像达尔文一样思考——《自然选择的证明》教学手记.pdf

/名师手记/语文教学与研究/2 0 2 4/0 5/1 0 5像达尔文一样思考一一自然选择的证明教学手记O史彦杰史彦杰，上海市七宝中学教师。摘要：本文聚焦于如何解决课文自然选择的证明的两大难题：其一是学生对达尔文进化论较为常见地带有自以为领会实则并不理解的心态，其二是课文严谨而嗨涩的语言和环环相扣的逻辑有点“劝退”读者。对此，我带领学生通读了物种起源原著和达尔文的传记等科普读物，使自已和学生能够基本建立对该课文所涉及知识的“知识地图”，以期在专业知识的背景上理解课文的表述意义，先观全豹然后窥一斑，从而在历史意义上理解“达尔文”的诞生意义以及他独特的思考和表达方式。尽管也提到了他的错误，但这是为了帮助同学们更好地理解进化论。关键词：自然科学论著；知识地图；理论背景；语言分析；达尔文的错误作为认识世界和改造世界有力的工具和手段，科学卓有成效，因此统编版高中语文选择性必修下册第四单元设置了对几篇自然科学论著的学习，自然选择的证明是该单元的第一篇课文，用词准确，表达严谨，思路清晰，逻辑严密，具有很高的科学价值。但该课文的特殊性质，决定了它有两个比较普遍的理解上的难题：其一，它是达尔文皇皇巨著物种起源的最后一章“综述和结论”的节选部分，而且编者节选的是达尔文对前1 4 章内容的简述，他罗列和重申了那些支持自然选择学说的各种事实和论点，并没有对自己的观点展开详细的论述，因而专业性很强，比如“变种”“亚种”之类的专有名词令学生困惑不已，以概括为主的论证方式也因“干货太多”而导致学生难以消化。其二，“物种演化”的知名度太高，“物竞天择，适者生存”已然成为妇孺皆知的常识，学生容易产生“这篇文章不用认真看也能知道最终结论”的心理预期，在达尔文诞生两百多年后的今天，他的学说缺陷也被暴露出来，这进一步造成了学生莫名的“心理优势”，降低了学生的认知动力。陈静静博士在学习共同体：走向深度学习一书中提出：“要进行有效的学习设计，教师要对本学科有系统全面的把握，能够对本学科的知识地图进行确认，并能够以大概念为基础，对学科的系统和框架进行建构。”大概念是学科的核心，也是课堂的基础概念。自然选择的证明提出的概念有很多，但是大概念应为“自然选择学说”“遗传和变异”“物种演化”，其他概念诸如“物种106/2024/05/语文教学与研究/名师手记和变种”“物种竞争”“过度繁衍倾向”“本能”“性选择”“迁徙理论”等都是位于大概念下一层级的较小概念。围绕着大概念、小概念，我们可以形成关于课文的“知识地图”，指导学生更快地理清文章脉络，发现自己在研读这篇课文时的迷思，进而帮助学生更好地认识课文背后科学的思维方式。在对物种起源有了较为系统的把握之后，我们可以将课堂主题定为“像达尔文一样思考”，假设自已是达尔文，从课文和学生自己在教师的指引下查询到的资料出发，思考如果要“诞生”一个达尔文，需要在头脑中填充上怎样的知识？这符合尼尔森的“逆向设计”，“以始为终”，从学科结果开始逆向思考。2 在达尔文的理论已经被普遍接受的今天，我们不应满足于学生对其理论的认同一一有生物老师就够了；我们应该努力让学生对达尔文及其学术思维有更深刻的理解和接受：达尔文在提出进化论前需要有什么样的理论准备，他需要反驳怎样的反对观点，达尔文本人有哪些时代性的局限？