思維導(dǎo)圖在高中生物學(xué)復(fù)習(xí)課解題過程中的應(yīng)用

陜西 房 媛

(作者單位：西安交大附屬中學(xué))

一、思維導(dǎo)圖在解題教學(xué)上的優(yōu)勢(shì)

1.思維導(dǎo)圖可以提高學(xué)生對(duì)復(fù)雜問題的分析能力

通過對(duì)題目中關(guān)鍵概念的提煉，學(xué)生可以更好地把握解題的“切入點(diǎn)”。由于生物學(xué)試題中考查的知識(shí)點(diǎn)比較分散，而思維導(dǎo)圖可以將零散的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行有效的串聯(lián)，形成知識(shí)體系，學(xué)生在厘清思路的同時(shí)能夠快速回答問題，提高了學(xué)生解決問題的能力。

2.提高學(xué)生的思維能力，從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)水平

思維導(dǎo)圖的解題方法可以體現(xiàn)解析思路，能夠輔助學(xué)生快速掌握重點(diǎn)知識(shí)，找到解題的思路。學(xué)生基于知識(shí)結(jié)構(gòu)本身的邏輯性、系統(tǒng)性等特征，對(duì)知識(shí)體系進(jìn)行建構(gòu)，有利于良好思維能力的培養(yǎng)，對(duì)思維導(dǎo)圖的拓展過程也能夠較好地培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維。

3.加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)

教師在復(fù)習(xí)課中使用思維導(dǎo)圖，能夠幫助學(xué)生復(fù)習(xí)、綜合、連貫“新舊”知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系的能力，加深學(xué)生對(duì)模型特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)。學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整理并評(píng)價(jià)、修正，融入其他內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)、線、面的拓展。

二、思維導(dǎo)圖在復(fù)習(xí)課解題教學(xué)中的應(yīng)用策略

1.利用思維導(dǎo)圖形成通用的解題方法

1.1分析高考題制作思維導(dǎo)圖

在高三復(fù)習(xí)課中遇到的題目往往考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，學(xué)生在解題過程中需要找到核心知識(shí)點(diǎn)。思維導(dǎo)圖可以根據(jù)核心知識(shí)點(diǎn)來找到正確的解題思路，從而使學(xué)生分析出正確的答案。完善的基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備和良好的發(fā)散性思維運(yùn)用是解題的關(guān)鍵。解題過程中，通過對(duì)知識(shí)點(diǎn)的串聯(lián)和發(fā)散，能夠有效地提高復(fù)習(xí)的效率。

【例1】(2020年，全國卷Ⅲ，第3題)細(xì)胞內(nèi)有些tRNA分子的反密碼子中含有稀有堿基次黃嘌呤(I)，含有I的反密碼子在與mRNA中的密碼子互補(bǔ)配對(duì)時(shí)，存在如圖1所示的配對(duì)方式(Gly表示甘氨酸)。下列說法錯(cuò)誤的是

( )

圖1

A.一種反密碼子可以識(shí)別不同的密碼子

B.密碼子與反密碼子的堿基之間通過氫鍵結(jié)合

C.tRNA分子由兩條鏈組成，mRNA分子由單鏈組成

D.mRNA中的堿基改變不一定造成所編碼氨基酸的改變

【答案】C

【設(shè)計(jì)思路】在解決此題時(shí),首先對(duì)題目和圖片中的概念進(jìn)行梳理，其中涉及反密碼子、密碼子、堿基、氨基酸、翻譯等概念；而后尋找概念之間的聯(lián)系，對(duì)堿基、密碼子以及反密碼子之間的聯(lián)系進(jìn)行分析,以翻譯過程為核心,mRNA和tRNA為分支,分別寫出mRNA和tRNA的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),如RNA的基本單位是核糖核苷酸，一般由單鏈構(gòu)成等，對(duì)于例1的基礎(chǔ)概念圖設(shè)計(jì)如圖2。

圖2

【解析】當(dāng)基礎(chǔ)的思維導(dǎo)圖設(shè)計(jì)好后,再分析問題,找到解決問題的入手點(diǎn)。題目中描述次黃嘌呤(I)位于tRNA上的反密碼子可以和C、U、A配對(duì)，A正確；從思維導(dǎo)圖可以看出密碼子和反密碼子按堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則相互識(shí)別，為一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，堿基對(duì)之間通過氫鍵結(jié)合，B正確；兩種RNA均由單鏈構(gòu)成，C錯(cuò)誤；堿基排序構(gòu)成密碼子，根據(jù)圖1可以看出，多個(gè)密碼子可以對(duì)應(yīng)一個(gè)氨基酸，D正確。

