邮发代码:82-418   刊号:ISSN1671-4350   定价:16.00

[追踪]“科技馆活动进校园”项目案例:依托博物馆资源建构生物重要概念的探讨——“地质地层知多少”教育活动案例

文_金荣莹/北京自然博物馆 贾 偲/北京市通州区第二中学 张 楠/北京市第一七一中学

2022-07/总第316期

阅读数2

北京自然博物馆古爬行动物展厅中有一件沉积岩地层模型,这个地层模型模拟的是中国北方完整的地层构造,地层中各个时代埋藏着不同的生物化石,可直观地反映“地层中的生物化石是按一定顺序出现”这一生物学概念。结合自然博物馆资源与学校教育需求,设计课程“地质地层知多少”,通过观察实物材料 (标本、模型) 与动手活动,有助于学生获得直接经验。考虑到初中生已具备一些探究性学习的经验,活动采用小组探究形式开展,尽量丰富学生的多重感官体验。


活动设计

教学对象

教学对象为初中二年级(8年级)学生。本年龄段的学生可接受“化石是生物进化的直接证据”这一概念,但是概念中的“直接证据”转换成直接应用,学生理解程度不深,仅限于知道“化石可以反映对应物种的相关特征”,缺少相关地质知识,缺乏将地理与生命科学进行融合思考的意识,不能理解地层中出现的生物化石和年代的关系,无法推测分析化石与生物进化的关系。

教学目标

知识目标 ①理解地层中的化石按一定顺序出现,化石记录了生物进化历程的相关概念。②理解地质学、化石记录、解剖学等是从不同方面为进化理论提供证据。③能初步归纳生物进化的趋势。④认同在生命演化过程中生物与环境之间的相互作用,形成生物进化的观点。

能力目标 对不同地层中出现的生物化石结构特点进行归纳总结,提升对信息的分析推理能力。

情感目标 学习古生物学家研究生物进化证据的方法,了解科学家科研过程的艰辛与坚持。

教学准备

教学场地 古爬行动物展厅、探索角实验室。

活动材料 皮尺、记录单、笔、玻璃瓶、木塞、勺、彩砂、碗、桶、贴纸、胶水、滴管。

活动时间 本活动总时长45分钟,展厅学习25分钟,实验学习20分钟。


教学过程

第1阶段:教学活动前准备

阶段目标 学生通过预习课本等进行参观前准备,提出预设问题。

学情分析 绝大多数学生对自然博物馆中的化石印象深刻,但不能理解为什么展出多种生物化石、化石代表什么,以及怎样判断化石的年代进而推断出进化历程等问题。

教学策略 提前将自然博物馆的网站推荐给学生,让他们针对本节课的展厅进行了解,并提出感兴趣的问题,教师对这些问题进行筛选和修改,引导学生发现问题之间的递进关系,作为本次探究学习的主线展开学习。

教师活动 布置参观前准备工作,对学生进行分组,并整理出各组所探究的问题。

学生活动 预习课本内容,查阅相关资料,提出预设问题;交流分享各自的预设问题,选择一个问题进行深入探究。

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学生制作地层柱

第2阶段:展厅学习

阶段目标 学生在展厅学习地质年代相关知识,测量地层厚度并进行换算。

学情分析 学生对生物进化的原因已形成初步认识,但还停留在“间接经验”层面,缺乏对问题本质的认识。

教学策略 通过展厅参观学习,利用展板和实物展览等资源比教材更直观、更系统的优势,作为教材知识的扩展和延伸。在参观过程中,教师借助知识讲解,通过对比观察、提问等手段,引发学生思考,进行知识迁移,通过生物反推地层形成特点,将教材中的难点、重点知识融入展厅教学中,完成教学目标。

教师活动1 引导学生在展厅展开学习。

学生活动1 学生学习展厅“地质时代”展板内容,了解地质历史中各个地质时代及特点。比如:中生代从二叠纪-三叠纪灭绝事件开始,到白垩纪-第三纪灭绝事件为止,此时蕨类和裸子植物最繁盛,为恐龙和巨型昆虫等动物提供充足的食物及氧气。

教师活动2 借助展板讲授,帮助学生了解地层在形成初期是水平的,原本水平的地层在地壳不断的地质运动中发生倾斜、褶皱和断裂,倾斜的模型反映的正是地壳运动后的结果,继而引出地层模型;组织学生在沉积岩地层模型前参观学习,观察各个地层的特点。

