融入HPS教学理念的“生物有共同祖先的证据”教学设计

摘 要：本文在“生物有共同祖先的证据”一节教学中融入HPS教育理念，从人类起源的神话传说到化石证据的出现，再到生物进化观点的发展，补充形成生物进化观点的科学发展历程及当今关于进化理论的新发现，引导学生深入理解生物进化观点，提升学生对科学本质的理解，培养批判性思维。

关键词：生物进化；生命科学史；HPS教育理念

文章编号：1003-7586（2024）06-0084-04 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

“生物有共同祖先的证据”是人教版普通高中教科书《生物学·必修1·分子与细胞》中第6章第1节的内容，根据《普通高中生物学课程标准（2017年版）》的要求，学生应形成大概念“生物的多样性和适应性是进化的结果”中“地球上的现存物种丰富多样，它们来自共同祖先”这一重要概念。

笔者在课堂教学及文献研读的过程中发现“生物有共同祖先的证据”教学内容存在诸多不足。人教版教材编写由果溯因，介绍生物进化理论的发展历程，重点围绕结论－证据引导学生进行论证式学习。由于缺少对时代背景的补充，学生对于“共同由来学说”“自然选择学说”的理解不够深刻，导致在形成生物进化观点的过程中易形成误区，产生“生物的演化是直线式的过程”“生物的进化是越来越强的过程”等错误观念，导致其在大数据时代，面对“进化论是错的”等伪科学信息时无法辨别其真伪。

HPS（History and Philosophy of Science）教学是指把科学史、科学哲学和科学社会学的有关内容融入科学教育中，是国际科学教育改革中的热点。^［1］该教学模式主要以知识在产生和发展过程中蕴含的科学思维、科学精神为基础，渗透有关科学史、科学哲学和科学社会学等方面的内容，通过模拟或重演科学家的探究过程，让学生了解概念的形成过程以及规律的建立过程，以此提升学生对科学本质的理解，并最终培养学生的创新意识。

在将自然科学内容进行重组与整合的过程中，学生不仅能学到生物进化的证据、原因和规律，还能学到进化理论的发展过程，认识到进化观点的发展受到社会与个体因素的影响，树立开放的知识观念，培养批判性思维，真正领悟科学的本质。

为了更好地培养学生的生物学学科核心素养，本教学设计融入HPS教学理念，通过补充科学史资料，带领学生回顾自然选择学说的发展历程，归纳总结证据，从证据到结论帮助学生深刻理解生物进化的本质，真正地认同并形成“生物来自共同祖先”的生命观念。

1 教材分析及教学思路

1.1教材分析

本节课的主要内容是通过化石等证据说明当今生物来自共同的祖先，从细胞生物学水平阐述生物进化的依据，说明当今生物在形态结构、新陈代谢等多方面的共同特征。

本节内容的学习旨在引导学生理解并认同达尔文的“共同由来学说”，为解释物种的形成作铺垫，也为学生学习完整章节后形成正确的生物进化观提供基础。

1.2 教学思路

本课程融入HPS教育理念，按照科学探究的流程进行教学设计：①补充时代背景，探讨生命起源，让学生了解神创论主流背景下人们对物种的看法以及生物进化观点提出的不易；②挖掘实质证据，让学生了解“生物进化”观点的提出，分析拉马克（J.Lamarck）等科学家的观点，体会提出科学观点与不断修正的过程需要克服困难；③寻找证据论证，教师带领学生重走达尔文（C.Darwin）观察事实到提出科学理论的过程，提出达尔文共同由来学说中“生物具有共同祖先”的观点，并寻找化石、解剖学等证据；④了解科技进步，引导学生回顾从神创论到共同由来学说的曲折发展历程，补充最新科研成果，使学生认识到科技进步正在推动生物进化论的发展，充分认识共同由来学说的历史价值。

2 学情分析

学生在初中阶段已经学习了进化论的相关内容，因此较容易理解教师提供的科学史资料。绝大多数学生均接受达尔文的进化理论，但这种认同来源于对教材和教师，是一种被动接受，而不是通过思考内化后的自觉接受。

学生并不清楚生物进化观点的建立和发展过程，对于生物进化本质的理解仅停留在表面，对于变异是如何产生的以及进化过程中各阶段物种之间的关系仍不了解，面对进化论领域的不同观点仍缺乏鉴别能力，不具备该过程中涉及的科学逻辑和批判性思维。

3 教学目标

（1）以化石作为直接证据，比较解剖学、胚胎学等间接证据，基于证据和逻辑，认同生物是不断进化的、当今的各种生物来自共同祖先的演化观。

（2）深入了解生命科学史料，阐明科学家的思维过程，提高分析、整合、评价等思维能力，感受人类认识自然界的曲折过程以及提出科学观点的艰辛历程。

（3）在科学探究的过程中形成正确的进化与适应观，树立实证思想。

4 教学过程

4.1 补充时代背景，探讨生命起源

提出问题：生命是如何起源的？你听说过哪些关于人类起源的传说？

教师提出：从古至今，世界上各民族、各种族以及各宗教对于人以至整个世界的起源都流传着各自信奉的神话传说。

资料一：《三五历纪》中记载到盘古开天地，力竭而亡后，身体化为了自然万物，而后女娲诞生，用泥土创造了人类。^［2］

教师总结：在宗教兴起的时代，人类不仅有对天地日月的崇拜，还有对神灵的崇拜。人们信奉万物的创造者，因此神创论强调“物种不变论”，认为神创造了多少个物种，世界上就有多少个物种。

