例析思維導(dǎo)圖在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

▍廣西師范學(xué)院環(huán)境與生命科學(xué)學(xué)院 羊秀美 韓京哲 楊劍

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出：培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。其中，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的素養(yǎng)，是使學(xué)生具備團(tuán)隊(duì)合作、勇于創(chuàng)新與提高實(shí)踐的能力。學(xué)生科學(xué)探究與實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)途徑之一，是讓學(xué)生切身探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。但高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常常出現(xiàn)以下現(xiàn)象：一是傳統(tǒng)教學(xué)方法的課前預(yù)習(xí)，有些學(xué)生只是簡(jiǎn)單地看看實(shí)驗(yàn)講義，沒(méi)有形成自己的一個(gè)清晰的思路，而冗長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)原理、材料用具、方法步驟以及操作要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，甚至是思考討論等，都可能使學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)思維混亂。二是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作中一板一眼地照著書(shū)本步驟模仿實(shí)驗(yàn)，或者照著老師的演示一步步地進(jìn)行，沒(méi)有自己清晰的思路，同時(shí)缺乏在實(shí)驗(yàn)操作中的思考。三是在高考的壓力下，有些教師認(rèn)為實(shí)驗(yàn)操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，留給學(xué)生獨(dú)立思考的時(shí)間和機(jī)會(huì)就會(huì)減少，或者把“動(dòng)手做”實(shí)驗(yàn)變成了“口頭講”實(shí)驗(yàn)，制約了學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)踐探究能力的發(fā)展。四是在探究性實(shí)驗(yàn)中，由于開(kāi)放性大，內(nèi)容比較豐富，師生探討起來(lái)容易混亂，使得實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)不合理、思路不清晰、思考不周全。因此，在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，基于學(xué)生如何有效地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)，進(jìn)而清晰有序地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作；教師如何分配時(shí)間，高效率地指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；師生如何周全地設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而有效地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新與科學(xué)探究能力，一些學(xué)者在研究中發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用思維導(dǎo)圖可以有效地進(jìn)行高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，更好地促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的形成。

思維導(dǎo)圖（Mind Map）是英國(guó)著名心理學(xué)家東尼·博贊（Tony Buzan）在20世紀(jì)70年代與兄弟巴利創(chuàng)造的一種發(fā)散性思維的表達(dá)工具。它強(qiáng)調(diào)的是大腦的發(fā)散性生理與意識(shí)概念的結(jié)構(gòu)，以一個(gè)中心為一級(jí)主題，再分別向四周擴(kuò)散形成二級(jí)主題、三級(jí)主題等分支。即從中心關(guān)鍵詞出發(fā)，運(yùn)用詞組、短語(yǔ)、字體、線條、代碼、圖形、色彩、繪畫(huà)、通感等方式構(gòu)成。思維導(dǎo)圖的特征在于：一是焦點(diǎn)在中央圖像；二是從中央向四周擴(kuò)散；三是分支由相關(guān)圖或詞組成；四是各分支由節(jié)點(diǎn)連接。思維導(dǎo)圖也被人們稱為瑞士軍刀一般的思維工具。運(yùn)用思維導(dǎo)圖進(jìn)行高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)，結(jié)合學(xué)生的發(fā)散性思維與圖式理論，可以將高中生物實(shí)驗(yàn)的知識(shí)直觀地、可視化地呈現(xiàn)出來(lái)，有利于學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，有序操作；有利于教師掌握時(shí)間，合理分配，優(yōu)化過(guò)程；同時(shí)也有利于師生思考與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，井然有序地完成探究實(shí)驗(yàn)。本文以人教版高中生物教材的實(shí)驗(yàn)為例，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)的四個(gè)方面來(lái)分析運(yùn)用思維導(dǎo)圖在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)越性。

