基于變易理論的生物學(xué)概念教學(xué)

程志全

摘要 以“自然選擇與適應(yīng)的形成”一節(jié)為例，闡明在教學(xué)中如何基于變易理論聚焦概念、確定屬性、創(chuàng)設(shè)變易和遷移應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)概念的意義建構(gòu)。

關(guān)鍵詞? 變易理論概念教學(xué)自然選擇適應(yīng)

中圖分類號(hào) G633.91文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

與傳統(tǒng)教授模式相比，在新課標(biāo)理念下，生產(chǎn)生活、實(shí)驗(yàn)探究和科學(xué)史探究等情境越來越多地應(yīng)用于生物學(xué)概念教學(xué)，更能促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)地參與概念的意義構(gòu)建。但是在情境教學(xué)實(shí)踐中，部分教學(xué)情境脫離教學(xué)內(nèi)容，出現(xiàn)“情境形式化”問題；此外由于學(xué)生的個(gè)體經(jīng)驗(yàn)和理解方式上的差異，部分學(xué)生不能有效地從情境中建構(gòu)概念，不能靈活地遷移應(yīng)用習(xí)得的概念。因此，如何讓更多學(xué)生的學(xué)習(xí)由“不可能”變?yōu)椤翱赡堋背蔀榱嗽O(shè)計(jì)教學(xué)的重要部分。

變易理論（Theory of Variation）是瑞典著名教育學(xué)家馬飛龍?jiān)?0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)必須透過審辨，而審辨必須透過變易，即學(xué)習(xí)需要審辨出學(xué)習(xí)內(nèi)容的變化，識(shí)別出關(guān)鍵特征。關(guān)鍵特征是變易維度上的一個(gè)值，當(dāng)學(xué)生審辨出關(guān)鍵特征時(shí)，也必定能審辨出相應(yīng)的變易維度，這個(gè)變易維度就是關(guān)鍵屬性。變易理論總結(jié)了變與不變的三種變易模式：對(duì)比模式是在保持其它屬性不變的背景中感受某個(gè)屬性的特征變化；概括模式是在保持關(guān)鍵屬性不變，其它屬性發(fā)生變化時(shí)，審辨出關(guān)鍵屬性與所屬事物的關(guān)系，并審辨出其他屬性為無關(guān)；融合模式是指所有相關(guān)屬性同時(shí)變化時(shí)，使學(xué)習(xí)者感受兩個(gè)或多個(gè)屬性的關(guān)系。變與不變的優(yōu)選學(xué)習(xí)序列是將問題情境進(jìn)行加工，先用對(duì)比和概括模式逐一突出關(guān)鍵屬性，然后使相關(guān)屬性共同變化，從而提升到整體的認(rèn)識(shí)。系統(tǒng)運(yùn)用變易模式能幫助學(xué)生更容易審辨出事物的關(guān)鍵屬性和關(guān)鍵特征，有效提高學(xué)習(xí)效率，對(duì)概念教學(xué)具有很大的指導(dǎo)意義。

結(jié)合當(dāng)前生物學(xué)概念教學(xué)實(shí)踐中的問題，本項(xiàng)目的教學(xué)建構(gòu)了基于變易理論的一般教學(xué)過程：聚焦概念、確定屬性、創(chuàng)設(shè)變易和遷移應(yīng)用，并以“自然選擇與適應(yīng)的形成”一節(jié)的教學(xué)為例，闡明變易理論在概念教學(xué)中的實(shí)踐。

1 分析內(nèi)容，聚焦概念

分析學(xué)習(xí)內(nèi)容是教師教學(xué)的必要條件。學(xué)習(xí)內(nèi)容分析需要教師根據(jù)教材和課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，解決“教學(xué)目標(biāo)是什么”的問題。生物學(xué)課程內(nèi)容以生物學(xué)概念為基礎(chǔ)進(jìn)行組織，涉及眾多的生物學(xué)事實(shí)和生物學(xué)現(xiàn)象。教師開展概念教學(xué)需要明確每章節(jié)的重要概念和相應(yīng)的次位概念，厘清概念與事實(shí)及概念間的關(guān)系，確定教學(xué)目標(biāo)，選擇恰當(dāng)?shù)牟牧蟿?chuàng)設(shè)情境，避免情境形式化。

“自然選擇與適應(yīng)的形成”選自人教版高中生物學(xué)教材《必修2·遺傳與進(jìn)化》第六章第二節(jié)，主要介紹適應(yīng)的概念和適應(yīng)形成的機(jī)制，在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中涉及的生物學(xué)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(yīng)是自然選擇的結(jié)果”，通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生能運(yùn)用自然選擇學(xué)說解釋生物的適應(yīng)和多樣性的形成。

2 關(guān)注差異，確定屬性

教師與學(xué)生審辨出的關(guān)鍵屬性不同會(huì)導(dǎo)致其對(duì)某一個(gè)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(xué)目標(biāo)的學(xué)習(xí)內(nèi)容并不能滿足教學(xué)需求，教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)需深入到屬性的層面，澄清學(xué)習(xí)者為了達(dá)到教學(xué)目標(biāo)必須審辨出的學(xué)習(xí)對(duì)象的關(guān)鍵屬性。對(duì)于學(xué)習(xí)者而言，學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)鍵屬性是那些需要關(guān)注，但還未能注意到的屬性。關(guān)鍵屬性不僅來自學(xué)習(xí)內(nèi)容，而且來自于特定學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)。因此，對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)生經(jīng)驗(yàn)的精細(xì)分析有助于教師發(fā)現(xiàn)原本未察覺或未重視的學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)鍵屬性。

