核心素養(yǎng)視域下高中生物課堂“思維可視化”教學(xué)策略研究

摘 要：隨著教育改革的不斷深化，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)日益受到重視。教師應(yīng)以核心素養(yǎng)為指導(dǎo)，綜合考慮設(shè)計生物課堂的各種要素，促進學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)和發(fā)展。應(yīng)用“思維可視化”技術(shù)有助于提升學(xué)生的思維、探究和創(chuàng)新能力，符合生物課程改革的要求。為提升教學(xué)效果，教師應(yīng)加強“思維可視化”技術(shù)在生物教學(xué)中的運用。本文從核心素養(yǎng)視角概述了“思維可視化”技術(shù)，分析了高中生物課堂存在的問題，并討論了高中生物課堂中“思維可視化”教學(xué)的有效策略，旨在為構(gòu)建高效生物課堂提供參考。

關(guān)鍵詞： 核心素養(yǎng)；高中生物；課堂教學(xué)；思維可視化

隨著素質(zhì)教育的不斷深化，傳統(tǒng)生物教學(xué)模式已難滿足學(xué)生全面發(fā)展需求?！八季S可視化”有助于擴展學(xué)生思維的廣度、深度和邏輯性，促進生物核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生特點和發(fā)展規(guī)律，創(chuàng)新教學(xué)理念和方法，科學(xué)設(shè)計思維可視化教學(xué)策略，引領(lǐng)學(xué)生形成正確生命觀念，提升思維、探究和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)社會責(zé)任觀，充分發(fā)揮課堂主渠道作用。

一、思維可視化概述

思維可視化指將思維以圖示方式展現(xiàn)，激發(fā)學(xué)生深度有意義的學(xué)習(xí)。教師可根據(jù)學(xué)生思維特點、課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)規(guī)律設(shè)置相應(yīng)任務(wù)，利用多種資源與技術(shù)支持，呈現(xiàn)思維結(jié)構(gòu)、路徑和方法，具有簡易、直觀和深度加工特征[1]。思維可視化能夠有效減輕學(xué)生的認知負荷，促進學(xué)生對知識的理解與內(nèi)化，為學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展提供支持與保障。

二、核心素養(yǎng)視域下高中生物課堂教學(xué)存在的主要問題

（一）重視結(jié)果勝于過程

核心素養(yǎng)涵蓋知識、態(tài)度與技能，體現(xiàn)學(xué)生在真實情境中解決問題的綜合表現(xiàn)。教師應(yīng)堅持核心素養(yǎng)導(dǎo)向，使學(xué)生通過問題解決獲得必要的價值觀、品格與能力。然而，部分教師仍存在著過于強調(diào)思維結(jié)論而忽略思維過程的問題。他們只關(guān)注“思維可視化”在生物教學(xué)中的直接效果，而忽視了其在發(fā)展學(xué)生思維能力、提升思維品質(zhì)方面的作用，導(dǎo)致難以使生物知識直觀化，阻礙學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與發(fā)展。

（二）思維表征的單一化

思維導(dǎo)圖、認知地圖、實體模型、動畫視頻等是展現(xiàn)學(xué)生思維過程和結(jié)果的重要方法，有助于將抽象知識具體化，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的知識體系。然而，部分教師在生物課堂中存在思維表征單一化的問題，僅僅依賴圖示進行機械回憶，限制學(xué)生自主思考和理解能力，未能有效展示思維過程與結(jié)果，導(dǎo)致思維可視化應(yīng)用效果不佳。

（三）學(xué)生主體性缺失

學(xué)生是生物課堂教學(xué)的主體。部分教師為了效率，過度依賴“灌輸式”“演示式”教學(xué)模式，導(dǎo)致生物課堂單一乏味。教師未給予學(xué)生充分時間整理思維、回答問題、討論評價，也未提供思維外顯的機會。在這種教學(xué)模式下，教師難以準確理解學(xué)生的思維過程和能力，導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)積極性，在生物課堂中難以激發(fā)興趣、主動性和注意力，不利于學(xué)生核心素養(yǎng)的提升。

（四）教學(xué)與評價脫節(jié)

教學(xué)評價是生物教學(xué)中至關(guān)重要的一環(huán)。然而，部分教師在生物課堂教學(xué)中往往忽視教學(xué)目標與評價之間的有機銜接，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)情況無法得到及時反饋和調(diào)整。舉例而言，當(dāng)教師提出問題后，如果學(xué)生甲答錯，教師可能直接請學(xué)生乙回答，而不對學(xué)生甲的學(xué)習(xí)狀況進行評估。在這種評價方式下，師生互動變得形式化，學(xué)生的思維無法得到展現(xiàn)，教學(xué)評價在引導(dǎo)、激勵、反饋、調(diào)整和總結(jié)方面的作用就無法充分發(fā)揮，不利于推動高效生物課堂教學(xué)的發(fā)展。