在宏观把握了课文所涉及到的达尔文的思想之后，我们再返回课文，让学生多次触摸文本，在阅读中思考。任务一达尔文提出自然选择学说前的知识储备师：1 8 3 1 年至1 8 3 6 年环游世界的英国帆船“小猎犬号”（H.M.S.Beagle)之所以名垂千古，完全是因为船上一个技术拙劣的水手一一达尔文，那么，这次漫长的旅行，究竟给达尔文什么启发呢？生：小猎犬号一路航行，一路勘测海岸，而达尔文则进行地质勘探，到处搜集动物标本和化石。当然，最著名的是加拉帕戈斯群岛一一东距南美大陆约1 0 0 0 公里，此地素以达尔文演化论的发地而著称。群岛独特的气候和自然环境，使不同生活习性的动物和植物同时生长繁衍，以至于有“生物进化活博物馆”之称。生：但是达尔文搜集鸟类标本和化石的时犯了一个错：他并没有留心记录哪只鸟来自哪个岛，因为他当时还把它们当成同一物种。回到英国后，当时最杰出的鸟类学家古尔德指出达尔文收集的“三只来自不同岛屿的嘲”实际上属于三个不同的物种！达尔文大惑不解，忙把小猎犬号的芬雀标本也寄给古尔德。幸亏船员细心，每个标本的产地都做了注明。结果，不同岛屿上的芬雀全部属于不同的鸟种。这就引出一个重大的问题：为什么如此相似的岛屿会有这么多独特的物种呢？也许，它们是由最初的芬雀（它们今天有一个更流行的名字“达尔文雀”)演化而来的？！师：要证明这一点，达尔文还必须证明一个前提：这些达尔文雀的祖先是同一种鸟类，光说它们长得像可不够。生：巧的是加拉帕戈斯群岛天然适合证明该前提。群岛由海底火山喷发的熔岩凝固而成的一系列小岛和岩礁组成,形成时间不长，其景观为荒?的熔岩地形，达尔文雀必定是由南美洲的原始种类移居而来的，为了适应不同的环境，逐渐变成形态各异的物种。在创立“物种演变”学说时，达尔文丰富的地理学知识帮到了他。他曾对英国地质学家赖尔的地质学原理着迷，这本书叙述了地球变迁的宏观历史，从地震使土地隆起到火山爆发形成岛屿，而且达尔文在环游地球期间确实亲身经历了火山爆发与地震，用他/名师手记/语文教学与研究/2 0 2 4/0 5/1 0 7的话说，“一次强烈地震立刻摧毁了我们的古老想法，象征坚硬稳固的大地如今在我们脚下移动，如同覆在液体上的一层脆皮”，从此，地质演变的观念牢牢扎根。师：沧海桑田般变化着的地理环境的确是生物演化的最佳舞台。但我们距离演化论还有一个关键的前提没有解决：促使物种投人残酷的生存竞争，以至于逼迫彼此共同进化的动力究竟源于何方？这个动力是达尔文独自提出来的吗？生：不是，这是马尔萨斯提出来的。他是18世纪英国的经济学家。他著有人口论，提出马尔萨斯陷阱理论。该理论认为，人类有高速率增加其个体数量的倾向。若不加抑制人类的数量将按照几何级数增长，速率极其惊人。达尔文无意之间翻阅了这本书，被其理论深深吸引，他以生物学家的直觉敏锐地意识到：何止人类，任何生物都有过度繁殖的倾向！然而，食物和生存资源却是恒定的，这就必然会导致生存斗争。他在物种起源的第3 章详细解说了这个原理，并列举了很多实例加以论证：生长于沙漠的植物要通过争夺水分而生存；寄生依附于苹果树生活，说它是在和寄主作斗争也可以吧？寄生得靠鸟类传播种子，所以各类种子植物都得引诱鸟儿前来吞食和传播它的种子，所以各种植物间也在进行生存斗争。达尔文还发现，同一物种间的生存斗争才是最激烈的。在苏格兰,近年来吃寄生的数量增加，结果使欧歌数量减少；在俄罗斯，亚洲小蟑螂入境后，到处驱赶原有的同属大蟑螂；在澳大利亚,蜜蜂的引进，很快就使当地的无刺小蜂绝迹；一种野荠菜能取代另一种荠菜。