植物進化在大學通識教育中教學探究
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摘要：通識教育是一種自由、通達的教育，同時也是一種重視文明、拓寬基礎和培養高端人才的教育。它是對核心教育課程和專業教育課程的有力補充。在重視綜合型和高素質人才培養的今天，各高校在本科生課程中不斷設置和增加通選課，開展通識教育。文章綜述了高校通識教育中植物進化所開設的課程類型，以及在此基礎上提出了植物進化的教學設計。文章結果對植物進化在通識教育課程中提高學生綜合對比分析能力以及培養學生的辯證發展眼光有很大幫助。文章為我國的教育教學實踐提供植物進化的設計案例，為大學教師甚至中學教師提供了教學參考資料。
通識教育（GeneralEducation）是教育的一種。它的目標是在現代多元化的社會中，為受教育者提供通行于不同人群之間的共有知識和價值觀[1]。在我國，通識教育的思想源遠流長，《中庸》提到，做學問應“博學之，審問之，慎思之，明辨之，篤行之”。《周易》主張“君子以多識前言往行”。《論衡》指出“博覽古今為通人”“讀書千篇以上，萬卷以下，弘揚雅言，審定文牘，以教授為師者，通人也”。古人認為博學多識就可達到出神入化，融會貫通。通識教育可產生通才，即博覽群書，知自然人文，知古今之事，博學多識，通權達變，通情達理，兼備多種才能的人[2]。中國教育學會會長顧明遠主編的《教育大辭典》中將通識教育闡述為大學生在高等教育階段，均應接受有關共同內容的教育[3]。眾多全球知名的大學都在教育中利用通識教育試圖增加學生知識的廣度與深度，拓展學生視野，使學生兼備人文素養與科學素養，把學生培養成“全面發展的人”[4]。當前，我國已進入中國特色社會主義的新時代，強調建設生態文明社會，即：以人與自然、人與人、人與社會和諧共生、良性循環、全面發展、持續繁榮為基本宗旨的文化倫理形態。樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念。堅持節約資源和保護環境基本國策[5]。提出了同心打造人類命運共同體的重要思想，各國要有共同利益觀、可持續發展觀和全球治理觀。相對專業課程，通識課程正好具有培養學生新時代意識的獨特優勢。利用課程培養出具有生態素養、環境意識和人類命運共同體意識的綜合性人才。植物進化指的是隨著地球上自然地理環境的變遷，植物界自身在矛盾中不斷的運動和發展。在學科上，它兼顧地理科學和生命科學。植物進化的講解使學生對科學探索與技術創新模塊和生命關懷與生態環境模塊進行深刻理解，同時可培養學生的可持續發展理念。當前在國內通識教育中，與植物進化相聯系的課程有生命的起源與進化、人類與生態文明、生命科學與健康教育、地球歷史及其生命的奧秘等，大致有近10門課程。在國內所有高校內，基本上都有開設與植物進化有關的通識課程。但各高校課程設置、授課方式均存在較大差異。同時，我們檢索相關論文后發現，現階段高校教師發表與植物進化相關的教學研究數量較少。本文以大學通識課程中的植物進化為對象，設計教學方式，講授植物進化五大階段的所處時期、代表植物的分類及其特點、植物生長繁殖方式、植物與人類之間的關系等相關方面，對比分析它們之間生長環境、植物體和繁殖方式等方面的差異。最后，總結出進化的規律。此教學設計利用講授法和比較法，利于發揮教師的主體作用，調動學生積極性，有利于科學思維與能力的培養，提高學生科學分析問題、解決問題的能力。本文提出的植物進化教學設計可以為各高校開展與植物進化相關的通識課程提供一個教學模板。