三、核心素養(yǎng)視域下高中生物課堂“思維可視化”教學(xué)的有效策略

（一）對接核心素養(yǎng)，明確可視化目的

在生物課堂教學(xué)中，教學(xué)目標的精心設(shè)計是其基石。要提升教學(xué)質(zhì)量和效果，教師需緊密結(jié)合生物課程標準、內(nèi)容和學(xué)生實際情況，設(shè)定清晰的教學(xué)主題和目標，這些目標應(yīng)涵蓋生物學(xué)科核心素養(yǎng)的四個方面，即生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任，從而明確“思維可視化”的目的，為學(xué)生的生物學(xué)習(xí)提供明確的引導(dǎo)和方向。

以人教版高中生物學(xué)必修1第5章第3節(jié)《細胞呼吸的原理和應(yīng)用》為例，教師應(yīng)根據(jù)生物學(xué)科核心素養(yǎng)設(shè)定明確的教學(xué)目標，并有效應(yīng)用“思維可視化”教學(xué)策略。在生命觀念方面，教師應(yīng)繪制有氧呼吸和無氧呼吸的流程圖，清晰地展示兩種呼吸類型的整個過程，使學(xué)生通過圖示理解每個階段的發(fā)生順序和關(guān)聯(lián)，促進思維的具象展示。同時，引導(dǎo)學(xué)生繪制概念圖，整理和關(guān)聯(lián)所學(xué)知識，幫助他們理解細胞呼吸是生物體生命活動的基礎(chǔ)，是能量轉(zhuǎn)化和物質(zhì)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念，塑造科學(xué)的自然觀念和世界觀。在科學(xué)思維方面，教師應(yīng)組織學(xué)生進行小組討論，提出關(guān)于細胞呼吸的問題，并嘗試解答。通過學(xué)生反饋的問題了解他們的理解水平和困惑，及時調(diào)整教學(xué)策略，引導(dǎo)學(xué)生在事實和依據(jù)的基礎(chǔ)上開展生物學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用批判性思維和創(chuàng)造性思維分析解釋生命現(xiàn)象與規(guī)律的能力，促進其科學(xué)思維的發(fā)展。在科學(xué)探究方面，教師應(yīng)讓學(xué)生親身參與酵母菌細胞呼吸實驗，觀察呼吸過程和產(chǎn)物，小組內(nèi)進行交流討論，制作對比表格，通過圖表可視化顯示兩種呼吸方式的過程和能量轉(zhuǎn)化情況，深化學(xué)生對有氧呼吸和無氧呼吸的了解，培養(yǎng)學(xué)生的合作、實踐和探究能力。在社會責(zé)任方面，教師應(yīng)將細胞呼吸原理與現(xiàn)實生活情境相聯(lián)系，例如：以冰箱中保存水果或蔬菜的例子，引導(dǎo)學(xué)生了解低溫如何延長細胞呼吸過程，讓學(xué)生意識到細胞呼吸與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系，拓展細胞呼吸在環(huán)保、能源利用等社會議題上的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感和擔(dān)當(dāng)能力。同時，通過案例分析，讓學(xué)生了解細胞呼吸異?？赡軐?dǎo)致的疾病，并加強學(xué)生對社會健康問題的關(guān)注。在課堂教學(xué)中，教師還需根據(jù)學(xué)生的認知水平、意志品質(zhì)、思維能力和興趣愛好等需求，分層設(shè)立教學(xué)目標，確保所有學(xué)生在明確目標引領(lǐng)下均能充分展開學(xué)習(xí)[2]。

（二）創(chuàng)設(shè)真實情境，導(dǎo)入驅(qū)動性任務(wù)

學(xué)生需在解決問題的實踐中鍛煉思維，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生就問題和所學(xué)知識，運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等手段展開生物學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。因此，在進行“思維可視化”教學(xué)時，教師可以通過創(chuàng)設(shè)真實情境和導(dǎo)入驅(qū)動性任務(wù)來促使學(xué)生逐步進入深度學(xué)習(xí)狀態(tài)，推動學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展。

