识悟大师 滋养课堂(下)听达尔文讲进化论
——事件策略在教学中应用的一个例子

2016-12-21 08:54朱建
师道(人文) 2016年11期
关键词:达尔文学说生物学

朱建

识悟大师 滋养课堂(下)听达尔文讲进化论
——事件策略在教学中应用的一个例子

朱建

在生物学教学中,事件策略就是让学生在 “生物科学事件”中学习、成长的策略。具体地说,就是在生物学教学中,根据教学目标、学生特征和教学条件,有针对性地提炼和转化 “生物科学事件”中蕴含的课程资源,让学生在 “具体情境”中 “主体参与”的教学策略。

事件,本意是历史上或社会上已经发生的大事情,这里专指 “生物科学事件”,根据来源可简要区分为: “已经发生的事件”,如生物科学产生和发展历程中带有重大转折作用的课题及事件; “正在发生的事件”,如正在进行的生物科学研究项目,社会生活中涉及生物科学的新闻事件等; “人为设计的事件”,如教师设计的、带有任务驱动性质的生物学探究实验或研究性学习任务。

在生物学教学实践中把学生“放”到具体的 “生物科学事件”当中去,让学生以主体的地位参与生物学习,能够激发学生探索的热情,促进学生在生物学知识、科学探究的技能和思维品质,情感、态度与价值观的养成,以及对科学、技术和社会 (STS)的认识等领域的全面发展。

达尔文创立的自然选择学说,当之无愧是生物学发展过程中的重大历史事件,争论的时间很长,对生物学的发展乃至整个社会思想领域的冲击都很大。以达尔文创立自然选择学说的过程以及学说本身为背景情境,让学生以 “第一视角”参与学习,可以说是事件策略在生物学教学中运用的一个典型例子。

查尔斯·罗伯特·达尔文 (C.R. Darwin), 1809.2.12—1882.4.19,英国生物学家,生物进化论的奠基人。他以博物学家的身份,参加了英国派遣的环球航行,做了五年的科学考察。在动植物和地质方面进行了大量的观察和采集,经过综合探讨,形成了生物进化的概念。1859年出版了震动当时学术界的《物种起源》。书中用大量资料证明了所有的生物都不是上帝创造的,而是在遗传、变异、生存斗争和自然选择中,由简单到复杂,由低等到高等,不断发展变化的,提出了生物进化论学说,从而摧毁了唯心的 “神造论”和 “物种不变论”。恩格斯将 “进化论”列为19世纪自然科学的三大发现之一 (其他两个是细胞学说、能量守恒和转化定律)。

达尔文的自然选择学说,其主要内容有四点:过度繁殖,生存斗争 (也叫生存竞争),遗传和变异,适者生存。

达尔文发现,地球上的各种生物普遍具有很强的繁殖能力,都有依照几何比率增长的倾向。生物的繁殖能力是如此强大,但事实上,每种生物的后代能够生存下来的却很少。这是什么原因呢?达尔文认为,这主要是繁殖过度引起的生存斗争的缘故。任何一种生物在生活过程中都必须为生存而斗争。生存斗争包括生物与无机环境之间的斗争,生物种内的斗争,如为食物、配偶和栖息地等的斗争,以及生物种间的斗争。由于生存斗争,导致生物大量死亡,结果只有少量个体生存下来。但在生存斗争中,什么样的个体能够获胜并生存下去呢?

达尔文认为,在生存斗争中,具有有利变异的个体,容易在生存斗争中获胜而生存下去。反之,具有不利变异的个体,则容易在生存斗争中失败而死亡。达尔文把在生存斗争中,适者生存、不适者被淘汰的过程叫做自然选择。达尔文认为,自然选择过程是一个长期的、缓慢的、连续的过程。由于生存斗争不断地进行,因而自然选择也是不断地进行,通过一代代的生存环境的选择作用,物种变异被定向地向着一个方向积累,于是性状逐渐和原来的祖先不同了,这样,新的物种就形成了。由于生物所在的环境是多种多样的,因此,生物适应环境的方式也是多种多样的,所以,经过自然选择也就形成了生物界的多样性。

