變異理論在高中生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

袁燕芳 姚寶駿

(江西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 南昌 330022)

變異(易)理論(Theory of Variation)是瑞典教育學(xué)家Ference Marton在20世紀(jì)90年代提出的一種關(guān)于學(xué)習(xí)的理論。該理論認為學(xué)習(xí)就是學(xué)習(xí)者主動去審辨出學(xué)習(xí)內(nèi)容的變化，識別出關(guān)鍵特征[1]。學(xué)習(xí)者能否審辨出學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)鍵特征決定了學(xué)習(xí)的效果。因此，教師可通過對學(xué)習(xí)內(nèi)容的分析，依據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容的特點制造變化，使學(xué)生更加容易審辨出關(guān)鍵特征，從而提高學(xué)習(xí)效率。

Marton等根據(jù)變異理論總結(jié)了變與不變的四種變異圖式(對比、分離、類合、融合)來幫助學(xué)生識別不同學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)鍵特征，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率和積極性[2]。筆者基于對變異理論的理解，將各變異圖式與高中生物學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容相結(jié)合，探討四種變異圖式在高中生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。

1 對比(contrast)——在“不同”中凸顯關(guān)鍵特征

對比指的是一個事物、概念或現(xiàn)象在某個維度上不同值或特征的變化。變異理論認為在考慮學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)鍵特征時不能忽視該學(xué)習(xí)內(nèi)容的背景，人們無法通過“同一性”來辨別，應(yīng)該制造變化使關(guān)鍵特征從所處的背景中脫離出來[1]。教師可通過對比來解決這個問題。

例如，學(xué)生學(xué)習(xí)ATP這一直接能源物質(zhì)時，需要將ATP從其他能源物質(zhì)的背景中脫離出來，其關(guān)鍵特征就是ATP直接為各項生命活動提供能量。因此將ATP與其他的能源物質(zhì)進行對比，教師利用螢火蟲發(fā)光原理進行演示實驗(表1)，使學(xué)生在“不同”中審辨出關(guān)鍵特征。通過實驗現(xiàn)象的差異直觀地將“ATP為生命活動直接提供能量”凸顯出來，也認識到其他能源物質(zhì)不能直接提供生命活動所需的能量，幫助學(xué)生進行審辨。

表1 對比在“ATP是直接的能源物質(zhì)”的應(yīng)用

通過對比使學(xué)生通過體驗不同值之間的差異，強調(diào)教師在呈現(xiàn)“關(guān)鍵特征”的同時還應(yīng)呈現(xiàn)與之相反的例子或情境，促進學(xué)生審辨出關(guān)鍵特征。

2 分離(separation)——從整體中分離出部分

分離是指學(xué)習(xí)者將注意集中于一個事物、概念或現(xiàn)象的某個變異維度上。學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中經(jīng)常會將某學(xué)習(xí)內(nèi)容的各種特征作為一個整體來進行分析，而不能單獨辨別出其中的部分，影響該內(nèi)容的學(xué)習(xí)。變異理論認為只有讓學(xué)習(xí)者能夠關(guān)注到某一變化的關(guān)鍵特征，才能夠?qū)⑵鋸恼w中進行區(qū)分。

例如，關(guān)于達爾文“植物向光性的原因”實驗(圖1)探討中，向光性是植物在單側(cè)光的照射下向光彎曲生長，受內(nèi)外因素的影響。探討向光性原因?qū)嶋H是相對于不向光而言，植物為什么能彎向光源，關(guān)注植物的彎曲而不是生長，學(xué)生需分離“彎曲”這一關(guān)鍵特征。所以，教師從達爾文發(fā)現(xiàn)金絲雀草幼苗向光生長的科學(xué)史出發(fā)，比較向光生長與直立生長，使學(xué)生從胚芽鞘向光彎曲生長這一整體中分離出彎曲這一關(guān)鍵特征，并引導(dǎo)學(xué)生提出探究問題： 植物為什么會發(fā)生向光彎曲。通過實驗結(jié)果的比較(表2)分別探討外部和內(nèi)部兩個方面與胚芽鞘發(fā)生彎曲的因果關(guān)系，促進學(xué)生審辨出植物向光性原因。

圖1 達爾文探究植物向光性原因的實驗示意圖

探究現(xiàn)象: 在單側(cè)光的照射下,植物朝向光源的方向彎曲生長(通過觀察可知彎曲生長的部位在尖端下部,而不在胚芽鞘尖端)探究問題: 植物為什么會發(fā)生向光彎曲分離特征對照實驗分析結(jié)論外部影響因素①和②胚芽鞘的向光彎曲與單側(cè)光有關(guān)內(nèi)部影響因素有關(guān)部位②和③胚芽鞘的向光彎曲與胚芽鞘尖端有關(guān)感光部位②、④和⑤促使胚芽鞘發(fā)生向光彎曲的感光部位在胚芽鞘尖端結(jié)論胚芽鞘尖端受單側(cè)光刺激后,向下面的伸長區(qū)傳遞某種“影響”,造成伸長區(qū)背光面比向光面生長快,導(dǎo)致向光彎曲

