以變促學：變異理論在化學概念教學中的應用及啟示

孫 妍，王后雄，，王 偉

（1.華中師范大學化學教育研究所，湖北 武漢 430079;2.華中師范大學教師教育學院，湖北 武漢 430079）

變異理論（Variation Theory）作為一種學習理論誕生于20 世紀90 年代，其創(chuàng)立人瑞典教育學家F·馬飛龍教授在已有研究成果現(xiàn)象圖析學（phenomenography）的基礎上深入思考，提出變異（variation）是達成審辨（discernment）的要素，形成變異理論的基本假設[1]。該理論不僅在分析和描述課堂教學中具有獨到之處[2]，同時對教師專業(yè)發(fā)展也具有重要作用。目前，我國香港地區(qū)的相關(guān)研究很多，而內(nèi)地的理論研究也相繼開展，但大都集中于語文、數(shù)學等學科，缺少在化學學科中的研究。本文旨在探討變異理論在化學概念教學中的啟示，以期為化學教育研究者及化學教師提供參考。

一、變異理論關(guān)于學習的特征性

不同于目前廣泛對教學活動的關(guān)注，變異理論強調(diào)學習內(nèi)容的重要性，并將學習視作一個經(jīng)驗過程，其包括“學什么（what）”和“怎么學（how）”兩個方面。

（一）學什么

對于“學什么”（即學習內(nèi)容），變異理論將其分為具體方面和一般方面兩部分。前者指直接學習內(nèi)容，如具體的化學概念；后者指間接學習內(nèi)容，指將所學的化學概念進行應用的能力[3]。此時學習內(nèi)容被擴大為“知識+能力”的集合體，不僅僅指期望學生學到的知識，還包括期望學生達成的能力。

變異理論將學習理解為一個經(jīng)驗過程，這個過程同時包括結(jié)構(gòu)與意義兩部分（參見圖1）。其中結(jié)構(gòu)體系分為外部視域和內(nèi)部視域。外部視域指即在完整的知識體系內(nèi)對知識內(nèi)容的價值進行評估。內(nèi)部視域與學習內(nèi)容的本質(zhì)密切相關(guān)，指審辨事物內(nèi)部各部分及部分與整體之間的關(guān)系[4]。由于孤立的學習內(nèi)容對于學習者達成具體方面或一般方面的價值訴求沒有任何意義，其意義來自于它所處的系統(tǒng)，即其外部視域。對于教師而言，在教學時不能只關(guān)注其知識經(jīng)驗的獲得，更應當在整個外部視域中去考慮這些知識經(jīng)驗是否能夠幫助學生進一步理解所處的世界。

（二）怎么學

圖1 變異理論視角下化學概念學習“學什么”示意圖

很多教師在教學時面臨的一個困惑：為什么課堂傳授的學習內(nèi)容學生不能得到很好的理解？實際上，受個人經(jīng)驗及智力水平影響，教師所傳授的學習內(nèi)容與學生所獲得的內(nèi)容之間有所差異，這種內(nèi)容間的差異直接影響學生的學習效果，而造成這種差異的原因在于學習內(nèi)容中關(guān)鍵屬性的識別。學習想要得到順利的進行，學生必須要能辨識學習內(nèi)容中的關(guān)鍵特征，這些關(guān)鍵特征的識別使得學生突破表層學習，達成深層學習，造成學習效果的差異[5]。

變異理論對傳統(tǒng)遷移理論進行了揚棄，認為關(guān)鍵屬性的識別不能僅僅依靠相似性，如果不能了解特征之間的差異或變化，就不可能存在對單個特征的認識。經(jīng)驗的獲得來源于不同經(jīng)驗差異性的體驗，如果不同時體驗至少兩種不同事物，就不會有經(jīng)驗上的差異。如想要識別“學科”這一概念，學生只接觸或知曉“化學”這一學科，那對“學科”這一概念的理解也就不復存在，只有他知曉“物理”“化學”“數(shù)學”等多種學科，通過比較其研究領域才有可能理解“學科”這一概念。而理解的決定因素在于對其關(guān)鍵特征——“研究領域不同”的掌握。

