基于变易理论的生物学概念教学

程志全

摘要 以“自然选择与适应的形成”一节为例，阐明在教学中如何基于变易理论聚焦概念、确定属性、创设变易和迁移应用，促进学生生物学概念的意义建构。

关键词  变易理论概念教学自然选择适应

中图分类号 G633.91文献标志码 B

与传统教授模式相比，在新课标理念下，生产生活、实验探究和科学史探究等情境越来越多地应用于生物学概念教学，更能促进学生主动地参与概念的意义构建。但是在情境教学实践中，部分教学情境脱离教学内容，出现“情境形式化”问题；此外由于学生的个体经验和理解方式上的差异，部分学生不能有效地从情境中建构概念，不能灵活地迁移应用习得的概念。因此，如何让更多学生的学习由“不可能”变为“可能”成为了设计教学的重要部分。

变易理论（Theory of Variation）是瑞典著名教育学家马飞龙在20世纪90年代提出的一种关于学习的理论。该理论认为学习必须透过审辨，而审辨必须透过变易，即学习需要审辨出学习内容的变化，识别出关键特征。关键特征是变易维度上的一个值，当学生审辨出关键特征时，也必定能审辨出相应的变易维度，这个变易维度就是关键属性。变易理论总结了变与不变的三种变易模式：对比模式是在保持其它属性不变的背景中感受某个属性的特征变化；概括模式是在保持关键属性不变，其它属性发生变化时，审辨出关键属性与所属事物的关系，并审辨出其他属性为无关；融合模式是指所有相关属性同时变化时，使学习者感受两个或多个属性的关系。变与不变的优选学习序列是将问题情境进行加工，先用对比和概括模式逐一突出关键属性，然后使相关属性共同变化，从而提升到整体的认识。系统运用变易模式能帮助学生更容易审辨出事物的关键属性和关键特征，有效提高学习效率，对概念教学具有很大的指导意义。

结合当前生物学概念教学实践中的问题，本项目的教学建构了基于变易理论的一般教学过程：聚焦概念、确定属性、创设变易和迁移应用，并以“自然选择与适应的形成”一节的教学为例，阐明变易理论在概念教学中的实践。

1 分析内容，聚焦概念

分析学习内容是教师教学的必要条件。学习内容分析需要教师根据教材和课程标准的要求，解决“教学目标是什么”的问题。生物学课程内容以生物学概念为基础进行组织，涉及众多的生物学事实和生物学现象。教师开展概念教学需要明确每章节的重要概念和相应的次位概念，厘清概念与事实及概念间的关系，确定教学目标，选择恰当的材料创设情境，避免情境形式化。

“自然选择与适应的形成”选自人教版高中生物学教材《必修2·遗传与进化》第六章第二节，主要介绍适应的概念和适应形成的机制，在《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中涉及的生物学概念间的联系如图1所示。该节内容聚焦重要概念“4.2适应是自然选择的结果”，通过本节课的学习，学生能运用自然选择学说解释生物的适应和多样性的形成。

2 关注差异，确定属性

教师与学生审辨出的关键属性不同会导致其对某一个事物、概念或现象性质理解不同。变易理论指出仅仅列出教学目标的学习内容并不能满足教学需求，教学目标的设计需深入到属性的层面，澄清学习者为了达到教学目标必须审辨出的学习对象的关键属性。对于学习者而言，学习内容的关键属性是那些需要关注，但还未能注意到的属性。关键属性不仅来自学习内容，而且来自于特定学生的已有经验。因此，对学习内容和学生经验的精细分析有助于教师发现原本未察觉或未重视的学习内容的关键属性。

学生在初中阶段已经对拉马克进化学说和自然选择学说有所了解，但对两学说的区别认识模糊，甚至认同变异是适应的结果。在传统教学过程中，通常将适应现象直接指向自然选择，忽略了对其他可能因素的识别和检验，导致学生学习困难较大。本项目的教学中，根据课前访谈、问卷调查以及教师原有的教学经验，教师识别出“适应是自然选择的结果”这一重要概念的关键属性为环境的选择作用、选择的结果和变异的方向，见表1。