资料二：1735年，林奈发表《自然系统》，创立了生物命名法和科学分类法。林奈认为：不同的物种是上帝分别创造的结果。

18世纪，法国博物学家布丰观察化石的分布，发现古代生物和现代生物有明显区别，通过比较解剖学发现许多生物存在着不完善、没有用处和退化的器官。布丰提出进化的观点：物种是可变的。

1762年，瑞士学者邦尼特首先将“进化”一词应用于生物学中，代表“一切生命形态发生、发展的演变过程”。^［3］

教师总结：随着生物科学的发展，许多证据的出现让少数生物学家开始质疑“神创论”，并提出了“进化”的生物学观点。

学生活动：讨论有关人类起源的神话故事，分析“神创论”的主要内容，了解早期人们信奉的观念以及生物科学与陈旧思想之间的斗争。

设计意图：以“生命的起源”为情境提出问题激发学生学习兴趣，补充生物进化观点诞生前的时代背景引发学生的思考，为“神创论”与“进化论”的冲突做铺垫。此设计主要对应HPS教育理念中的“科学史”部分，不同的观点冲突体现了HPS教育理念中的“科学社会学”部分。

4.2 挖掘实质证据，初探生物进化

教师活动：讲解随着生物学证据的出现，法国学者拉马克系统地阐述了“进化学说”，成为进化论的倡导者和先驱，推动了进化理论的发展。

资料三：拉马克在1809年出版的《动物哲学》一书中，用环境作用的影响、器官的用进废退和获得性的遗传等原理解释生物进化过程，创立了第1个比较完整的进化理论。

1812年，居维叶以一部长达10卷的巨著《古化石》轰动了整个欧洲，宣告了古生物学的诞生，针对化石的研究成果为生物进化提供了直接证据。^［3］

教师引导学生进行讨论与分析，阐明拉马克的“进化学说”对进化理论发展的重要性，然而此时由于支持进化理论的证据不够充分，缺乏说服力，“神创论”仍然占据上风。

学生活动：了解并分析拉马克的观点，辩证地看待并评价。

设计意图：通过分析拉马克的观点，体会科学家从证据出发得出结论的过程，培养学生的分析推理能力，领悟科学本质，从而学会辩证地看待科学发展的历史进程。此设计主要凸显HPS教育理念中的“科学史”与“科学社会学”部分。

4.3 寻找证据论证，感知生物进化

4.3.1 达尔文的论证

教师活动：引导学生思考：想要进一步探究“进化”的奥秘，需要更多准确的实证来支持进化理论。

资料四：1831年，达尔文以学者的身份搭乘“贝格尔”舰出发，并进行了长达五年的科学旅行，采集了大量动植物标本，进行了广泛的地质考察。他仔细地观察了所到之处的地质矿物和生物类型，深入比较了化石动物和现存动物的相互关系，考察了生物的地理分布及其在地质期内出现的顺序等。^［4］

生物进化是一个漫长的历史过程，涉及许多复杂的关系。达尔文认为应该从家养动物和栽培植物方面的研究着手。他参加了养鸽俱乐部，对许多家鸽品种进行了深入研究，发现受人们喜爱的不同类型的家鸽都来源于岩鸽。^［5］

教师展示不同外形，不同种类的家鸽图片，引导学生展开讨论，这些家鸽是如何“变异”而来的？

教师介绍：达尔文认为同种生物偶尔会出现某个性状的变异，驯化是人工选择淘汰原本“正常”个体的过程。这些人工驯化而来的家鸽偶尔也会出现返祖倾向，达尔文提出它们都具有“共同祖先”的假设。

因此为了更好地说服人们，达尔文需要更加详细地阐述什么是“变异”，他提出了三点假设：生物天生自带变异属性且自然情况下倾向于变异；需要行使某一特定功能的结构不容易变异；产生了变异的生物具有“返祖倾向”。达尔文用证据解释了物种是变化的，而这些变化的生物通常都具有共同的祖先。^［5］

资料五：1859年，达尔文的《物种起源》出版，“共同由来学说”是书中的核心内容之一。该书颠覆了“神创论”，一经发布就引起了极大的轰动。

学生活动：代入科学家的身份，身临其境地思考，分析并讨论不同家鸽的“变异”是如何形成的，进而思考物种是如何发生变化的。了解达尔文运用大量证据得出结论的过程，体会科学家的思考方式，领悟共同由来学说的本质。

设计意图：以真实的家鸽实例创设情境引导学生分析，重走达尔文的科研之路，培养分析推理能力。生物进化的观点并非达尔文首创，但其提出的大多数证据都十分明确，从而使许多生物学家能够接受。补充的资料是对生物进化观点发展过程的描述和说明，是发现客观真理和征服自然的历史。上述环节主要对应HPS教育理念中的“科学史”部分。达尔文《物种起源》的发表与“神创论”的矛盾体现了HPS教育理念中的“科学社会学”部分。