為幫助學生審辨出關(guān)鍵屬性之間的關(guān)系及部分與整體的關(guān)系，變異理論倡導教師要讓學生經(jīng)常體驗四種變異圖式，即對比、分離、類合、融合，如圖2 所示。

當教師和學生為達成某個具體的學習目標一起活動時，學習的過程也就相應發(fā)生，而其中學習內(nèi)容則為變異圖式的實施提供了不同的可能性，教師需根據(jù)期望學生達成的知識或能力合理選擇、組織和運用變異圖式協(xié)助學生識別學習內(nèi)容中的關(guān)鍵屬性。

二、變異理論在化學概念教學中的應用

變異理論關(guān)注學習內(nèi)容中的關(guān)鍵特征，這很大程度對化學概念教學有一定的教學啟示?；谧儺惱碚摻處熌軐嬰s、深奧的化學內(nèi)容解構(gòu)為小的基本單元，通過進行單元之間的比較和變異，突出學習內(nèi)容的重要特征與重要方面，從而對學生理解進行針對性指導[6]。

例如電解質(zhì)概念是高中化學課程的核心概念之一，它是建立學生微粒觀、分類觀的重要途徑，極大地影響后續(xù)關(guān)于電解質(zhì)溶液的深入學習。根據(jù)變異理論，要想審辨電解質(zhì)概念，就得理解其結(jié)構(gòu)與意義。

圖2 變異理論視角下化學概念學習“怎么學”示意圖

變異理論將學習內(nèi)容的結(jié)構(gòu)分為內(nèi)部視域及外部視域。內(nèi)部視域即學習內(nèi)容內(nèi)部部分與整體之間的關(guān)系。人教版高中《化學1》中對電解質(zhì)做如下定義：在水溶液或者熔融下能導電的化合物為電解質(zhì)[7]，其中導電、化合物是關(guān)鍵特征，而水溶液或熔融狀態(tài)是關(guān)鍵特征的限定條件。由于知識的特有構(gòu)成和學習者的認知角度不同導致對電解質(zhì)概念理解并不透徹，學生存在以下誤區(qū)：

（1）對電解質(zhì)的條件（必須是化合物）認識不夠，認為能導電的物質(zhì)就是電解質(zhì)；

（2）認為溶于水可導電的化合物是電解質(zhì)，忽略了必須是化合物自身能電離出陰陽離子；

（3）認為固體電解質(zhì)是能夠?qū)щ姷摹?/p>

教師基于以上認知局限可選用變異圖式對關(guān)鍵特征“導電”“化合物”進行變式，促進學生對概念的理解。如表1 所示，在變式1 中，部分學生出現(xiàn)知識誤區(qū)在于其對于導電的實質(zhì)并不理解，導電的根本原因在于化合物自身電離出了自由移動的離子。如將導電作為學習內(nèi)容，其關(guān)鍵特征是自身能電離出自由移動離子，同時這也是理解電解質(zhì)這一概念的根本所在。教師運用對比、分離圖式，引導學生對氯化鈉水溶液（導電）、蔗糖水溶液（不導電）以及氯化鈉（固體）的通電實驗及微觀本質(zhì)動畫進行對比、分離，審辨出關(guān)鍵特征——電解質(zhì)是必須能在水溶液或是熔融狀態(tài)下導電的物質(zhì)。

在變式2中，對于另一關(guān)鍵特征“化合物”，教師同樣可采用對比圖式幫助學生進行識別，通過對比氯化鈉溶液（氯化鈉為化合物）、鐵絲（單質(zhì)）、泥水（混合物）之間的區(qū)別，識別電解質(zhì)的關(guān)鍵特征——必須是化合物。

表1 學習內(nèi)容“電解質(zhì)”概念的兩種變式

隨后教師引導學生采用融合圖式對上述的關(guān)鍵特征及限定條件進行整合，構(gòu)建電解質(zhì)概念的內(nèi)部視域示意圖（如圖3），加深對電解質(zhì)基本概念的理解。

