植物进化在大学通识教育中教学探究
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摘要：通识教育是一种自由、通达的教育，同时也是一种重视文明、拓宽基础和培养高端人才的教育。它是对核心教育课程和专业教育课程的有力补充。在重视综合型和高素质人才培养的今天，各高校在本科生课程中不断设置和增加通选课，开展通识教育。文章综述了高校通识教育中植物进化所开设的课程类型，以及在此基础上提出了植物进化的教学设计。文章结果对植物进化在通识教育课程中提高学生综合对比分析能力以及培养学生的辩证发展眼光有很大帮助。文章为我国的教育教学实践提供植物进化的设计案例，为大学教师甚至中学教师提供了教学参考资料。
通识教育（GeneralEducation）是教育的一种。它的目标是在现代多元化的社会中，为受教育者提供通行于不同人群之间的共有知识和价值观[1]。在我国，通识教育的思想源远流长，《中庸》提到，做学问应“博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之”。《周易》主张“君子以多识前言往行”。《论衡》指出“博览古今为通人”“读书千篇以上，万卷以下，弘扬雅言，审定文牍，以教授为师者，通人也”。古人认为博学多识就可达到出神入化，融会贯通。通识教育可产生通才，即博览群书，知自然人文，知古今之事，博学多识，通权达变，通情达理，兼备多种才能的人[2]。中国教育学会会长顾明远主编的《教育大辞典》中将通识教育阐述为大学生在高等教育阶段，均应接受有关共同内容的教育[3]。众多全球知名的大学都在教育中利用通识教育试图增加学生知识的广度与深度，拓展学生视野，使学生兼备人文素养与科学素养，把学生培养成“全面发展的人”[4]。当前，我国已进入中国特色社会主义的新时代，强调建设生态文明社会，即：以人与自然、人与人、人与社会和谐共生、良性循环、全面发展、持续繁荣为基本宗旨的文化伦理形态。树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念。坚持节约资源和保护环境基本国策[5]。提出了同心打造人类命运共同体的重要思想，各国要有共同利益观、可持续发展观和全球治理观。相对专业课程，通识课程正好具有培养学生新时代意识的独特优势。利用课程培养出具有生态素养、环境意识和人类命运共同体意识的综合性人才。植物进化指的是随着地球上自然地理环境的变迁，植物界自身在矛盾中不断的运动和发展。在学科上，它兼顾地理科学和生命科学。植物进化的讲解使学生对科学探索与技术创新模块和生命关怀与生态环境模块进行深刻理解，同时可培养学生的可持续发展理念。当前在国内通识教育中，与植物进化相联系的课程有生命的起源与进化、人类与生态文明、生命科学与健康教育、地球历史及其生命的奥秘等，大致有近10门课程。在国内所有高校内，基本上都有开设与植物进化有关的通识课程。但各高校课程设置、授课方式均存在较大差异。同时，我们检索相关论文后发现，现阶段高校教师发表与植物进化相关的教学研究数量较少。本文以大学通识课程中的植物进化为对象，设计教学方式，讲授植物进化五大阶段的所处时期、代表植物的分类及其特点、植物生长繁殖方式、植物与人类之间的关系等相关方面，对比分析它们之间生长环境、植物体和繁殖方式等方面的差异。最后，总结出进化的规律。此教学设计利用讲授法和比较法，利于发挥教师的主体作用，调动学生积极性，有利于科学思维与能力的培养，提高学生科学分析问题、解决问题的能力。本文提出的植物进化教学设计可以为各高校开展与植物进化相关的通识课程提供一个教学模板。
