高中生物程序化解題中“圖”導(dǎo)思維的實(shí)踐研究

皮星

現(xiàn)行評價(jià)體系檢測高中生學(xué)科知識掌握程度，一般采用紙筆測試解題效率的方式來體現(xiàn)。實(shí)踐證明，用程序化“圖”導(dǎo)思維的方式訓(xùn)練學(xué)生高效解題，是促成學(xué)生學(xué)科思維形成、發(fā)展和完善的有效過程，是提高學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的重要途徑。

一、程序化解題與“圖”導(dǎo)思維的內(nèi)涵

（一）程序化解題的內(nèi)涵

程序化解題的思想來自計(jì)算機(jī)的程序運(yùn)作。我們都知道，計(jì)算機(jī)是按照事先設(shè)定的科學(xué)程序?qū)崿F(xiàn)高效運(yùn)算的，可以設(shè)想：如果我們的解題過程也能夠按照某種科學(xué)、規(guī)范的程序進(jìn)行下去的話，那么相當(dāng)?shù)腻e(cuò)誤就可以避免。程序化解題其實(shí)就是按照科學(xué)的解題序列進(jìn)行操作的有效防止出錯(cuò)的一種解題的方式。

程序化解題過程要求對不同題型的程序設(shè)計(jì)必須科學(xué)、規(guī)范，并且要注意防止在運(yùn)用過程中的教條化傾向，因?yàn)椴⒎撬蓄}型和知識點(diǎn)均適用于程序化解題。一般來說，程序化解題適用于有關(guān)概念性知識的題目，而事實(shí)性知識的題目解答通常無需該法。

（二）何謂“圖”導(dǎo)思維

思維是人腦借助語言對客觀現(xiàn)實(shí)間接的、概括的反映，反映的是事物的本質(zhì)和事物間的規(guī)律性聯(lián)系。圖是最直觀的語言，易讀、易懂、易記?！皥D”導(dǎo)思維是指運(yùn)用一系列“圖示”技術(shù)把本來抽象的思維過程（思考方法和思考路徑）顯象化、使思路清晰可見的過程，亦即思維可視化。實(shí)踐證明，將思維可視化更有利于人們的理解和記憶，可有效提高人們的信息加工及信息傳遞效能。

華東師范大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)研究所特聘研究員劉濯源研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)“思維可視化”的“圖”主要包括思維導(dǎo)圖、模型圖（如考試規(guī)律模型、學(xué)科規(guī)律模型、思維方式模型等）、流程圖、概念圖、表格等。

本文將通過展示一堂課中的程序化解題訓(xùn)練的實(shí)例，揭示高中生物學(xué)科幾類題型的程序化解題模式經(jīng)“圖”導(dǎo)思維訓(xùn)練后對學(xué)生學(xué)科能力提升的作用。

二、程序化解題模式例談

在我校承辦的2014年全國思維導(dǎo)圖研討會上，我們展示了一堂高三復(fù)習(xí)課“遺傳規(guī)律題型與解法”，以下是我們教學(xué)該課的主要過程。

（一）課前精心準(zhǔn)備——小組合作構(gòu)建思維導(dǎo)圖

教師在導(dǎo)學(xué)案中精心設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)題，讓學(xué)生通過課前做典型習(xí)題，回顧《遺傳與變異》整個(gè)專題的核心知識，同時(shí)自主構(gòu)建本模塊知識思維導(dǎo)圖;在個(gè)人構(gòu)建模塊知識思維導(dǎo)圖的基礎(chǔ)上，再小組討論、相互借鑒，形成比較完善的小組模塊知識思維導(dǎo)圖。

教師準(zhǔn)備的預(yù)習(xí)題是將歷年高考真題綜合后的題目。綜合的題目才能更好地展示知識模塊的整體性。學(xué)生通過自己回顧制作個(gè)人模塊知識思維導(dǎo)圖、小組合作制作小組模塊知識思維導(dǎo)圖，可以鞏固事實(shí)性知識，初步建構(gòu)概念性知識。

（二）課中精彩呈現(xiàn)——思維導(dǎo)圖實(shí)用性轉(zhuǎn)化

課堂教學(xué)過程是從“有圖”到“用圖”的轉(zhuǎn)化，是訓(xùn)練學(xué)生思維程序化、可視化的主要過程。

1.通過思維導(dǎo)圖的設(shè)計(jì)與教學(xué)，發(fā)散學(xué)生的思維

教師預(yù)設(shè)時(shí)間大約為6—8分鐘，采取“小組展示導(dǎo)圖（見圖1、2）→小組互評導(dǎo)圖→教師展示教師導(dǎo)圖（見圖3）→學(xué)生綜合思考后修改完善教師導(dǎo)圖（見圖4）”的形式，使模塊知識更完整清晰。

