核心素養下思維導圖在初中生物學教學中的應用

梁小航 趙洪杰 梁婧 張佳音 張華禎 張念楠 徐振軍 莫顯紅

摘 要：自新課程標準頒布后，核心素養已成為我國新一輪課程改革的聚焦點，核心素養的培養須落實到各學科領域。初中生物學教學對學生核心素養的培養具有現實意義。但由于生物學科覆蓋內容廣、知識點零散，且初中生正處于形象思維向抽象邏輯思維的過渡期，因此，針對生物學科特性和學生心理特點，采取行之有效的學習方法對培養學生的核心素養至關重要。思維導圖作為一種教學輔助工具有助于構建知識體系，提高學習效率，促進學生科學思維的發展。本文以義務教育新課標為背景，闡述思維導圖的發展概況，并針對思維導圖在初中生物學新授課和單元復習課中的應用策略提出見解，為培育學生生物學科核心素養提供參考。

關鍵詞：核心素養；思維導圖；科學思維；初中生物學

中圖分類號：G633.91? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2023）09-0085-04

《義務教育課程方案和課程標準（2022年版）》確立了以培養和發展學生核心素養為宗旨的課程目標，提出關于生命觀念、科學思維、探究實踐、態度責任4個方面的核心素養要求，并明確把科學思維作為核心素養之一，是一項重大突破[1]。然而，發展科學思維應該“教什么”要“怎樣做”，對教師教學提出了挑戰。研究發現，科學思維的培養與知識可視化基礎理論和建構主義理論不謀而合[2]。科學思維體現了對學生理性思維、批判精神、勇于探究等科學精神的培育；思維導圖作為一種可視化工具，其主要思想是將人腦左、右兩部分中的形象思維和邏輯思維結合起來同時運作，最終在紙上用圖畫和線條將思維痕跡形成發散性的結構，呈現一個易于記憶和順應大腦發散性思維的自然表達過程。科學思維與思維導圖聯系緊密，因此在授課過程中引入思維導圖輔助教學對學生生物學科學思維的訓練和提升具有重要意義。

1 思維導圖應用于培養學生核心素養的必要性

思維導圖是由英國學者托尼·布贊（Tony Buzan）在《啟動大腦》一書中正式提出，將邏輯、數字、圖像、顏色等不同元素整合起來形成高度概括性的，易于識別、理解和記憶的可視化思維工具。思維導圖的繪制一般包括確定主題詞、繪制分支、添加關鍵詞、完善框架4個步驟，通過紙筆手繪和軟件繪制兩種方法完成，最終呈現出思維的發散過程。學習者通過思維導圖傳遞思維過程、提高發散思維能力，利用思維導圖梳理知識脈絡、提高學習能力，從而改善行為表現[3]。

2010年以后，思維導圖與學科教學相結合逐漸成為我國教育研究者關注的重點，并且呈現上升趨勢，不同學者從多角度分析思維導圖的特征以及其在學科教學中對學生發展的作用，并提出二者結合的重要意義。2019年，張輝等在《基于科學思維的高考生物學備考策略》一文中，將生物學備考與思維導圖建立有機聯系，通過學生的發散性思維以及對知識的歸納與概括，從而更好地理解生物學大概念，提升高考生物學備考實效[4]。趙國慶等認為教師應堅持學生主體、以問題解決為導向、結合思維策略工具、尊重學生已有認知，在學生思維發展的最近發展區尋找著力點并加以干預，從而提升在教學中應用思維可視化工具的實際效果[5]。么海燕借助于思維導圖幫助學生構建寫作框架，并利用思維導圖從“記憶與學習詞匯、建立寫作結構、培養寫作能力、組織小組互動、指導寫作教學”五個方面進行高中英語寫作教學[6]。2020年，劉昕等利用思維導圖“以圖串點、據點繪圖、用圖導練”三步走來“活化”高中生物學知識，進而培養學生生物學核心素養[7]。2022年，鄭喜芳嘗試借助思維導圖這一概念模型幫助初中生建構系統的生物學知識體系，同時引導學生運用思維導圖處理概念模型的建構問題[8]。徐玲玲等對大概念教學評價進行整理，將思維導圖作為結構化思維工具用于學習性評價、學習式評價和學習的評價，體現了對高階思維的評價[9]。鄧浩儀等使用支架激活學生的原有認知，在回顧舊知的時候使用思維導圖支架可以使邏輯網絡、思維過程可視化，在降低學生認知困難的同時可以讓學生清晰了解多個物理量之間的關系[10]。

綜上所述，思維導圖作為一種可視化工具應用于學科教學中具有諸多優勢：（1）利用思維導圖建立知識之間的有機聯系，通過引導學生自主構建知識框架，培養學生歸納與概括能力。（2）在教學過程中以思維導圖串聯課堂活動，構建高效課堂，幫助學生快速建構思維體系從而促進學生理性思維能力的發展。（3）思維導圖作為結構化思維工具，通過分析不同層級之間概念的關系，評價學生的學習效果和思維發展。但通過文獻研究及現狀分析發現，思維導圖在實際教學中仍存在較多問題：（1）思維導圖局限于本節內容的應用，學生忽視新舊知識之間的聯系，缺乏整體性觀念，發散性思維能力較弱。（2）側重于對知識的整理和識記，忽略學生自主建構知識的過程以及創造性思維能力的培養。（3）將思維導圖等同于概念圖，二者概念模糊，僅用來組織和表征知識。因此，本研究根據義務教育生物學新課標中科學思維的培養要求，針對這些不足之處提出相應的應用策略，體現思維導圖對學生思維發展的重要意義。