一、教学设计
（一）教学目标
教学目标是教学将使学生发生何种变化的明确表述，是指在教学活动中所期待学生得到的学习结果。在教学过程中，教学目标起着十分重要的作用。教学活动以教学目标为导向，且始终围绕实现教学目标而进行[6]。本文认为，通识教育中开展植物进化的教学目标主要包括以下3点：
1.认知目标
了解植物进化的五大阶段；了解藻类、裸蕨、蕨类、裸子和被子植物的主要特点；了解植物进化关系。
2.技能目标
通过对比各类植物的特点，提高学生的观察能力和综合比较分析能力。3.思想情感目标通过课程学习，激发学生对生物科学的求知欲及探索科学知识的兴趣，同时培养学生用发展的眼光看待事物，树立一种长远的眼光，认清事物发展的总趋势是前进的、上升的。
（二）教学重难点
本文认为，通识教育中植物进化的教学重点为植物进化各个阶段各类群植物的形态结构、生活习性、生殖方式和主要特征比较和分析。教学难点为引导学生观察五类植物特点的不同，阐述植物进化规律。
（三）新课导入
生物学家拉马克和达尔文提出生物进化的理论，他们认为，所有的生物都不是上帝创造的，而是进化来的，进化所需要的时间是极长的；复杂的生物是由简单的生物进化来的，无论是植物或动物，都按一定的自然顺序进化，由简单到复杂，由低级到高级；进化是树状的，不但向上发展，而且向各个方面发展，进化无时无刻不在[7]。本文由此对植物进化进行导入，学习植物进化各阶段的特点，探究演化规律。
二、教学讲授环节
（一）植物进化五大进化阶段
植物是能够进行光合作用，将无机物转化为有机物并独立生活的一类自养型生物。植物可以通过光合作用吸收空气中的二氧化碳并产生氧气，为自身和其他生物提供能量来源。但在大约46亿年前，地球是炽热的，充斥着有毒的气体，没有生命存在。距今35亿年前，为了获取稳定的太阳能源，地球上开始出现光合细菌，之后经过上亿年的发展，出现蓝藻，此后出现真核藻类，并发展到高等植物。截止到今天，地球上已经发现有50余万种植物。总的来说，植物进化的历程是从低等到高等，从简单到复杂，从水生到陆生的。根据植物界演化总规律，可以把植物的进化之路分为五大步：依次是藻类植物时代、裸蕨植物时代、蕨类植物时代、裸子植物时代和被子植物时代。根据有机体的结构完善程度，将植物分为两大类：低等植物和高等植物。低等植物的植物体是单细胞或多细胞，没有根茎叶的分化，包括细菌、藻类和真菌，主要生活在水中和潮湿地区。高等植物的植物体有组织和器官分化，有多细胞的生殖器官，包括苔藓、裸蕨、蕨类植物和种子植物。
1.菌藻类时代
从35亿年前开始到4亿年前（志留纪晚期）近30亿年的时间，地球上的植物仅为原始的低等菌类和藻类。其中从35～15亿年间为细菌和蓝藻独霸的时期，常将这一时期称为细菌-蓝藻时代。从15亿年前开始出现红藻、绿藻等真核藻类。藻类植物起源于32亿年前的前寒武纪，直到大约6亿年前的寒武纪，藻类为地球上唯一的绿色植物，这一时期为“藻类植物时代”。种类繁多的藻类是植物界的低等类型，藻类植物约有3万种，主要分布于淡水或海水中，没有根茎叶等器官的分化，可以进行光合作用产生氧气，单细胞藻类依靠细胞分裂生殖，多细胞藻类主要靠孢子进行无性繁殖，仅有极少数以合子为基础的有性生殖。藻类植物分为淡水藻类和海洋藻类两种，淡水藻类有多细胞的水绵和单细胞的衣藻等，海洋藻类分为紫菜、海带、石花菜、鹿角菜等等。藻类包括蓝藻门、裸藻门、甲藻门、金藻门、黄藻门、硅藻门、绿藻门、红藻门、褐藻门等，紫菜便属于红藻门，海带属于褐藻门。藻类植物大小差异较大，小则几微米，大则百米有余。在数亿年的时间里，藻类植物从原核藻类发展到真核藻类，原核藻类如蓝藻，没有细胞核，无性孢子繁殖；真核藻类有很多种类，如绿藻门、裸藻门、轮藻门、金藻门、褐藻门和红藻门等等，可以通过有性和无性孢子繁殖[8-9]。
