資源簡介

教案
教學基本信息
課題
生命的起源與生物進化的歷程（第1課時）
學科
生物
學段：初中
年級
八年級
教材
書名：生物學出版社：人民教育出版社
教學目標及教學重點、難點
教學目標：
1.描述幾個生命起源的證據與觀點。
2.概述生物進化的主要歷程。
3.概述研究生物進化的證據及研究方法
4.嘗試區分事實和觀點；
教學重點：
1.嘗試區分事實和觀點；
2.概述生物進化的主要歷程
教學難點：
1.嘗試區分事實和觀點；
2.練習使用比較、推理等思維和研究方法；
教學過程(表格描述)
教學環節
主要教學活動
設置意圖
引入
地球上已經發現和命名的生物約130萬種。這些多種多樣的生物，是如何形成的呢？地球上最早的生命是怎樣出現的呢？這些問題非常特殊，這個已經發生的過程，沒有辦法去親歷或者再現，這對研究這一過程是如何發生的，帶來了巨大的挑戰。既然不能通過直接的觀察獲得答案，甚至也難以有確鑿的證據。那么科學家是如何研究這類問題的呢？
引起興趣，產生問題。從研究方法入手，帶領學生重歷研究生命起源和生物進化的方法和思路
1.研究方法：基于證據，運用邏輯推理，做出推測
在研究這一類問題時，研究者在觀察了大量現象和事實的基礎上，通過聯想和想象，提出一些假設，然后再收集證據來驗證這些假設，有的假設最終被證明是錯誤的，而那些暫時未被證明是錯誤的假設，將進一步接受證據的檢驗，當越來越多的證據都不能否定它的時候，假設就變成假說或者推論，漸漸變成被廣泛接受的理論體系，這些推論和理論體系將進一步接受新證據的檢驗。
研究地球上生命的起源，以及多種多樣的生物是如何形成的，研究者主要采用：推測。即：基于證據，運用邏輯推理，做出推測。
生物學的研究，主要是兩件事，其一，是發現（發現事實和規律）；其二，是解釋（解釋生命現象）。
推測和理論，都是為解釋生命現象提供的框架。關于生物是如何產生的，也就是生命起源問題，有化學起源等假說來進行解釋；而對于多種多樣的生物是如何形成的？生物進化學說，給出了較能讓人信服的解釋。
明確該領域研究的目的是解釋生命現象。主要的研究方法是：基于證據，運用邏輯推理，做出推測
該方法和思路是本節課學習的線索。
2.地球上生命的起源：海洋化學起源說，深海熱泉說和星外來客說
今天，我們一起來看看這些學說是如何解釋地球上生命的起源及生物多樣性的形成。
先從地球的形成開始，地質學研究表明，地球是在46億年前形成的。原始地球剛剛形成時，異常炎熱，隕石撞擊，火山噴發，在這樣的環境條件下，是不能有生命的。大約44億年前，地球溫度下降，使大氣中的水分凝集，可能導致了暴雨和閃電。大量的雨水匯聚成了海洋。有些科學家推測，原始生命是在34-39億年前在海洋中誕生的。
要明白生命是如何產生的，我們需要來看看生命和非生命的區別。構成生命的物質與非生命物質世界最大的區別在于，生命中含有有機物，在構成生命的有機大分子中，蛋白質和核酸，是非常重要的兩種生命物質。核酸是遺傳物質，而蛋白質是生命活動的體現者。因此研究生命起源的問題，可以回溯到構成生命的有機大分子是否可以在原始地球條件下形成。
關于生命起源，有很多假說，這些假說都是建立在一定的證據基礎上的。如關于生命起源的“海洋化學起源說”，其主要觀點是：原始生命起源于原始海洋，是由非生命的物質逐步演變成最早的生命形式：
原始地球上的無機小分子→有機小分子物質（如氨基酸等）→有機大分子物質（如蛋白質和核酸）→原始的生命（單細胞生物）
right15875目前，有一些證據能夠證明這個推測中的某些環節，是可行的。
1953年，美國學者米勒，模擬原始地球的條件和大氣成分，將甲烷、氨、氫氣、水蒸氣等氣體泵入一個密封的裝置內，并模擬閃電，進行火花放電。一段時間后，在裝置中收集到了多種氨基酸。該實驗證明，從無機小分子到有機小分子的過程，是可以實現的。
該學說還有一些其他的證據，但是也還有一些沒有辦法確認的細節。
