基于圖表加工理論的生物學教學策略

王 薦

（無錫市第一女子中學 江蘇無錫 214002）

圖表加工理論認為，學生學習圖表或是解答圖表題目都是信息加工過程，需要從圖表中獲取信息并與自身已有知識加以匹配、聯系和整合，或順應或同化以尋求理解或答案的過程。該過程大致包括輸入、編碼、加工、再提取、使用5個過程。根據圖表加工理論，教師應該圍繞學生的不同圖表加工能力來開展教學，提高學生的學科核心素養。當然，在教學中，這些能力培養應該是整體的，而不是割裂的。

1 建構圖表：培養圖表識別能力

學生認知圖表是一個被動接收信息的過程，而教師組織學生自我建構圖表，可以幫助學生知曉圖表的產生過程，變被動為主動，提高學生的識圖能力。教師可以組織學生動手制作細胞結構、DNA分子、細胞分裂等模型，使學生在制作中學習相應的內容，使實物圖形牢牢印入學生腦海中；在制作活動后，再組織學生動手畫圖，從而使三維圖形和平面圖形交叉刺激，促進學生建構認知結構圖、模式圖等。在組織畫圖時，教師可以引導學生通過數形轉換明確一些圖表的建構過程，使學生加深對重要圖表的理解。例如，細胞分裂曲線圖是教學中的難點，教師可以引導學生先列表統計不同分裂時期細胞中染色體、染色單體、DNA的數量（表1），再指導學生將數字在坐標圖上標出并連點成線（圖1）。這樣，曲線圖就有了堅實的生物學基礎知識的支撐，學生自然能識別其中蘊含的生物學內容，如組成人體細胞主要元素圖（數字轉為餅圖）、酵母菌種群增殖曲線（實驗數值轉為曲線圖）、生長素濃度對枝條生根的影響圖（實驗數值轉為曲線圖）等都可以通過學生自我建構來加深認識。

表1 精原細胞形成精子過程中染色（單）體、DNA數目變化表

圖1 精原細胞形成精子過程中染色（單）體、DNA數目變化圖

教師要引導學生學會圖形轉換，將具體的示意圖轉化為抽象的示意圖，用符號代替文字，學會概括，培養抽象思維能力，如教師引導學生將碳循環從實景圖（圖2）轉換為抽象符號圖（圖3）。這些方法可以適用于生態系統結構模型圖、生態系統能量流動圖、生物進化歷程圖等。

圖2 碳循環示意圖

圖3 碳循環示意圖

對教材中的圖表，教師要盡可能組織學生建構，即便是“依葫蘆畫瓢”也能培養學生的觀察能力。學生在畫圖的過程中，圖表承載的生物學知識就能內化于心、理解于腦。造表、畫圖是培養學生識圖能力的根本之道。

2 看圖說話：培養圖表轉化能力

引導學生看圖說話，培養學生從圖表中獲取有效信息的能力，是實現對圖表進行有效編碼的重要步驟。它能決定學生能否將圖表中的有效信息與自身掌握知識進行有效匹配，明了圖表承載信息所對應的生物學知識，順利實現圖文轉化。在學生看圖說話時，教師要引導學生用動態的、生命的觀點來分析圖表表達的生物學現象，培養學生的生命觀念，避免學生采用靜止的、一元的、僵化的思維方式。例如，對河流生態系統受到生活污水輕度污染后的凈化作用示意圖、傘藻嫁接實驗圖、分泌蛋白的合成和運輸過程圖解、光合作用過程圖解、有氧呼吸過程圖解、有絲分裂過程圖解、雪兔與猞猁數量關系圖等，教師都可以要求學生仔細觀察并寫出簡潔的文字說明，從而使學生對相關生命活動形成一個整體的動態的印象。

例如，教師提供資料：熱帶雨林的某一地區被開墾成農田用于實驗。有兩個實驗地塊被標記，一個始終種植水稻，另一個則水稻和豆類交替種植。兩個地塊都不施肥。圖4顯示了兩個地塊在一段時間內的收成。

