學(xué)科思維導(dǎo)圖在高中生物學(xué)“發(fā)酵工程專題”復(fù)習(xí)中的應(yīng)用

楊曉嵐 楊洪升

(佳木斯大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)學(xué)院,黑龍江 佳木斯,154007)

復(fù)習(xí)課具有涵蓋廣、節(jié)奏快的特點,內(nèi)容包含許多碎片化的知識點.由于學(xué)生難以深入理解概念之間的關(guān)系,因此容易出現(xiàn)概念混淆,難以建立知識之間的聯(lián)系,導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率逐漸下降.為此,需要注意復(fù)習(xí)課的教學(xué)方式,提高學(xué)生對于知識點之間關(guān)系的理解能力.通過使用學(xué)科思維導(dǎo)圖來輔助復(fù)習(xí)課教學(xué),可以激發(fā)學(xué)生自主思考所學(xué)知識點之間的聯(lián)系,促進對概念的深入理解和融會貫通.

1 學(xué)科思維導(dǎo)圖的含義

國內(nèi)研究者在原有的思維可視化工具的基礎(chǔ)上進行改良,并自主開發(fā)了學(xué)科思維導(dǎo)圖,也被稱為概念思維圖.該詞最早由楊蘭娟的碩士論文提出[1],之后由劉濯源正式提出“學(xué)科思維導(dǎo)圖”[2].學(xué)科思維導(dǎo)圖可作為教師“教”的方式,將大概念以學(xué)科思維導(dǎo)圖的方式展現(xiàn)出來,使學(xué)生更能理解概念之間的“來龍去脈”.同時,學(xué)科思維導(dǎo)圖也可以作為學(xué)生“學(xué)”的方式,用于知識整理、筆記記錄和解題分析等方面.

2 學(xué)科思維導(dǎo)圖在高中生物學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 課前回顧教材,自主構(gòu)建知識框架

在進行復(fù)習(xí)課教學(xué)之前,先讓學(xué)生對教材中的相關(guān)內(nèi)容進行回顧和梳理,按照一定的邏輯將相關(guān)的重要知識點進行提煉,并且嘗試找到這些知識點之間的聯(lián)系,用學(xué)科思維導(dǎo)圖的形式將這些內(nèi)容進行記錄.對于不太熟悉的內(nèi)容可用不同的顏色提示自己,進一步查找資料完善這一部分的知識框架;對于較為熟悉的內(nèi)容,可以進行構(gòu)建大致的框架即可;對于一些比較抽象的內(nèi)容,可以選擇手繪簡圖再配上簡介明了的文字進行記錄.

2.2 課上師生合作,共同完善知識體系

復(fù)習(xí)課上,教師根據(jù)學(xué)生課前構(gòu)建的學(xué)科思維導(dǎo)圖的完整性和科學(xué)性等情況,梳理本專題的框架結(jié)構(gòu),針對學(xué)生還存在疑問的重難點進行詳細講解,對于學(xué)生忽略的小細節(jié)進行補充,根據(jù)需要可對某些內(nèi)容進行拓展和深入,這樣既節(jié)省寶貴的課堂時間,又提高了教學(xué)的效率;而學(xué)生則一邊“動腦”跟隨教師的步伐對專題的整體內(nèi)容進行深入思考,對于重點難點的內(nèi)化吸收更充分,一邊“動手”根據(jù)自己的情況對課前構(gòu)建的思維導(dǎo)圖進行補充、完善和深入.

將學(xué)科思維導(dǎo)圖引入高中生物學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué),學(xué)生頭腦中已經(jīng)有了大致的知識框架,帶著問題來聽課,更容易跟上教師的節(jié)奏.并且學(xué)生在動手記筆記之前會先動腦思考某個知識點應(yīng)記錄在已有的思維導(dǎo)圖的哪個位置更合理?這個知識點應(yīng)怎么樣記錄才是簡潔明了又全面深刻呢?這種師生合作的方式既能提高學(xué)生對筆記的吸收內(nèi)化能力,又能使課堂教學(xué)的效率達到一定保障.