關于生命起源，還有另外幾個假說。
2656840499110深海熱泉說，研究者推測，最早的生命可能來自深海熱泉附近。主要證據是：1979年，科學家在加拉帕戈斯群島（就是讓達爾文產生進化論靈感的地方）首次發現了海底“黑煙囪”。此后，在很多海域都有發現。
2017年，我國科學家利用“蛟龍號”，在西北印度洋成功發現海底“黑煙囪”。
在這個沒有陽光照射、了無生機的深海中，黑煙囪卻創造出一個“生命綠洲”。盡管黑煙囪活動區的溫度極高，但它四周是冰冷的海水，水溫很快就降到生命可以承受的程度。黑煙囪噴出的大量硫化物、甲烷等化學物質，為微生物提供充足的能量，其它動物則依靠這些微生物合成的有機物為食物來源。這里的“居民”依靠黑煙囪等海底熱液口釋放的地熱和物質生活，被稱為“黑暗生物圈”。
最新研究發現，至少在37.7億年前，深海熱液噴口及其周圍就存在微生物活動的證據，這可能代表著地球上最早期的生命形式。也許生命起源之謎的答案，就蘊藏在“黑煙囪”里。
也有人推測地球上的生命可能來自外星球。支持此觀點的證據，主要來自小行星撞擊地球，和地球上的隕石坑。1969年，人們發現，墜落在澳大利亞的隕石中含有并非來自地球的氨基酸。另外天文學家在星際空間發現了數十種有機物。如果生命的確來自外太空，那么外太空的生命又來自何方？
以上是關于生命起源問題的解釋，雖然懸而未決，但是探索本身就充滿了樂趣。我們可以持續關注
基于證據，運用邏輯推理，做出推測。該方法和思路是本節課學習的線索。關于生命起源的幾個假說，都有自己的證據，但是證據均不夠充分。在這個環節，主要是提供證據，并給出推論的觀點的主要內容。屬于知識和方法的分享，開闊視野，激發興趣。
3.研究生物進化的方法和證據
3.1研究生物進化的化石證據3001010674370地球上在很多地方存在的沉積巖，表明地球的形成，是一個不斷積累的過程。峽谷兩側的巖壁，我們可以看到沉積巖一層疊著一層。靠近峽谷頂部的沉積巖形成得最晚，是年輕的巖層。越靠近峽谷的底部，巖層越古老。在這些地層中，埋藏著古生物的化石，化石是古生物曾經在地球上生活過的直接證據。在越早形成的地層，成為化石的生命越古老，越近形成的地層，成為化石的生物越年輕。地層和埋藏于其中的化石，形成了一部生命演化的歷史書。
我們觀看這本書，會發現，在較深的地層中，化石所代表的生物種類少，結構簡單，而在較新的地層中，生物種類多，結構也更為復雜。這稱為相對測時法。
由此可以做出推測：生命的演化，是從簡單到復雜，從種類少逐漸發展為種類多樣。
但是巖層常會因為地質活動發生扭曲變形，使得這種判斷方法出現問題。再者，這種判斷方法只能判斷哪塊巖層或者化石較為古老，不能確定化石形成的實際年代。
絕對測時法，可以測定化石的實際年代。化石所在的巖石中含有放射性元素，容易衰變或分裂成其他不同的元素。科學家可以通過對樣品中的放射性元素以及它所衰變成的元素的含量進行比較，來計算這塊巖石的年齡，由此就能知道化石形成的年代了。
科學家利用這種方法，計算出了許多不同化石和巖石的年齡。根據這些信息，創建了一張地球歷史的“歷書”，這部史書，也包含了生物演化發展的歷史。
318452515875不同地質年代所發現的不同化石是直接論述生物進化的最可靠、最直接的證據。
迄今為止，人類發現的最古老的生物化石，是距今35億年前的絲狀細菌的化石，該化石把生命起源的時間定位在35億年前。不僅如此，根據這個化石的特點，研究者判斷最早的生物是沒有細胞核的單細胞生物。
從最早的生命在35億年前出現，到人類的出現，不同種類的生命是在什么時候出現，都標注在這份史書上。例如距今5.6億年前的寒武紀就出現的最有代表性的遠古動物，是節肢動物的一種，全身明顯分為頭、胸、尾三部分，背甲堅硬，背甲為兩條背溝縱向分為大致相等的三片——一個軸葉和兩個肋葉，因此名為三葉蟲。