而學習內(nèi)容中相關(guān)能力的達成及學習內(nèi)容的意義則依賴于教師對電解質(zhì)外部視域的剖析，從學科、個人、社會三方面審辨電解質(zhì)學習的意義。在整個概念教學過程中，教師以變異理論為基礎，運用變異圖式，從宏觀現(xiàn)象入手，同時又借助微觀運動模型和化學語言的描述，通過模型、符號、圖表等多種方式對電解質(zhì)概念進行綜合表征，實現(xiàn)電解質(zhì)相關(guān)知識的結(jié)構(gòu)化，有效促進學生的化學學科知識向化學學科核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。

三、變異理論對化學教學的啟示

綜合以上分析，變異理論在重申教師主導地位、注重學習內(nèi)容結(jié)構(gòu)化、重視情境素材選取以及關(guān)注學生知識起點等方面給予化學教學新的啟示。

（一）重申教師教學的主導地位

在新一輪的化學課程改革中，“科學探究”作為一種重要的科學實踐活動，是化學學科核心素養(yǎng)之一。由于部分教師難以把握探究學習的實質(zhì)和關(guān)鍵所在，往往在實踐過程中出現(xiàn)“探究活動泛化”“探究過程形式化”“課堂熱熱鬧鬧、學生一無所知”等現(xiàn)象，課堂中教師的地位及作用被邊緣化。倡導“建構(gòu)主義”及“學生中心”等的學習方式?jīng)Q不意味著教師角色被閑置，教師作用被取代，教師更應當組織好教師教學與學生自主探究之間的關(guān)系，剔除活動表面化，重視學生思維能力的培育。

在先學后教、以學定教等教學關(guān)系發(fā)生變革的今天，教師要依據(jù)學情從理解知識的角度通過對比、分離、融合、類合的變異圖式，為學生的學習鋪設個性化通道、搭建自主性支架，便于學生獲得學習內(nèi)容的關(guān)鍵特征與關(guān)鍵屬性[8]。因此，理論與對教學的啟示之一就在于：一方面教師要明確教師責任。教師在課堂中的作用不僅僅是傳授知識或是通過加班加點幫助學生在升學考試中取得優(yōu)異成績，更重要的是要關(guān)注學生化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展，關(guān)注學生的生命幸福。另一方面，教師要凸顯自己在班級中的關(guān)鍵作用。課堂中教師在尊重學生主體地位的同時“該出手時就出手”，為其答疑解惑。

（二）關(guān)注學生學習的知識起點

變異理論強調(diào)學習內(nèi)容在學習進程中的重要性，其對教師和學生都有著不同的意義與重要性。學生不是白板或容器，在日常生活和早期學習過程中或多或少已經(jīng)積累有關(guān)經(jīng)驗，如若強行在學生頭腦中描繪出化學知識體系，可能會造成學生學習效率低下。因此變異理論對教學的啟示還在于：教師在精挑細選最有價值、最合適的化學學習內(nèi)容時，必須考慮學生的生活經(jīng)驗、認知基礎及學習方式對其學習過程的影響。

因此，教師應充分利用自己的學科知識、專業(yè)技能、教學經(jīng)驗以及與同事之間的交流溝通、教學研討、經(jīng)驗分享、支持協(xié)助等，通過課前課后學生訪談、測試、問卷調(diào)查以及課堂隨機觀察等形式的結(jié)合全面了解學生的學習起點、個性特征及學習風格，診斷可能造成學生學習困難和障礙的潛在因素，從而進一步明晰、調(diào)整、確認化學學習內(nèi)容的關(guān)鍵特征。如在電解質(zhì)的教學中，教師既可引導學生基于不能用濕手觸碰電源的生活經(jīng)驗，得出“純水也是可以導電的”正確結(jié)論[9]，也需糾正學生基于銅線、鋁線可以導電所得出的“能導電的物質(zhì)就是電解質(zhì)”的錯誤結(jié)論。因此，關(guān)注學生學習的知識起點有利于概念教學。