2.3 課后遷移運用,解決現(xiàn)實情景問題

課后創(chuàng)設(shè)現(xiàn)實情景問題,引導(dǎo)學(xué)生運用相關(guān)已有的學(xué)科思維導(dǎo)圖或者重新構(gòu)建更加切題的思維導(dǎo)圖來尋找解決問題的方法.有時解題方案也可用思維導(dǎo)圖進行表達,將不可見的思維進行可視化的表達,更有利于找尋問題與答案的邏輯關(guān)系,得到更加合理和全面的答案.

3 學(xué)科思維導(dǎo)圖在“發(fā)酵工程專題”復(fù)習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 回歸教材內(nèi)容,深化生命觀念

發(fā)酵工程專題的大部分內(nèi)容都集中在選擇性必修3的第1章,但在必修1“酶”和“細胞呼吸”的內(nèi)容中也有提及,涉及微生物的生活方式、培養(yǎng)、應(yīng)用等各個方面的知識,教師可在課前提出問題串來引導(dǎo)學(xué)生:

(1)什么是發(fā)酵?傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)和發(fā)酵工程分別是什么?

(2)從傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)到發(fā)酵工程經(jīng)歷了哪些過程?

(3)傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)涉及了哪些微生物?它們發(fā)酵的原理是什么?

(4)培養(yǎng)基如何配制?無菌技術(shù)如何操作?

(5)如何進行純培養(yǎng)?如何進行選擇培養(yǎng)?如何進行微生物的計數(shù)?

(6)發(fā)酵工程有哪些基本環(huán)節(jié)?有哪些應(yīng)用?

學(xué)生通過系列問題的引導(dǎo)有方向、有目的地閱讀教材后,能夠構(gòu)建出思維導(dǎo)圖的一級分支,并初步構(gòu)建知識框架體系如圖1所示,體會到自主學(xué)習(xí)獲取知識的樂趣.從結(jié)構(gòu)與功能觀來看,乳酸菌和酵母菌都能夠進行無氧呼吸,但是產(chǎn)物卻不同,這是因為酵母菌和乳酸菌含有的酶有著不同的空間結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了有著不同的催化功能.通過獨立的思考,學(xué)生逐漸將細胞的結(jié)構(gòu)與功能聯(lián)系起來,使學(xué)生頭腦中的生命觀念更加完善和清晰.

圖1 發(fā)酵工程思維導(dǎo)圖

3.2 對比分析資料,提升科學(xué)思維

在思考與分析問題時,常常需要借助一些工具才能夠?qū)栴}的條理分解開來,表格和學(xué)科思維導(dǎo)圖都可以作為對比分類等分析的有效工具.教師通過思維導(dǎo)圖和表格的形式比較泡菜、葡萄酒、啤酒、果醋、腐乳、醬油、青霉素等生產(chǎn)中發(fā)酵菌種、菌種來源、發(fā)酵原理、發(fā)酵條件、制作流程等方面的區(qū)別,對發(fā)酵過程進行分類.按發(fā)酵原料來分:可分為糖類物質(zhì)發(fā)酵、石油發(fā)酵及廢水發(fā)酵等類型;按發(fā)酵產(chǎn)物來分:可分為氨基酸發(fā)酵、有機酸發(fā)酵、抗生素發(fā)酵、酒精發(fā)酵、維生素發(fā)酵等;按發(fā)酵形式來區(qū)分,有固態(tài)發(fā)酵、深層液體發(fā)酵和半固體發(fā)酵三種;按發(fā)酵過程中對氧的不同需求來分,可分為厭氧發(fā)酵和通風(fēng)發(fā)酵兩大類型,讓學(xué)生更好地掌握比較與分類的方法,提升科學(xué)思維.

