“化石为进化提供直接证据”的教学设计与实施

邢若虹 （中国教育科学研究院丰台实验学校 北京 100071）

义务教育《生物学课程标准》指出，为了给学生创造更好的学习条件，促进学生主动学习，更好地理解和掌握学习内容，提高学习效率，教师应积极开发和利用各种课程资源。在初中生物学“化石为进化提供直接证据”一节的教学设计中，笔者利用搜集的相关教学资源，设计一组学生乐于参与的学习活动，引领他们在鉴赏琥珀、模拟探究和构建概念模型等活动中，发展独立思考和自主学习能力，取得了较好的教学效益。

1 学习需要分析

理性思维和探究学习是培养学生科学素养的重要方面，理性思维是基于论证和逻辑推理的科学思维方式，探究学习则是初中阶段学生习得概念的重要途径之一。

发展学生核心素养应以基础知识为依托。在北京版生物学（8下）有关生物进化的章节中，“化石为进化提供直接证据”知识单元包括3个知识点：化石的概念内涵，地层中化石分布等，化石揭示的生物进化特征。实际上，本单元教学内容是围绕着2个重要概念展开的，一是给化石概念下定义，二是阐明化石与生物进化的关系，按照奥苏贝尔的认知学习分类，前者属于概念学习，后者属于命题学习（加涅称为规则学习）。在化石概念的学习过程中，学生由观察直观的各类化石到揭示化石共同的本质特征，直至给化石下定义。显然，在化石概念形成的同时，学生的思维也经历过审辨、比较、区分、归纳、概括和抽象等活动过程。在学习化石与生物进化关系规则的过程中，学生要以化石为证据，通过分析与综合、抽象与概括的思维过程，揭示化石记录的生物进化信息（基本论点），形成化石为生物进化提供直接证据的观点。由此可见，本单元教学内容既是帮助学生习得生物进化的必备知识，也是培养学生理性思维的极佳素材。

2 学情分析

初二学生好奇心强、思维活跃、爱问好动，尤其乐于参与生物学探究学习和实验活动。通过“生命起源”的教学活动，学生已知地球上的生命是原始地球条件下的非生命物质通过化学途径进化而来。地球上的生物为什么多种多样？学生已经不满足于“生物多样性是其进化结果”这样简单而直白的答案，他们渴望知道生物进化的证据是什么？化石是生物进化最有说服力的直接证据，许多学生还记得儿时玩具中的恐龙，有的学生在小学阶段曾参观过自然博物馆，对生物进化尚有模糊印象。因此，尽管学生对生物进化知识知之甚少，但对化石与生物进化问题却有着浓厚兴趣。

初二学生的思维发展正处于由形象思维向抽象思维过渡的阶段，这是引领他们学会探究学习和发展理性思维的最佳时期。在教学过程中，教师只要重视为学生创设问题情境，提供必要的感性材料，引导学生学会审辨客观事物，通过总结与归纳、分析与综合、判断与推理等思维过程，抽出学习对象共同的、本质的特征，形成概念并构建知识网络，必将取得预期的教学效益。

但本校初二学生之间在认知水平、学习态度、学习习惯和方法等方面的差异也较大。基于对学生的学习需求、思维发展和学习行为的上述认识，笔者在设计“化石为进化提供直接证据”的学习活动时，注意从学生兴趣和需求出发，搜集并合理整合教学资源，有序安排系列学习活动，以利于促进学生情感态度、探究学习和理性思维的发展。

3 学习目标表述

1）知识目标：鉴赏和识别化石标本、图片和视频资料，说出化石指称的事物类别及其共同的关键特征；描述常见化石的形成条件及过程；给化石下定义。

2）能力目标：依据不同地质年代地层中化石特征，分析说明生物进化时间和趋势；模拟挖掘白垩纪地层中的恐龙化石群，理解生物与环境共同进化的关系；分析始祖鸟化石体征，说明生物进化结果，以及相关生物之间的亲缘关系；领悟化石是生物进化的直接证据，构建化石概念模型并作出解释。

