淺談思維可視化在高中生物教學中的應用

侯松毅

摘要：普通高中生物學課程的基本要求是全面發展學生的學科核心素養，但是其內容點多、面廣且復雜抽象，如何避免學生陷入學習困境呢？針對這個問題，本文探討了思維可視化應用于高中生物教學的可行性。

關鍵詞：高中生物;思維可視化;核心素養

中圖分類號：G633.91?文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2020）20-025-2

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》指出高中生物學課程的基本要求為：“生物學課程從生命觀念、科學思維、科學探究和社會職責等方面發展學生的學科核心素養”。“一支粉筆、一張黑板”的低效教學模式顯然不符合素質教育和課程標準對學生核心素養培養的要求。本文在分析高中生物課程特點和可視化教學發展現狀的基礎上，探討了思維可視化應用于高中生物教學的可行性。

一、高中生物課程特點

生物學是高中學習階段的必學基礎課程之一。生物學是自然科學基礎學科之一，是研究生命現象和生命活動規律的學科;它服務于農業、工業和醫學等人類實踐活動，對人類社會發展起到不可替代的重要作用。以課程標準對學生生物學核心素養培養的要求為準繩，高中生物課程分為必修和選修類課程，課程內容強調少而精，聚焦學生對生物學大概念的建立和理解，倡導學生的主動學習與實踐，滲透學生職業規劃教育內容。

每一門課程都有其自身的特點和不可替代的育人價值。與其他高中階段課程相比，高中生物學課程的一個最為顯著的特點是知識內容點多、面廣且復雜抽象。例如，人教版高中生物必修教材中生物學基本概念約300個，普遍抽象，涉及到眾多細微的知識點，甚至需要物理、化學等學科知識加深理解。生物學核心概念是高中生物課程學習和考試的重要內容，卻因為核心概念對細枝末節的淡化和知識灌輸型教學的誤區，極其容易造成學生對核心概念難以理解，陷入學習困境。生物學中的概念大多是在觀察基礎上歸納概括而來，而不依賴邏輯推理演繹，學生很容易產生死記硬背的錯誤認識，以至于把課程學死。

二、可視化教學的發展現狀

可視化作為專業術語最早出現于美國國家自然科學基金會組織的一個學術研討會對科學計算可視化的定義中，之后又出現了信息可視化、數據可視化等概念。在教學領域，被提及較多的是知識可視化和思維可視化。

2004年7月，Eppler M. J.和Burkard R. A.提出了知識可視化這一研究領域：知識可視化是研究如何應用視覺表征改進兩個或兩個以上之間復雜知識創造與傳遞的學科。Eppler和Burkard將知識可視化視覺表征歸類為啟發式草圖、概念圖表、視覺隱喻、知識動畫、知識地圖和科學圖表等六種類型。Jonassen D. H.提出了概念圖、思維導圖、認知地圖、詞義網絡、思維地圖等知識可視化表征方法。Pierce J. H.則總結了48種圖表形式作為支持可視化工具。可見，知識可視化實施方法和工具非常豐富且不斷發展，與日俱增。例如，近年來得益于信息化教育發展，還出現了虛擬仿真等具有明顯提升教學效果和質量的教學方法。

思維可視化教學體系創建人，曾受聘于華東師范大學的劉濯源先生首次提出了思維可視化：思維可視化是指以圖示或圖示組合的方式把原本不可見的思維結構及規律、思考路徑及方法呈現出來，使其清晰可見的過程。劉濯源創建了思維可視化教學體，并提出了學科思維導圖作為可視化教學方法的觀點并付諸實踐。時至今日，國內已有大量學者和教育工作者對思維導圖和概念圖作為知識可視化工具對高中生物教學提升做了大量實踐研究，并已有成效顯著的思維可視化課程基地投入使用。

三、高中生物教學采用思維可視化教學的可行性

在高中生物教學中應用推廣思維可視化教學是否可行呢？以下將分析解答這個問題。

首先，高中學生完全能夠接受思維可視化教學。隨著知識儲備和實踐經驗增多，高中學生學的思維能力已經得到了全面提升，發展進入到策略思維階段，開始嘗試重構、記憶和應用知識。突出理解性記憶和結構化思考的思維發展的思維可視化教學完全能夠被高中學生接受。

其次，思維可視化教學能夠提升高中生物教學效果和質量。腦科學研究證實，人腦有通過視覺圖像高效接受知識的機制。心理學家Albert Mehrbian提出的7/38/55定律認為主導信息傳遞效果的貢獻中，詞語占7%，有聲語言（包括副語言）占38%，而視覺獲得的體態語言占55%。另據雙重編碼理論，通過視覺形式和語言形式同時呈現能夠增強信息的識別和記憶，知識可視化通過知識視覺表征輔助語言理解，降低了抽象知識的認知負荷，提升了思維能力鍛煉。高中生物學課程知識內容點多、面廣且復雜抽象的特點是無法改變的，但思維可視化教學特別適應高中生物課程特點，能夠通過直觀地呈現知識以及知識間相互聯系，通過思維能力培養幫助學生構建生物學學科知識體系，能夠顯著減負增效。

最后，符合課程標準全面發展學生生物學科核心素養的要求。可視化教學通過高效的信息傳達、深度的閱讀理解和創新的思維發展促進學生有效學習。可視化教學能夠以直觀動態的呈現抽象、生澀難懂的高中生物學知識內容;能夠激發學生學習興趣，實現學生參與，實踐學生主體作用;結合問題引導、合作學習等可培養和提升學生自主學習能力。但是，可視化教學中可能會遭遇淺閱讀、 碎片化閱讀誤區的挑戰，會陷入畫圖浪費時間、畫圖為了提高記憶、過分關注可視化等錯誤意識。思維可視化教學強調思維發展，聚焦了思維作為學校教學的靶心，將學生思維能力培養作為教育核心任務，完全契合全面發展學生生物學科核心素養的要求。

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（作者單位：山東省華僑中學，山東 青島 266700）