3.3 呈現(xiàn)實驗設(shè)計,助力科學(xué)探究

學(xué)科思維導(dǎo)圖可作為呈現(xiàn)實驗設(shè)計方案的載體,能夠在設(shè)計實驗步驟時更加具有邏輯性和合理性,為接下來進行實驗操作厘清思路,為進一步科學(xué)探究提供清晰的思路.為探究酵母菌發(fā)酵的最佳條件,學(xué)生小組進行討論并設(shè)計實驗方案,發(fā)酵離不開酶的催化,而酶活性受到溫度的影響,由此確定探究的第一個問題是最適溫度.那么接下來便以溫度為自變量設(shè)計實驗:

第一步:取三個250 mL的燒杯,分別標(biāo)號.

第二步:將已經(jīng)揉好的面團(已加入適量酵母)分成等量的三份,分別放入三個燒杯,用保鮮膜封口,記錄此時面團體積.

第三步:將三個燒杯分別放在4 ℃左右的冰箱保鮮層、16 ℃左右有暖氣的室內(nèi)、28 ℃左右的恒溫箱、40 ℃左右的恒溫箱內(nèi)3小時后,觀察并記錄面團的體積大小.

第四步:肉眼觀察氣孔多少、手指按壓彈性大小、鼻嗅香味濃淡檢驗面團的發(fā)酵情況.

除了發(fā)酵溫度之外,還有酵母菌含量、發(fā)酵時間、面團含水量等多個因素,接下來便以這些因素為自變量來設(shè)計實驗,最后制作出探究最適條件的實驗設(shè)計思維導(dǎo)圖.由小組合作進行實驗探究,記錄數(shù)據(jù),分析結(jié)果,得出結(jié)論,并進行反思和總結(jié),最后派出小組代表進行匯報.教師針對實驗設(shè)計的合理性、數(shù)據(jù)分析的嚴謹性以及實驗的創(chuàng)新性進行評價和總結(jié),學(xué)生再對實驗方案進行合理修改,最終總結(jié)成實驗報告.學(xué)科思維導(dǎo)圖的使用使學(xué)生對于探究過程更加的清晰,實驗步驟的設(shè)計更加有邏輯性和創(chuàng)新性,有利于扎實科學(xué)探究的基礎(chǔ)技能,掌控科學(xué)探究的各個環(huán)節(jié).

3.4 關(guān)心時事熱點,培養(yǎng)社會責(zé)任

學(xué)科思維導(dǎo)圖可以為學(xué)生分析熱點事件時提供更為發(fā)散性的思維,讓學(xué)生對事件有獨特的見解.發(fā)酵工業(yè)廣泛地運用于醫(yī)藥、農(nóng)牧、食品行業(yè),而食品安全是與生活息息相關(guān)但又常常被忽略的安全隱患.對此可提問引導(dǎo)學(xué)生:我們生活中有哪些常見的發(fā)酵工程產(chǎn)品?味精是如何通過發(fā)酵工程來生產(chǎn)的?味精真的致癌嗎?味精存在安全隱患嗎?我們應(yīng)如何使用味精更合理?有其他可替代的鮮味物質(zhì)嗎?網(wǎng)絡(luò)傳言真真假假,學(xué)生在拓展知識面的同時也要學(xué)會辨析真假,通過“味精致癌”這個話題將發(fā)酵工程應(yīng)用于食品安全問題相結(jié)合,認識到發(fā)酵工程并非遙不可及,其所生產(chǎn)的食品、添加劑、藥品等早已“飛入尋常百姓家”,例如醬油、啤酒、味精、青霉素等等都是發(fā)酵工程大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品.引導(dǎo)學(xué)生辯證地看待大規(guī)模生產(chǎn)和小規(guī)模制作,同時關(guān)注食品安全問題,持續(xù)提升對社會熱點信息的關(guān)注,培養(yǎng)社會責(zé)任意識和使命感.