以人教版高中生物學(xué)必修2第5章第3節(jié)《人類遺傳病》為例，該課程旨在幫助學(xué)生了解不同類型的遺傳病、遺傳病的檢測和預(yù)防。盡管學(xué)生對遺傳病這類與人類生命息息相關(guān)的疾病頗感興趣，但他們對遺傳病的認知可能并不全面。因此，在教學(xué)中，教師應(yīng)該結(jié)合“人類遺傳病”內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)真實的學(xué)習(xí)情境。例如：讓學(xué)生以小組形式收集不同遺傳病的相關(guān)視頻、圖片和動畫等素材，每組代表播放代表性視頻，展示各類遺傳病的發(fā)病過程、癥狀和影響，這種親身體驗有助于將抽象的概念具體化，幫助學(xué)生更好地理解和掌握知識。同時，鼓勵學(xué)生討論交流，并圍繞各類遺傳病的定義、特點和實例等內(nèi)容繪制思維導(dǎo)圖，在多媒體設(shè)備上展示學(xué)生的思維導(dǎo)圖，促進學(xué)生自我評價和互相評價，幫助學(xué)生借助概念圖進行深入思考，建立知識之間的聯(lián)系，為思維可視化的實現(xiàn)奠定基礎(chǔ)，提升學(xué)生的思維品質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，教師應(yīng)引入具有驅(qū)動性的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生探究“人類遺傳病”知識體系的內(nèi)在聯(lián)系，將課程知識與生活實踐、已有經(jīng)驗和興趣點相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的熱情。通過這樣的任務(wù)引導(dǎo)，學(xué)生深入了解人類遺傳病的預(yù)防和治療方法，并能將所學(xué)知識運用于實踐，促進了自身的全面發(fā)展。

（三）拓展學(xué)習(xí)資源，豐富可視化表征

與初中生物相比，高中生物內(nèi)容更加抽象、微觀、深入，僅靠語言傳達可能無法使學(xué)生全面深入理解生物知識。同時，新高考試卷的信息展現(xiàn)豐富多樣，涵蓋文字、符號、數(shù)據(jù)和圖示等，要求學(xué)生需具備整合、處理和綜合應(yīng)用信息的能力。因此，在生物課堂教學(xué)中，教師應(yīng)積極拓展學(xué)習(xí)資源，讓學(xué)生在多元化知識支持下，通過圖示、模型、動畫、顯微照片等豐富表現(xiàn)形式，理解抽象概念、構(gòu)建知識體系。教師可以靈活運用標題、字體大小、下劃線等標記技術(shù)，標注學(xué)習(xí)任務(wù)中的重要難點信息，以更清晰地展示學(xué)生的思維路徑、結(jié)構(gòu)和方法，確?！八季S可視化”教學(xué)的有效性[3]。

以人教版高中生物學(xué)選擇性必修1第3章第2節(jié)《激素調(diào)節(jié)的過程》為例，該課程旨在讓學(xué)生理解激素調(diào)節(jié)的基本概念、調(diào)節(jié)機制和實際應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生對生命科學(xué)的興趣和認知。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)促進不同教材資源、數(shù)字資源、生活資源的綜合運用，通過引入半程馬拉松運動視頻作為例子來介紹血糖平衡的調(diào)節(jié)機制，組織小組討論馬拉松運動和飯后血糖變化的原因，讓學(xué)生了解機體中血糖的來源和去向。教師還可以收集相關(guān)的科普視頻或制作動畫來展示激素與靶細胞結(jié)合，進而引發(fā)細胞反應(yīng)的過程，幫助學(xué)生直觀理解胰島素和胰高血糖素的調(diào)節(jié)原理。組織學(xué)生構(gòu)建血糖平衡的圖解模型，通過動手操作和思考更深入地了解激素的調(diào)節(jié)機制和作用，培養(yǎng)學(xué)生的合作能力。教師還可以就一些有爭議的激素調(diào)節(jié)問題展開小組討論或辯論，利用互動式學(xué)習(xí)工具如互動白板、在線學(xué)習(xí)平臺等，讓學(xué)生進行實時互動和探討，提高學(xué)生的辨析能力。同時，激勵學(xué)生運用相關(guān)的激素調(diào)節(jié)知識分析引起糖尿病、甲狀腺腫大等疾病的原因，并繪制概念圖，提出預(yù)防和治療方法，解決實際問題并關(guān)注健康。

（四）組建學(xué)習(xí)小組，發(fā)展實踐應(yīng)用能力

合作學(xué)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。為了構(gòu)建高效的“思維可視化”生物課堂，教師要在組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)原則的指導(dǎo)下組建生物學(xué)習(xí)小組。教師應(yīng)促進項目式、互動式、探究式等教學(xué)模式的綜合應(yīng)用，激勵學(xué)生主動學(xué)習(xí)，通過質(zhì)疑、搜集信息、求證、驗證假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的方式，培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