三葉蟲在5億～4.3億年前發展到高峰，至2.4億年前的二疊紀完全滅絕，前后在地球上生存了3.2億多年，可見這是一類生命力極強的生物。在漫長的時間長河中，它們演化出繁多的種類，有的長達70厘米，有的只有2毫米。
三葉蟲化石是重要化石之一，是劃分和對比寒武紀地層的重要依據。三葉蟲和許多其它生物一起共同揭開了地球走進生物多樣化的序幕，從此，一個欣欣向榮的生物世界才真正出現。
另外，過渡類型的生物化石，為我們提供了一類生物如何演變成另一類生物方面的有力證據。
讓我們來看看一個發現于德國的始祖鳥化石。從這個化石中，你看到了什么？對于非專業人士，觀察化石的特征，會有一些困難，所以研究者會根據化石的形態結構特點，參照現有的相似的生物，把化石做成復原圖。始祖鳥化石所代表的生物，既有鳥類的特征，又有爬行動物的特征。
以上研究結果顯示，始祖鳥是介于爬行動物和鳥類之間的中間過渡類型。證明了生物類群間的進化。
雖然這樣的研究很直接，但是遺憾的是，并不是所有的生物都留下了化石。因此關于地球生物演化歷程的研究，還需要其他的證據。
接下來我們來截取一個片段看看具體的研究時如何展開的。
例如，魚類、兩棲類、鳥類、爬行類和哺乳類同屬于脊椎動物，它們之間的進化歷程是如何的呢？請同學們根據你已有的知識做個推測。
請同學們判斷這兩種推測，哪個更準確：
（1）魚類→兩棲類→爬行類→鳥類→哺乳類
鳥類
（2）魚類→兩棲類→爬行類
哺乳類
接下來，讓我們看看關于這一推測的證據。
魚類，生活在水中，按照進化論的觀點，古代魚類逐漸演化發展為古代兩棲類，然后是古代爬行類，然后在地球上出現哺乳類和鳥類。
按照此觀點，魚類是所有四足動物的最早祖先。能夠證實這一觀點的證據有哪些呢？
1938年，人們發現了一種肉鰭魚類，命名為拉蒂邁魚。它是原被認為早在距今1億2千萬年前（白堊紀早期）就已絕滅的現生代表。在中國古動物博物館中，珍藏著科摩羅政府在1982年贈送給我國的一條拉蒂邁魚標本，這個標本是中國古動物館的鎮館之寶之一。
我們熟悉的魚類的鰭，都是由沒肉沒骨頭的鰭條構成，但拉蒂邁魚的鰭肉乎乎的，完全有別于我們熟悉的魚鰭，它的鰭肌肉發達，內部還有骨骼支撐，這是不是隱約有點四肢的樣子了？
肉鰭魚類最繁盛的時代，是三億多年前的泥盆紀，后來幾乎都滅絕了，但拉蒂邁魚卻一直存活到了現在，我們稱它為“活化石”。
活化石，專指經歷過漫長的地質時期而變化很小迄今還活著的物種，必須具備以下條件：
在解剖上真正與某一古老物種相似；
這一生物種至少有2000～3000萬年以至上億年的歷史；
分布范圍非常狹小，且現存生物種僅有一種或少數種為代表。
這些活化石，成為研究生物進化的重要證據，是活著的化石。
肉鰭魚不斷演化，鰭肢越來越強壯，終于在大約3.6億年前的泥盆紀末演化出了魚石螈類。魚石螈類是最古老的四足動物，即最原始的廣義兩棲動物，最早的化石是1929年在格陵蘭島發現的。它身長約1米，兼有魚類和兩棲類的特性。古生物學界普遍認為這種由“提塔利克魚”進化而來的最古老的四足動物，登上了陸地。亞洲唯一的發現——潘氏中國螈，發現于中國寧夏，標本也保存在中國古動物館。
那么，長出四肢，動物是不是就可以上岸了呢？魚離不開水，是因為它們擁有只能在水中呼吸的器官—鰓，因此除了運動器官四肢之外，肉鰭魚類登陸還需要另一套革命性的器官——呼吸器官。陸生脊椎動物靠肺呼吸，魚類用鰓呼吸，但它們還有一個與呼吸有關的結構，那就是鰾。這是魚類體內儲存空氣的器官，它的收縮和膨脹可以協助魚兒在水中下沉或上浮。肉鰭魚類在發展四肢的時候，體內的這個泡狀器官也變得越來越復雜，慢慢演變成了原始肺，為陸上生活準備了全新的呼吸器官。
就這樣，有了原始的四肢，有了肺等在陸地呼吸的器官，肉鰭魚類就可以勇敢地登陸了。兩棲類、爬行類、鳥類、哺乳類，四肢的共同的源頭都是肉鰭魚。人類也是一種“超級改進版”的肉鰭魚，我們用“胸鰭”翻書、玩手機，并用“腹鰭”走路。