圖4 兩個地塊在一段時間內的收成示意圖

①請解釋為什么始終種植水稻的地塊產量持續下降？為什么水稻和豆類交替種植的地塊農產品產量可以保持穩定？

②另一項調查顯示：當熱帶雨林開墾成永久農田以后，腐殖質中的分解者從54 g/M2下降到3 g/M2。請你解釋這種下降對自然界物質循環的影響。

教師要引導學生讀圖，使學生知曉此圖顯示了礦物質對植物生長的影響，從而從自身知識體系中提取豆類植物根部根瘤菌可以固氮的知識點，實現對圖中信息的學科化解讀。另外，教師還要給學生提供不同形式、同一內容的圖表，在不同情境下組織學生讀取，培養學生對不同形式圖表的讀取能力，如細胞分裂圖有顯微圖、曲線圖、直方圖、柱狀圖等。

3 分析綜合：培養圖表整合能力

教師要訓練學生閱讀圖表的整合能力，從點線面幾個方面全面準確的獲取信息。面的方面是指要讀圖的主題、縱橫坐標軸的含義及單位；線是指線段的趨勢走向；點是指線段的起點、終點、折點、交叉點。如果讀表，要讀表的主題、表頭的內容、縱橫行列的內容及單位、表中數據的趨勢、最大值、最小值、0值等項。

教師要引導學生結合生物學知識全面理解圖表含義。例如，圍繞圖5，教師可以提出以下問題：①此圖主題是什么？②縱橫坐標是什么含義？單位是什么？③A點是什么生理狀態？OA段意味著什么？④AB段CO2釋放量為何逐漸減少？⑤B點是什么生理狀態？為何沒有CO2釋放？⑥BC段為何CO2吸收量逐步增加？到C點后為何又不再增加了？⑦如果C點增加CO2濃度，線段如何變化？⑧此圖在生產上有何應用價值？⑨如果此圖中植物是陽生植物，如改成陰生植物，則A、B、C3點如何變動？⑩此圖橫坐標若改成CO2濃度可以嗎？

圖5 光合速率與光照強度的關系

又如，針對氧氣對植物細胞呼吸方式影響圖（圖6），教師可以設計以下問題：①O2濃度在2.5%～10%之間時、在10%以上時，該器官的細胞呼吸方式有什么不同？②O2濃度為C時，AB＝BC，此時有氧呼吸和無氧呼吸釋放的CO2量相等，二者消耗的葡萄糖是不是也一樣多？③在保存蔬菜、水果時，應選擇哪一點對應的O2濃度？為什么？

圖6 氧氣影響植物細胞呼吸的曲線圖

4 創新思維：培養圖表監控能力

培養學生的創新思維是培養學生圖表監控能力的主要措施，教師要引導學生從圖中讀出新知識、新思路、新思維，引導學生依據科學本質、大膽地從圖表中得出正確的假設和結論。例如，光合作用的經典實驗圖就是可以培養學生創新思維的良好素材，教師可以提供光合作用發現過程的圖片（圖7），從實驗一圖片可以獲知好氧細菌聚集處就是氧氣多的地方，也是光合作用旺盛之處；針對實驗二中好氧細菌聚集于藍紫光和紅光處，引導學生讀出圖中蘊含的新結論、新觀點。這樣，學生根據圖片重走了科學發現之路，提出當時科學家對光合作用的正確認識，領略了科學家的思維光芒。

圖7 有關光合作用的實驗示意圖

5 變式訓練：培養圖表表達能力

在教學中，教師一方面要在不同場景下給學生提供不同的圖表訓練學生使用圖表的能力，另一方面要引導學生使用不同的圖表來解決問題，這就是變式訓練。變式就是概念正例的變化。正例變化有助于排除無關特征，突出本質特征。變式訓練就要利用圖像的變化，使學生加深對知識的理解，學會用多樣的圖表來運用知識，如細胞周期餅圖（圖8）、分裂過程中染色體與DNA比值圖等都可以組織學生進行圖形轉換。

圖8 關于細胞周期圖形的轉換

圖表的變式訓練還可以應用于研究性學習、項目式學習中，如分別用折線圖、柱狀圖、表格來記錄一個學期當地空氣質量指數，用數學表達式來分析稀釋涂布平板法過程中濃度的變化（圖9），都取得了很好的效果。