2.通過“圖”導(dǎo)思維實(shí)現(xiàn)程序化解題的“聚思維”

思維可視化，是實(shí)現(xiàn)思維從無序到有序的發(fā)展過程。有了設(shè)計(jì)思維導(dǎo)圖這個(gè)發(fā)散思維的過程墊底，學(xué)生對于章節(jié)模塊知識的發(fā)散、梳理得到有效訓(xùn)練，而對于應(yīng)用知識進(jìn)行程序化解題的思維尚需篩選、聚合，我們擬通過具體題目的解決來細(xì)化這個(gè)過程，進(jìn)而達(dá)到“聚思維”的效果（見圖5）。

“聚思維”需要教師與學(xué)生一起，通過對解題過程的梳理、比較、規(guī)整，最終獲得一類題型的程序化解題的思維路徑圖。下面我們以歸納“遺傳基本定律中的F2特殊性狀分離比”的程序化解題為例。

（1）教師精選題目，學(xué)生展示解題過程

例1：蠶的黃色繭（Y）對白色繭（y）是顯性，抑制黃色出現(xiàn)的基因（I）對黃色出現(xiàn)的基因（i）是顯性?，F(xiàn)用雜合白色繭（IiYy）蠶相互交配，后代中白色繭對黃色繭的分離比是 。

例2：香豌豆中，當(dāng)A、B兩個(gè)顯性基因都存在時(shí)，花色為紅色（基因Aa、Bb獨(dú)立遺傳）。一株紅花香豌豆與基因型為Aabb的植株雜交，子代中有3/8的個(gè)體開紅花，若讓此株自花受粉，則后代紅花香豌豆中純合子占 。

以下是學(xué)生A展示的解例1的過程（將其解題板書用電腦重繪，見圖6）。

以下是學(xué)生B展示的解例2的過程（將其解題板書用電腦重繪，見圖7）。

（2）教師引導(dǎo)學(xué)生歸納解題過程的相同環(huán)節(jié)

同一類題，在解題的各個(gè)環(huán)節(jié)（程序）中，既有相同點(diǎn)，也有易錯(cuò)點(diǎn)。教師要發(fā)揮學(xué)生的主體地位，引導(dǎo)學(xué)生通過比較發(fā)現(xiàn)相同的程序化解題過程，再各抒己見，說說各自在解題過程中哪一步走不順、容易進(jìn)入哪些陷阱以及今后解題時(shí)需要特別注意的地方，以此豐滿該類題型的解題流程。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，學(xué)生將原來由師生合作完成的思維導(dǎo)圖進(jìn)行拆解，將其中能用于解答此類型題的“微模塊”進(jìn)行實(shí)用性重組轉(zhuǎn)化，得到的可視化程序性思維路徑如下圖8。

（3）運(yùn)用程序化思維路徑圖進(jìn)行解題練習(xí)

解題程序統(tǒng)一以后，再引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)題型訓(xùn)練，讓每一個(gè)學(xué)生在訓(xùn)練中逐漸熟悉解題的各個(gè)流程，將可視化的流程圖轉(zhuǎn)變?yōu)闊o形的解題思路，便于學(xué)生在解題的過程中靈活地提取、運(yùn)用。在生生互動、互相講題時(shí)，因?yàn)橛辛藞D形化的流程指引，學(xué)生交流起來也更便于雙方接受、理解。

（三）課后精細(xì)落實(shí)——程序化向自動化轉(zhuǎn)化

科學(xué)規(guī)范的程序化解題路徑，為學(xué)生解題指明了方向，但是要進(jìn)一步提高學(xué)生的解題效率，需要學(xué)生在執(zhí)行程序時(shí)加快速度。如同計(jì)算機(jī)，在每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行邏輯判斷和篩選的速度越快，效能越高。

學(xué)生運(yùn)用程序化解題圖反復(fù)進(jìn)行訓(xùn)練，對于同類題的解題過程得到強(qiáng)化，增強(qiáng)了解題自信，便會讓程序自然地內(nèi)化為自己的解題思路，形成一種自動化的解題技巧，一看到此類題型，便能迅速作答。進(jìn)一步訓(xùn)練，還能達(dá)到觸類旁通的效果。

