基于變異理論的科學教學難點突破探索

萬紅

摘? ? 要：“變異理論”認為，認識是對事物關鍵屬性的審視和識別（即審辨），可以通過有意識地利用變異圖式實現(xiàn)?；凇白儺惱碚摗?，教師可運用分離、類合、對比和融合等四種思維策略，促進學生審辨出學習內(nèi)容的關鍵屬性及其相互之間的關系，以實現(xiàn)深度學習。

關鍵詞：初中科學教學;變異理論;關鍵屬性;審辨;深度學習

在科學課堂上，教師的教學在真實地進行，但學生的深度學習未必在發(fā)生。如何在有限的課堂教學時間內(nèi)，促進深度學習真實地發(fā)生呢？筆者在連續(xù)三年的九年級科學教學中都遇到了同一個難點問題——學生對“缺表測量小燈泡的額定電功率”缺乏解決問題的能力。這引發(fā)了筆者的思考和實踐探索。

20世紀70年代肇始于瑞典的“變異理論”，對“什么是好的教學”這一論題有獨到且深刻的分析?！白儺惱碚摗苯?jīng)歷了從研究學習一般本質(zhì)，到分析課堂教學，再到改善教學的不斷拓展和深入的過程。在理論分析與實踐探索的相互推動中，其作為學習理論的體系正在逐漸形成和完善[1]52。

一、“變異理論”的4個關鍵詞和4種變異范式概述

（一）“變異理論”的4個關鍵詞

“變異理論”認為，認識是對事物關鍵屬性的審視和識別（即審辨），可以通過有意識地利用變異圖式實現(xiàn)。在使用變異圖式的過程中，教師要保證事物的關鍵特征不變（可改變事物其他方面的特征），促進學生對事物關鍵特征的識別和審視[2]。

變異指的是如要識別某個關鍵屬性，那么這個屬性就必須在某個維度（屬性是這個維度上的一個“值”）發(fā)生變化[3]。所謂審辨，即學習者對具體學習內(nèi)容的重要維度和關鍵屬性的認知。所謂重要維度，是指將學習內(nèi)容的重要特征或重要方面進行系統(tǒng)化、結構化的組織后形成的關于學習內(nèi)容的結構化模型[4]。所謂關鍵屬性，是指某項學習內(nèi)容和學習經(jīng)驗中要經(jīng)歷的最核心和最本質(zhì)的要素[5]（關鍵屬性是對應維度上的特殊值）。

變異是審辨的重要前提。通過變異，教學能聚焦學習內(nèi)容。教師精細的課堂設計可幫助學生捕捉到之前忽視掉的學習內(nèi)容的關鍵屬性。學生只有識別出學習內(nèi)容的關鍵特征，才能掌握課堂“預設的學習內(nèi)容”。簡而言之就是，沒有變異就沒有審辨，沒有審辨就沒有學習。

（二）“變異理論”的4種變異范式

馬飛龍及其同事總結了變與不變的四種變異范式——分離、類合、對比和融合，并指出：每種范式構筑的變異維度不同，可使學習者關注學習內(nèi)容的不同方面。其中，分離、類合和對比是針對一種目標屬性進行審辨，融合則是針對兩種及兩種以上的目標屬性進行審辨。

分離即注意不同事物、概念或現(xiàn)象的某個特征在某個或某些維度上的變化，識別出這個特征，此處的“這個特征”就是關鍵屬性[6]11。比如在識別紅色這一屬性時，教師僅展示紅色粉筆是不夠的，還需要同時至少展示一種其他顏色（如藍色）的形狀、大小相同的粉筆。這就是說，“分離”是指保持背景屬性不變，通過實現(xiàn)目標屬性的變異讓學生更容易接近目標學習內(nèi)容，從而實現(xiàn)深度學習的目標。

對比是指將不同事物、概念或現(xiàn)象的特征或維度進行對比[6]11，從而使學生關注到特征的不同而認識某個特征，即變中辨異，此處“異”就是關鍵屬性。比如紅色和藍色、綠色等顏色的差別，關注的是某個變異維度（顏色）上的某個“值”（如紅色）。除了我們關注的那個值（紅色）之外，同一維度至少還要有另一個值（如綠色），同時這兩個（或多個）事物之間的其他維度（如形狀、大?。┍３植蛔儭?/p>