一些植物明明能适应更热或者更冷的生存环境，可是为什么它没能分布到更广泛的地方呢？简而言之是因为其他植物的竞争。生（总结）：可见，达尔文的诞生其实需要很多先决条件：遍布世界的航海冒险，已有的较为科学的地理学、化石学、生物分类学、人口学知识，这些前沿知识要能够完整地成为达尔文的储备，只为了伟大思想的破土而出。牛顿说他站在巨人的肩膀上，其实达尔文又何尝不是如此呢？任务二达尔文对质疑的回应师：物种起源尽管一有机会就把基督教的“特创论”批判一番，但是其实上帝创造万物的观念在海洋一般丰富的证据面前不堪一击，达尔文真正要面对的是演化学说本身的理论难点。为此，他站在反对者的立场上提出了一系列质疑,并逐一化解。课文自然选择的证明涉及到哪些质疑？生：如果生物陷人争夺资源的严峻的生存斗争，为何还会有很多看似无用甚至累赘的器官诞生，比如华丽的孔雀尾巴，硕大的鹿角？在课文第7 段，达尔文提出“性选择”的概念予以解释。雄孔雀的羽毛越漂亮，雄鹿的角越大，越能吸引雌性与之交配，因此这些对于生存无利甚至有害，但是对于繁殖有益的性状就可以被保留下来，这也是自然选择的特殊一种，而且给自然界带来了无处不在的美。生：课文第8 段提出，正因为自然选择的进行方式只是简单的“适者生存”，所以自然界的一切设计都不是完美无缺的。这应该是针对“神创论”的吧？因为基督教认为上帝创世的目的是建造一个完美的世界供人类欣赏，达尔文否认了自然界的完美，也就否认108/2024/05/语文教学与研究/名师手记了这种计划主义的目的性。生：接下来的第1 0 段分析本能是如何演化而来的。本能作为一种先天性的能力,不如器官、性状那么实在，因此要证实它也是进化而来的就很困难。在物种起源第八章，作者花了相当大的篇幅描述了几种特殊的本能,如杜鹃鸟在别的鸟巢内产卵,让别人帮自己育雏；许多蜂是寄生的；一些蚂蚁具有蓄养奴隶的本能；最奇特的是蜜蜂那令人赞叹的建筑能力。达尔文试图用“级进原理”解释，所谓级进原理，可以理解为循序渐进原则。借助欧洲人遍布全世界的探险，达尔文找出了很多中间案例：北美洲的几种牛鹏鸟也有让别人为自已育雏的本能，但是还没有杜鹃这么彻底；一些过彻底的寄生生活的蜂类的身体构造也随着寄生的习性而发生了变化；蚂蚁畜养奴隶的程度也有所不同，有的蚂蚁“奴隶主”完全依赖蚂蚁奴隶而生活，连吃饭都不能自理；最后是最令达尔文头疼的蜂巢，他也找出了比蜜蜂蜂巢更加简单的土蜂蜂巢和墨西哥蜂蜂巢，几种蜂巢依次呈现出由简单到复杂的序列，这让达尔文信心倍增，认为只要假以时日，连续、微小的自然选择也一定能够使墨西哥蜂的蜂房也进化到极完善的地步。师：让我们从理论层面提出两个反驳。第一条：既然一切物种都是从已有的物种进化而来，那么生命的演化史用简图来表示，就会变成一棵枝干庞大而复杂的生命树，越往根部追溯，物种越基础、数量也越少，直至最后，提出“万物共祖”。这个推论在达尔文时代显得无比疯狂，因为他必须回答：按照这个理论，物种一定具有一个单一的起源，就是说，每一个物种最初只在一个地方产生，然后再向外迁移。可是，很多缺乏迁移能力的动植物都能遍布世界，比如说，在北美洲和欧洲的高山上，有很多相同的植物；非洲的乞力马扎罗山上也有极地植物。请问：他们的祖先是怎么漂洋过海的？