之前我們也分析過，始祖鳥化石，是古代爬行類向鳥類演化發展的中間過渡類型。
那么，爬行類、鳥類和哺乳類之間又是怎樣的演化關系呢？
在澳大利亞，有一種古來的生物，鴨嘴獸，2500萬年前就已經在地球上出現，但時至今日其外形外貌依然沒有多少改變，屬于未完全進化的動物。關于它的分類，也曾令科學家頭疼不已。鴨嘴獸是胎生的，胎生的動物應該都是哺乳類動物，但鴨嘴獸卻是卵生，小鴨嘴獸是通過孵化后從蛋中破殼出世的；然而，它們又通過哺乳行為養育幼崽。研究者一致認同，這種既具有爬行動物特點，又具有哺乳動物特點的卵生哺乳動物，是古代爬行類向現代哺乳類演化發展的過渡類型。
以上都是化石提供的證據，在對化石進行研究時，研究者將化石所代表的生物與其他古生物進行比較，還將這些古生物與現存生物進行比較，比較它們的化石在地層中的順序，它們的形態結構特點等，進行比較，根據相似程度，來推斷生物演化的規律和不同生物的進化歷程以及生物之間的親緣關系。
3.2.研究生物進化的胚胎學證據、比較解剖學證據和分子生物學證據
除了化石證據，還有一些其他的證據，也可以顯示生物之間的進化關系和親緣關系。
如，人們發現，魚類、兩棲類、爬行類、鳥類和哺乳類的個體，都是從受精卵發育而來的，由此推斷：這些動物可能都起源于單細胞的生物。
人們還發現，這些動物早期胚胎非常相似，都具有鰓裂和尾，由此推斷：這些動物可能起源于共同的祖先，該古老生物生活在水中，用鰓呼吸，有尾。
right28575以上個體發育特點的證據，被稱為胚胎學證據。
還有一類證據，來自比較解剖學，研究者以一系列的動物為對象，比較不同動物的形態結構上的異同，以確立它們彼此間的親緣關系，從而闡明進化的途徑與規律。例如：對幾種哺乳動物前肢結構和位置等進行比較，發現它們的結構高度相似，但是形態和功能有差異。結構的高度相似性，可以說明：這些動物是由共同的祖先發展來的。而形態上的差異，則反映這些動物在進化過程中，在不同的環境中生活（蝙蝠和鳥類在空中飛，海豚在水中，馬在陸地，而人的生活環境和方式又高度特化），適應這些不同的環境，它們的功能趨異，形態上也產生了差異。
隨著科學技術的進步，研究者從分子水平，對不同生物進行比較，來驗證他們之間的相似性，從而進一步確認它們的親緣關系。例如：
對幾種生物細胞色素C，這種蛋白質的氨基酸序列進行比較，發現人與黑猩猩的親緣關系較近，而與酵母菌的親緣關系較遠。這也與其他證據是高度契合的。
讓我們來小結一下：研究生物進化，最直接的證據是化石證據。研究者將化石所代表的古生物和古生物進行比較，還把古生物與現存生物進化比較，還把現存生物與現存的其他生物進行比較。活化石，因為既具有古老的特征，又是現存的生物，成為研究生物進化非常好的素材。
3.3生物進化研究證據和方法的小結
177800600710研究者在比較上述生物的時候，會比較它們的它們在地層中出現的先后順序，比較它們的形態結構特點、個體發育特點，甚至是它們的遺傳物質，或者是特殊蛋白質的氨基酸序列。在這些事實基礎上，對生物的進化進行推理。不僅推理生物進化的規律和趨勢，這個規律和趨勢可以從三方面來總結：（1）從形態結構來看，是從簡單到復雜；（2）從生活環境來看，是從水生到陸生；（3）從進化水平來看，是從低等到高等。
同時，還可以確定不同生物的親緣關系：相似程度越高，親緣關系越近。
從最重要直接的證據開始，引入研究的主要方法，比較法。
不同的化石證據，在研究生命進化歷程中所起的作用是不同的，在這個環節，介紹了幾個最著名的化石，同時用這些化石的研究帶出研究方法和思路的學習。
不同證據之間互為佐證，能夠很好體現科學研究的嚴謹性和邏輯，也能讓學生體會到科學是開放的和發展的。
研究生物進化的證據很多，但是最主要的是化石證據，對化石證據如何展開研究，其他證據與化石證據之間的關系。在這個小結中，得到了提升。有助于理性思維的發展。