3 创设变易，构建概念

由于生活经验、思维能力的差异，学习者建构的概念意义可能存在差别。系统运用变易模式是指教师在设计教学过程中有序地呈现情境和例子，学生在变与不变的对比情境中，主动审辨出概念的关键属性。教师系统运用变易模式有助于应对学生的个体差异带来的教学影响。在变易情境下，学生不仅能识别共性，还能关注到差异性，习得的概念能更好地迁移应用。关键属性的识别过程类似于科学实验中对于自变量、因变量与无关变量的确定。

根据确定的关键属性，教师运用对比和概括两种模式创设变易情境，让学生逐一审辨出关键属性。环节1创设有选择作用的环境和无选择作用的环境让学生审辨出只有特定的环境才起选择作用；环节2创设不同环境的自然选择让学生审辨出自然选择导致适应这一不变的方面；环节3创设相同的选择环境而变异不同让学生审辨出变异是在随机产生的，不定向的，发生在适应之前，见表2。教学过程简要描述如下。

环节1：呈现昆虫在有农药和无农药环境下昆虫数量变化的例子。教师提出问题：有农药和无农药的环境对昆虫的影响相同吗？农药如何影响昆虫数量变化？通过提问引导学生审辨出特定的环境通过影响生存和繁殖而起选择作用，达成次位概念4.2.1的构建。

环节2：通过分析在污染环境和无污染环境下桦尺蠖两种体色比例的变化。教师提出问题：污染环境和无污染的环境对桦尺蠖都起选择作用吗？自然选择的结果相同吗？通过提问引导学生审辨出优势性状的个体在种群中的比例会增加这一不变的方面，形成次位概念4.2.2。

环节3：教师追问：适应是变异的结果还是选择的结果呢？在介绍拉马克学说和自然选择学说后，教师提供卢里亚波动实验资料：A 组细菌被分开在各个试管中培养，达到一定数量涂抹在含有T1噬菌体的培养基上；B组的细菌培养在一个大瓶子里，培养相同时间后，涂抹在含有T1噬菌体的培养基上，比较两组变异发生的波动差异。在观察实验结果之前，教师引导学生做出假设：如果细菌的抗性是噬菌体诱导的，那么族群产生抗性的频率应该差不多；如果抗性是在生长中发生的突变，那么有的试管的突变发生得早，有的试管突变发生得迟，有的甚至没有发生，那么突变频率会因为突变发生的时间差别很大。通过对波动实验的分析完成次位概念4.2.3的构建。

4 融合提升，迁移应用

迁移是有意义学习的标志，应用则是迁移的重要表征之一。迁移与应用是重要的学习方式，同时也是对学习成果的检验方式。概念的考查以理解和应用为主，因此概念考查的形式不应是直接判断学生已有概念的对或错，而是在新的情境中考查概念的理解和应用。在迁移和应用过程中，学生需要能够自主审辨出变与不变的属性以及相关属性的变化，提升对概念的整体认识。此外，在考察的过程中注重对学生学习情况的反馈，以促进学生学习。

在运用对比和概括变易模式帮助学生逐步审辨概念的关键属性后，还需要通过精细设计的情境，让学生感受变异和环境两个变易维度同时变化对适应的影响，促进学生对重要概念“适应是自然选择的结果”的理解和应用。如教师展示资料：达尔文发现在远离大陆的克格伦岛上，呈现两种类型的昆虫，许多昆虫不能飞，少数能飞的昆虫翅膀异常发达。引导学生用自然选择学说进行解释这种两极分化的现象是怎么产生的？为什么某些昆虫不呈现这两种类型？

参考文献：

[1]卢敏玲.变易理论和优化课堂教学[M].合肥：安徽教育出版社，2011.

[2]陈红兵，易进.意义源于差异——读《学习的必要条件》谈变异理论的新发展[J].教育学报，2019，15（4）：122-127.

[3]陳红兵.创设有效的学习空间——变异理论视野下的课堂教学[J].教育学报，2013，9（5）：52-60.