一、教學設計
（一）教學目標
教學目標是教學將使學生發生何種變化的明確表述，是指在教學活動中所期待學生得到的學習結果。在教學過程中，教學目標起著十分重要的作用。教學活動以教學目標為導向，且始終圍繞實現教學目標而進行[6]。本文認為，通識教育中開展植物進化的教學目標主要包括以下3點：
1.認知目標
了解植物進化的五大階段；了解藻類、裸蕨、蕨類、裸子和被子植物的主要特點；了解植物進化關系。
2.技能目標
通過對比各類植物的特點，提高學生的觀察能力和綜合比較分析能力。3.思想情感目標通過課程學習，激發學生對生物科學的求知欲及探索科學知識的興趣，同時培養學生用發展的眼光看待事物，樹立一種長遠的眼光，認清事物發展的總趨勢是前進的、上升的。
（二）教學重難點
本文認為，通識教育中植物進化的教學重點為植物進化各個階段各類群植物的形態結構、生活習性、生殖方式和主要特征比較和分析。教學難點為引導學生觀察五類植物特點的不同，闡述植物進化規律。
（三）新課導入
生物學家拉馬克和達爾文提出生物進化的理論，他們認為，所有的生物都不是上帝創造的，而是進化來的，進化所需要的時間是極長的；復雜的生物是由簡單的生物進化來的，無論是植物或動物，都按一定的自然順序進化，由簡單到復雜，由低級到高級；進化是樹狀的，不但向上發展，而且向各個方面發展，進化無時無刻不在[7]。本文由此對植物進化進行導入，學習植物進化各階段的特點，探究演化規律。
二、教學講授環節
（一）植物進化五大進化階段
植物是能夠進行光合作用，將無機物轉化為有機物并獨立生活的一類自養型生物。植物可以通過光合作用吸收空氣中的二氧化碳并產生氧氣，為自身和其他生物提供能量來源。但在大約46億年前，地球是熾熱的，充斥著有毒的氣體，沒有生命存在。距今35億年前，為了獲取穩定的太陽能源，地球上開始出現光合細菌，之后經過上億年的發展，出現藍藻，此后出現真核藻類，并發展到高等植物。截止到今天，地球上已經發現有50余萬種植物。總的來說，植物進化的歷程是從低等到高等，從簡單到復雜，從水生到陸生的。根據植物界演化總規律，可以把植物的進化之路分為五大步：依次是藻類植物時代、裸蕨植物時代、蕨類植物時代、裸子植物時代和被子植物時代。根據有機體的結構完善程度，將植物分為兩大類：低等植物和高等植物。低等植物的植物體是單細胞或多細胞，沒有根莖葉的分化，包括細菌、藻類和真菌，主要生活在水中和潮濕地區。高等植物的植物體有組織和器官分化，有多細胞的生殖器官，包括苔蘚、裸蕨、蕨類植物和種子植物。
1.菌藻類時代
從35億年前開始到4億年前（志留紀晚期）近30億年的時間，地球上的植物僅為原始的低等菌類和藻類。其中從35～15億年間為細菌和藍藻獨霸的時期，常將這一時期稱為細菌-藍藻時代。從15億年前開始出現紅藻、綠藻等真核藻類。藻類植物起源于32億年前的前寒武紀，直到大約6億年前的寒武紀，藻類為地球上唯一的綠色植物，這一時期為“藻類植物時代”。種類繁多的藻類是植物界的低等類型，藻類植物約有3萬種，主要分布于淡水或海水中，沒有根莖葉等器官的分化，可以進行光合作用產生氧氣，單細胞藻類依靠細胞分裂生殖，多細胞藻類主要靠孢子進行無性繁殖，僅有極少數以合子為基礎的有性生殖。藻類植物分為淡水藻類和海洋藻類兩種，淡水藻類有多細胞的水綿和單細胞的衣藻等，海洋藻類分為紫菜、海帶、石花菜、鹿角菜等等。藻類包括藍藻門、裸藻門、甲藻門、金藻門、黃藻門、硅藻門、綠藻門、紅藻門、褐藻門等，紫菜便屬于紅藻門，海帶屬于褐藻門。藻類植物大小差異較大，小則幾微米，大則百米有余。在數億年的時間里，藻類植物從原核藻類發展到真核藻類，原核藻類如藍藻，沒有細胞核，無性孢子繁殖；真核藻類有很多種類，如綠藻門、裸藻門、輪藻門、金藻門、褐藻門和紅藻門等等，可以通過有性和無性孢子繁殖[8-9]。