自然选择学说在初、高中生物学教学中都有涉及,只是在要求层次上不同。作为一种科学思想,自然选择学说还影响着人们对世界的认知。这里以枯叶蝶的形成为例,请达尔文 “老师”带同学们一起去探索自然选择学说的创立,让大家在自然选择学说创立,这个宏大的事件情境中进行学习。

1.从枯叶蝶说起

1831年12月27日,达尔文跟随贝格尔号扬帆起航。此时的他是个言必称 《圣经》的神学院毕业生、正统的基督教徒,他的虔诚常常被海员们取笑。

达尔文:枯叶蝶,是一种形状与枯叶很像的蝶类。在神创论者的眼中,如此精妙的物种,只可能是上帝创造的。自从上帝创造它的那一刻起,就一直如此,从未改变。刚刚登上贝格尔号时的我,也是这样认为的。

达尔文老师左手拿着一只枯叶蝶标本,右手拿着一片枯黄的叶片。同学们远远看去,还真分不清谁是叶子、谁是蝶。

达尔文老师在黑板上写下两行字:上帝创造了生物、物种不变。

2.相信自己,还是相信上帝?

达尔文:关于枯叶蝶的事情,我们等会儿再讨论。先给大家讲讲我随贝格尔号航行期间的故事。在加拉帕戈斯 (西班牙语的意思是“龟”)群岛考察期间,我发现那些巨龟成群结队地在岛上的沙滩上漫游,总共有14种亚种,而且岛与岛之间的巨龟的形态差别非常大。以至于岛上的副总督向我吹牛说,他只要瞄一眼,就知道哪只龟是哪个岛上的。

达尔文老师展示着几张巨龟的图片,特别指出龟壳在形态上的差异。

达尔文:同学们,为什么上帝要在这小小的角落显耀他的创造才能,他真有必要专门为这里创造出这许许多多独一无二的物种吗?

同学们窃窃私语,对达尔文老师的疑问似乎拿不定特别的主意。

达尔文:后来发生的另一件事情,给了我更多的启发。我在群岛上采集到三种效舌鸫标本,看上去和美洲大陆的效舌鸫很相似。我当时以为是由大陆的效舌鸫演变而来的三个变种。可是,我的朋友、著名的鸟类学家约翰·古尔德鉴定认为那不是三个变种,而是三种不同的物种。

达尔文:同学们,假如曾经美洲大陆有一次很大的风,把效舌鸫吹到了三个不同的岛屿上,这三个不同的岛屿上的效舌鸫因为各自不同的地理环境,经过了很长时间而变成现在的三个物种。

指着黑板上 “上帝创造了生物、物种不变”的板书。

达尔文:同学们可以相互讨论讨论,想一想物种到底是变,还是不变?

学生:一种效舌鸫变成三种效舌鸫,好像更能够说得通一些。确实上帝没有必要同时为三个不同的海岛创造三种不同的效舌鸫。

达尔文:在我发表 《物种起源》之后,有科学家发现两种不同生物之间的一些 “过渡类型”的化石,比如始祖鸟化石——既有鸟类的一些特征,又有爬行类的一些特征,这些可以作为鸟类是从爬行类进化过去的证据。

经历更多讨论后,师生之间初步得出结论,生物不是神创造的,是由共同的祖先进化而来的。但是,枯叶蝶又是怎样进化来的呢?

3.生物是如何进化的

达尔文:要弄清楚枯叶蝶是怎么进化而来的,还要讲讲我的另一个发现。大家有没有见过剖鱼?有时一条雌鲫鱼的腹中,会有很多鱼卵,数以千计。我们想想看,就一条雌鱼,如果再给它配一条同种的性成熟的雄鱼,把它们放在你家后面的一条小河里,顺利地产卵受精,顺利地孵化,那么一对鲫鱼就有数以千计的小鱼。

学生:老师,我们的确见过雌鱼的腹中有很多的鱼卵,但是,河里却并不到处都是鱼。这是为什么呢?

