基于圖表加工理論的生物學(xué)教學(xué)策略

王 薦

（無(wú)錫市第一女子中學(xué) 江蘇無(wú)錫 214002）

圖表加工理論認(rèn)為，學(xué)生學(xué)習(xí)圖表或是解答圖表題目都是信息加工過(guò)程，需要從圖表中獲取信息并與自身已有知識(shí)加以匹配、聯(lián)系和整合，或順應(yīng)或同化以尋求理解或答案的過(guò)程。該過(guò)程大致包括輸入、編碼、加工、再提取、使用5個(gè)過(guò)程。根據(jù)圖表加工理論，教師應(yīng)該圍繞學(xué)生的不同圖表加工能力來(lái)開(kāi)展教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。當(dāng)然，在教學(xué)中，這些能力培養(yǎng)應(yīng)該是整體的，而不是割裂的。

1 建構(gòu)圖表：培養(yǎng)圖表識(shí)別能力

學(xué)生認(rèn)知圖表是一個(gè)被動(dòng)接收信息的過(guò)程，而教師組織學(xué)生自我建構(gòu)圖表，可以幫助學(xué)生知曉圖表的產(chǎn)生過(guò)程，變被動(dòng)為主動(dòng)，提高學(xué)生的識(shí)圖能力。教師可以組織學(xué)生動(dòng)手制作細(xì)胞結(jié)構(gòu)、DNA分子、細(xì)胞分裂等模型，使學(xué)生在制作中學(xué)習(xí)相應(yīng)的內(nèi)容，使實(shí)物圖形牢牢印入學(xué)生腦海中；在制作活動(dòng)后，再組織學(xué)生動(dòng)手畫(huà)圖，從而使三維圖形和平面圖形交叉刺激，促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)認(rèn)知結(jié)構(gòu)圖、模式圖等。在組織畫(huà)圖時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)數(shù)形轉(zhuǎn)換明確一些圖表的建構(gòu)過(guò)程，使學(xué)生加深對(duì)重要圖表的理解。例如，細(xì)胞分裂曲線圖是教學(xué)中的難點(diǎn)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生先列表統(tǒng)計(jì)不同分裂時(shí)期細(xì)胞中染色體、染色單體、DNA的數(shù)量（表1），再指導(dǎo)學(xué)生將數(shù)字在坐標(biāo)圖上標(biāo)出并連點(diǎn)成線（圖1）。這樣，曲線圖就有了堅(jiān)實(shí)的生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的支撐，學(xué)生自然能識(shí)別其中蘊(yùn)含的生物學(xué)內(nèi)容，如組成人體細(xì)胞主要元素圖（數(shù)字轉(zhuǎn)為餅圖）、酵母菌種群增殖曲線（實(shí)驗(yàn)數(shù)值轉(zhuǎn)為曲線圖）、生長(zhǎng)素濃度對(duì)枝條生根的影響圖（實(shí)驗(yàn)數(shù)值轉(zhuǎn)為曲線圖）等都可以通過(guò)學(xué)生自我建構(gòu)來(lái)加深認(rèn)識(shí)。

表1 精原細(xì)胞形成精子過(guò)程中染色（單）體、DNA數(shù)目變化表

圖1 精原細(xì)胞形成精子過(guò)程中染色（單）體、DNA數(shù)目變化圖

教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)圖形轉(zhuǎn)換，將具體的示意圖轉(zhuǎn)化為抽象的示意圖，用符號(hào)代替文字，學(xué)會(huì)概括，培養(yǎng)抽象思維能力，如教師引導(dǎo)學(xué)生將碳循環(huán)從實(shí)景圖（圖2）轉(zhuǎn)換為抽象符號(hào)圖（圖3）。這些方法可以適用于生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型圖、生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)圖、生物進(jìn)化歷程圖等。

圖2 碳循環(huán)示意圖

圖3 碳循環(huán)示意圖

對(duì)教材中的圖表，教師要盡可能組織學(xué)生建構(gòu)，即便是“依葫蘆畫(huà)瓢”也能培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力。學(xué)生在畫(huà)圖的過(guò)程中，圖表承載的生物學(xué)知識(shí)就能內(nèi)化于心、理解于腦。造表、畫(huà)圖是培養(yǎng)學(xué)生識(shí)圖能力的根本之道。