2.裸蕨植物时代
裸蕨为4亿年前一些绿藻演化出的原始高等陆生维管植物，在距今3.9～3.7亿年前的早、中泥盆纪盛极一时，它们经历了约3千万年向陆地扩展的时间，并开始朝着适应各种陆生环境的方向发展分化，广布全球，是当时陆生植物的优势种，这一时期为“裸蕨植物时代”，直到距今3.6亿年的晚泥盆纪才趋于绝灭。它们是一种体型矮小、结构简单的植物，因茎轴暴露，故名裸蕨，主要依靠孢子生殖，以及少数为有性生殖，它们虽无真根，也无叶子，但体内已具维管组织，又长出了假根，不但有利于水分和养分的吸收及运输，而且加强了植物体的支持和固着能力，使得可以生活在陆地上。苔藓植物在泥盆纪时出现，是一群小型的高等植物，没有真根和维管组织的分化，多生于阴湿环境中，主要依靠孢子生殖，以及少数为有性生殖。苔藓植物分为苔纲、藓纲和角苔纲，全世界约有23000种，但是没有形成陆生植被的优势类群，只是植物界进化中的一个侧支。现存苔藓植物起源有两种假说，一方面可能起源于绿藻，一方面可能起源于裸蕨植物。裸蕨植物大致可分为三种类型，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，它是一群构造简单的小型草本植物。孢子体没有地上部分与地下部分的明显分化，地下长着丝状假根，这些特征，和现代蕨类植物完全一致；工蕨型的代表植物是工蕨，它地上和地下部分的区别尚不明显，也无根、茎、叶的分化，长在地面的拟根茎部分；裸蕨型植物的代表为裸蕨，它的主轴比较粗壮，并常呈假单轴式的分枝[10]。裸蕨植物在植物进化中的地位是十分重要的。根据其化石地层的古老性和形态结构的原始性，无论是古代还是现代生活的维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统演化过程中最初的陆生植物或最原始的高等植物[11]。
3.蕨类植物时代
蕨类植物是进化水平最高的孢子植物，在晚泥盆纪出现，并于早二叠纪灭亡。在泥盆纪晚期，大气中的含氧量已达到现在的10%，地球的外层已有了一层臭氧层，可以阻挡紫外线的直接辐射，这些条件都对生物的陆地生活极为有利。这时，在植物界中由裸蕨植物的某些类型逐渐演变成为具有根、茎、叶分化的蕨类植物，在随后的石炭纪和二叠纪早期大量发育，十分兴旺，个体常常是木本大树，构成了当时独特的蕨类植物森林。所以这一时期也称为蕨类植物时代。现存蕨类植物约12000种，现存蕨类植物在中国植物志分类系统中分为木贼纲、蕨纲、水韭纲、石松纲和裸蕨纲。木贼纲又称为节蕨纲，出现于早泥盆纪，在晚泥盆纪到早石炭纪时与石松纲构成陆地植被主要物种，之后大部分种类灭绝。蕨纲分布于世界各地，热带和亚热带最多，代表植物有观音座莲。水韭纲植物生活在水边或水底，遍布温带地区。石松纲是小型至大型蕨类，土生，广布全球。裸蕨纲是目前所知最古老最原始的陆生高等植物，植物体都比较矮小，主要生活在滨海的潮湿低地[8]。蕨类植物跟苔藓植物相比，具有根茎叶的分化，有专门运输物质的输导组织；蕨类植物不开花也不结种子，叶子背面有褐色隆起，为孢子囊群，每个孢子囊中有很多孢子，孢子是一种生殖细胞，成熟后从囊中释放出来，在温暖潮湿的地方萌发与生长。蕨类植物的生活史包括孢子体和配子体两个世代，孢子体产生孢子，是无性生殖，然后孢子发育成配子体，配子体产生精子和卵细胞，受精后再发育成孢子体，是有性生殖。因此蕨类植物是无性生殖和有性生殖交替进行的[9]。
