芻議思維導圖在生物學單元整體教學設計中的應用*

錢仁凱

(巢湖市第二中學 安徽合肥 238000)

《普通高中生物學課程標準(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱“新課標”)提出要培養學生的生物學學科核心素養，通過“少而精”的大概念來統領課堂教學，留出更多的時間促進學生發揮學習的主動性，在對重要的生物學概念的理解、長期保持和遷移應用的過程中促使學生逐漸形成生物學核心素養。這就要求教師在進行單元整體教學設計時必須提升站位，將對單一的知識點、課時的關注轉變為從單元整體出發進行教學設計。如何高效地完成生物學單元整體教學設計并付諸教學實踐是當前一線教師的直接訴求。思維導圖作為一種比較新型的筆記方法，具有很高的應用價值。筆者嘗試將思維導圖融入生物學單元教學設計中，以期為教師在完成單元整體教學設計時提供一種新的思路和方式。

一、思維導圖在單元整體教學設計中的應用優勢

(一)單元教學設計的內涵與要求

有研究表明，以重要概念為主題進行單元教學設計符合新課標內容要求，同時也符合學生的認知水平和規律。因此，我們可以認為，生物學單元整體教學設計是以重要概念作為主題，基于新課標的要求、學生的認知水平和思維進階規律對關聯學習內容進行分析、整合、重組和開發，形成集目標、任務、情境、活動和評價等要素為一體的結構化的統籌規劃和系統設計。單元整體教學設計有助于教師跳出碎片化的教學誤區，通過結構化的整體教學實現學生的核心素養的最大化發展。

與傳統的單純注重單個知識點和分課時教學不同，單元整體教學設計更強調教學的整體性和系統性。如何科學地完成一個教學單元的完整設計呢？這就要求教師在確立單元主題后，能夠對整個單元教學內容和知識間的內在邏輯聯系進行系統的思考，綜合考慮學生的實際認知水平和新課標的內容要求，而后系統規劃合理的教學流程,并能設計科學的教學方法和評價手段，對學生的學習效果進行有效檢測。

(二)思維導圖及其顯著特點

思維導圖的概念是1974年由英國學者東尼·博贊在《啟動大腦》一書中首次提出的。簡單來說，思維導圖就是一種圖解工具，是通過線條、樹狀圖等將許多具有一定關聯的知識內容聯系到一起，構建一張具有多分支的圖像表現形式。與傳統教學只有簡單堆疊的文字相比，思維導圖是一種可以承載更多信息、可以更直觀地將所涉不同維度的知識串聯在一起形成的一種便于理解和記憶的網狀圖。這種“圖”是能夠直觀呈現形象思維和直觀思維的過程，能夠有效地激發思維并對思維進行可視化整理的工具，同時也是一種可以將教學設計過程圖形化的方法。思維導圖既可以直接利用紙筆進行手工制作，也可以通過專業的繪制軟件制作。但是手工繪制的思維導圖受繪制者自身的畫圖水平以及紙張大小等因素限制，不易保存和修改，因此一般建議采用專業軟件進行繪制。目前方便易用的思維導圖制作軟件有IMindMap、XMind、MindManager等。

(三)單元整體教學設計中應用思維導圖的優勢

從系統的角度來看，單元整體教學設計使用思維導圖，可以以圖文結合的分層形式清晰地展示課程結構框架，幫助教師在確定單元教學主題時提高系統設計的站位，更好地梳理大概念、重要概念和次位概念之間的關系；在選擇單元教學內容時厘清知識之間的邏輯關系，更全面地整合學科知識內容；在設計單元教學過程時設置一系列的教學任務，更好地表征教學流程。思維導圖在幫助教師避免教學內容的碎片化、提高課堂教學效果的同時，也能幫助教師更好地管理和發展自己的知識系統，不斷提升自己的專業技能，提高備課的效率和質量。