圖3 學習內(nèi)容“電解質(zhì)”概念的視域示意圖

（三）注重學習內(nèi)容的結(jié)構(gòu)完善

布魯納曾提出，學校的課程設計應把中心放在學科的結(jié)構(gòu)上。新課標中也指出，化學教學內(nèi)容的組織，應有利于促進學生從化學學科知識向化學學科核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化，而結(jié)構(gòu)化則是實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵[10]。變異理論強調(diào)概念學習結(jié)構(gòu)的完整性，強調(diào)對概念學習的四種變異，在化學概念教學時也應如此。

因此，變異理論對教學的啟示之三在于：教師應引導學生在完整的化學知識體系內(nèi)對知識內(nèi)容的價值進行評估，通過對化學學科知識之間的邏輯關(guān)系組織建立知識關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化；通過對物質(zhì)及其變化的認識過程的概括建立認識思路的結(jié)構(gòu)化；通過對物質(zhì)及其變化的本質(zhì)和其認識過程的抽象建立核心觀念的結(jié)構(gòu)化。例如，對元素“位”“構(gòu)”“性”三者的關(guān)系，從學科本源可以概括出“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”這一化學學科的統(tǒng)攝性觀念，而這一觀念又是“宏觀辨識與微觀探析”等化學學科核心素養(yǎng)的具體體現(xiàn)。教師在組織教學內(nèi)容時應高度重視化學知識的結(jié)構(gòu)化設計，充分認識知識結(jié)構(gòu)化對于學生化學學科核心素養(yǎng)發(fā)展的重要性，尤其是應有目的、有計劃地進行“認識思路”和“核心觀念”的結(jié)構(gòu)化設計，逐步提升學生的化學知識結(jié)構(gòu)化水平，發(fā)展化學學科核心素養(yǎng)。

（四）重視教學情境素材的選取

一個化學概念如何呈現(xiàn)才能被學生領會，需要哪些例子學生才能理解概念本質(zhì)？一個自然現(xiàn)象怎樣才能讓學生理解內(nèi)涵，通過怎樣的實驗內(nèi)容能突出現(xiàn)象之間聯(lián)系讓學生感受化學世界的魅力？上述常見的教學行為無不與學生的學習內(nèi)容密切相關(guān)，與學習內(nèi)容的呈現(xiàn)方式密切相關(guān)。

因此變異理論對教學的啟示之四在于：教師在教學中應當重視情境素材的選用。教師選擇的內(nèi)容越恰當，呈現(xiàn)的方式越適宜，教師預設的學習內(nèi)容與學生個體實際學到的內(nèi)容之間的差異就越小。建議通過參照新課標中的情境素材，選擇貼近學生日常生活經(jīng)驗的真實情境進行教學，例如，“氧化還原反應”的教學，教師可以提供有關(guān)“汽車尾氣及其危害”的素材，使學生產(chǎn)生運用化學方法解決這一問題的欲望，提出“如何根據(jù)氧化還原原理對汽車尾氣進行綠色化處理？”的問題。隨后通過系列問題“什么是綠色化處理？”“汽車尾氣的主要成分有哪些？”“如何將有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無毒無害物質(zhì)、如何轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)化需要哪些條件？”等的解決促進學生化學學科核心素養(yǎng)的提高。但值得一提的是，從情境素材到教學情境的生成中，要注意情境使用方式的多元性及多個情境素材組合設計的整體性，同時要確保形成的教學情境有利于學生解決基于當下及未來的角色以及由此衍生的各種現(xiàn)實生活問題[11]。

總之，變異理論作為一種學習理論，其對學習內(nèi)容及其屬性之間關(guān)系的論述對化學教學有重大啟示，化學教學不應是“知識+興趣”的簡單拼接，而是基于“教師—學習內(nèi)容—學生”三方面對教學資源的整合從而激發(fā)學生的主動參與的過程。值得一提的是，強調(diào)變異理論及學習內(nèi)容絕不意味著忽視教學方式、策略的選擇，相信利用“變易理論”框架分析、優(yōu)化高中化學課堂教學，將會給化學教學帶來新的啟示。▲