2 看圖說(shuō)話：培養(yǎng)圖表轉(zhuǎn)化能力

引導(dǎo)學(xué)生看圖說(shuō)話，培養(yǎng)學(xué)生從圖表中獲取有效信息的能力，是實(shí)現(xiàn)對(duì)圖表進(jìn)行有效編碼的重要步驟。它能決定學(xué)生能否將圖表中的有效信息與自身掌握知識(shí)進(jìn)行有效匹配，明了圖表承載信息所對(duì)應(yīng)的生物學(xué)知識(shí)，順利實(shí)現(xiàn)圖文轉(zhuǎn)化。在學(xué)生看圖說(shuō)話時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生用動(dòng)態(tài)的、生命的觀點(diǎn)來(lái)分析圖表表達(dá)的生物學(xué)現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念，避免學(xué)生采用靜止的、一元的、僵化的思維方式。例如，對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)受到生活污水輕度污染后的凈化作用示意圖、傘藻嫁接實(shí)驗(yàn)圖、分泌蛋白的合成和運(yùn)輸過(guò)程圖解、光合作用過(guò)程圖解、有氧呼吸過(guò)程圖解、有絲分裂過(guò)程圖解、雪兔與猞猁數(shù)量關(guān)系圖等，教師都可以要求學(xué)生仔細(xì)觀察并寫(xiě)出簡(jiǎn)潔的文字說(shuō)明，從而使學(xué)生對(duì)相關(guān)生命活動(dòng)形成一個(gè)整體的動(dòng)態(tài)的印象。

例如，教師提供資料：熱帶雨林的某一地區(qū)被開(kāi)墾成農(nóng)田用于實(shí)驗(yàn)。有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)地塊被標(biāo)記，一個(gè)始終種植水稻，另一個(gè)則水稻和豆類交替種植。兩個(gè)地塊都不施肥。圖4顯示了兩個(gè)地塊在一段時(shí)間內(nèi)的收成。

圖4 兩個(gè)地塊在一段時(shí)間內(nèi)的收成示意圖

①請(qǐng)解釋為什么始終種植水稻的地塊產(chǎn)量持續(xù)下降？為什么水稻和豆類交替種植的地塊農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量可以保持穩(wěn)定？

②另一項(xiàng)調(diào)查顯示：當(dāng)熱帶雨林開(kāi)墾成永久農(nóng)田以后，腐殖質(zhì)中的分解者從54 g/M2下降到3 g/M2。請(qǐng)你解釋這種下降對(duì)自然界物質(zhì)循環(huán)的影響。

教師要引導(dǎo)學(xué)生讀圖，使學(xué)生知曉此圖顯示了礦物質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，從而從自身知識(shí)體系中提取豆類植物根部根瘤菌可以固氮的知識(shí)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖中信息的學(xué)科化解讀。另外，教師還要給學(xué)生提供不同形式、同一內(nèi)容的圖表，在不同情境下組織學(xué)生讀取，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)不同形式圖表的讀取能力，如細(xì)胞分裂圖有顯微圖、曲線圖、直方圖、柱狀圖等。

3 分析綜合：培養(yǎng)圖表整合能力

教師要訓(xùn)練學(xué)生閱讀圖表的整合能力，從點(diǎn)線面幾個(gè)方面全面準(zhǔn)確的獲取信息。面的方面是指要讀圖的主題、縱橫坐標(biāo)軸的含義及單位；線是指線段的趨勢(shì)走向；點(diǎn)是指線段的起點(diǎn)、終點(diǎn)、折點(diǎn)、交叉點(diǎn)。如果讀表，要讀表的主題、表頭的內(nèi)容、縱橫行列的內(nèi)容及單位、表中數(shù)據(jù)的趨勢(shì)、最大值、最小值、0值等項(xiàng)。