4.裸子植物时代
裸子植物最早出现约在34500万年至39500万年之间的古生代泥盆纪，由于许多蕨类植物不适应当时环境的变化，大都相继绝灭，裸子植物取代最原始的裸子植物（原裸子植物），成为优势种，中生代为裸子植物最繁盛的时期，即从二叠纪至白垩纪早期，历时约1.4亿年，故称中生代为裸子植物时代。裸子植物种子裸露，外面没有果皮包被，裸子植物依靠种子萌发进行繁殖，也依靠植物的根、茎进行无性繁殖，同时有发达的输导组织，裸子植物一般都比较高大，可以在干旱和贫瘠的土壤中生长。现存裸子植物约800种，中国植物志分类系统可将现代裸子植物分为苏铁纲、银杏纲、松柏纲和买麻藤纲。苏铁纲代表植物是苏铁，由于树木密度大或生长需要大量铁元素得名，多为常绿木本植物，树高可达8m，苏铁生长缓慢，有“千年铁树开花”的说法；银杏纲仅存有银杏一种，银杏为落叶乔木，是地球上现存最古老的树种之一，被称为“活化石”。
5.被子植物时代
被子植物起源于约1.3亿～1.35亿年前的早白垩纪，并取代了裸子植物的优势地位，这个阶段成为被子植物时代。现知全世界被子植物共有20多万种，占植物界总数的一半以上。被子植物有根、茎、叶、花、果实和种子等结构。被子植物和裸子植物的繁殖方式相同，都依靠种子或根和茎进行繁殖，其种子发芽的时候有的有两片叶子，有的只有一片叶子，由此可将被子植物分为双子叶植物和单子叶植物，常见的双子叶植物有苹果、桃、栗等，单子叶植物有小麦、玉米、水稻等。双子叶植物的花叶多数为4基数，而单子叶植物大部分是3基数；再者，双子叶植物是直根系，单子叶植物为须根系；从叶片来讲，单子叶是平行脉络，双子叶植物是网状脉络。被子植物有真正的花，是显花植物，花基本由花萼、花冠、雄蕊和雌蕊等部分组成，外层为萼片组成的花萼，具有保护花的作用，内层由花瓣组成的花冠，通常色泽鲜艳，具有引诱传粉者的作用，雄蕊含有花粉，雌蕊是心皮的总称。被子植物的果实类型有浆果、核果和梨果等肉果，也有荚果、蒴果、坚果和翅果等干果，果实类型多样。被子植物一般都具有发达的输导组织，保证了体内水分和营养物质的运输能够畅通无阻；种子外面有果皮包裹着，这可以保护种子。被子植物才成为了地球上种类最多、分布最广泛、适应性最强的优势类群。
（二）植物进化各阶段植物特征
植物各进化阶段的特征见表1。通过表格发现，植物进化的规律为，植物从低等到高等；植物体结构由根茎叶不断分化到进化出花、果实和种子；植物体生长得越发高大粗壮；生长环境从海洋到浅海和陆地并在全球范围内广布；生殖方式也从简单的营养繁殖到孢子生殖，再到种子繁殖。
三、结束语
本课对植物进化的五大阶段进行了讲授，使学生对植物的进化有了清楚的认识，从中呈现出一种进步性发展的趋势。当植物在环境改变时，为了适应环境，植物只能不断地进化，这便是进化的意义所在。纵观植物界的发生发展历程，可以看出整个植物界是通过遗传变异、自然选择（人类出现后还有人工选择）而不断发生和发展的，并沿着从低级到高级、从简单到复杂、从无分化到有分化、从水生到陆生的规律演化。新的种类在不断产生，不适应环境条件变化的种类不断死亡和绝灭。
作者:曹罗丹 杨晓东 孙艳伟 单位:宁波大学地理与空间信息技术系 陆海国士空间利用与治理研究中心