在這一問題中，mRNA和tRNA的特點(diǎn)與性質(zhì)是解決問題的關(guān)鍵,建構(gòu)思維導(dǎo)圖可以明確問題的核心,快速確定問題的答案。

1.2應(yīng)用思維導(dǎo)圖解決類似問題

1.3思維導(dǎo)圖的衍生和拓展

在制作完思維導(dǎo)圖后，教師可以對(duì)“翻譯”部分的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行拓展(圖3)，幫助學(xué)生更好地掌握知識(shí)點(diǎn)。通過對(duì)知識(shí)點(diǎn)的整體梳理，可以培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的能力，不僅能夠提高學(xué)生的解題能力，還能提高學(xué)生的思維能力。

圖3

思維導(dǎo)圖的制作應(yīng)具有通用性，才能夠解決多種類似的問題。學(xué)生不僅要學(xué)會(huì)思維導(dǎo)圖的制作，更要學(xué)會(huì)將思維導(dǎo)圖應(yīng)用到解決不同類型的問題中。

【例2】(2019年，全國卷Ⅰ，第2題)用體外實(shí)驗(yàn)的方法可合成多肽鏈。已知苯丙氨酸的密碼子是UUU，若要在體外合成同位素標(biāo)記的多肽鏈，所需的材料組合是

( )

①同位素標(biāo)記的tRNA ②蛋白質(zhì)合成所需的酶

③同位素標(biāo)記的苯丙氨酸 ④人工合成的多聚尿嘧啶核苷酸 ⑤除去了DNA和mRNA的細(xì)胞裂解液

A.①②④ B.②③④ C.③④⑤ D.①③⑤

【答案】C

【解析】應(yīng)用思維導(dǎo)圖解決類似問題時(shí)，可以根據(jù)思維導(dǎo)圖看出合成多肽鏈要經(jīng)過翻譯的過程，翻譯過程的條件如圖3所示，主要有場(chǎng)所、原料、模板、酶、工具；tRNA不需要被同位素標(biāo)記；蛋白質(zhì)合成時(shí)所需要的酶可以從細(xì)胞裂解液中找到，因此C選項(xiàng)正確。

圖4

教師在講解題目后，可以綜合整理整個(gè)章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)思維導(dǎo)圖進(jìn)行進(jìn)一步拓展，如圖4所示，整合出“基因的表達(dá)”的思維導(dǎo)圖，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)思維導(dǎo)圖中的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行填空。

利用思維導(dǎo)圖對(duì)題目進(jìn)行分析解答，可以提高學(xué)生分析問題的能力，提高學(xué)生答題的準(zhǔn)確率。最后用思維導(dǎo)圖將整個(gè)模塊的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行歸納、整理，提高學(xué)生復(fù)習(xí)課的學(xué)習(xí)效率。

1.4總結(jié)

利用思維導(dǎo)圖，可以讓學(xué)生能夠更好地掌握解答某一類題型的思想方法。傳統(tǒng)生物學(xué)教學(xué)中，教師在習(xí)題解析過程中對(duì)知識(shí)點(diǎn)的講解比較分散，在習(xí)題講解結(jié)束后也沒有對(duì)所涉及的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行有效的歸納、總結(jié)，導(dǎo)致學(xué)生記憶模糊、復(fù)習(xí)效率低下。通過習(xí)題制作思維導(dǎo)圖，學(xué)生可以清晰地看到題干中知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系；通過了解相似題目之間的共同點(diǎn)，掌握一類題目的解題方法、提高解題能力。在多次運(yùn)用思維導(dǎo)圖的解題練習(xí)后，學(xué)生能自發(fā)地以習(xí)題為整體建構(gòu)知識(shí)體系，從而觸類旁通形成對(duì)一類題型的通用解題方法。