达尔文:是的!还有的鱼哪儿去了呢?

学生:死了。

学生:被黑鱼吃掉了。

……

达尔文:反正就是它没有活下来。关键的问题是——为什么有些鱼活下来了,而另外一些鱼没有活下来?

学生讨论,发表意见。

学生:在遇到黑鱼时,有的鱼发现后及时逃掉了,有的鱼却呆头呆脑没有发现,没有发现可能就被吃掉了,说明智商有问题。 (众笑)

学生:还有两条鱼都发现了,但是有条鱼游得很快啊,然后啊,游的慢的那条被吃了。这要比游的速度快慢了。

学生:也有的鱼比较灵巧的,发现食物吃得比较快,它就饱了,有的愣头愣脑的,找食物本领差,就可能饿死了。

达尔文:那么剩下的活着的鱼和死去的相比,它们是不是有些不同?

学生:更强大。

达尔文: “更强大”是个很宽泛的词语,我们可以说的更具体一点。

学生:反应更灵敏,游泳速度更快,生存能力更强。

……

达尔文老师重新提起枯叶蝶的话题,请同学们模仿刚才的讨论来分析枯叶蝶的进化历程。

学生:枯叶蝶拥有过度繁殖的能力,能够产生大量的个体。

达尔文老师板书:过度繁殖。

学生:因为遗传的原因,它和它的子代保持了某些连续性;但是又由于变异的原因,有些个体长得像枯叶,有些不太像。

达尔文老师板书:遗传和变异。

学生:当它的天敌来捕食的时候,那些比较像枯叶的不容易被发现,所以他们得以逃生,而不太像枯叶的蝴蝶容易被发现并被捕食。

达尔文老师板书:生存斗争、适者生存。

师生小结:这样日积月累,经过很长时间的自然选择,就得到了今天我们看到的枯叶蝶的类型。

老师进一步延伸——环境的多样性,造就了生物的多样性。

4.未竟的事业

达尔文:同学们,因为老师所处的那个年代,不像你们今天,大家已经知道基因的存在。所以,那时的我无法解释变异是如何产生的,而优势变异又是如何能够保存下去的。所以,我一直在向我的同行、另一个进化论的坚持者拉马克让步,用他的 “用进废退”来解释可遗传变异的获得。感谢生物学科人才济济,有那个时候我未曾相识的孟德尔先生,后来的萨顿、摩尔根、克里克、沃森……他们用严谨的科学实验一步步证明了自然选择学说的正确性,并对我当时没能解释的地方进行了卓有成效的探索。当然,我做了查尔斯·罗伯特·达尔文能做和应该做的一切!

在 “课堂”的背景下思考,教学的有效性要受到教师、学生、教材、教学策略等多种因素的影响。美国的加里·D.鲍里奇在 《有效教学方法》中分析,从教师的角度而言,促成有效教学的五种关键行为分别是 “清晰授课、多样化教学、任务导向、引导学生投入学习过程、确保学生成功率。作为教学策略,事件策略可以在 “任务导向”和 “引导学生投入学习过程”两个关键行为上发挥良好的作用。此处,请 “达尔文老师”走进中学课堂,用达尔文创立自然选择学说的故事为学生学习创设系统、完整的学习背景,让学生在 “具体情境”中 “主体参与”,从而实现有效教学,为生物教学的改革和发展寻求并提供一种可操作的思路和方法。

作为课程资源, “生物科学事件”中蕴含着极为丰富和重要的内容,如科学家们的创造性劳动,生物科学探索的思维过程和方法,生物学发展的逻辑和社会历史背景,是培养学生科学素养的生动教材。作为教学策略,把学生 “放”到具体的 “生物科学事件”当中去,让学生以主体的地位参与生物学习,可激发学生探索的热情,更好地促进学生在生物学知识,科学探究的技能和思维品质,情感、态度与价值观,以及对科学、技术和社会的认识等领域的全面发展。

(作者单位:江苏南通市通州区西亭初级中学)

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