變異理論在高中生物學教學中的應用

袁燕芳 姚寶駿

(江西師范大學生命科學學院 南昌 330022)

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

Marton等根據(jù)變異理論總結了變與不變的四種變異圖式(對比、分離、類合、融合)來幫助學生識別不同學習內容的關鍵特征，以提高學生學習的效率和積極性[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學習內容相結合，探討四種變異圖式在高中生物學教學中的應用。

1 對比(contrast)——在“不同”中凸顯關鍵特征

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習內容的關鍵特征時不能忽視該學習內容的背景，人們無法通過“同一性”來辨別，應該制造變化使關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，學生學習ATP這一直接能源物質時，需要將ATP從其他能源物質的背景中脫離出來，其關鍵特征就是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)，使學生在“不同”中審辨出關鍵特征。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不能直接提供生命活動所需的能量，幫助學生進行審辨。

表1 對比在“ATP是直接的能源物質”的應用

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

2 分離(separation)——從整體中分離出部分

分離是指學習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。學習者在學習過程中經常會將某學習內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，影響該內容的學習。變異理論認為只有讓學習者能夠關注到某一變化的關鍵特征，才能夠將其從整體中進行區(qū)分。

例如，關于達爾文“植物向光性的原因”實驗(圖1)探討中，向光性是植物在單側光的照射下向光彎曲生長，受內外因素的影響。探討向光性原因實際是相對于不向光而言，植物為什么能彎向光源，關注植物的彎曲而不是生長，學生需分離“彎曲”這一關鍵特征。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史出發(fā)，比較向光生長與直立生長，使學生從胚芽鞘向光彎曲生長這一整體中分離出彎曲這一關鍵特征，并引導學生提出探究問題： 植物為什么會發(fā)生向光彎曲。通過實驗結果的比較(表2)分別探討外部和內部兩個方面與胚芽鞘發(fā)生彎曲的因果關系，促進學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論外部影響因素①和②胚芽鞘的向光彎曲與單側光有關內部影響因素有關部位②和③胚芽鞘的向光彎曲與胚芽鞘尖端有關感光部位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論胚芽鞘尖端受單側光刺激后,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，學習者關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，教師應提供不同類型事例，使學生站在不同角度去類合出相同的特征，理解其本質。

例如，學習同源染色體這一概念，為了使學生關注到共同的特征，可以設計學案(表3)，從以下三個方面幫助學生進行類合： 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，從同源染色體的內部結構中類合出其特點。在多種情境下呈現(xiàn)同源染色體，幫助學生類合出該概念的共同特征。

表3 同源染色體學案

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

4 融合(fusion)——從部分建構出整體

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

例如，學生建構減數(shù)分裂這一動態(tài)的整體時，要融合減數(shù)分裂各個時期的關鍵特征。以染色體數(shù)目為4的精原細胞為例，讓學生完成學案(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”學案片段

教師可在此基礎上經兩個階段對各部分進行融合，第一階段融合各時期關鍵特征： 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構圖(圖2)，學生從多樣的彩色卡紙及彩帶中選擇適當顏色、形狀和數(shù)目的彩帶或卡紙分別代表染色質及不同時期的染色體，利用雙面膠粘貼在不同時期細胞結構圖的相應位置上融合出各時期特征(圖3)。學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時期的細胞特征進行融合，促進學生對減數(shù)分裂各時期的學習。

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卡紙以及紙板進行調整或更換，及時改正錯誤。學生通過自己動手思考相應時期的位置建構出減數(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果不一致)。

教師能夠應用融合有意識地把教學結構化，以清晰的部分關系和部分—整體關系來呈現(xiàn)內容的結構，突出學生在建構知識過程中不可或缺的地位[3]。教師要提供機會讓學生自己主動建構整體，提高學生學習主動性，通過及時評價檢驗學生融合的情況，提高學生學習的效率。