生：课文第1 3 1 5 段用“迁徙理论来解释物种广泛的地理分布，不过此处几乎没有举个别的例子，所以我用物种起源对应部分补充一下。首先，蝙蝠、鸟类、鱼类的迁移能力是很强的；其次，动物也可以在陆地上自由迁移，我们都暂且不展开。再次，我们看看迁徙能力最弱的植物。鸟类是传播种子最有成效的动物，有的鱼被鸟儿吃掉，鱼胃里的种子也可以被传播到另一片陆地。只要有一颗种子偶然飘到环境适宜的荒地，它就会迅速占领这里，毕竟这里也缺乏天敌。达尔文曾在盐水中浸泡了很多种子，结果很多隔很久还能发芽。师：但是我还是不能想象有什么鸟类，能把北极的植物带到非洲的雪山上。生：达尔文用冰期理论进行了解释。在冰河时期，连炎热的赤道也会下雪，因此北极的植物可以生长在这里。等到气候变暖，这些寒带植物就退回到雪山上了，因为只有那里环境适宜。没有高山的地方，自然就灭绝了。师：看来丰富的地理学知识真是生物研究不可或缺的啊。从理论层面反驳,还有第二条：“自然界没有飞跃”是达尔文的信条，所有物种都是由其他物种经过细微的渐变演化而来的，可是为什么我们并没有见到大量的过渡类型呢？比如猴子和人类,其间的区别是那样的突出和明显，而不是彼此混淆不清。请问，猴子和人之间的过渡物种,那个/名师手记/语文教学与研究/2 0 2 4/0 5/1 0 9“猴人”或者“人猴”哪去了？生：参见课文第1 2 段，首先是因为地质记录极端匮乏，其次是因为“灭绝”在生物演化史上扮演着很重要的角色。一个物种一旦灭绝，就无法重新出现。这就导致了从化石记录来看，表现为新的物种不断取代旧的物种，那些改良较少的中间物种灭绝了。任务三达尔文的错误师：这两个理论有一定解释力，但还是有漏洞。按照达尔文的渐变规则，中间物种即使不占优势，必然也会在漫长的演化史里占据绝大多数时间吧，为什么就难觅踪影呢？而且，地质记录怎么“刚好”就没有保存下来那些中间物种？有没有可能，达尔文也会犯错？生：达尔文坚持物种渐变论，一再宣称“自然界没有飞跃”，但其实物种在合适的条件下，是可以在短时间内突变的。今天的化石记录完整得多，地球4 0 亿年前就有生物了，但是一直没有任何向复杂前进的迹象。但在距今5.3 亿年左右，突然出现门类众多的动物，所有直到今天仍在世的生物形结构都被创造出来了，史称“寒武纪生命大爆发”。达尔文认为，寒武纪前会有一个漫长的演化史,其实并没有。这也可以解释中间物种的匮乏：它们很有可能本来就没有持续很久。生：达尔文明确反对大陆板块漂移学说，因此面对南美洲和非洲相同类型的大型动物化石，承认自己无法解释。我们今天都知道，南美洲和非洲本是一体的，所以两边的动物高度相似，后来他们分手了，所以就给达尔文造成了难题。只能说，地球变化之剧烈，甚至远远超出达尔文的想象！生：达尔文最大的遗憾，在于他的遗传学知识几乎为零。其实他读过遗传学之父孟德尔的论文，只是他完全没有重视孟德尔的研究成果。课文第2 段说“据我看，没有任何东西可以限制这种缓慢的，并巧妙地使每一种生物造型都能适应最为错综复杂的生活条件的力量”，显然，达尔文把变异理解为一个正确的力量，这力量一定要把生物推向更适应环境的方向，但他是错的。变异有可能对生物有益，但也有可能对生物有害。事实上，有害变异为数不少。自然选择无法推动变异，自然选择只能淘汰负面变异。师：如何看待达尔文的以上错误？如果你穿越成他，不开两百年后的上帝视角，你能避免这些错误吗？