3）情感态度与价值观目标：认同地球上生物与环境共同进化的观点，领悟地球是人类和一切生物的家园,认识保护地球及生物多样性是人类的责任。

4 教学过程设计

怎样创设一个学生自主选择和参与的学习情境？义务教育《生物学课程标准》指出，围绕着生物学重要概念设计并组织教学活动，能有效地提高教学效益。本单元知识包括2个重要概念：一是“化石指保存在地层中古代生物的遗体、遗物和遗迹”，二是“化石为生物进化提供直接证据”。学生对化石感到陌生，对生物进化也不甚清楚。为了实现本单元的预期目标，笔者以精选的教学内容为依托，遵循从具体到抽象、由事实到本质的学生认知规律，参照自主性学习模式，设计的单元教学程序如图1。

图1 “化石为生物进化提供直接证据”的教学流程图

4.1 鉴赏真假化石，唤起学习注意力 学生已知地球上生命起源的大体过程，因此，本节课可用问题导入：地球上生命诞生后是怎样发展成为丰富多彩的生物界？这涉及到生物进化，地层中埋藏的古生物化石是生物进化最有说服力的证据。有关化石的教学，笔者先出示真蕨叶化石、鱼骨化石，以及市面上出售的用松香包裹昆虫制作的“琥珀化石”，让学生鉴赏其中的真、假化石，以此激发他们的学习兴趣和求知欲。

4.2 自主探索学习对象，明辨化石的关键特征鉴赏真、假化石的活动，促使学生急迫知道化石是什么？此时笔者提醒他们通过阅读教材和小组讨论等活动，先理清“化石”这个概念名称（术语）所指称的具体对象，以及化石分类的依据。然后，组织学生欣赏有关地层中化石分布的视频课件或图片，对化石获得充分的感性认识，进而启发他们思考并抽出各类化石共同的关键特征：1）化石保存在不同地质年代地层中；2）属于古代生物的遗体、遗物和遗迹；3）绝大多数呈固定的石化状态。在辨析化石特征的同时，学生会产生疑问：埋在地层中的古代生物为什么会形成化石？让学生带着这个问题，再次阅读教材和课前教师提供的相关微信资料，教师结合视频或图片向学生解说恐龙化石、冰冻猛犸象化石的成因，并请学生思考和讨论化石形成的特定环境、石化过程和持续时间，尤其是沉积岩地层和化石形成年代是一致的，大约经历数千万年的地质变化。这样，有助于学生理解地层好比一本书，化石犹如每页书上的文字，不仅记载着地球进化历程，也记载着生物进化史，从而为领悟“化石为生物进化提供直接证据”做好铺垫。

4.3 抽出关键术语，尝试给化石下定义 抽出一类事物共同的本质属性是概念学习的起步，给概念下定义是习得概念的关键。教学时，先向学生阐明概念定义是用命题陈述的，每个命题是由几个相关概念构成的判断，用于概括一类事物的本质特征。然后，鼓励学生从表述各类化石关键特征的语句中，找出几个相关联的关键术语，用这几个关键词组成一个表达化石本质的命题陈述句，这就是给概念下定义。实践表明，让学生尝试给化石下定义，不仅有助于他们深入理解化石概念的内涵，而且促使他们学会用概念生成方式习得一个新概念。

4.4 分析典型化石证据，获得生物进化信息 通过对典型化石证据的分析，揭示化石记录的生物进化信息，是本单元教学重点和难点。为了突破重点和化解难点，笔者依次设计：地层化石分布的宏观分析、白垩纪恐龙化石群分析、始祖鸟特征分析三部曲，其实施过程如下：

地层中化石分布揭示的生物进化信息最有说服力。教学时，先让学生欣赏《鲸本陆行》视频节选，使学生感悟到：人们认识鲸的进化历程，是以地层中鲸化石为证据，通过科学论证和逻辑推理而得知的，从而将化石与生物进化相联系。然后，依次展示不同地质年代地层中的化石图片，结合图片解释地球表层的岩石圈分层的原因，不同地质年代地层的排列顺序，以及地球表面运动使地层顺序发生的动态变化。学生一旦理解地层的形成及其动态变化，就能读懂教材对地层中化石分布特点的描述，能审辨地层中化石图片信息，并依据化石种类数及化石生物体征，判断地层演化的持续时间和生物进化的趋势。