3 類合(generalisation)——在“變”中尋找“不變”

類合是指某種類似或相同的特征均出現(xiàn)在不同的事物中，那么這種特征成為這幾類事物的共同特征，學(xué)習(xí)者關(guān)注到這個共同的特征就叫類合。某種類似的或相同的特征很容易被事物的其他特征給掩蓋，教師應(yīng)提供不同類型事例，使學(xué)生站在不同角度去類合出相同的特征，理解其本質(zhì)。

例如，學(xué)習(xí)同源染色體這一概念，為了使學(xué)生關(guān)注到共同的特征，可以設(shè)計學(xué)案(表3)，從以下三個方面幫助學(xué)生進行類合： 首先，從受精卵的形成過程進行類合；其次，通過處于不同時期的細胞中多對同源染色體的觀察分析促進類合；最后，從同源染色體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中類合出其特點。在多種情境下呈現(xiàn)同源染色體，幫助學(xué)生類合出該概念的共同特征。

表3 同源染色體學(xué)案

類合是讓學(xué)生從變中找不變的原則，能促進學(xué)生對本質(zhì)的理解，掌握規(guī)律。應(yīng)用類合時盡可能提供一些覆蓋范圍較全面的“不同的事物”，促進學(xué)生審辨關(guān)鍵特征的同時，也有助于學(xué)生對知識的遷移。

4 融合(fusion)——從部分建構(gòu)出整體

融合指的是讓學(xué)生注意事物、概念或現(xiàn)象同時變化的幾個方面，是對2個或者2個以上關(guān)鍵特征的同時認識，以及認識這些方面如何相互關(guān)聯(lián)以及如何與整體相聯(lián)系。

例如，學(xué)生建構(gòu)減數(shù)分裂這一動態(tài)的整體時，要融合減數(shù)分裂各個時期的關(guān)鍵特征。以染色體數(shù)目為4的精原細胞為例，讓學(xué)生完成學(xué)案(表4)。分離出各時期“染色體數(shù)目、染色體行為、細胞名稱、細胞數(shù)目”等變化，對“部分”有較清晰的認識。

表4 “減數(shù)分裂”學(xué)案片段

教師可在此基礎(chǔ)上經(jīng)兩個階段對各部分進行融合，第一階段融合各時期關(guān)鍵特征： 以小組為單位，請各小組在大小相同的白色光滑紙板上用鉛筆繪制各時期不含染色體的細胞結(jié)構(gòu)圖(圖2)，學(xué)生從多樣的彩色卡紙及彩帶中選擇適當(dāng)顏色、形狀和數(shù)目的彩帶或卡紙分別代表染色質(zhì)及不同時期的染色體，利用雙面膠粘貼在不同時期細胞結(jié)構(gòu)圖的相應(yīng)位置上融合出各時期特征(圖3)。學(xué)生通過紙板與卡紙的簡單操作，將染色體的數(shù)目與行為的變化與對應(yīng)時期的細胞特征進行融合，促進學(xué)生對減數(shù)分裂各時期的學(xué)習(xí)。

圖2 不同時期細胞輪廓(部分)

圖3 減數(shù)分裂各時期圖(部分)

第二階段將各個時期融合成整體(關(guān)注各時期的連接順序)： 請各小組將上階段完成的各時期紙板按順序擺出相對連貫的減數(shù)分裂過程(圖略)進行展示，促進學(xué)生對整體的審辨。最后相鄰小組相互點評，并將光滑白紙板上對相應(yīng)卡紙以及紙板進行調(diào)整或更換，及時改正錯誤。學(xué)生通過自己動手思考相應(yīng)時期的位置建構(gòu)出減數(shù)分裂，有助于對減數(shù)分裂這一動態(tài)整體的融合。學(xué)生在融合中常出現(xiàn)的錯誤如圖4(其中①使用多于兩種顏色的染色體；②精原細胞出現(xiàn)不均等分裂；③減Ⅱ時期非同源染色體的分離錯誤；④減Ⅱ非同源染色體的組合與減Ⅰ同源染色體的分離結(jié)果不一致)。

教師能夠應(yīng)用融合有意識地把教學(xué)結(jié)構(gòu)化，以清晰的部分關(guān)系和部分—整體關(guān)系來呈現(xiàn)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)，突出學(xué)生在建構(gòu)知識過程中不可或缺的地位[3]。教師要提供機會讓學(xué)生自己主動建構(gòu)整體，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，通過及時評價檢驗學(xué)生融合的情況，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。