学生活动2 通过观察沉积岩地层模型,了解不同地层代表着不同的时代:青灰色的地层包括寒武纪、奥陶纪、志留纪等海相时期,这些地层中较易找到远古海洋生物化石;黄土黄沙,属于陆相地层,其中有许多陆地上生活的生物化石。在了解地层、地质年代、化石、生物进化间关系的基础上,推导出生物进化历程是由水生到陆生。

教师活动3 沉积岩地层模型中,海陆交替时期地层为连续的薄层。提出问题:在这些地层中,有2个地层是黑色的,各代表什么时期?引导学生分析2个黑色地层厚度不一样的原因?

学生活动3 学生通过观察、提问、思考和知识迁移,利用生物反推地层形成特点,得出:靠近青灰色地层、较厚的黑色地层代表石炭纪,因为繁盛的蕨类植物时代,大量植物倒伏后被土层掩埋,经过长期的地质作用就形成了煤炭,石炭纪是地球历史上最大规模的煤炭形成时期;另外一个黑色地层是中生代时期的地层,为恐龙生活的时期,很多植食性恐龙吃掉了大量植物,故此地层厚度没有石炭纪的厚。

教师活动4 在地层中有一层呈现灰白色,对应的时间为6 600万年前,也就是恐龙灭绝的时代。为什么会出现这样一个奇怪的地层呢?科学家进行了大量的研究,在这个地层中发现了铱元素。铱元素在地球上非常稀少,上下2个地层中铱元素的含量还不到这个地层的万分之一。如此高的铱元素常出现在小行星上,这就给小行星撞击地球导致恐龙灭绝这一学说提供了依据。那么,恐龙灭绝还有哪些其他学说呢? 

学生活动4 根据课前预习或经验说出恐龙灭绝的其他学说,如恐龙蛋蛋壳增厚、被子植物出现等原因导致恐龙灭绝。据此,学生可以了解到地层中的化石信息不仅可以推测生命的出现,还可以推测生物灭绝等其他信息。

教师活动5 指导学生利用皮尺测量沉积岩地层模型中各个时代的厚度,并进行等比例缩小。

学生活动5  分组测量,换算出缩小数值,做好记录。

第3阶段:实验室学习

阶段目标 学生根据测量数据推算出数值,制作地层柱,帮助学生直观认识地层形成的先后顺序,得出生物演化的一般规律。

教学策略 在学生对地层有一定认识后,动手制作地层柱,通过循序渐进的教学方式,帮助学生巩固展厅知识,利于学生将间接经验转化为直接经验。

教师活动1 根据测量推算出的数值,指导学生利用彩砂等材料制作地层柱。在制作地层柱过程中,可能会遇到一些问题,比如彩砂局部量多或量少出现凸起或凹陷,甚至几层彩砂同时下陷,这正好与实际地质现象中的造山运动对地层的平行不整合现象相对应,为学生引出地理课程中的相关知识,构建学科间的联系。

学生活动1 根据相关知识检验所测量数值的准确性,并以此作为依据制作地层柱。①取1个圆柱形玻璃瓶贴上带刻度的贴纸,瓶身15厘米。②核对在展厅实际测量的各个时期地层厚度,换算出模拟地层的各个时期厚度。③用相应颜色的彩砂替代各个时期的地层向玻璃瓶中填充,此过程可以放入相应时期的动植物图片,如中生代时期的地层放入恐龙及裸子植物的图片。④灌入胶水,封盖保存。

教师活动2 总结展厅及实验室学习的知识,分组讨论地层中生物出现的特点。

学生活动2 通过讨论总结得出结论:不同地层中出现的化石,早期化石结构简单,晚期化石结构复杂;早期地层中生物种类少,生物结构简单、低等,晚期形成的地层中生物种类多,生物结构复杂。


结语

本节课基于学生感兴趣但理解相对困难的进化知识,将自然博物馆资源与课堂教学进行整合,解决学校教学课堂上的难题,找到与教学内容相契合的展览展品,基于展品、围绕展品、突出展品,以实物的形式在具体情境中开展探究性学习,扩展科学知识,有效落实教学目标,提高学生进一步探索的乐趣。


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