變異圖式在初中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

徐作培 姚彥川

摘要：介紹變異理論的基本認(rèn)識，依托變異理論提出的對照、類合、區(qū)分和融合四種變異圖式，闡釋變異圖式在初中化學(xué)教學(xué)中的具體運(yùn)用，通過不同功能的變異，體驗(yàn)事物的“變”與“不變”，審辨出事物的關(guān)鍵屬性，對變異理論進(jìn)行反思和展望。

關(guān)鍵詞：變異理論;變異圖式;化學(xué)教學(xué);教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號：1008-0546（2021）07-0021-04 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.07.006

豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、改進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法是新課程的基本理念。學(xué)習(xí)包含著“學(xué)”和“習(xí)”，“學(xué)”一般意味著學(xué)習(xí)，即模仿的過程，古代漢字“習(xí)”的上部分是“羽”，“習(xí)”是小鳥通過飛翔離開巢穴，即實(shí)踐的過程。變異理論[1]是由瑞典教學(xué)論專家馬飛龍教授（Marton，又譯馬騰、馬頓）提出的學(xué)習(xí)理論，是對遷移理論的新探索與升華，是一種學(xué)習(xí)方式的變革。變異理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)是對事物間的差異性及共同性的整體感知，是個(gè)體與環(huán)境之間的內(nèi)在關(guān)系，辨析辨別（稱“審辨”）能力是學(xué)習(xí)的基本要素，學(xué)習(xí)就是將知識的關(guān)鍵特征從其所處的環(huán)境中審辨出來。變異理論從學(xué)習(xí)內(nèi)容出發(fā)，建構(gòu)并解構(gòu)學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)鍵特征，這樣學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)進(jìn)行審辨，學(xué)生審辨出變與不變的屬性以達(dá)成對所學(xué)內(nèi)容的深度理解。

變異理論指出，學(xué)習(xí)必須透過審辨，而審辨必須透過變異，如果我們不能審辨事物便不能學(xué)習(xí)，從眾多的背景中把某樣事物審辨出來變成前景，必須經(jīng)歷這事物的變異[2]。關(guān)鍵特征的審辨，則依賴于變異圖式的正確運(yùn)用，變異理論提出了對照、類合、區(qū)分和融合四種變異圖式，我們可以讓事物的某些特征保持不變，進(jìn)而變動(dòng)另外特征，以引起學(xué)生對某些特征的特別關(guān)注從而審辨到這些特征，學(xué)生對知識理解會(huì)更加深刻。在化學(xué)教學(xué)中，我們可以依托變異圖式優(yōu)化教學(xué)，使課堂更加高效。

一、對照圖式在化學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用

“對照”即對比參照，透過對照凸顯出不同或變的方面，讓學(xué)生意識到什么在變，有助于審辨事物的關(guān)鍵特征。“找不同”是常見的游戲，如果兩幅看起來相似的圖片按照先后順序觀察，然后去發(fā)現(xiàn)不同點(diǎn)是很難的，若將兩幅圖片同時(shí)放在一起對照，審辨出不同地方便顯得十分容易。

CO2的化學(xué)性質(zhì)之一是能與堿溶液發(fā)生反應(yīng)，但CO2與NaOH溶液反應(yīng)時(shí)觀察不到明顯現(xiàn)象，化學(xué)同仁們設(shè)計(jì)了很多證明它們能夠反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，還有老師基于量的角度進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)[3]，當(dāng)然，這些實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)大同小異，大多是利用密閉容器內(nèi)氣壓的減小、生成的產(chǎn)物等進(jìn)行對照實(shí)驗(yàn)或趣味性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。根據(jù)NaOH和Na2CO3兩種固體在酒精中溶解度的不同，即NaOH固體溶于酒精，而Na2CO3固體不溶于酒精，我們可以設(shè)計(jì)另外一個(gè)簡單對照實(shí)驗(yàn)，將CO2分別通入NaOH溶液和NaOH的酒精溶液中，得到了不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，即盛有NaOH的酒精溶液的試管中出現(xiàn)了大量固體，見圖1和圖2，透過對照實(shí)驗(yàn)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，驗(yàn)證了反應(yīng)產(chǎn)物Na2CO3存在進(jìn)而證明CO2可與NaOH溶液反應(yīng)。