一、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)胸有成竹

在操作實(shí)驗(yàn)之前要組織學(xué)生運(yùn)用思維導(dǎo)圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課前的預(yù)習(xí)，要在學(xué)習(xí)相關(guān)的理論基礎(chǔ)知識(shí)之上梳理冗長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)原理、方法步驟，理清材料用具，謹(jǐn)慎注意事項(xiàng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)設(shè)與思考。例如，人教版高中生物必修一《分子與細(xì)胞》中“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)（如圖1所示）。學(xué)生可以從基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、基本操作、注意事項(xiàng)和預(yù)設(shè)與思考等方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課預(yù)習(xí)，運(yùn)用思維導(dǎo)圖可以對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)清晰把握，了然于胸。帶著這樣的藍(lán)圖思路進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室操作，才能信心十足。而傳統(tǒng)的課前預(yù)習(xí)方法，學(xué)生只是簡(jiǎn)單地瀏覽，預(yù)習(xí)過(guò)程不清晰，沒(méi)有真正地達(dá)到預(yù)習(xí)的效果。相比之下，運(yùn)用思維導(dǎo)圖可以鍛煉學(xué)生的放射性思維，同時(shí)也可以清晰地反映學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)與不足之處。教師可以根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的思維導(dǎo)圖快速找到學(xué)生的不足與誤區(qū)，在講解知識(shí)點(diǎn)時(shí)及時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行查漏補(bǔ)缺。運(yùn)用思維導(dǎo)圖這一科學(xué)的思維與方法進(jìn)行高中生物實(shí)驗(yàn)課的預(yù)習(xí)，有利于促進(jìn)學(xué)生理性思維能力的發(fā)展。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)課前的預(yù)習(xí)有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的核心素養(yǎng)。

圖1：“觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂”實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)

二、實(shí)驗(yàn)操作思路清晰

在高中生物實(shí)驗(yàn)的探究中經(jīng)常要進(jìn)行多個(gè)實(shí)驗(yàn)的比較操作，比如觀察葉綠體與線粒體，DNA和RNA的分布，酶活性的影響條件：溫度和pH，檢測(cè)生物組織的糖類、脂肪、蛋白質(zhì)和淀粉等。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于多個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，往往容易造成學(xué)生思路混亂、理不清頭緒，動(dòng)手操作過(guò)程中可能會(huì)造成張冠李戴的現(xiàn)象；學(xué)生也可能在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中跟隨教師的演示機(jī)械性地重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作步驟。但在實(shí)驗(yàn)課堂中，運(yùn)用思維導(dǎo)圖的教學(xué)策略，可以清晰、系統(tǒng)、有條理地呈現(xiàn)各個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理、材料、步驟和注意事項(xiàng)，讓學(xué)生一目了然。例如，人教版高中生物必修一《分子與細(xì)胞》中“檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪、蛋白質(zhì)和淀粉”的實(shí)驗(yàn)(如圖2所示)。從思維導(dǎo)圖中，我們可以清晰地看到糖類、淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)的各個(gè)原理、材料、步驟和注意事項(xiàng)，為學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中提供了一個(gè)思路清晰的操作藍(lán)圖。教師在學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作中就可以做一個(gè)積極的引導(dǎo)者，啟發(fā)和輔助學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)生也可以對(duì)整個(gè)知識(shí)框架進(jìn)行比較與思考，從而歸納、總結(jié)出自己的實(shí)驗(yàn)知識(shí)。

三、合理分配過(guò)程優(yōu)化

《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》倡導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生的“實(shí)踐創(chuàng)新”精神，勇于創(chuàng)新，而非按部就班。同時(shí)，生物學(xué)科核心素養(yǎng)指出要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、批判性的思維，尋找最合適的解決途徑。在高中生物實(shí)驗(yàn)的操作中，并非所有的實(shí)驗(yàn)都要按照課本的要求一步步地操作。有許多的實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)小組合作的方式進(jìn)行，比如觀察葉綠體和線粒體、影響酶活性的條件、綠葉中色素的提取與分離等。通過(guò)小組分工合作，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程，避免傳統(tǒng)教學(xué)中出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間不足、課堂拖延、學(xué)生不專心等現(xiàn)象出現(xiàn)。例如，人教版高中生物必修一《分子與細(xì)胞》中的“綠葉中色素的提取與分離”的實(shí)驗(yàn)(如圖3所示)。學(xué)生在一同學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的原理、材料以及知道注意事項(xiàng)后，色素的提取與分離可以分為兩個(gè)小組進(jìn)行，共同完成實(shí)驗(yàn)的操作，并且共同交流學(xué)習(xí)，高效率地完成實(shí)驗(yàn)。思維導(dǎo)圖可以清晰呈現(xiàn)優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)過(guò)程分工明確，讓學(xué)生清楚地分步驟協(xié)同合作，快捷操作，高效有序，更好、更快地完成實(shí)驗(yàn)的探究。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程中，既分工又合作的模式可以培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作與責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)暮诵乃仞B(yǎng)。