二、思維導圖在單元整體教學設計中的應用舉例

單元整體教學設計是對自成系統的知識內容進行系統思考后的整體架構，其精要是建構單元概念體系，整合單元教學內容，設計單元教學流程。下面結合重要概念“細胞的功能絕大多數基于化學反應，這些反應發生在細胞的特定區域”(以下簡稱“重要概念2”)的單元整體教學設計，具體闡述思維導圖的應用。

(一)利用思維導圖梳理單元概念層級關系

從科學知識論來看，科學本身不是事實的簡單堆積，而是結構化的概念體系。概念都不是孤立存在的，而是處于許多相關概念構成的網絡中的。因此，要想有效地幫助學生構建完善的認知結構，教師就必須要形成結構化的課程內容。在單元設計時，教師首先要對生物學概念體系進行邏輯分析，建立大概念、重要概念以及次位概念，進而完成單元教學主題的建構。思維導圖能清晰呈現概念的層級關系，有效幫助教師從整體上把握單元教學內容，進而確定單元教學主題。借助思維導圖，分析重要概念2涉及的概念層級關系，如圖1所示。

圖1 概念層級思維導圖

通過繪制三級概念之間內在聯系的概念層級思維導圖，有助于教師在備課時能從全局的角度分析得到學生通過系統化的學習完成大概念的建構。學生必須要先分別理解細胞的物質進出和能量的供應和利用這兩個關鍵過程，才能接受“細胞通過分裂實現增殖”的科學結論。因此圍繞大概念2(后文所涉及的大概念、重要概念、次位概念具體內容表述均見圖1)的構建，可以確定三個重要概念對應的三個單元教學主題，如表1所示。而要想完成重要概念2的構建，厘清細胞的能量供應和利用的過程，則必須要系統地認識到能量在細胞內流通必須以物質為載體，各種化學反應為流通途徑。因而教師需要完成次位概念1和次位概念2的構建，在此基礎上，還需要進一步分析細胞所需能量的來源和去向，進而完成次位概念3和次位概念4的構建，并最終指向大概念的建構和統整提升，發展學科核心素養。

表1 大概念引領下的教學主題建構

(二)利用思維導圖整合單元教學內容

當通過思維導圖確定了一個單元的教學主題，并明確了該單元要完成哪一個重要概念的建構、該重要概念的建構又需要完成哪些次位概念的理解以后，教師要仔細研讀教材內容和新課標的教學建議，并搜集生活中的相關資源，精選與重要概念建構以及次位概念理解的有關內容，整合成一個結構化、系統化的學習單元進行教學。

但一個重要概念的建構，一般所涉知識內容多，分布范圍廣，內在聯系性不強。而如果教師在完成單元教學設計的過程中，以繪制思維導圖的形式，對這些內容進行梳理和組織系統化，能突出事實、知識和概念之間的聯系。如在“細胞的能量供應和利用”的單元教學設計中，思維導圖可以用來實現教學內容的整合，將教學內容與所支撐的概念有機聯系在一起，使得教師在進行教學設計時思路更清晰，條理更分明。“細胞的能量供應和利用”單元教學內容分析思維導圖如圖2所示。

圖2 教學內容分析思維導圖

通過概念層級思維導圖可知，要想完成重要概念2的構建，必須要完成4個次位概念的理解，而這4個次位概念的理解則需要相應內容的支撐。結合重要概念與次位概念的思維導圖，在仔細研讀教材的基礎上，可確定在單元教學的第1、2課時中，完成次位概念1的構建，主要內容應包含酶的作用和本質；在第3個課時中，完成次位概念2的構建，主要內容應包含ATP的結構、ATP的利用以及ATP和ADP的相互轉化；在第4、5課時中完成次位概念4的構建，主要內容應包含細胞呼吸的兩種不同的方式和細胞呼吸原理的應用；在第6、7課時中完成次位概念3的構建，主要內容應包含捕獲和轉化光能的結構基礎以及光合作用的原理和應用。

(三)利用思維導圖設計單元教學流程

確定大單元教學主題和內容后，教師需結合新課標的學業要求和質量標準，圍繞高中生物教學的課程目標，確立單元教學目標，并以完成單元教學目標為導向，從單元教學整體出發，合理選擇教學策略，分解單元教學任務，編寫單元教學計劃。