4.生物進化的歷程
當然，通過這樣的研究，也確定了生物之間進化的關系。
關于生物進化的研究成果，還被勾畫出“進化樹”這樣的表達方法。在如圖所示的進化樹上，所有的生物都是從單細胞的生物演化發展而來的。
4.1無脊椎動物的進化歷程
221234015875單細胞生物中的一支，逐漸演化發展為動物。
從身體只有一個細胞的動物，逐漸演化發展為多細胞的動物；
從身體輻射對稱，有口無肛門的腔腸動物，到身體兩側對稱，有口無肛門的扁形動物。
到了線形動物，身體雖然圓柱狀，但是這類動物有口也有肛門；
再接下來，動物的一支，發展出了軟體動物這樣，有專門運動結構的動物，它們還只能生活在水中或潮濕的地方，身體上的貝殼對柔軟的身體起到了保護作用。動物開始能夠適應更為復雜的環境。
到了環節動物，身體開始出現了分節，身體結構變得更為復雜，例如蚯蚓，用濕潤的體壁進行呼吸，可以在潮濕的泥土中生活，生物開始逐漸擺脫水的束縛。
節肢動物不僅身體分節，附肢也分節，大大增加了它們運動的靈活度。不僅如此，體表的外骨骼，既可以保護體內柔弱的器官，還可以防止水分過度散失，動物成功地登上了陸地。迄今為止，節肢動物依然是地球上適應性最好的生物之一，種類繁多。
4.2脊椎動物的進化歷程
動物演化的另外一支，體內逐漸演化出了脊柱，脊柱給了動物身體更為強大的支撐，運動能力進一步加強。這類有脊柱的動物，逐漸演化發展為魚類，古代魚類，例如我們之前說的總鰭魚類，是四足動物最早的祖先，脊椎動物演化發展的歷程：魚類（用鰓呼吸，依靠鰭輔助游泳，只能生活在水里）→兩棲類（幼體用鰓呼吸，只能生活在水里，成體用肺兼用皮膚輔助呼吸，從而實現了水陸兩棲）→爬行類是真正適應陸地生活的脊椎動物類群。爬行類因為體內受精，卵外有堅硬的卵殼，從而真正擺脫了水的束縛，成為另外一類成功登陸的動物。古代爬行類，一支演化發展為鳥類，另外一支演化發展為哺乳類。
4.3植物的進化歷程
以上是動物演化發展的歷程，當我們把目光投向植物，原始的單細胞生物，一支演化發展成為動物，另外一支演化發展為單細胞的植物，這些單細胞的植物逐漸發展為多細胞的植物-藻類植物，這一類植物結構簡單，沒有根、莖、葉的分化，只能生活在水中；植物向前演化發展，逐漸出現了莖和葉等器官的分化，這類只有莖和葉，沒有根的植物，是苔蘚植物，苔蘚植物體內還沒有輸導組織的分化，所以長得矮小，只能生活在陰濕的環境中；蕨類植物，體內出現了輸導組織的分化，有了真正意義上的根、莖、葉，
生物進化樹上，不僅可以看到不同生物之間的進化關系，還可以看到他們之間親緣關系。
生物進化的歷程，是對之前學過的關于生物分類知識的一個復習和提升，是從進化的視角再次審視不同種類生物時間的進化關系，以及一些關鍵特征出現對生物適應變化環境的意義。
5.本節課小結
本節課我們首先了解了研究生命起源和生物進化的主要方法，是基于證據，運用邏輯推理，做出推測。這個推測是建立在證據基礎上，對現象的解釋，會進一步接受證據的檢測，得到更多證據支撐的推測，將會受到更多人的接受，逐漸發展為理論體系。
接下來，我們學習了生命起源的海洋化學起源說，深海熱泉說和星外來客說，這些學說各有自己的證據和邏輯，都將繼續接受新的證據的檢測。
本節課最主要的內容是研究生物進化的方法和證據。研究生物進化最直接的證據是化石證據，依據化石在地層中的順序，以及化石所代表的生物的特征，研究者構建了生物進化的理論體系，來自胚胎學、比較解剖學和分子生物學的證據能證明生物進化的觀點，是可靠的。這個理論體系已經被越來越多的證據證實，成為被廣泛接受的理論體系。
生物進化有著明顯的規律和趨勢：
身體結構：簡單到復雜
生活環境：水生到陸生
進化趨勢：低等到高等
梳理重要知識點

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