四、探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)明了

高中生物學(xué)科的課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的生物學(xué)科核心素養(yǎng)，善于觀察、發(fā)現(xiàn)、質(zhì)疑、設(shè)計(jì)、實(shí)施、驗(yàn)證等。人教版高中生物教材中有許多探究性實(shí)驗(yàn)，比如調(diào)查人群中的遺傳病：“用樣方法調(diào)查草地中某種雙子葉植物的種群密度”“土壤中小動(dòng)物類群豐富度的研究”等。探究性實(shí)驗(yàn)開(kāi)放性大、內(nèi)容多、涉及范圍廣，傳統(tǒng)教學(xué)中，由于學(xué)生的認(rèn)知水平不一，在討論時(shí)七嘴八舌，提出的方案五花八門(mén)，沒(méi)有詳細(xì)的計(jì)劃安排和考慮彼此之間的相互聯(lián)系，往往會(huì)計(jì)劃不足，或者簡(jiǎn)單照搬課本，實(shí)驗(yàn)課堂的教學(xué)效果難以得到提高。而讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用思維導(dǎo)圖進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)，可以清晰地反映學(xué)生的思考思路，緊扣主題，有效記錄并且設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。同時(shí)也可以進(jìn)行二次實(shí)驗(yàn)的可行性分析，體現(xiàn)以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)模式。在實(shí)驗(yàn)課堂上，有效促進(jìn)師生間廣度與深度地交流，激活發(fā)散式的探究思維方式。例如，人教版高中生物必修三《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中的“土壤中小動(dòng)物類群豐富度的研究”的探究實(shí)驗(yàn)（如圖4所示），圍繞主題，從探究目的、原理、問(wèn)題、計(jì)劃、實(shí)施、注意、結(jié)果以及討論等方面，條理清晰地進(jìn)行探討，記錄要點(diǎn)，補(bǔ)充完善，形成完整的實(shí)驗(yàn)方案，在科學(xué)探究的過(guò)程中更好地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與科學(xué)精神的核心素養(yǎng)。

圖2：檢測(cè)生物組織中的糖類、脂肪、蛋白質(zhì)和淀粉

圖3：綠葉中色素的提取與分離

圖4：土壤中小動(dòng)物類群豐富度研究

五、結(jié)果與討論

在高中生物教學(xué)中，利用思維導(dǎo)圖可以從各個(gè)方面很好地提高生物學(xué)習(xí)效率和課堂教學(xué)效率，對(duì)教師而言，是備課、授課、解決問(wèn)題等的好工具；對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，是預(yù)習(xí)、做筆記、復(fù)習(xí)等的學(xué)習(xí)方式。但高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中很少發(fā)現(xiàn)運(yùn)用思維導(dǎo)圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)習(xí)，大多數(shù)是提出解決問(wèn)題的策略，很少運(yùn)用到具體的教與學(xué)中。思維導(dǎo)圖就是一種很好的知識(shí)表征工具。相對(duì)于理科中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，基于思維導(dǎo)圖的教學(xué)模式探討并且得到應(yīng)用也較多。因此，思維導(dǎo)圖應(yīng)用于高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種嘗試與創(chuàng)新，它以發(fā)散性的表達(dá)方式，以系統(tǒng)條理、層次分明、邏輯清晰、簡(jiǎn)潔明了的構(gòu)建來(lái)促進(jìn)學(xué)生建立完善的知識(shí)體系。在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，利用思維導(dǎo)圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，可使學(xué)生胸有成竹，提高實(shí)踐信心；可使教師查漏補(bǔ)缺，靈活設(shè)計(jì)；操作過(guò)程中，學(xué)生思路清晰，井然有序，教師啟發(fā)引導(dǎo)，勇于創(chuàng)新。同時(shí)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程，省時(shí)省力，高效實(shí)踐。在探究性實(shí)驗(yàn)中，體現(xiàn)了以學(xué)生為本的教育理念，提高了學(xué)生科學(xué)探究的興趣和實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的有效性。思維導(dǎo)圖在高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)與學(xué)生發(fā)展的核心素養(yǎng)。同時(shí)，思維導(dǎo)圖中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以有效促進(jìn)新課程標(biāo)準(zhǔn)下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，勇于創(chuàng)新，挖掘新模式，促進(jìn)有利于師生教與學(xué)的高中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)新方法的形成。