4.3.2 更多证据的出现

教师活动：教师引导学生回顾进化理论的探究历程，思考与讨论其中的科学方法与证据，并且构建证据链，分析总结科学家们用到的科学方法。教师展示“地层中大量化石”的示意图及介绍化石形成的原理等资料，引导学生在资料中找到支持“生物有共同祖先”观点的证据并鼓励学生进行小组讨论，寻找当今生物具有哪些共同特征，找出证据论证。

学生活动：归纳总结科学家们用到的方法与证据，构建证据链，培养学生的科学思维和探究素养。

设计意图：学生已知化石是研究进化的直接证据，但大部分学生并不清楚其中缘由。通过将化石证据与其他证据进行对比，理解只有化石直接来源于原始物种。通过归纳与总结科学家用到的科学方法，学会从科学家的角度思考，培养学生严谨的科学态度。此设计以多种科学事实证据为参照，运用逻辑推理的方式实现科学知识的重新整合，着重体现HPS教育理念中的“科学哲学”部分。

4.4 了解科技进步，领悟“进化”观点

教师活动：教师总结生物进化观点的发展，由神创论到进化论，人们不断提出新理论、修正旧理论，而这些发展都依赖于科技的进步，因此进化观点仍在继续发展。

资料六：2017年，我国科学家以深圳拟兰为重点研究对象，通过基因组的测序和功能分析，从基因水平揭示了兰花进化之谜。拟兰具有与仙茅相似的“原始”性状，被认为最接近达尔文推测的“假兰”，为兰花遗传工程育种研究提供重要资源和基础，对于促进兰科植物保护具有重大意义。

资料七：2022年诺贝尔生理学或医学奖授予瑞典科学家斯万特·帕博，以表彰他在已灭绝古人类基因组和人类进化方面的发现。30多年来，帕博以分子生物学分析基因序列，推演人类起源、进化和迁移。他从木乃伊身上提取DNA，通过各种技术进行检测，将几万年前的古人DNA与现代人的进行对比，加深人类对自身的了解。

教师引导学生展开讨论，思考问题：①基因测序等分子生物学技术的发展对于生物进化有什么作用？②你认为还有什么问题仍未解决？

学生活动：学生从细胞和分子水平寻找生物具有共同祖先的证据，作为补充证据对共同由来学说进行论证，完善证据链，进而领悟科技进步对生物发现的推动作用，了解技术的进步将推动人们对自身和世界的了解。

设计意图：以新证据作为补充使共同由来学说更加完善可信。通过了解有关进化的新发现引导学生领悟科技发展的必要性，充分认识科学发展的艰辛与曲折。了解前沿观点对生物进化观点的推进以及对人们认识世界和自我的帮助，能够增强社会责任，拉近现实生活与科学教育之间的距离。此设计主要体现HPS教育理念中的“科学社会学”部+/u72++Vb8izCi7KS2vcN4+ta1kaaoUY3OZ8phqa3lo=分。

5 教学反思

本教学设计沿生物进化理论的发展时间线，运用HPS教育理念在“生物具有共同祖先的证据”一节中融入科学史、科学哲学和科学社会学的相关内容。引导学生在感知生物进化理论发展史的基础上，领悟其发展过程随科学技术的进步而不断前进。体会科学家的科学思维，有利于培养学生的科学素养，从而更好地培养进化与适应的生命观念、归纳与演绎的科学思维以及形成批判性的辩证思维。

对生命科学史资料的补充可以使学生代入科学观点从发现到提出再不断修正完善的过程，从科学家的角度充分理解“共同由来学说”的本质，从而真正认同和理解生物进化理论。融入HPS教学模式的教学设计能够引导学生运用已有的生物学知识以及思维方式对资料进行分析与讨论，厘清生物进化观点的发展历程，并阐明各个观点的合理性，树立实证思想。了解宗教背景下生物进化观点发展的曲折与艰辛，认同科学的发现和技术的进步能推动人类对自然的认识。

人教版普通高中教科书《生物学·必修1·分子与细胞》第6章“生物的进化”是一个整体，对学生进一步形成生物进化观具有重要意义。教师在展开单元教学时应补充对应的生命科学史资料和前沿的科学发现，使得学习框架更加完整，培养学生归纳与演绎的科学思维，进而形成进化与适应的生命观念。

参考文献

［1］丁邦平. HPS教育与科学课程改革［J］. 比较教育研究， 2000（6）： 6-12.

［2］（宋）李昉. 太平御览［M］. 北京： 中华书局， 1960： 175.

［3］李难. 进化生物学基础［M］. 北京： 高等教育出版社， 2018： 292-307.

［4］王永胜等. 生物学核心概念的发展［M］. 北京： 人民教育出版社， 2007： 118.

［5］达尔文.《物种起源》［M］， 谢蕴贞译. 北京： 科学出版社， 1972： 149.