學(xué)生在初中階段已經(jīng)對(duì)拉馬克進(jìn)化學(xué)說和自然選擇學(xué)說有所了解，但對(duì)兩學(xué)說的區(qū)別認(rèn)識(shí)模糊，甚至認(rèn)同變異是適應(yīng)的結(jié)果。在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，通常將適應(yīng)現(xiàn)象直接指向自然選擇，忽略了對(duì)其他可能因素的識(shí)別和檢驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)困難較大。本項(xiàng)目的教學(xué)中，根據(jù)課前訪談、問卷調(diào)查以及教師原有的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，教師識(shí)別出“適應(yīng)是自然選擇的結(jié)果”這一重要概念的關(guān)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(shè)變易，構(gòu)建概念

由于生活經(jīng)驗(yàn)、思維能力的差異，學(xué)習(xí)者建構(gòu)的概念意義可能存在差別。系統(tǒng)運(yùn)用變易模式是指教師在設(shè)計(jì)教學(xué)過程中有序地呈現(xiàn)情境和例子，學(xué)生在變與不變的對(duì)比情境中，主動(dòng)審辨出概念的關(guān)鍵屬性。教師系統(tǒng)運(yùn)用變易模式有助于應(yīng)對(duì)學(xué)生的個(gè)體差異帶來的教學(xué)影響。在變易情境下，學(xué)生不僅能識(shí)別共性，還能關(guān)注到差異性，習(xí)得的概念能更好地遷移應(yīng)用。關(guān)鍵屬性的識(shí)別過程類似于科學(xué)實(shí)驗(yàn)中對(duì)于自變量、因變量與無關(guān)變量的確定。

根據(jù)確定的關(guān)鍵屬性，教師運(yùn)用對(duì)比和概括兩種模式創(chuàng)設(shè)變易情境，讓學(xué)生逐一審辨出關(guān)鍵屬性。環(huán)節(jié)1創(chuàng)設(shè)有選擇作用的環(huán)境和無選擇作用的環(huán)境讓學(xué)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(shè)不同環(huán)境的自然選擇讓學(xué)生審辨出自然選擇導(dǎo)致適應(yīng)這一不變的方面；環(huán)節(jié)3創(chuàng)設(shè)相同的選擇環(huán)境而變異不同讓學(xué)生審辨出變異是在隨機(jī)產(chǎn)生的，不定向的，發(fā)生在適應(yīng)之前，見表2。教學(xué)過程簡(jiǎn)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(duì)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(dǎo)學(xué)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(dá)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(duì)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(dǎo)學(xué)生審辨出優(yōu)勢(shì)性狀的個(gè)體在種群中的比例會(huì)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(yīng)是變異的結(jié)果還是選擇的結(jié)果呢？在介紹拉馬克學(xué)說和自然選擇學(xué)說后，教師提供盧里亞波動(dòng)實(shí)驗(yàn)資料：A 組細(xì)菌被分開在各個(gè)試管中培養(yǎng)，達(dá)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(xì)菌培養(yǎng)在一個(gè)大瓶子里，培養(yǎng)相同時(shí)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(dòng)差異。在觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果之前，教師引導(dǎo)學(xué)生做出假設(shè)：如果細(xì)菌的抗性是噬菌體誘導(dǎo)的，那么族群產(chǎn)生抗性的頻率應(yīng)該差不多；如果抗性是在生長(zhǎng)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(huì)因?yàn)橥蛔儼l(fā)生的時(shí)間差別很大。通過對(duì)波動(dòng)實(shí)驗(yàn)的分析完成次位概念4.2.3的構(gòu)建。

4 融合提升，遷移應(yīng)用

遷移是有意義學(xué)習(xí)的標(biāo)志，應(yīng)用則是遷移的重要表征之一。遷移與應(yīng)用是重要的學(xué)習(xí)方式，同時(shí)也是對(duì)學(xué)習(xí)成果的檢驗(yàn)方式。概念的考查以理解和應(yīng)用為主，因此概念考查的形式不應(yīng)是直接判斷學(xué)生已有概念的對(duì)或錯(cuò)，而是在新的情境中考查概念的理解和應(yīng)用。在遷移和應(yīng)用過程中，學(xué)生需要能夠自主審辨出變與不變的屬性以及相關(guān)屬性的變化，提升對(duì)概念的整體認(rèn)識(shí)。此外，在考察的過程中注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的反饋，以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)。

在運(yùn)用對(duì)比和概括變易模式幫助學(xué)生逐步審辨概念的關(guān)鍵屬性后，還需要通過精細(xì)設(shè)計(jì)的情境，讓學(xué)生感受變異和環(huán)境兩個(gè)變易維度同時(shí)變化對(duì)適應(yīng)的影響，促進(jìn)學(xué)生對(duì)重要概念“適應(yīng)是自然選擇的結(jié)果”的理解和應(yīng)用。如教師展示資料：達(dá)爾文發(fā)現(xiàn)在遠(yuǎn)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(dá)。引導(dǎo)學(xué)生用自然選擇學(xué)說進(jìn)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？

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