上述變異過程中，當兩個或多個事物在某個維度上變化時，就同時出現(xiàn)了對比（如紅色和藍色）和分離（如顏色這個變異維度），當然這還取決于學習者的關注點——如“紅”這個顏色或“顏色”這個概念。

類合即注意從整體上辨識不同事物、概念或現(xiàn)象在某些維度上的變化，識別出這個不變的維度[6]11，此處“這個維度”就是關鍵屬性。也就是說，在多種變化中保持某個維度不變，使學習者對不變維度加以關注和概括[1]56。比如，在認識紅色時，可以展示紅色圓柱、紅色正方體、紅色球體等形狀維度的物體，通過改變形狀這個背景屬性來突顯紅色這個目標屬性，進而獲得對紅色屬性的認知。這是一種變中求同的審辨范式。

融合就是將不同事物、概念或現(xiàn)象在多個維度同時進行變化，讓學生識別出幾個維度之間的關系及各維度與學習內(nèi)容整體的關系[6]11，此處的“識別”就是關鍵屬性。融合是對前幾種策略的結合運用。

二、基于“變異理論”的科學教學難點突破

歷經(jīng)近三年的教學實踐，筆者發(fā)現(xiàn)“缺表測量小燈泡的額定電功率”學習內(nèi)容的關鍵屬性：一是缺表測量時如何讓小燈泡進行正常發(fā)光;二是確定缺表測量時小燈泡與定值電阻的連接方式;三是設計測量另一個額定值的方法;四是確定電表和幾個開關的位置。這一內(nèi)容的教學需“架橋鋪路”，并將學生遇到的難點進行合理分解、逐個突破，再架構整堂課的框架。這是引導學生深度學習真實發(fā)生的關鍵?；凇白儺惱碚摗保P者運用了四種思維策略促進學生在課堂內(nèi)審辨出學習內(nèi)容的關鍵屬性及其相互之間的關系。

（一）運用“分離”策略，將目標變異植入測量小燈泡額定電功率的要點思想

在電路設計中，如何使小燈泡正常發(fā)光是教師可以預設的關鍵屬性，是這節(jié)課學習內(nèi)容的核心之一。因此，以電表齊全的情景引導完成變異圖式，先易后難，為缺表情景做好鋪墊是恰當?shù)淖龇?。這是在后續(xù)缺表測量的學習內(nèi)容中提前植入“測額定電功率首先要使燈泡在U額或I額下正常發(fā)光”的要點思想，為缺表測量搭建臺階、降低難度。要審辨如何使小燈泡正常發(fā)光，那么“已知量”即是目標屬性，只要保持背景屬性不變，就能通過目標變異審辨其屬性，具體如表1所示。

學生經(jīng)歷表1的變異審辨過程，領悟“P額的測量，要使小燈泡處于正常發(fā)光的狀態(tài)”是必要條件。隨后，在此基礎上再進行缺表狀態(tài)下的變異，達成“缺表狀態(tài)下使小燈泡正常發(fā)光”的教學目標。如此就能避免因直接設計而帶來的難題。具體如表2和表3所示。

（二）運用“類合”策略，變中求同歸納不同缺表情景下的連接方式和測量量

1.小燈泡與定值電阻連接方式的審辨

本課題的關鍵屬性二是確定小燈泡與定值電阻的連接方式，這是后續(xù)電路設計的關鍵。對于兩種缺表情景下的變異，教師可運用“類合”策略，讓學生對不變的目標屬性加以關注和概括，審辨出屬性。因要審辨小燈泡和定值電阻的連接方式，因此測額定值成為目標屬性，由此變中求同歸納不同缺表情景下小燈泡和定值電阻的連接方式。具體如表4所示。