變異理論認(rèn)為，對照可以是將實(shí)物展現(xiàn)于學(xué)生眼前，也可以是學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)和新觀念發(fā)生沖突產(chǎn)生對照。例如，在學(xué)習(xí)pH試紙的使用時(shí)，教師總是強(qiáng)調(diào)pH試紙不能預(yù)先用水濕潤，如果將pH試紙濕潤，會(huì)使待測溶液被稀釋而導(dǎo)致所測pH不準(zhǔn)。pH試紙預(yù)先濕潤測定溶液的酸堿度會(huì)有何影響？學(xué)生會(huì)根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)判斷認(rèn)為潤濕后測酸性溶液pH會(huì)變大、堿性溶液會(huì)變小、中性溶液不變，果真如此嗎？在室溫下（20.5℃）測得不同濃度時(shí)碳酸氫鈉溶液的pH，見表1。隨著碳酸氫鈉溶液濃度的減小，HCO3-間氫鍵的締合作用程度逐漸減弱，導(dǎo)致發(fā)生電離與水解的HCO3-量反而增多了[4]，溶液的堿性增強(qiáng)，pH增大。

通常情況下決定溶液酸堿性的因素是溶液中氫離子和氫氧根離子濃度的相對大小，影響氫離子或氫氧根離子濃度的因素有電解質(zhì)自身的濃度、弱酸根和弱堿陽離子的電離程度和水解程度等[5]。強(qiáng)酸或強(qiáng)堿在稀釋時(shí)氫離子或氫氧根離子濃度會(huì)變小，使得pH會(huì)變大或變小。但對弱酸、弱堿以及一些鹽類物質(zhì)來講就不能簡單得到上述結(jié)論。由此可見，如果pH試紙預(yù)先濕潤測酸性溶液pH會(huì)變大、堿性溶液pH會(huì)變小、中性溶液不變的說法是不嚴(yán)密的。通過對照，學(xué)生審辨到自己的錯(cuò)誤，從而引起他們對pH及稀釋度的關(guān)注，學(xué)生的知識更加豐富。

二、類合圖式在化學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用

“類合”指的是不同的事物出現(xiàn)了相同或類似的某一特征，這一特征就會(huì)從其它特征中被審辨出來成為不同事物的共同特征，進(jìn)而推論出結(jié)論或規(guī)律。類合有助于區(qū)分關(guān)鍵特征和非關(guān)鍵特征，事物的關(guān)鍵特征可依靠對照來審辨，因而類合應(yīng)發(fā)生在對照之后。

變異理論認(rèn)為，我們在進(jìn)行抽象概念的教學(xué)時(shí)，可以采用類合策略將抽象概念和生活中的常見現(xiàn)象聯(lián)系起來，這樣便于學(xué)生接受。例如，溶解度是初中學(xué)生難以理解的概念，可以和生活中的“百米賽跑”結(jié)合起來，物質(zhì)的溶解度取決于一定溫度下，該物質(zhì)在100克溶劑中達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)所溶解的質(zhì)量，百米賽跑的成績?nèi)Q于一定風(fēng)速下，運(yùn)動(dòng)員以最快速度跑完100米所需要的時(shí)間，透過類合，見表2，把抽象的、看不見摸不著的轉(zhuǎn)化為直觀的、熟悉可見的，學(xué)生易于理解和掌握。

又如，學(xué)習(xí)“燃燒的條件”時(shí)，將燃燒的三個(gè)條件和成功的三個(gè)要素聯(lián)系起來，三者均缺一不可，物質(zhì)具有可燃性是物質(zhì)本身固有性質(zhì)（天時(shí)），可燃物周圍的環(huán)境要有氧氣存在（地利），溫度要達(dá)到可燃物的著火點(diǎn)（人和），見圖3，透過類合策略，學(xué)生能更加深刻理解燃燒的內(nèi)涵。

變異理論認(rèn)為，事物或事件之間總會(huì)有一些區(qū)別的，但也會(huì)有相通之處，通過聚焦于什么是不變，萬變不離其宗，讓學(xué)生找出不變的，類合也隨即發(fā)生。如學(xué)習(xí)“溶液”的概念時(shí)，教師在6支試管中分別加入高錳酸鉀、食鹽、冰塊、泥土、食用油、食鹽和蔗糖的混合物，加入適量水，攪拌，讓學(xué)生觀察并描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，審辨出其共同性與差異性。學(xué)生會(huì)從加入物質(zhì)的溶解能力、類別、狀態(tài)以及混合后的顏色、澄清狀況加以歸類，分辨出溶液和濁液的異同，雖然現(xiàn)象各異，但溶液均一和穩(wěn)定的共性會(huì)凸顯出來，通過類合，學(xué)生會(huì)審辨到它們的“變”與“不變”，從而深刻理解溶液的概念及組成，還進(jìn)一步明白了不同溶液可以呈現(xiàn)不同的顏色，且溶質(zhì)可能是固體、液體或氣體，溶質(zhì)也可能是一種或多種物質(zhì)。