三、高中生物幾種類型題程序化解題模式概覽

（一）用“微導(dǎo)圖”卡進(jìn)行選擇題程序化解題

當(dāng)前國家級考試中，對于“核心概念”和“概念轉(zhuǎn)變”的考查越來越多。在選擇題中，很多選項(xiàng)反映出跨章節(jié)核心概念的思維聯(lián)系。高中生物的核心概念大約有70多個(gè)，將核心概念作為思維中心詞，精心制作出“微導(dǎo)圖”卡，再將這些“微導(dǎo)圖”卡如同“納米技術(shù)”中的基本粒子一樣隨意組合，進(jìn)行思維重組，便可以開拓出嶄新的思維路徑，讓學(xué)生的思維廣度和學(xué)科素養(yǎng)等得到進(jìn)一步的提高。

納米分子需要按照模板才能構(gòu)建成各種樣式的材料，“微導(dǎo)圖”卡同樣需要一些程序模塊的指引才能串聯(lián)運(yùn)用。大多數(shù)題目的解題程序模塊如圖9所示。

在這一流程圖中，“審出核心概念”是前提，“尋出關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)”與“重組思維聯(lián)系”是關(guān)鍵，學(xué)生在多次運(yùn)用后，方能加快思維的速度。核心概念“微導(dǎo)圖”卡用于解題過程，在解題時(shí)進(jìn)行不同的組合，可以訓(xùn)練學(xué)生思維的發(fā)散性及解題的程序性。

例如：某選擇題的一個(gè)選項(xiàng)為“在進(jìn)行植物組織培養(yǎng)時(shí)可能發(fā)生基因突變和染色體變異”。

此題明顯屬于跨章節(jié)知識重組，老師從沒有在課堂上直接講授過，學(xué)生平時(shí)對這個(gè)問題的思考也較少。遇到這樣的情況，根據(jù)解題的一般程序?qū)忣}，可知“植物組織培養(yǎng)”“基因突變”“染色體變異”是核心概念，我們“拿出”原來準(zhǔn)備好的相關(guān)“微導(dǎo)圖”卡，尋找它們之間的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)，如圖10。

通過上圖，我們可以直觀地看到，植物組織培養(yǎng)中包含“有絲分裂”的概念，而基因突變發(fā)生的時(shí)間可以是“有絲分裂間期”，二者在此發(fā)生關(guān)聯(lián)，學(xué)生進(jìn)行思維重組后便能得出結(jié)論：植物組織培養(yǎng)中可以發(fā)生基因突變。

而在解決“植物組織培養(yǎng)”是否發(fā)生“染色體變異”的問題時(shí)，我們需要調(diào)出“染色體變異”的微導(dǎo)圖卡，再尋找二者的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)，如圖11。通過直觀比較、尋找，我們不能發(fā)現(xiàn)“染色體變異”與“植物組織培養(yǎng)”有什么關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)，但在“植物組織培養(yǎng)”的微導(dǎo)圖卡中我們可以發(fā)現(xiàn)“有絲分裂”這個(gè)核心概念，此時(shí)，我們再調(diào)出“有絲分裂”的微導(dǎo)圖卡便可以發(fā)現(xiàn)“染色體”這個(gè)概念了。于是，通過中間概念將斷掉的思維鏈條補(bǔ)全，我們可以順利完成思維的跨越式聯(lián)系，見圖11。

（二）生態(tài)系統(tǒng)能量流動中的程序化解題模型及其使用

教材中《生態(tài)系統(tǒng)的能量流動》一節(jié)，有關(guān)內(nèi)容的文字說明不夠充分，配圖也過于簡單、抽象，不利于學(xué)生快速理解概念性知識的內(nèi)涵與外延，導(dǎo)致學(xué)生在解題時(shí)得分率普遍較低。為了幫助學(xué)生快速獲取知識，加深對知識的理解與運(yùn)用，我們采用思維導(dǎo)圖的方式幫助學(xué)生梳理知識，最終形成了以下快速解題的思維模型，見圖12。模型中蘊(yùn)含著豐富的信息，可以用色彩、框架等進(jìn)行歸類，箭頭的粗細(xì)表示能量流動中的能量守恒、逐級遞減等特點(diǎn)。

有了這個(gè)解題模型，學(xué)生在具體解決某一個(gè)問題時(shí)，可根據(jù)題意找出適合的解題路徑來作答。比如遇到“在草、兔、狼組成的食物鏈中，狼的糞便中所含的能量實(shí)際屬于的同化量”這樣的問題，學(xué)生便可以通過在導(dǎo)圖中查找關(guān)鍵詞“攝入”“糞便”“同化量”進(jìn)行程序化解題思路重構(gòu)，進(jìn)而分析出“狼的糞便中所含的能量實(shí)際屬于兔的同化量”;如果題目進(jìn)一步設(shè)問“狼的糞便中所含的能量實(shí)際屬于兔同化量中 的部分”，學(xué)生可以繼續(xù)運(yùn)用模型圖進(jìn)行順序索引，往后尋找“兔同化量”的去路，從而直觀地得出答案——兔同化能量后，被下一營養(yǎng)級攝入的能量中“被分解者分解”的能量中的部分能量即狼的糞便量。