在上述審辨活動中，“缺電流表”測量中，無論是已知小燈泡U額還是I額，因為還提供電壓表，所以只有將定值電阻和小燈泡串聯(lián)，才能發(fā)揮電壓表和定值電阻的作用，測得另一個額定值。同理，在“缺電壓表”但提供電流表的情況下，只有將定值電阻和小燈泡并聯(lián)，才能發(fā)揮兩者的作用，測得另一個額定值。如此可獲得缺表測量的基本電路，從而突破關鍵屬性二。

2.除已知額定值外還需要測量量的審辨

相同的變異，如學習者的關注點不同，審辨的結果也能不一樣。借用前面的變異，同時關注除已知額定值的另一個額定值的測量維度，其測量方法便顯而易見，進而識別關鍵屬性三，具體如表5所示。

需要指出的是，所有的審辨范式并非“一舉多得”之舉，學生只有參與學習內(nèi)容的審辨才能促進深度學習。

（三）運用“對比”策略，變中辨異辨識不同缺表情景下電功率的測量方法

在教學中至關重要的是，教師通過組織學習條件將教學目標轉(zhuǎn)化為師生互動的教學活動，進而成為學生關注的學習內(nèi)容和目標[1]55?！白儺惱碚摗睆娬{(diào)，審辨基于變異，概括基于對比。教師要引導學生運用好“對比”策略，變中辨異，對“電表齊全”“缺電壓表”“缺電流表”三種情景進行變異，對測量方法進行審辨。兩次對比往往還伴隨著歸納、分析、評價、創(chuàng)新等一系列高階思維活動的發(fā)生，這有助于學生對目標變異屬性更加高效的審辨和習得。具體活動如表6所示。

同理，已知I額測量U額確定測量方法的變異圖式也容易得到，此處不再詳述。

（四）運用“融合”策略，整體識別確定不同缺表情景下的電表和開關位置

經(jīng)歷以上幾種情況的變異，學生對缺表測量的設計已經(jīng)有了雛形，再運用“融合”策略結合之前經(jīng)歷的學習內(nèi)容，就能整體識別各種情景下電表和開關位置。表7所示為己知U額但缺電流表時確定開關位置的變異圖式。

其他情景下的變異圖式也可以按此形式展開，此處只展示“審辨最終電路圖”（見圖1、圖2、圖3）。

需要指出的是，筆者在文中設計了相對比較詳細的變異圖式，但課堂教學無須完整的變異圖式，教師可以根據(jù)學生的情況、課堂的生成進行變異圖式的調(diào)整運用。

三、結語

“變異理論”是一套運用實證研究得出的具有可操作性的有前景和生命力的理論，它幫助教師更好地把握教學。杜威說：“變化、改變或運動，能夠刺激學生觀察;但如果僅僅是刺激觀察，并不會引起思維，變化必須發(fā)生在某種漸增的順序中;每一連續(xù)的變化，都能使人回想起變化以前的東西，并對以后將要出現(xiàn)的東西產(chǎn)生興趣?！苯?jīng)歷和體驗變異，有助于學生對學習內(nèi)容的深度理解。面對不同的教學內(nèi)容、多變的課堂，教師把握最佳時機，運用“變異理論”，通過設計具有適切性、挑戰(zhàn)性、創(chuàng)新性的教學任務，聚焦關鍵特征，并適當給予學生點撥，有助于解決疑難，提高課堂效率，提升學生的思維能力。

參考文獻：

[1]陳紅兵.創(chuàng)設有效的學習空間——變異理論視野下的課堂教學[J].教育學報，2013（5）.

[2]白玉，張紅洋.基于變異理論的高中物理課堂學習研究——以“理想氣體的狀態(tài)方程”教學為例[J].物理教學探討，2019（5）：10.

[3]吳華，周玉霄.變異理論驅(qū)動下的動態(tài)幾何“變中不變”[J].數(shù)學教育學報，2010（6）：26.

[4]葛漢洪.變異理論視域下的初中物理概念教學——以“機械效率”第1課時教學為例[J].物理教師，2019（2）：44.

[5]陳紅兵.探索學習的必要條件——變異理論發(fā)展的新動態(tài)[J].課程·教材·教法，2014（6）：112.

[6]張紅洋，張坤玲.聚焦學習內(nèi)容變異的教學研究[J].中學物理，2018（23）.