思維可視化視野下高中生物核心素養的培育途徑

吳敏燕

摘要：在高中生物教學中，教師要基于思維可視化的理念，采取指向學生學科素養發展的教學途徑，讓學生通過發散、導圖、分類和建模四個階段來內化知識，形成能力，最終在思維可視化的支撐下發展核心素養。

關鍵詞：高中生物? 思維可視化? 學科素養

思維可視化，顧名思義，就是讓學生將思維的過程，運用清晰的圖表等直觀表現出來，讓學生可見、教師可視。對于學科教學，尤其是高中生物學科教學來說，教師可以采用多種方法讓思維可視化，這對提升學生學習質量，優化教師教學方式，具有無可比擬的優勢。生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任是高中生物學科核心素養的四大具體表現，高中生物教師要基于學科特點，在思維可視化視野下開展課堂教學，讓學生清晰地理解知識，凝煉學科概念，形成結構化知識，并通過思維可視化手段來發展自己的生物學科核心素養。筆者基于思維可視化理念，以發散、導圖、分類和建模四個步驟，引導學生透過思維洞察學科本質，收到了良好的效果。

一、發散：呈現顯性學習材料

概念是學習和理解知識的核心起點，對于高中生物學科來說，概念既重要又繁多。理解概念的本質，并理順概念間的相互關系，從而建立概念群，這既考驗著教師教的能力，也考驗著學生學的能力。為此，教師要激活學生的發散性思維，讓學生借助可視化途徑，促進概念顯性化，思考并建立概念圖，從而達到對概念的深度理解。

在教學“DNA重組技術的基本工具”這一章節內容時，由于其涉及概念較多，筆者呈現學習材料，讓學生思維進階，通過問題引領，激活學生的發散性思維。筆者首先以“什么是基因工程”導入，讓學生明白這是一項由于DNA重組改變生物遺傳性特性的技術，進而引導學生發散思維：基因工程的實現有何規定流程？學生思考后得出答案：“剪切、拼接、導入、表達。”教師追問：“為實現這一目標工程，需要什么樣的工具？”學生思考后回答：“先運用限制酶切割DNA，然后由DNA連接酶縫合DNA，同時借助載體把指定的DNA引入目標受體之中。”在此過程中，教師還可以用問題來細化每個工具的功能和作用，如將兩個DNA片段連接并切割時，需要運用的工具為“針”和“刀”，受體的準確位置為磷酸二酯鍵。通過這一系列問題的引導，教師激活了學生的發散性思維，幫助學生復現并感知了很多記憶性的感性材料。與此同時，學生也自動地勾勒出實現基因工程的前后序列的輪廓。“一些工具如何使用？怎樣使用？在什么部位使用？”等問題也都印在學生的腦海里，形成了思維的可視化模型。這樣，學生對概念的理解由感性到理性，由發散到聚焦，為學科素養的培養打下了基礎。

二、導圖：辨別認知結構差別

學科素養的形成是一個立體的內化的過程，思維導圖能夠在這一過程中發揮其促學作用，幫助學生提升學習效率，建構起獨特的學科認知結構。高中生物學科的概念教學是一大難點，既有相似的概念，也有相反或易混淆的成組概念。教師要運用思維導圖，幫助學生辨別概念間的聯系、差別和內在因果關系，從而將概念圖內化于心，為核心素養的形成搭建認知支架。

