，强有力地支持了鸟类起源于恐龙的假说。

最后，教师展示中国科学院南京地质古生物研究所关于分子生物学的“48个鸟类物种基因序列发现恐龙进化为鸟类的有力证据”的新闻报道，从而将“鸟类源于恐龙”假说的研究水平落脚到“细胞和分子生物学”水平的证据上。

教师总结：通过“论恐龙的前世今生”这个科学故事，相信同学们应该能深深感触到化石是研究生物进化最直接、最重要的证据。此外，比较解剖学、胚胎发育学和细胞分子水平的研究都为“共同由来学说”提供了有力的证据支持，这些证据相互补充、相互支持、相互印证。让我们感动的是推动该假说发展的科学研究中，中国科学家在众多化石证据上做出了伟大的科学贡献。

学生活动：（1）聆听故事，质疑思考，交流讨论，梳理“鸟类源于恐龙”假说的研究思路，感悟“化石是研究生物进化最直接、最重要的证据”的深刻意义，弄清楚直接证据和间接证据的印证关系。（2）通过科学故事中一步步的情景式的说服式论证，达成“生物由共同祖先进化而来”的概念学习，感悟科学精神，点燃爱国情感。

（设计意图：①认知证据、寻找证据，建立基于逻辑的、证据的、假说推理的科学思维，渗透科学方法；②帮助学生树立辨证唯物主义世界观，激发其爱国情感，感悟背后的科学精神。）

四、活动二：【细胞分子水平】思考讨论——跳出情境，重点训练（简化）

教师活动：分小组讨论交流：针对教材103页的“思考·讨论”环节，进行小组讨论。回答问题：（1）当今生物的细胞在结构上与古细菌有哪些共同点？这说明了什么？（2）人和类人猿在DNA碱基序列或基因组方面高度接近说明了什么？（3）关于人与其他生物的亲缘关系，从细胞色素C的相关资料可以得出什么结论？这些数据是否支持生物有着共同的起源？（4）举例说出当今生物的细胞在代谢上的共同点。

学生活动：思考回答、强化观点。及时反馈，回迁课本，结合已有知识搜集更广泛的证据。

（设计意图：提高学生的语言表达能力，提炼、概括能力，使其锻炼其自主学习能力，进一步夯实求证思维。）

五、活动三：【内共生起源学说】思维迁移——迁移应用，能力提升（简化）

教师活动：基于本节课的学习内容，回迁必修一知识基础，及时训练求证思维。引出讨论主题：生物学家马古利斯（Lynn Margulis）于1970年出版的《真核细胞的起源》一书中正式提出“共生起源”假说。例如，蓝细菌被吞噬后经过共生能变成叶绿体。教师设问：同学们，根据所学知识，你是否支持该假说？若支持，你可以说出哪些证据呢？

学生活动：学生分小组交流讨论，罗列出参考要点，各个小组共评总结。（参考要点：共生是生物界的普遍现象，例如根瘤菌与豆科植物的共生关系，蓝藻或绿藻与真菌共生形成地衣等；二者都有叶绿素等光合色素，可进行光合作用；叶绿体也有DNA，可以自行复制，不完全受核DNA的控制；叶绿体也有自己的蛋白质合成系统，核糖体分别与细菌和蓝细菌的一致；叶绿体的内、外膜有显著差异。）

（设计意图：实现知识迁移、思维发散、学以致用，呼应本章科学思维的重点——基于证据的逻辑推理。）

六、教学反思

本节课的知识内容构建上，本着“不唯书、不唯上、只唯实”的求实创新精神，打破了教材中知识内容编排结构上的束缚，创设了“鸟类源于恐龙”的科学故事，趣味性强，思辨性深。尤其在佐证素材上，教师充分利用了本地博物馆的资源优势，巧妙并恰当地将各类进化证据融入其中，使学生的知识学习和能力训练化“散”为“整”。有了一个切实可依的情境支撑，教师在无形中就能一次又一次地强化训练学生的比较、分析、推理、论证等“基于证据的逻辑推理”等科学思维，达到润物细无声的课堂效果。

此外，本节课还特别关注了社会主义核心价值观和社会责任这一核心素养的有效渗透。系列化石证据的呈现，深度挖掘了教材插图背后的科学故事，突出了中国科学家的卓越贡献，引发学生的爱国情感。

（作者单位：广州市南武中学）

编辑：曾彦慧