2.裸蕨植物時代
裸蕨為4億年前一些綠藻演化出的原始高等陸生維管植物，在距今3.9～3.7億年前的早、中泥盆紀盛極一時，它們經歷了約3千萬年向陸地擴展的時間，并開始朝著適應各種陸生環境的方向發展分化，廣布全球，是當時陸生植物的優勢種，這一時期為“裸蕨植物時代”，直到距今3.6億年的晚泥盆紀才趨于絕滅。它們是一種體型矮小、結構簡單的植物，因莖軸暴露，故名裸蕨，主要依靠孢子生殖，以及少數為有性生殖，它們雖無真根，也無葉子，但體內已具維管組織，又長出了假根，不但有利于水分和養分的吸收及運輸，而且加強了植物體的支持和固著能力，使得可以生活在陸地上。苔蘚植物在泥盆紀時出現，是一群小型的高等植物，沒有真根和維管組織的分化，多生于陰濕環境中，主要依靠孢子生殖，以及少數為有性生殖。苔蘚植物分為苔綱、蘚綱和角苔綱，全世界約有23000種，但是沒有形成陸生植被的優勢類群，只是植物界進化中的一個側支。現存苔蘚植物起源有兩種假說，一方面可能起源于綠藻，一方面可能起源于裸蕨植物。裸蕨植物大致可分為三種類型，即瑞尼蕨型、工蕨型和裸蕨型。瑞尼蕨型植物的典型代表是瑞尼蕨，它是一群構造簡單的小型草本植物。孢子體沒有地上部分與地下部分的明顯分化，地下長著絲狀假根，這些特征，和現代蕨類植物完全一致；工蕨型的代表植物是工蕨，它地上和地下部分的區別尚不明顯，也無根、莖、葉的分化，長在地面的擬根莖部分；裸蕨型植物的代表為裸蕨，它的主軸比較粗壯，并常呈假單軸式的分枝[10]。裸蕨植物在植物進化中的地位是十分重要的。根據其化石地層的古老性和形態結構的原始性，無論是古代還是現代生活的維管植物或是高等植物都起源于裸蕨植物。因此，裸蕨植物代表了植物系統演化過程中最初的陸生植物或最原始的高等植物[11]。
3.蕨類植物時代
蕨類植物是進化水平最高的孢子植物，在晚泥盆紀出現，并于早二疊紀滅亡。在泥盆紀晚期，大氣中的含氧量已達到現在的10%，地球的外層已有了一層臭氧層，可以阻擋紫外線的直接輻射，這些條件都對生物的陸地生活極為有利。這時，在植物界中由裸蕨植物的某些類型逐漸演變成為具有根、莖、葉分化的蕨類植物，在隨后的石炭紀和二疊紀早期大量發育，十分興旺，個體常常是木本大樹，構成了當時獨特的蕨類植物森林。所以這一時期也稱為蕨類植物時代。現存蕨類植物約12000種，現存蕨類植物在中國植物志分類系統中分為木賊綱、蕨綱、水韭綱、石松綱和裸蕨綱。木賊綱又稱為節蕨綱，出現于早泥盆紀，在晚泥盆紀到早石炭紀時與石松綱構成陸地植被主要物種，之后大部分種類滅絕。蕨綱分布于世界各地，熱帶和亞熱帶最多，代表植物有觀音座蓮。水韭綱植物生活在水邊或水底，遍布溫帶地區。石松綱是小型至大型蕨類，土生，廣布全球。裸蕨綱是目前所知最古老最原始的陸生高等植物，植物體都比較矮小，主要生活在濱海的潮濕低地[8]。蕨類植物跟苔蘚植物相比，具有根莖葉的分化，有專門運輸物質的輸導組織；蕨類植物不開花也不結種子，葉子背面有褐色隆起，為孢子囊群，每個孢子囊中有很多孢子，孢子是一種生殖細胞，成熟后從囊中釋放出來，在溫暖潮濕的地方萌發與生長。蕨類植物的生活史包括孢子體和配子體兩個世代，孢子體產生孢子，是無性生殖，然后孢子發育成配子體，配子體產生精子和卵細胞，受精后再發育成孢子體，是有性生殖。因此蕨類植物是無性生殖和有性生殖交替進行的[9]。