以人教版高中生物學(xué)必修2第4章第2節(jié)《基因表達與性狀的關(guān)系》為例，該課程旨在幫助學(xué)生建立“基因表達——基因如何表達——基因的表達如何調(diào)控”的內(nèi)在邏輯體系，促進學(xué)生理解生命是物質(zhì)、能量和信息的統(tǒng)一體。在“思維可視化”教學(xué)中，教師可以設(shè)置學(xué)習(xí)項目，根據(jù)學(xué)生的能力、興趣和背景進行異質(zhì)分組，并明確組內(nèi)任務(wù)分工，圍繞項目進行自主合作和探究學(xué)習(xí)，通過分析豌豆形狀、人的白化癥狀、囊性纖維化、鐮狀細胞貧血等案例，加深學(xué)生對基因表達與性狀關(guān)系的理解。定期組織小組討論和反饋，及時調(diào)整策略和方法，利用圖表、圖片、思維導(dǎo)圖等方式呈現(xiàn)學(xué)生的思維過程，鼓勵小組展示成果，鍛煉語言表達能力，獲取其他小組的新見解，并最后反思和總結(jié)，深化對基因表達與性狀關(guān)系的認識，使學(xué)生結(jié)合實踐應(yīng)用生物知識解決實際問題，增強實踐能力。

（五）構(gòu)建多元評價，促進“教、學(xué)、評”一體化

教學(xué)評價是生物課程教學(xué)的引導(dǎo)者。在“思維可視化”教學(xué)中，教師應(yīng)以評促學(xué)、以評促教，根據(jù)核心素養(yǎng)科學(xué)設(shè)置評價標準，逐步構(gòu)建多元、豐富、多樣的評價模式。要將教學(xué)評價融入生物課程學(xué)習(xí)的全過程和各方面，聚焦學(xué)生核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展，對學(xué)生思維可視化過程進行引導(dǎo)、激勵、調(diào)控與反饋，有效提升學(xué)生的思維品質(zhì)，促進學(xué)生應(yīng)用生物知識解決實際問題的能力[4]。

以人教版高中生物學(xué)必修1第3章第2節(jié)《細胞器之間的分工合作》為例，該課程旨在幫助學(xué)生認識幾種細胞器的功能，并理解動植物細胞的結(jié)構(gòu)異同及生物體結(jié)構(gòu)和功能間的適應(yīng)關(guān)系。在課堂教學(xué)中，為有效運用教學(xué)評價，教師應(yīng)以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向設(shè)定評價標準，關(guān)注學(xué)生思維過程、結(jié)構(gòu)和方法，評估學(xué)生核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展?fàn)顩r。同時，教師要創(chuàng)新評價模式，借助多元評價方式介入學(xué)生思維過程。教師可通過提問、討論等口頭評價及時了解學(xué)生的掌握情況；通過引導(dǎo)學(xué)生繪制細胞器功能圖表、流程圖或撰寫相關(guān)短文等書面評價，幫助學(xué)生深入思考，提高文字表達能力；通過實驗、模擬活動，如使用顯微鏡觀察細胞器或模擬細胞內(nèi)的物質(zhì)運輸過程等實際操作評價，來培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能和觀察能力；通過小組項目，如動畫、模型制作等項目評價，直觀展現(xiàn)細胞器功能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和團隊合作能力；通過學(xué)生自評和互評方式，鼓勵學(xué)生自我反思，相互學(xué)習(xí)，取長補短。多元的教學(xué)評價發(fā)揮著導(dǎo)向、鼓勵、反饋和總結(jié)的作用，引導(dǎo)學(xué)生客觀地審視自身核心素養(yǎng)的發(fā)展，幫助學(xué)生樹立生物學(xué)習(xí)信心。

結(jié)束語

綜上所述，在生物課堂中應(yīng)用“思維可視化”教學(xué)具有積極的意義，可以促進學(xué)生對生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任素養(yǎng)的形成和發(fā)展。要想發(fā)揮生物課程培根鑄魂的作用，教師應(yīng)堅持核心素養(yǎng)導(dǎo)向，根據(jù)“以生為本”和“因材施教”的理念分層制定教學(xué)目標，使學(xué)生在真實、生動的任務(wù)情境中展開生物學(xué)習(xí)，關(guān)注學(xué)生的思維路徑、結(jié)構(gòu)和方法，運用多種方法展現(xiàn)，在生物課堂中促進學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展。

參考文獻

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本文系福建省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2023年度“協(xié)同創(chuàng)新”專項課題“核心素養(yǎng)視域下高中生物課堂‘思維可視化’教學(xué)策略研究”（課題編號：Fjxczx23-317）研究成果之一。