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(rèn)為學(xué)習(xí)就是學(xué)習(xí)者主動(dòng)去審辨出學(xué)習(xí)內(nèi)容的變化，識(shí)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(diǎn)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(shí)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(gè)事物、概念或現(xiàn)象在某個(gè)維度上不同值或特征的變化。變異理論認(rèn)為在考慮學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)鍵特征時(shí)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(gè)問題。

例如，學(xué)生學(xué)習(xí)ATP這一直接能源物質(zhì)時(shí)，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(xiàng)生命活動(dòng)提供能量。因此將ATP與其他的能源物質(zhì)進(jìn)行對比，教師利用螢火蟲發(fā)光原理進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)(表1)，使學(xué)生在“不同”中審辨出關(guān)鍵特征。通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的差異直觀地將“ATP為生命活動(dòng)直接提供能量”凸顯出來，也認(rèn)識(shí)到其他能源物質(zhì)不能直接提供生命活動(dòng)所需的能量，幫助學(xué)生進(jìn)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(yàn)不同值之間的差異，強(qiáng)調(diào)教師在呈現(xiàn)“關(guān)鍵特征”的同時(shí)還應(yīng)呈現(xiàn)與之相反的例子或情境，促進(jìn)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(gè)事物、概念或現(xiàn)象的某個(gè)變異維度上。學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中經(jīng)常會(huì)將某學(xué)習(xí)內(nèi)容的各種特征作為一個(gè)整體來進(jìn)行分析，而不能單獨(dú)辨別出其中的部分，影響該內(nèi)容的學(xué)習(xí)。變異理論認(rèn)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(jìn)行區(qū)分。

例如，關(guān)于達(dá)爾文“植物向光性的原因”實(shí)驗(yàn)(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(dá)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(huì)發(fā)生向光彎曲。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較(表2)分別探討外部和內(nèi)部兩個(gè)方面與胚芽鞘發(fā)生彎曲的因果關(guān)系，促進(jìn)學(xué)生審辨出植物向光性原因。

圖1 達(dá)爾文探究植物向光性原因的實(shí)驗(yàn)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(huì)發(fā)生向光彎曲分離特征對照實(shí)驗(yàn)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(gè)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(jì)學(xué)案(表3)，從以下三個(gè)方面幫助學(xué)生進(jìn)行類合： 首先，從受精卵的形成過程進(jìn)行類合；其次，通過處于不同時(shí)期的細(xì)胞中多對同源染色體的觀察分析促進(jìn)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(diǎn)。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(jìn)學(xué)生對本質(zhì)的理解，掌握規(guī)律。應(yīng)用類合時(shí)盡可能提供一些覆蓋范圍較全面的“不同的事物”，促進(jìn)學(xué)生審辨關(guān)鍵特征的同時(shí)，也有助于學(xué)生對知識(shí)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(shí)變化的幾個(gè)方面，是對2個(gè)或者2個(gè)以上關(guān)鍵特征的同時(shí)認(rèn)識(shí)，以及認(rèn)識(shí)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(dòng)態(tài)的整體時(shí)，要融合減數(shù)分裂各個(gè)時(shí)期的關(guān)鍵特征。以染色體數(shù)目為4的精原細(xì)胞為例，讓學(xué)生完成學(xué)案(表4)。分離出各時(shí)期“染色體數(shù)目、染色體行為、細(xì)胞名稱、細(xì)胞數(shù)目”等變化，對“部分”有較清晰的認(rèn)識(shí)。

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(gè)階段對各部分進(jìn)行融合，第一階段融合各時(shí)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(shí)期不含染色體的細(xì)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(shí)期的染色體，利用雙面膠粘貼在不同時(shí)期細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖的相應(yīng)位置上融合出各時(shí)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(shí)期的細(xì)胞特征進(jìn)行融合，促進(jìn)學(xué)生對減數(shù)分裂各時(shí)期的學(xué)習(xí)。

圖2 不同時(shí)期細(xì)胞輪廓(部分)

圖3 減數(shù)分裂各時(shí)期圖(部分)

第二階段將各個(gè)時(shí)期融合成整體(關(guān)注各時(shí)期的連接順序)： 請各小組將上階段完成的各時(shí)期紙板按順序擺出相對連貫的減數(shù)分裂過程(圖略)進(jìn)行展示，促進(jìn)學(xué)生對整體的審辨。最后相鄰小組相互點(diǎn)評，并將光滑白紙板上對相應(yīng)卡紙以及紙板進(jìn)行調(diào)整或更換，及時(shí)改正錯(cuò)誤。學(xué)生通過自己動(dòng)手思考相應(yīng)時(shí)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(dòng)態(tài)整體的融合。學(xué)生在融合中常出現(xiàn)的錯(cuò)誤如圖4(其中①使用多于兩種顏色的染色體；②精原細(xì)胞出現(xiàn)不均等分裂；③減Ⅱ時(shí)期非同源染色體的分離錯(cuò)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(shí)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(shí)過程中不可或缺的地位[3]。教師要提供機(jī)會(huì)讓學(xué)生自己主動(dòng)建構(gòu)整體，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，通過及時(shí)評價(jià)檢驗(yàn)學(xué)生融合的情況，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。