教師要引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生物學(xué)知識(shí)全面理解圖表含義。例如，圍繞圖5，教師可以提出以下問(wèn)題：①此圖主題是什么？②縱橫坐標(biāo)是什么含義？單位是什么？③A點(diǎn)是什么生理狀態(tài)？OA段意味著什么？④AB段CO2釋放量為何逐漸減少？⑤B點(diǎn)是什么生理狀態(tài)？為何沒(méi)有CO2釋放？⑥BC段為何CO2吸收量逐步增加？到C點(diǎn)后為何又不再增加了？⑦如果C點(diǎn)增加CO2濃度，線段如何變化？⑧此圖在生產(chǎn)上有何應(yīng)用價(jià)值？⑨如果此圖中植物是陽(yáng)生植物，如改成陰生植物，則A、B、C3點(diǎn)如何變動(dòng)？⑩此圖橫坐標(biāo)若改成CO2濃度可以嗎？

圖5 光合速率與光照強(qiáng)度的關(guān)系

又如，針對(duì)氧氣對(duì)植物細(xì)胞呼吸方式影響圖（圖6），教師可以設(shè)計(jì)以下問(wèn)題：①O2濃度在2.5%～10%之間時(shí)、在10%以上時(shí)，該器官的細(xì)胞呼吸方式有什么不同？②O2濃度為C時(shí)，AB＝BC，此時(shí)有氧呼吸和無(wú)氧呼吸釋放的CO2量相等，二者消耗的葡萄糖是不是也一樣多？③在保存蔬菜、水果時(shí)，應(yīng)選擇哪一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的O2濃度？為什么？

圖6 氧氣影響植物細(xì)胞呼吸的曲線圖

4 創(chuàng)新思維：培養(yǎng)圖表監(jiān)控能力

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維是培養(yǎng)學(xué)生圖表監(jiān)控能力的主要措施，教師要引導(dǎo)學(xué)生從圖中讀出新知識(shí)、新思路、新思維，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)科學(xué)本質(zhì)、大膽地從圖表中得出正確的假設(shè)和結(jié)論。例如，光合作用的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)圖就是可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的良好素材，教師可以提供光合作用發(fā)現(xiàn)過(guò)程的圖片（圖7），從實(shí)驗(yàn)一圖片可以獲知好氧細(xì)菌聚集處就是氧氣多的地方，也是光合作用旺盛之處；針對(duì)實(shí)驗(yàn)二中好氧細(xì)菌聚集于藍(lán)紫光和紅光處，引導(dǎo)學(xué)生讀出圖中蘊(yùn)含的新結(jié)論、新觀點(diǎn)。這樣，學(xué)生根據(jù)圖片重走了科學(xué)發(fā)現(xiàn)之路，提出當(dāng)時(shí)科學(xué)家對(duì)光合作用的正確認(rèn)識(shí)，領(lǐng)略了科學(xué)家的思維光芒。

圖7 有關(guān)光合作用的實(shí)驗(yàn)示意圖

5 變式訓(xùn)練：培養(yǎng)圖表表達(dá)能力

在教學(xué)中，教師一方面要在不同場(chǎng)景下給學(xué)生提供不同的圖表訓(xùn)練學(xué)生使用圖表的能力，另一方面要引導(dǎo)學(xué)生使用不同的圖表來(lái)解決問(wèn)題，這就是變式訓(xùn)練。變式就是概念正例的變化。正例變化有助于排除無(wú)關(guān)特征，突出本質(zhì)特征。變式訓(xùn)練就要利用圖像的變化，使學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解，學(xué)會(huì)用多樣的圖表來(lái)運(yùn)用知識(shí)，如細(xì)胞周期餅圖（圖8）、分裂過(guò)程中染色體與DNA比值圖等都可以組織學(xué)生進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)換。

圖8 關(guān)于細(xì)胞周期圖形的轉(zhuǎn)換

圖表的變式訓(xùn)練還可以應(yīng)用于研究性學(xué)習(xí)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，如分別用折線圖、柱狀圖、表格來(lái)記錄一個(gè)學(xué)期當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量指數(shù)，用數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)分析稀釋涂布平板法過(guò)程中濃度的變化（圖9），都取得了很好的效果。