4.裸子植物時代
裸子植物最早出現約在34500萬年至39500萬年之間的古生代泥盆紀，由于許多蕨類植物不適應當時環境的變化，大都相繼絕滅，裸子植物取代最原始的裸子植物（原裸子植物），成為優勢種，中生代為裸子植物最繁盛的時期，即從二疊紀至白堊紀早期，歷時約1.4億年，故稱中生代為裸子植物時代。裸子植物種子裸露，外面沒有果皮包被，裸子植物依靠種子萌發進行繁殖，也依靠植物的根、莖進行無性繁殖，同時有發達的輸導組織，裸子植物一般都比較高大，可以在干旱和貧瘠的土壤中生長。現存裸子植物約800種，中國植物志分類系統可將現代裸子植物分為蘇鐵綱、銀杏綱、松柏綱和買麻藤綱。蘇鐵綱代表植物是蘇鐵，由于樹木密度大或生長需要大量鐵元素得名，多為常綠木本植物，樹高可達8m，蘇鐵生長緩慢，有“千年鐵樹開花”的說法；銀杏綱僅存有銀杏一種，銀杏為落葉喬木，是地球上現存最古老的樹種之一，被稱為“活化石”。
5.被子植物時代
被子植物起源于約1.3億～1.35億年前的早白堊紀，并取代了裸子植物的優勢地位，這個階段成為被子植物時代。現知全世界被子植物共有20多萬種，占植物界總數的一半以上。被子植物有根、莖、葉、花、果實和種子等結構。被子植物和裸子植物的繁殖方式相同，都依靠種子或根和莖進行繁殖，其種子發芽的時候有的有兩片葉子，有的只有一片葉子，由此可將被子植物分為雙子葉植物和單子葉植物，常見的雙子葉植物有蘋果、桃、栗等，單子葉植物有小麥、玉米、水稻等。雙子葉植物的花葉多數為4基數，而單子葉植物大部分是3基數；再者，雙子葉植物是直根系，單子葉植物為須根系；從葉片來講，單子葉是平行脈絡，雙子葉植物是網狀脈絡。被子植物有真正的花，是顯花植物，花基本由花萼、花冠、雄蕊和雌蕊等部分組成，外層為萼片組成的花萼，具有保護花的作用，內層由花瓣組成的花冠，通常色澤鮮艷，具有引誘傳粉者的作用，雄蕊含有花粉，雌蕊是心皮的總稱。被子植物的果實類型有漿果、核果和梨果等肉果，也有莢果、蒴果、堅果和翅果等干果，果實類型多樣。被子植物一般都具有發達的輸導組織，保證了體內水分和營養物質的運輸能夠暢通無阻；種子外面有果皮包裹著，這可以保護種子。被子植物才成為了地球上種類最多、分布最廣泛、適應性最強的優勢類群。
（二）植物進化各階段植物特征
植物各進化階段的特征見表1。通過表格發現，植物進化的規律為，植物從低等到高等；植物體結構由根莖葉不斷分化到進化出花、果實和種子；植物體生長得越發高大粗壯；生長環境從海洋到淺海和陸地并在全球范圍內廣布；生殖方式也從簡單的營養繁殖到孢子生殖，再到種子繁殖。
三、結束語
本課對植物進化的五大階段進行了講授，使學生對植物的進化有了清楚的認識，從中呈現出一種進步性發展的趨勢。當植物在環境改變時，為了適應環境，植物只能不斷地進化，這便是進化的意義所在。縱觀植物界的發生發展歷程，可以看出整個植物界是通過遺傳變異、自然選擇（人類出現后還有人工選擇）而不斷發生和發展的，并沿著從低級到高級、從簡單到復雜、從無分化到有分化、從水生到陸生的規律演化。新的種類在不斷產生，不適應環境條件變化的種類不斷死亡和絕滅。
作者:曹羅丹 楊曉東 孫艷偉 單位:寧波大學地理與空間信息技術系 陸海國士空間利用與治理研究中心