以教學“神經調節與體液調節的關系”為例，教師可以構建簡易導圖，引導學生辨別、明了兩種迥異的生命活動調節途徑，促進學生辨別生命調節的不同結構。教師先在黑板上畫一個大圓，表征動物體內整個生命循環調節活動，并提出如下問題：此生命活動的調控途徑有哪些？學生經過思考作答：在此圓圈上可以發散出兩個分支，即體液調節分支和神經調節分支。但同時，這兩個分支需合二為一，共同為人體的生命活動提供循環動能。在此過程中，師生建構一個思維導圖，將知識串聯，實現學科知識的顯性化和圖示化。同時，教師進一步引導學生在導圖的分支上繼續做文章，細化知識結構圖，如在神經調節分支上標注反射、電信號和化學信號等，在體液調節分支上標注反饋、激素分泌和傳輸等，從而構成一個完整且豐富的導圖，讓學生將知識結構化、差異化，同時也有助于記憶。通過思維可視化手段，學生就能對相似或平行的概念作出比較、鑒別，并在導圖的根目錄統攝下繼續“開枝散葉”，從而將零碎的知識定位，形成一個完整的知識網絡，為知識記憶提供幫助，也為實現問題驅動下的主動學習提供認知導航。

三、分類：構建結構化的知識系統

由于知識是散點狀的，高中生物教師要以學生的學科關鍵能力培養為目標，將散點狀的知識分門別類，使知識條理化、脈絡化，從而構建一個結構化的知識系統。學生站在宏觀的視角來洞察高中生物學科的內在奧秘，了解知識間的內在關系，有利于自主建構知識系統。學生以本質區別為特征適當進行歸類，可以進一步掌握生物概念的內涵，為形成學科關鍵能力提供必要支撐。

以教學生物必修一《分子與細胞》中的“物質跨膜運輸的方式”為例，教師可以引導學生對運輸的不同方式進行歸類。首先，教師通過細胞膜物體的大小來分類，學生會發現大分子和小分子的運輸方式截然不同。接著，學生可將小分子的運動方式再分為自由擴散、協助擴散和主動運輸三種類型，其依據是膜兩邊分子的濃度以及在運輸中是否有能量消耗等。同樣，大分子也可以依次分為胞吞和胞吐兩個類別，其依據是分子流動的方向。之后，教師再讓學生進一步細分，如將自由擴散和協助擴散進行比較，發現它們都是小分子從高濃度向低濃度擴散，但它們也有區別，即它們都要有載體來支撐，同時它們在擴散中都不會消耗能量。就具體例子來看，像O2、H2O、CO2進入細胞的方式可稱為自由擴散，而葡萄糖是協助擴散的典型代表等。由此可見，分類是促進學生構建結構化知識網絡的重要手段。學生對知識和概念間的異和同進行對比分析，從而顯性化地找到概念或知識之間的本質區別，形成科學系統的知識結構，這也是培養學生學科關鍵能力的必要手段。當然，教師也要豐富思維可視化的具體手段，對圖形進行創造性改編，發揮圖示分類的作用，促進思維的可視化和顯性化。

四、建模：發展學生抽象思維能力

高中生物學科知識點較為零碎，教師要適時激活學生的聚合思維，讓學生從零碎的知識中抽象出一般的普適性的認知結構，從而發展抽象思維能力。為此，教師可以培養學生的建模能力，讓學生在生物學科知識的理解中搭建四梁八柱，構建一定的顯性模型，這既是思維可視化的核心步驟，也是培養學生學科思維能力的關鍵所在。

以教學“種群的數量變化”為例，其部分內容旨在引導學生掌握生物群落數量的一般發展規律。為此，教師可以將數學建模思想引入其中，從而培養學生的抽象思維能力，同時發展高中生物學科蘊含的理性精神。建立一定的數學模型后，學生可以通過解題、運算等手段來分析影響種群數量的本質因素，從而推導出預測種群數量的一般性公式。通過簡易的建模思維，學生能夠將抽象的預測行為化為具體的運算能力，更加直觀且準確地理解生物種群的發展規律和發展方向。同時，學生在建模的過程中也進一步厘清了生物學科概念，掌握了學科發展所蘊含的科學本質，從而培養了自己的科學思維和理性精神。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]婁瑩瑩.高中生物教學指向核心素養的思維導圖運用[J].學苑教育，2020（7）.

[3]陸帥.高中生物教學中思維可視化技術的實踐研究[J].成才之路，2020（5）：4243.

責任編輯：唐丹丹