基于變易理論的生物學概念教學

程志全

摘要 以“自然選擇與適應的形成”一節(jié)為例，闡明在教學中如何基于變易理論聚焦概念、確定屬性、創(chuàng)設變易和遷移應用，促進學生生物學概念的意義建構(gòu)。

關鍵詞? 變易理論概念教學自然選擇適應

中圖分類號 G633.91文獻標志碼 B

與傳統(tǒng)教授模式相比，在新課標理念下，生產(chǎn)生活、實驗探究和科學史探究等情境越來越多地應用于生物學概念教學，更能促進學生主動地參與概念的意義構(gòu)建。但是在情境教學實踐中，部分教學情境脫離教學內(nèi)容，出現(xiàn)“情境形式化”問題；此外由于學生的個體經(jīng)驗和理解方式上的差異，部分學生不能有效地從情境中建構(gòu)概念，不能靈活地遷移應用習得的概念。因此，如何讓更多學生的學習由“不可能”變?yōu)椤翱赡堋背蔀榱嗽O計教學的重要部分。

變易理論（Theory of Variation）是瑞典著名教育學家馬飛龍在20世紀90年代提出的一種關于學習的理論。該理論認為學習必須透過審辨，而審辨必須透過變易，即學習需要審辨出學習內(nèi)容的變化，識別出關鍵特征。關鍵特征是變易維度上的一個值，當學生審辨出關鍵特征時，也必定能審辨出相應的變易維度，這個變易維度就是關鍵屬性。變易理論總結(jié)了變與不變的三種變易模式：對比模式是在保持其它屬性不變的背景中感受某個屬性的特征變化；概括模式是在保持關鍵屬性不變，其它屬性發(fā)生變化時，審辨出關鍵屬性與所屬事物的關系，并審辨出其他屬性為無關；融合模式是指所有相關屬性同時變化時，使學習者感受兩個或多個屬性的關系。變與不變的優(yōu)選學習序列是將問題情境進行加工，先用對比和概括模式逐一突出關鍵屬性，然后使相關屬性共同變化，從而提升到整體的認識。系統(tǒng)運用變易模式能幫助學生更容易審辨出事物的關鍵屬性和關鍵特征，有效提高學習效率，對概念教學具有很大的指導意義。

結(jié)合當前生物學概念教學實踐中的問題，本項目的教學建構(gòu)了基于變易理論的一般教學過程：聚焦概念、確定屬性、創(chuàng)設變易和遷移應用，并以“自然選擇與適應的形成”一節(jié)的教學為例，闡明變易理論在概念教學中的實踐。

1 分析內(nèi)容，聚焦概念

分析學習內(nèi)容是教師教學的必要條件。學習內(nèi)容分析需要教師根據(jù)教材和課程標準的要求，解決“教學目標是什么”的問題。生物學課程內(nèi)容以生物學概念為基礎進行組織，涉及眾多的生物學事實和生物學現(xiàn)象。教師開展概念教學需要明確每章節(jié)的重要概念和相應的次位概念，厘清概念與事實及概念間的關系，確定教學目標，選擇恰當?shù)牟牧蟿?chuàng)設情境，避免情境形式化。

“自然選擇與適應的形成”選自人教版高中生物學教材《必修2·遺傳與進化》第六章第二節(jié)，主要介紹適應的概念和適應形成的機制，在《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》中涉及的生物學概念間的聯(lián)系如圖1所示。該節(jié)內(nèi)容聚焦重要概念“4.2適應是自然選擇的結(jié)果”，通過本節(jié)課的學習，學生能運用自然選擇學說解釋生物的適應和多樣性的形成。

2 關注差異，確定屬性

教師與學生審辨出的關鍵屬性不同會導致其對某一個事物、概念或現(xiàn)象性質(zhì)理解不同。變易理論指出僅僅列出教學目標的學習內(nèi)容并不能滿足教學需求，教學目標的設計需深入到屬性的層面，澄清學習者為了達到教學目標必須審辨出的學習對象的關鍵屬性。對于學習者而言，學習內(nèi)容的關鍵屬性是那些需要關注，但還未能注意到的屬性。關鍵屬性不僅來自學習內(nèi)容，而且來自于特定學生的已有經(jīng)驗。因此，對學習內(nèi)容和學生經(jīng)驗的精細分析有助于教師發(fā)現(xiàn)原本未察覺或未重視的學習內(nèi)容的關鍵屬性。

學生在初中階段已經(jīng)對拉馬克進化學說和自然選擇學說有所了解，但對兩學說的區(qū)別認識模糊，甚至認同變異是適應的結(jié)果。在傳統(tǒng)教學過程中，通常將適應現(xiàn)象直接指向自然選擇，忽略了對其他可能因素的識別和檢驗，導致學生學習困難較大。本項目的教學中，根據(jù)課前訪談、問卷調(diào)查以及教師原有的教學經(jīng)驗，教師識別出“適應是自然選擇的結(jié)果”這一重要概念的關鍵屬性為環(huán)境的選擇作用、選擇的結(jié)果和變異的方向，見表1。