三、區(qū)分圖式在化學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用

“區(qū)分”就是學(xué)生透過關(guān)鍵特征的變異從整體中審辨出關(guān)鍵屬性的過程，具有“控制變量”和“不變中有變”“變中有不變”的思維特征，與類合相反，即審辨出事物最顯著的差別。

變異理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)的關(guān)鍵是找出某一事物和其他事物最顯著的差別?；瘜W(xué)教學(xué)中，利用變異的區(qū)分圖式進(jìn)行的教學(xué)內(nèi)容較多，例如，學(xué)習(xí)化合物的知識時(shí)，要讓學(xué)生認(rèn)識化合物，首先學(xué)生必須能把化合物從眾多物質(zhì)中區(qū)分開來，所以我們必須讓他們區(qū)分化合物及不是化合物的物質(zhì)，如混合物。如此，物質(zhì)的變異維度便會(huì)展開，而化合物變成為了這維度上的一個(gè)值，即有了其獨(dú)立性而被區(qū)分，學(xué)生對化合物形成了初步的模糊認(rèn)識。教師再根據(jù)組成化合物的不同元素（是否含有氧元素、氫離子和酸根離子、金屬離子和氫氧根離子、金屬離子和酸根離子等）進(jìn)行判斷，學(xué)生便能區(qū)分出化合物的“元素”這個(gè)變異維度，進(jìn)而區(qū)分出化合物的種類（關(guān)鍵特征）：氧化物、酸、堿、鹽。這樣學(xué)生對化合物又有了更深入的認(rèn)識，因此，要從一個(gè)整體區(qū)分出其關(guān)鍵屬性，學(xué)生必須經(jīng)歷維度上的值的變異。

學(xué)習(xí)“金屬的性質(zhì)”時(shí)，我們可以依據(jù)學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)和知識儲(chǔ)備，對金屬的顏色、硬度、密度、與氧氣或酸反應(yīng)的狀況等進(jìn)行歸納分析，找出每一種金屬與其他金屬的顯著差異，這種金屬的“與眾不同”便會(huì)審辨出來從而區(qū)分于其他金屬，我們可以通過“顏色”區(qū)分鐵和銅，通過“狀態(tài)”區(qū)分銀和水銀，通過“等質(zhì)量金屬與同體積同濃度稀鹽酸反應(yīng)放出熱量的多少”區(qū)分鎂、鋁、鐵、銅的金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱。區(qū)分可以歸納辨別出物質(zhì)本身獨(dú)特的關(guān)鍵特征，學(xué)生就會(huì)靈活運(yùn)用知識解決實(shí)際問題。

四、融合圖式在化學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用

“融合”就是兩個(gè)或兩個(gè)以上的關(guān)鍵特征的同步變異，審辨出這些關(guān)鍵特征之間以及與整體之間的關(guān)系。融合就是幫助學(xué)生看到整體以及個(gè)別關(guān)鍵特征在整體的位置，還有同步變動(dòng)這些關(guān)鍵特征對整體的影響，這代表學(xué)生真正對學(xué)習(xí)內(nèi)容融會(huì)貫通。

變異理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)者要把事物的不同屬性有機(jī)融合起來，或者說覺察到事物各方面的變化，對事物進(jìn)行整體認(rèn)識。中和反應(yīng)是初中化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明中和反應(yīng)的發(fā)生是多數(shù)學(xué)生的難點(diǎn)所在，例如，怎樣證明氫氧化鈉和稀硫酸發(fā)生了反應(yīng)？從問題的組織形式來看，有極大的討論空間，有利于思維評價(jià)能力、綜合歸納能力的提升，此問題可以通過酸的通性、堿的通性及鹽的性質(zhì)加以融合解決。反應(yīng)后的體系可能是硫酸鈉和剩余硫酸的混合液，也可能是硫酸鈉和剩余氫氧化鈉的混合液，還可能是硫酸鈉溶液，我們首先從氫氧化鈉與稀硫酸的組成和性質(zhì)差異入手，理解酸堿中和反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，然后再設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。依據(jù)混合后體系成分的判斷、反應(yīng)過程中熱量和pH變化等多角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，藥品等材料的選擇隨著實(shí)驗(yàn)方案的不同亦呈現(xiàn)多樣化，學(xué)生會(huì)各抒己見，舉一反三。