生：我感觉生物演化的过程天生就适合用渐变论来解释，亿万斯年的演化才能造就如此丰富多彩的物种宝库，如果一开始就接受突变论，那人们也许会觉得生物的进化过于保守了呢！只能说达尔文时期的地质学化石学还不够完善，导致他遇到解释不清楚的古生物问题就会本能地甩锅给地质记录的不完备性，最终形成了路径依赖。生：大陆板块漂移学说我也很难接受，町着非洲和美洲的地图看一会儿就觉得它们本应在一起，这个谁想得到啊。那个时候就算想到了，也不可能潜人大洋底部一窥究竟啊。说到底，一个时代的思想要和这个时代的步伐保持一致。生：但如果我穿越回达尔文的数学非常好（据说他的数学一般），而又没有先入为主地轻视神父出身的孟德尔的话，也许能够改变孟德尔受科学界冷落的境遇？届时，以我的威望，将遗传学的发展再往前推进几十110/2024/05/语文教学与研究/名师手记年，也许会彻底改变今日的生物学？这是一个疯狂的想象，当然我不是说达尔文应对此负有什么责任，他已经是生物学一座不可企及的丰碑了。任务四达尔文的语言师：作为一篇科学论文。本文的语言力求准确、精练、清晰、明了，试举例分析。生：文章开头：“地质学清楚地揭示，各个大陆过去都曾经历过巨大的环境条件变迁，所以我们可望在自然条件下看到生物的变异，如同它们在驯养情况下所发生的那样。”“可望”是表猜测，因为这种变异当时还没有被证实，所以作者没有用笃定的语气。但是前文“清楚地揭示”，还是包含有很大的自信的。生：第3 段：“物种只是特征显著而稳定的变种,而且每一物种开始时都只是变种。”两个“只是”以确定不移的口气，提出他的观点：物种和变种其实是一码事，从而回答了物种起源提出的难题：为何变种和物种如此难以区分？但是他又在第一个“变种”前加了定语“特征显著而稳定”，这就提示我们：在使用时，我们可能更加注重“变种”的“变化”,而注重“物种 那变动不居的一面。所以达尔文仍然保留了“变种”这个概念，并利用“物种”“变种”指出物种概念的两个对立统一的特性。生：第1 0 段：“根据同属内的所有物种都是从一个共同祖先而来，并且继承了很多共同的性状这一观点，我们就可以理解为什么边缘物种虽处于极不相同的生活条件下，但仍具有几乎相同的本能。”这句有很明显的对比，一些同属或者同科的边缘物种，虽然生活环境极不相同，但是却在遗传的作用下保留了相同的本能，除了证明他们拥有同一祖先，我们再也找不到理由来作合理解释。此外，“几乎”这个词也在限定了后文宾语的使用范围之后,更好地保证了整个判断的正确性。师：除了上述特征，达尔文的语言还有什么不那么符合自然科学论文之处吗？生：第5 段：“总之，自然界是齐于重大革新但奢于微小变异的。”这句话是对前文关于遗传与变异的总结，其将自然界人格化，仿佛一位创造万物法则的魔术师，看似有点和科学论文格格不入，但其实更加容易让读者理解这类自然规律，而且无形之中给我一种感觉：自然界不是被动的，相反，很多看似静默无声的生物其实是生活得很主动、很积极的。类似的表达还有第7 段：“性选择给了雄性以最鲜艳的色泽、优美的体态和其他华丽的装饰。”生：我发现他很喜欢提出问题，有时候是自问自答,有时候是反问。例如第2 段一连提出了3 个反问，力图表明在漫长的自然选择里，有利变异因为更利于适者生存而可以保存下来，作者没有回答这些问题，因为那样做会使文章非常长。而第1 3 段：“为什么生物在整个地质地理、时空分布上呈现着明显的平行现象呢？