3 創(chuàng)設變易，構(gòu)建概念

由于生活經(jīng)驗、思維能力的差異，學習者建構(gòu)的概念意義可能存在差別。系統(tǒng)運用變易模式是指教師在設計教學過程中有序地呈現(xiàn)情境和例子，學生在變與不變的對比情境中，主動審辨出概念的關鍵屬性。教師系統(tǒng)運用變易模式有助于應對學生的個體差異帶來的教學影響。在變易情境下，學生不僅能識別共性，還能關注到差異性，習得的概念能更好地遷移應用。關鍵屬性的識別過程類似于科學實驗中對于自變量、因變量與無關變量的確定。

根據(jù)確定的關鍵屬性，教師運用對比和概括兩種模式創(chuàng)設變易情境，讓學生逐一審辨出關鍵屬性。環(huán)節(jié)1創(chuàng)設有選擇作用的環(huán)境和無選擇作用的環(huán)境讓學生審辨出只有特定的環(huán)境才起選擇作用；環(huán)節(jié)2創(chuàng)設不同環(huán)境的自然選擇讓學生審辨出自然選擇導致適應這一不變的方面；環(huán)節(jié)3創(chuàng)設相同的選擇環(huán)境而變異不同讓學生審辨出變異是在隨機產(chǎn)生的，不定向的，發(fā)生在適應之前，見表2。教學過程簡要描述如下。

環(huán)節(jié)1：呈現(xiàn)昆蟲在有農(nóng)藥和無農(nóng)藥環(huán)境下昆蟲數(shù)量變化的例子。教師提出問題：有農(nóng)藥和無農(nóng)藥的環(huán)境對昆蟲的影響相同嗎？農(nóng)藥如何影響昆蟲數(shù)量變化？通過提問引導學生審辨出特定的環(huán)境通過影響生存和繁殖而起選擇作用，達成次位概念4.2.1的構(gòu)建。

環(huán)節(jié)2：通過分析在污染環(huán)境和無污染環(huán)境下樺尺蠖兩種體色比例的變化。教師提出問題：污染環(huán)境和無污染的環(huán)境對樺尺蠖都起選擇作用嗎？自然選擇的結(jié)果相同嗎？通過提問引導學生審辨出優(yōu)勢性狀的個體在種群中的比例會增加這一不變的方面，形成次位概念4.2.2。

環(huán)節(jié)3：教師追問：適應是變異的結(jié)果還是選擇的結(jié)果呢？在介紹拉馬克學說和自然選擇學說后，教師提供盧里亞波動實驗資料：A 組細菌被分開在各個試管中培養(yǎng)，達到一定數(shù)量涂抹在含有T1噬菌體的培養(yǎng)基上；B組的細菌培養(yǎng)在一個大瓶子里，培養(yǎng)相同時間后，涂抹在含有T1噬菌體的培養(yǎng)基上，比較兩組變異發(fā)生的波動差異。在觀察實驗結(jié)果之前，教師引導學生做出假設：如果細菌的抗性是噬菌體誘導的，那么族群產(chǎn)生抗性的頻率應該差不多；如果抗性是在生長中發(fā)生的突變，那么有的試管的突變發(fā)生得早，有的試管突變發(fā)生得遲，有的甚至沒有發(fā)生，那么突變頻率會因為突變發(fā)生的時間差別很大。通過對波動實驗的分析完成次位概念4.2.3的構(gòu)建。

4 融合提升，遷移應用

遷移是有意義學習的標志，應用則是遷移的重要表征之一。遷移與應用是重要的學習方式，同時也是對學習成果的檢驗方式。概念的考查以理解和應用為主，因此概念考查的形式不應是直接判斷學生已有概念的對或錯，而是在新的情境中考查概念的理解和應用。在遷移和應用過程中，學生需要能夠自主審辨出變與不變的屬性以及相關屬性的變化，提升對概念的整體認識。此外，在考察的過程中注重對學生學習情況的反饋，以促進學生學習。

在運用對比和概括變易模式幫助學生逐步審辨概念的關鍵屬性后，還需要通過精細設計的情境，讓學生感受變異和環(huán)境兩個變易維度同時變化對適應的影響，促進學生對重要概念“適應是自然選擇的結(jié)果”的理解和應用。如教師展示資料：達爾文發(fā)現(xiàn)在遠離大陸的克格倫島上，呈現(xiàn)兩種類型的昆蟲，許多昆蟲不能飛，少數(shù)能飛的昆蟲翅膀異常發(fā)達。引導學生用自然選擇學說進行解釋這種兩極分化的現(xiàn)象是怎么產(chǎn)生的？為什么某些昆蟲不呈現(xiàn)這兩種類型？

參考文獻：

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