（三）坐標(biāo)曲線題的程序化解題

坐標(biāo)曲線題是高中生物考試中考查學(xué)生綜合能力的重要題型，需要學(xué)生具備識圖獲取信息能力及圖文轉(zhuǎn)化綜合分析能力，其涵蓋的知識點(diǎn)有跨膜運(yùn)輸、酶促反應(yīng)、光合作用、細(xì)胞呼吸、細(xì)胞增殖、遺傳的分子基礎(chǔ)、遺傳與變異、種群數(shù)量變化、免疫調(diào)節(jié)、神經(jīng)調(diào)節(jié)、激素調(diào)節(jié)等。圖13所示的程序化解題過程，能將不同知識點(diǎn)的曲線圖解題思路統(tǒng)一在一起，便于學(xué)生掌握核心能力。

我們以2013年大綱版全國卷第31題第（1）小題的程序化解題過程為例進(jìn)行簡要說明。

原題如下：某研究小組測得在適宜條件下某植物葉片遮光前吸收CO2的速率和遮光（完全黑暗）后釋放CO2的速率。吸收或釋放CO2的速率隨時(shí)間變化趨勢的示意圖見圖14（吸收或釋放CO2的速率是指單位面積葉片在單位時(shí)間內(nèi)吸收或釋放CO2的量）。

回答下面的問題：在光照條件下，圖形A+B+C的面積表示該植物在一定時(shí)間內(nèi)單位面積葉片光合作用 ，其中圖形B的面積表示 。從圖形C可推測該植物存在另一個(gè) 的途徑。CO2進(jìn)出葉肉細(xì)胞都是通過 的方式進(jìn)行的。

程序化解題過程如下：第一，坐標(biāo)含義定考點(diǎn)。首先，橫坐標(biāo)的“時(shí)間”，暗示了實(shí)驗(yàn)過程中會改變條件，實(shí)驗(yàn)會在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行。其次，由縱坐標(biāo)“吸收/釋放CO2的速率”進(jìn)行思維發(fā)散，調(diào)出記憶有關(guān)“光合作用”“細(xì)胞呼吸”的相關(guān)知識網(wǎng)絡(luò)圖。第二，圖文轉(zhuǎn)化理思路。首先，由縱坐標(biāo)中的“吸收、釋放”等專有名詞，聯(lián)想到平時(shí)積累制作的圖表（見圖15），經(jīng)圖文轉(zhuǎn)換、以圖析圖，再結(jié)合縱坐標(biāo)的含義，便可以直觀地得出“A+B+C的面積”就是“固定CO2總量”。其次，結(jié)合坐標(biāo)含義，看趨勢、找特殊點(diǎn)。“遮光”之后，B區(qū)域的延長線是一條直線，也就是“平穩(wěn)”趨勢，表示含量不變;又根據(jù)縱坐標(biāo)表示的變量是CO2釋放的速率，由此可以得出圖形B的面積表示呼吸作用放出的CO2的量。當(dāng)年高考，許多考生在“從圖形C可推測該植物存在另一個(gè)的 途徑”處不知所措，其實(shí)，按照程序性解題的思路分析，就能從容作答。從趨勢來看，是“下降”趨勢，而結(jié)合縱坐標(biāo)負(fù)區(qū)間的含義“CO2釋放速率”，就可以分析出圖形C是在“釋放CO2”。第三，規(guī)范用圖巧得分。要求文字語言的表達(dá)要規(guī)范。雖然許多學(xué)生能分析出是“固定CO2”，但是容易漏掉“量”這個(gè)關(guān)鍵字。如果平時(shí)進(jìn)行規(guī)范用圖訓(xùn)練，注意到橫坐標(biāo)的“時(shí)間”與縱坐標(biāo)的“速率”相乘就是一個(gè)“量”，那么就可以減少非知識性失分了。

思維導(dǎo)圖是近年來在教育界比較風(fēng)靡的一種思維工具。把握思維導(dǎo)圖的核心，運(yùn)用“圖”導(dǎo)思維，使思維可視化，再將可視化的思維路徑凝聚成解題的程序化模塊，讓學(xué)生在解題過程中按照科學(xué)、規(guī)范的程序執(zhí)行，在反復(fù)執(zhí)行程序的過程中促進(jìn)思維的發(fā)散與聚合，以至于達(dá)到靈活運(yùn)用程序模塊，最終實(shí)現(xiàn)解題自動化的效果，這就是我們的理想愿景。