在編寫單元教學計劃、設計教學流程時，可充分利用思維導圖的優點，以相應重要概念的構建為主線，以次位概念的理解為枝干，系統設計呈邏輯關系的課時學習任務。如在“細胞的能量供應和利用”單元教學中，依據單元內容特點可選擇情景創設教學策略，通過繪制思維導圖，幫助教師可視化地對“大情境貫穿、單元任務分解、課時活動安排”的教學思路進行整理，具體如圖3所示。

圖3 教學流程的思維導圖

在設計以重要概念2的概念建構為目標的單元教學流程時，可首先通過創設運漕酒的生產流程的大情境，并以此為起點，結合單元教學內容和各個所需要理解的次位概念，以思維導圖的形式進行思維發散，將大情境解構、衍生，設置呈遞進式上升的系列小情境貫穿整個單元教學過程：從釀酒的原料淀粉如何轉化為呼吸作用的底物葡萄糖為出發點，引出情境問題酶的結構與作用；從葡萄糖轉化為酒精需要的生物酵母菌的量的測定，引出直接能源物質ATP；從葡萄糖轉化為酒精過程中需要控制發酵罐內通氣的情況，引出對細胞呼吸方式的探討；從釀酒所需谷物如何制造淀粉，引出光和光合作用完成一個設計閉環；最后從整體中引出運漕鎮如何謀劃集生產、旅游等為一體的古鎮，實現學習效果的綜合評價，完成單元教學情境的貫穿。

在結合教學內容設置好問題情境后，再利用思維導圖針對每一課時設置合理的教學活動，幫助學生完成對次位概念理解。如：為解決問題情境1，可通過創設兩個活動探究酶的特性和探究酶的本質來幫助學生理解次位概念1；解決問題情境2，可通過創設探究細胞的直接能源物質、探究ATP的結構和功能、理解ATP和ADP的相互轉化、舉例說明ATP的利用幫助學生理解次位概念2；因為次位概念4是理解次位概念3的基礎，因此需首先解決問題情境3,創設活動探究酵母菌細胞呼吸的類型及產物、建構概念圖表述細胞呼吸的全過程、討論影響細胞呼吸的因素等活動幫助學生理解次位概念4。

三、思維導圖在單元整體教學設計中其他方面的應用

(一)利用思維導圖確定教學目標

教學目標是通過教學活動要達到的標準或對結果的預期。教學目標可分為單元教學目標和課時教學目標。根據新課標的要求，高中生物教學目標即培養學生的生物學學科核心素養。因此，在進行單元教學設計時，如何厘清課程目標和教學目標之間的關系，如何將課程教學目標落實到各個單元教學目標中去，同樣可以借助思維導圖從整體上進行把握。在確定單元教學目標后，如何將單元教學目標的達成一一落實到每個課時當中去，從而合理地確立課時教學目標，同樣可以利用思維導圖進行分解整理，并最終根據思維導圖從整體中反思課時目標是否能夠有效支撐單元目標，單元目標是否能夠有效落實課程目標，保證各級目標設置的有效性。

(二)利用思維導圖進行教學評價和反思

確定好教學目標、教學內容、教學流程后，教師需要根據對學生的課堂評價結果判斷課堂教學預期效果是否達成，教學目標是否完成。而對學生的課堂學習進行評價需要考慮很多內容，如何全面條理清楚地對一個單元的教學效果進行評價，同樣可以充分利用思維導圖的特點和優勢。如，首先可以在思維導圖中畫出單元評價標準，再將其發散細分為每個課時的評價標準，再以每個課時評價標準為基礎，結合課時內容，選擇合適的評價過程和評價方式等。

思維導圖在輔助教師進行單元教學設計時，除了上述方面的應用，在對單元課時進行合理的分解、幫助教師把握課堂教學重點、輔助教師進行課后的教學反思等方面同樣發揮著重要作用。在完成大單元教學設計的過程中，思維導圖具有極大的實用意義和推廣價值。