2.利用思維導(dǎo)圖解決遺傳難題

2.1試題分析

學(xué)生在經(jīng)過練習(xí)后，構(gòu)建思維導(dǎo)圖的能力得到了一定的強(qiáng)化，教師可以引導(dǎo)學(xué)生將思維導(dǎo)圖解題的技能用于解答有一定難度的題目。思維導(dǎo)圖的建構(gòu)過程不僅可以提高學(xué)生的解題能力，還可以提升學(xué)生的科學(xué)思維。

【例3】(2019年，全國卷Ⅰ，第5題)某種二倍體高等植物的性別決定類型為XY型。該植物有寬葉和窄葉兩種葉形，寬葉對(duì)窄葉為顯性?？刂七@對(duì)相對(duì)性狀的基因(B/b)位于X染色體上，含有基因b的花粉不育。下列敘述錯(cuò)誤的是

( )

A.窄葉性狀只能出現(xiàn)在雄株中，不可能出現(xiàn)在雌株中

B.寬葉雌株與寬葉雄株雜交，子代中可能出現(xiàn)窄葉雄株

C.寬葉雌株與窄葉雄株雜交，子代中既有雌株又有雄株

D.若親本雜交后子代雄株均為寬葉，則親本雌株是純合子

【答案】C

【設(shè)計(jì)思路】題目考查孟德爾雜交實(shí)驗(yàn)部分的內(nèi)容，結(jié)合對(duì)純合子和雜合子的判斷方式，用思維導(dǎo)圖整理出雜交過程的知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合配子致死情況向下拓展(圖5)。

圖5

【解析】通過思維導(dǎo)圖可以判斷出窄葉只出現(xiàn)在雄株中，A正確；B選項(xiàng)符合相同性狀雜交的情況，代入思維導(dǎo)圖進(jìn)行檢驗(yàn)，符合對(duì)應(yīng)情況，B正確；C選項(xiàng)屬于不同性狀雜交的類型，代入思維導(dǎo)圖進(jìn)行檢驗(yàn)，后代應(yīng)均為雄性，C錯(cuò)誤；將D選項(xiàng)代入到思維導(dǎo)圖中，發(fā)現(xiàn)子代只有一種性狀，親本為純合子，D正確。

2.2總結(jié)

高中生物學(xué)遺傳題的種類雖然不同，但建構(gòu)思維導(dǎo)圖的思路卻是一致的，如例3，學(xué)生運(yùn)用思維導(dǎo)圖將選項(xiàng)中的4種交配情況進(jìn)行歸納、整理，將選項(xiàng)代入到思維導(dǎo)圖中，從而得出正確的答案。通過思維導(dǎo)圖，學(xué)生能明確本題考查的實(shí)質(zhì)是雜交過程涉及的知識(shí)點(diǎn)，這樣學(xué)生很快就可以選對(duì)答案。

在遺傳學(xué)的復(fù)習(xí)過程中，學(xué)生往往重“計(jì)算”輕“概念”，忽視對(duì)基本概念的掌握，導(dǎo)致難以形成一定的概念體系。學(xué)生需要在理解遺傳學(xué)概念的基礎(chǔ)上才能解決實(shí)際問題，這就需要教師通過思維導(dǎo)圖來完善學(xué)生對(duì)有關(guān)遺傳部分內(nèi)容的概念體系。完善的概念體系也是提升學(xué)生科學(xué)思維能力的基礎(chǔ)，通過思維導(dǎo)圖的建構(gòu)，學(xué)生的歸納與總結(jié)、演繹與推理等科學(xué)思維都有了明顯的提升。

3.利用思維導(dǎo)圖解決實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)類問題

3.1試題分析

【例4】(2019年，全國卷Ⅰ，第29題節(jié)選)有研究表明：干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。請(qǐng)以該種植物的ABA缺失突變體(不能合成ABA)植株為材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這一結(jié)論。要求簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果。

【答案】取ABA缺失突變體植株在正常條件下測(cè)定氣孔開度,經(jīng)干旱處理后，再測(cè)定氣孔開度。預(yù)期結(jié)果是干旱處理前后氣孔開度不變；將上述干旱處理的ABA缺失突變體植株分成兩組，在干旱條件下，一組進(jìn)行ABA處理，另一組作為對(duì)照組，一段時(shí)間后，分別測(cè)定兩組的氣孔開度。預(yù)期結(jié)果是ABA處理組氣孔開度減小，對(duì)照組氣孔開度不變。