其原因在于，生物都是以共同的世代谱系相连接，并且其变异的方式也相同。”这是典型的设问。师：达尔文如此频繁地提出反问和设问,其意图为何，可以分别加以概括吗？生：提出反问时，他比较自信，要么是问题很简单,或者前文已经给出了比较明显的答案了；提出设问时，问题就比较复杂和专业化，他需要进行解答，而且要用设问的方/名师手记/语文教学与研究/2 0 2 4/0 5/1 1 1式加以强调。总之，在设计反问和设问时,达尔文一是为文章的论证服务，二则也是考虑到了读者的接受能力，物种起源毕竟不是科普文，有一定的阅读障碍。所以他的文章，如果能读进去，会感觉很有意思。教学反思我相信自然选择的证明的教学设计与教学过程给学生留下了即使是生物课也难以获得的体验。当然我没有任何妄议同行的意思，而是说，相比于先给出权威结论、再进行论证，充满“干货”的专业理科课堂，本堂课作为语文课程，重在阅读和思考。为此我们花了很多时间进行铺垫，让学生先阅读课文，找出自己的疑问（即使是选修生物的同学也会有很多不解），然后打开物种起源，挑选相关章节进行研读，努力形成关于达尔文学术生涯和物种起源的知识地图。这样，学生更容易沉浸文本，收获也更多。这也是“整本书阅读”，不过因为分了章节，学生的阅读量尚在可控范围之内。相比之下，教师应当具备把握全书的能力，这样才能提出专业的指点与分析，能够带着学生梳理文本，让学生感受到科学探索的乐趣，体验到自己的认知不断拓展的成就感。事实上，学生的创造力一旦释放，能够带来许多惊喜，如一位同学根据课文第2 段，指出“达尔文把变异仅仅理解为正确的力量”的错误，这体现了他们扎实的理科基本功，以及灵活运用的能力。能够找出达尔文隐藏的错误，这极大地激发了学生钻研的热情。本课的结构，是基于“逆向思维”而设计的倒金字塔结构。我之所以把达尔文的学术思考和背景放在前面，而把文本分析放到最后，主要是基于三点考虑：一是遵循从大概念到小概念的认知逻辑，让学生先把达尔文的思想吃透弄懂，在此基础上分析文章，免得一上来就在文本和概念的迷宫中走失，不得要领；二是力图在一个宏观的维度上理解课文，所以任务二和任务三的提问和回答，其实已经在努力引导学生回归本文了；三是课堂在本文分析中结束，给学生意犹未尽的“遗憾”，让他们带着写作任务继续阅读，思考，留有一定空白。这次课堂还有一个特色：探讨了达尔文思想出现的社会思想环境。赖尔、马尔萨斯、古尔德、休伯一个个前贤或者在专业领域内见识广博的朋友，构成了达尔文复杂思想的光谱，却都在有意无意之间，帮助达尔文推开了演化论的殿堂之门。事实上，物种起源序言的内容就是罗列“物种起源”思想的发展过程，各种曾给予他启示的前辈，他都一一呈现，既是谦逊，又显严谨。结合给达尔文挑错的环节，在这样广泛的基础之上理解达尔文的高度与不足，无形之中教会学生以唯物主义辩证法看待世界的眼光，从语文角度给予他们对科学的别样理解。最后，教师应给学生留下一个写作任务，比如说：阅读物种起源或其他自然科学科普类的书籍，按照物种起源的“绪论”中提出来的原则：“所讨论的任一点都必须用事实来支撑”，写一篇书评，用恰当的方式呈现自己的学习成果。注释：1陈静静.学习共同体：走向深度学习 M.上海：华东师范大学出版社，2 0 2 0：1 1 9.2李美凤，孙玉杰.国外“设计型学习”研究与应用综述 .现代教育技术，2 0 1 5(7)：1 2-1 8.