又如，在一定體積10%的氫氧化鈉溶液中滴加10%的鹽酸（室溫下），反應(yīng)中溶液的溫度發(fā)生了變化[6]見表3，分析溶液溫度發(fā)生變化的原因。

解決此類問題，教師要引導(dǎo)學(xué)生就研究的問題尋找屬性，不變的屬性是酸和堿的種類，變異的屬性是加入酸的體積，再引導(dǎo)學(xué)生分析體積的變化導(dǎo)致中和反應(yīng)放出熱量及冷卻作用的差異，最后融合分析得出結(jié)論。即加入鹽酸體積在0～10mL時(shí)，隨著中和反應(yīng)的發(fā)生，溶液溫度逐漸上升，其原因是氫氧化鈉與稀鹽酸發(fā)生反應(yīng)放出熱量。當(dāng)加入鹽酸體積大于10mL時(shí)，溶液溫度又開始下降，原因之一是加入冷的稀鹽酸起到冷卻作用，同時(shí)溶液也自然冷卻，學(xué)生對溫度升高便于理解，對溶液溫度下降的原因往往解釋不夠準(zhǔn)確。

變異理論是基于學(xué)習(xí)者認(rèn)知本質(zhì)和規(guī)律所創(chuàng)設(shè)的，它對學(xué)習(xí)本質(zhì)的聚焦極大程度地拓展了概念教學(xué)的理論深度和實(shí)踐廣度[7]。教師在變異圖式的策略下進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，要求教師對教學(xué)內(nèi)容的分析要更加深刻精準(zhǔn)，促進(jìn)了教學(xué)的深層設(shè)計(jì)，也必將有利于學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。每一種變異圖式下也隱蘊(yùn)著歸納、分析、判斷、提煉、評價(jià)、創(chuàng)新等一系列思維活動(dòng)的發(fā)生，這也提升了學(xué)生的高階思維能力。變異理論高度重視實(shí)驗(yàn)，堅(jiān)持用實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說話，學(xué)生的證據(jù)推理、科學(xué)探究、創(chuàng)新意識、科學(xué)精神等核心素養(yǎng)也在潛移默化中滲透與提高。變異圖式的運(yùn)用可操作性強(qiáng)，可使課堂變宜、變易、變依、變藝，凸顯出變異理論的重要價(jià)值和實(shí)踐意義。

變異理論的四種變異圖式，“對照”有助于我們審辨事物的關(guān)鍵特征，“類合”關(guān)注事物的共同特征，“區(qū)分”注重關(guān)鍵特征從整體中的分離，“融合”讓我們體悟關(guān)鍵屬性與整體的關(guān)系。當(dāng)然，變異圖式的設(shè)計(jì)和運(yùn)用必須讓學(xué)習(xí)者體驗(yàn)到關(guān)鍵特征的變異，因而變異不可能適用于所有的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程，對于概念等陳述性知識的教學(xué)是非常有幫助的，但是對于程序性知識的教學(xué)就略顯不足，它依然要和其它的教學(xué)理論相容相輔，因此，在具體的教學(xué)實(shí)踐中，需要我們教師理性看待，批判選擇，豐富內(nèi)涵[87。一個(gè)可行的變異圖式可以演繹成很多不同版本的教學(xué)，結(jié)合不同的教學(xué)策略、課室環(huán)境場域、教師的勝任力、學(xué)生的學(xué)習(xí)力等，是變化萬端的。教學(xué)是一門藝術(shù)，變異理論是優(yōu)化教學(xué)的一個(gè)必要條件，教師依托變異圖式鍥而不舍、不斷探求、精心設(shè)計(jì)，一定會(huì)水到渠成。

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*本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“深度學(xué)習(xí)視域下初中化學(xué)問題情境設(shè)計(jì)研究”（課題編號E-b/2020/25）;徐州市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“超越式教學(xué)法在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐研究”（課題編號：GH13-20-Q017）的階段性成果。