学生通过审视地质年代和生物进化历史图表得知，中生代是裸子植物和爬行动物时代。学生对恐龙世界有着浓郁的兴趣。为此，笔者组织学生“模拟挖掘与检索白垩纪地层中恐龙化石”的实验活动。进行模拟探究活动时，先向学生介绍科学家是怎样进行地层中化石的野外挖掘和实验室研究的，然后每组学生仿照科学家的实验室研究方法，模拟挖掘包埋在石膏块中的恐龙“化石”（儿童玩具店出售），并依据恐龙化石体征和分类检索表，进行识别、检索与分类。最后，汇总各组获得的恐龙“化石”资料，通过比较分析不同种类恐龙的食性和运动行为，推测恐龙与其生活环境之间的进化关系。

始祖鸟生活于约1.55亿—1.5亿年前的晚侏罗纪，化石发现于德国南部。始祖鸟生活于恐龙时代，同时拥有鸟类及爬行类的特征。教学时借助投影展示始祖鸟化石及彩色复原图片，结合图片阐明始祖鸟的特征，它有着翅膀和尾羽。它可以生长达0.5 m长。它的羽毛与现代鸟类相似，但它的上、下颌具有锋利的牙齿，脚趾具爪及有长而不愈合的尾椎。由于始祖鸟有着鸟类及恐龙的特征，始祖鸟一般被认为是最早由爬行类演化而来的鸟类。因此，始祖鸟这种古老的生物，为恐龙向鸟类演化这一推论提供了证据。启发学生思考：始祖鸟提供的生物进化信息。

4.5 概括化石记录的生物进化信息，形成相应的生物进化观点 初中生刚习得的新知识处于暂时记忆状态，只有通过变式练习强化新知识的意义，才能将其贮存在人的长时记忆系统中。因此，在引领学生分析化石证据之后，笔者出示一张化石证据-分析结论的空白表格，每个小组先进行讨论和尝试性填写，然后，通过交流师生共同概括化石记录的生物进化信息（表1）。最后，鼓励学生用一个完整的命题陈述句，表达化石与生物进化之间的内在联系，从而形成进化观点——化石是生物进化的直接证据。

表1 化石揭示的生物进化信息

4.6 构建化石概念模型，强化命题网络贮存 认知学习理论认为，人脑中的知识只有以一定的网络系统贮存才能有效地提取利用。笔者在教学反馈环节，不急于用测试练习诊断学生对新知识的掌握程度，而是启发他们从化石是生物进化证据的角度，尝试以板书形式构建概念模型。具体做法是：先让学生按照语法常识，尝试分解“化石是生物进化的直接证据”这个关系命题句，从中找出主语（化石）、谓语（是）和宾语（证据），以及陈述句中的重要副词（进化），然后笔者将3个关键术语板书在适当位置，启发学生从习得知识中选用适当词汇或短语构建化石概念模型（图2），将单元知识结构化，以利于知识的贮存、提取和利用。

图2 “化石为生物进化提供直接证据”的概念模型

5 教学反馈信息

本节授课结束2天后，笔者与3组学生分别座谈学习感受。学优生开始认为化石内容简单，但随着分析化石证据、揭示进化信息、形成进化观点的学习活动推进，获得了很多新知识，且这些知识的脉络在脑子里印象清晰。他们对始祖鸟化石很感兴趣，希望得到更多的相关信息。中等生认为学习活动和任务设置难度适宜，认同小组讨论对知识学习的作用，赞同将零散知识串联成网络，方便记忆。学习困难生感觉能跟得上教学进程，但讨论过程中主要听别人发言。他们对模拟挖掘实验很有兴趣，但对始祖鸟的拓展知识的理解有些力不从心。他们欢迎在每个知识点教学之后，教师引领学生进行归纳、概括和构建知识网络，这样有助他们对知识的理解和记忆。。

学生学习的反馈信息给笔者极大的鼓舞，也促使对教学实践的点滴经验进行总结。笔者体会，备课时对教学内容的再加工、再组织和再创造，是打造有效课堂的基础。单元教学内容都是由若干关键术语支撑的，围绕1～2个重要概念展开，在抽出关键术语的基础上，合理整合搜集的教学资源，围绕重要概念设计并组织学习活动，教学时重视以知识为依托，引领学生独立思考和自主学习是取得预期教学效益的关键。