【設(shè)計(jì)思路】該題目給出了當(dāng)前的已知條件，要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來證明該研究結(jié)果，屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。結(jié)合思維導(dǎo)圖的解題方式來看，以ABA缺失突變體作為材料，解題關(guān)鍵是對(duì)實(shí)驗(yàn)材料的處理。提取題目中關(guān)鍵詞“干旱處理”和“ABA處理”，以實(shí)驗(yàn)的材料、干旱處理、ABA處理設(shè)計(jì)思維導(dǎo)圖并將其向外拓展(圖6)。

圖6

【解析】以ABA缺失突變體作為實(shí)驗(yàn)材料，首先要進(jìn)行干旱處理，自身形成前后對(duì)照，通過對(duì)比干旱處理前后的氣孔開度，證明在干旱條件下，氣孔開度減小不是由缺水直接引起的。然后將干旱處理后的材料分為兩組，實(shí)驗(yàn)組用ABA處理，另一組不進(jìn)行處理，作為對(duì)照組，對(duì)比兩組的氣孔開度，證明干旱條件下氣孔開度減小是由ABA直接引起的。

【例5】(2021年，全國乙卷，第29題節(jié)選)生活在干旱地區(qū)的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。這類植物晚上氣孔打開吸收CO2，吸收的CO2通過生成蘋果酸儲(chǔ)存在液泡中；白天氣孔關(guān)閉，液泡中儲(chǔ)存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用?；卮鹣铝袉栴}：

(3)若以pH作為檢測(cè)指標(biāo)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式。(簡(jiǎn)要寫出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果)

【設(shè)計(jì)思路】實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要根據(jù)題干中的已知信息進(jìn)行，同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)論已知，判斷此題屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；題目中要求對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)期，因此，思維導(dǎo)圖的建構(gòu)過程中還要對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理進(jìn)行分析。以植物甲作為實(shí)驗(yàn)材料，干旱條件和水分充足作為對(duì)比處理，以此建構(gòu)思維導(dǎo)圖，如圖7所示。

圖7

【解析】題目中提到干旱地區(qū)的一些植物具有特殊的CO2固定的方式，即在晚上吸收CO2，因此植物甲需要先進(jìn)行黑暗處理，實(shí)驗(yàn)的自變量為干旱條件和水分充足，最后測(cè)得干旱條件組pH小于水分充足組，說明植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定方式。

3.2總結(jié)

高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)主要分為探究性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)，不同試題對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求也有所不同，但實(shí)驗(yàn)概念圖的建構(gòu)都需要把握住“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹焙汀皩?shí)驗(yàn)步驟”這兩大關(guān)鍵內(nèi)容。

實(shí)驗(yàn)思維導(dǎo)圖的一個(gè)核心是實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)驗(yàn)?zāi)康陌▽?shí)驗(yàn)材料、自變量、因變量等，這些內(nèi)容都應(yīng)該在概念圖的建構(gòu)過程中展現(xiàn)出來；實(shí)驗(yàn)思維導(dǎo)圖的另一個(gè)核心是實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)步驟包括對(duì)自變量的控制、因變量的檢測(cè)，這些內(nèi)容也應(yīng)該在思維導(dǎo)圖中體現(xiàn)出來。

實(shí)驗(yàn)思維導(dǎo)圖有助于學(xué)生檢查自身實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的問題，通過對(duì)比正確的實(shí)驗(yàn)，明確自身實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，可以有效培養(yǎng)學(xué)生自我分析和綜合應(yīng)用的能力。

三、總結(jié)

由上述例子可以看出，在解題過程中建構(gòu)思維導(dǎo)圖，實(shí)際上是一種真實(shí)記錄解題思路的有效手段，它可以讓學(xué)生邊思考邊以文字與簡(jiǎn)圖的形式把思路“畫”在紙上，從而幫助學(xué)生厘清思考過程、在思考的過程中修正解題方向，有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的拓展。

對(duì)于高三學(xué)生而言，綜合應(yīng)用能力急需提升。因此，教師在引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建思維導(dǎo)圖的過程中，由主題引出的次主題可以設(shè)置得多一些，以便在解題的同時(shí)發(fā)展學(xué)生的發(fā)散性思維，對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行綜合性的整理。相信學(xué)生經(jīng)過一段時(shí)間的訓(xùn)練，解題能力會(huì)得到較大的提高。