2 思維導圖在初中生物學教學中的應用途徑

2.1 思維導圖在初中生物學新授課中的應用

2.1.1 應用于概念教學培養學生發散性思維能力

托尼·布贊認為思維導圖能夠呈現發散性思維的表達過程。發散性思維從一個中心主題出發進行多維度的擴散，依據客觀事物之間的聯系，通過因果聯想、對比聯想、相似聯想等形式進行思維的發散[11]。將頭腦中的發散性思維與圖形、圖像、符號、線段等相結合并在紙上或者計算機中表現出來，就形成了思維導圖。概念教學指向對概念的理解，概念是生物學的基礎和精髓，也是發散思維過程的核心。借助思維導圖將教材中與核心概念相關的內容整合在一起，圍繞中心主題進行思維的發散，對提高學生歸納與概括等能力、訓練發散性思維有較大幫助，能夠促進學生對生物學大概念的理解。“生態系統”是初中生物學的一個重要的概念，義務教育新課標規定的重要概念3.1為“生態系統中的生物與非生物環境相互利用，實現了物質循環和能量流動”，在此基礎上結合相關內容的學習，構建概念3“生物與環境相互依賴、相互影響，形成多種多樣的生態系統”。為達成課標要求，以“生物與環境組成生態系統”一節為例進行課堂概念教學時，引導學生利用思維導圖構建概念體系，確定以概念“生態系統”為中心主題，教師圍繞中心主題引導學生自主構建思維導圖框架，確定各級主題，結合教學內容學生獨立進行思維導圖的補充和完善，促進學生對概念的理解，培養發散思維能力，如圖1所示。

2.1.2 應用于科學史教學，培養學生批判性思維能力

生物科學史不僅蘊含著豐富的科學思想、科學方法、世界觀等內容，更重要的是蘊含著人類為探索生物的奧秘而堅持不懈刻苦鉆研的科學精神[12]。生物科學史還體現了歸納與概括、演繹與推理、批判性思維、創造性思維等科學思維方法，要想利用生物科學史培養學生的科學思維，就需要深度挖掘教材中科學史蘊含的科學思維方法。通過對初中生物學教材科學史的研究發現，科學史中體現最明顯且最常見的就是批判性思維這種思維方法。因此，科學史教學可以有效培養學生的批判性思維。科學家的探究是一個環環相扣的過程，包含了科學家發現問題、尋找證據、假設推理、實踐探究、得出結論等過程。思維導圖可以將零碎的知識整合在一起，也可以將科學探究過程按照一定的順序展現出來，在教學中將思維導圖與科學史學習相結合，可以直觀展現科學家的探究過程。科學發現是不斷探索、修正的過程，學生運用思維導圖直觀展現生物科學史，能夠學習科學家認識、解決問題的思維過程和科學探究的精神，主動構建科學概念，提高科學閱讀能力以及批判性思維能力[13]。以八年級上冊的“細菌”一節為例，在講解細菌的形態結構之前，正文呈現了“細菌的發現”相關科學史，教師補充并帶領學生了解完整的細菌發現過程，如圖2所示。在思維導圖的呈現過程中可以以時間為線索，展示出科學家們發現細菌、認識細菌的光輝歷程，并引導學生思考以下問題：科學家們是否盲目相信當時的主流觀點？巴斯德的實驗采用了什么研究方法？他是設計了怎樣的研究方案？從實驗結果中得出了怎樣的結論？學生在跟隨科學家的腳步探究的過程中感受理性的懷疑精神和正確的研究方法在科學發現中的重要作用，嘗試運用批判性思維分析和解決問題，敢于質疑、不斷論證，從而提高批判性思維能力。

2.1.3 應用于實驗教學，培養學生創造性思維能力

生物學科是一門實踐性較強的學科，實驗在初中生物學教學中的地位舉足輕重，它不僅能傳遞生物學的基礎知識和科學方法，更重要的是能夠培養學生的實踐探究能力、創造性思維能力、團隊合作能力等[14]。新課標下初中生物學實驗倡導開放性的實驗，鼓勵學生在自主實驗中探究未知的奧秘，在實驗教學中非常重視對學生創造性思維的培養。創新的核心是創造性人才，而創造性人才的核心是人的創造性思維[15]。創造性思維是在發散性思維和批判性思維等科學思維方法的基礎上發展的綜合性思維，它是產生創造力的源泉，使人能夠運用創造性思維去發現新規律、解決新問題，凸顯思維的獨創性。在初中生物學實驗教學中培養學生創造性思維能力的關鍵就是打破常規，突破思維定式。為轉變實驗教學的教學方法，提高學生創造性思維能力，在實驗教學中可以借助思維導圖優化實驗教學，使學生變被動為主動，在教師的指導下以學生個人或小組為單位自主開展實驗探究活動，用思維導圖繪制實驗框架，將抽象的實驗過程轉變成形象的方法步驟，根據實驗主題選擇實驗材料、制定實驗計劃、實施實驗方案，確定實驗整體思路。實驗結束后還可以以思維導圖為文本參考調整設計方案，進行實驗的改進和優化。探究“種子萌發的環境條件”是人教版七年級上冊第三單元第二章第一節中的一個探究性實驗，教師在帶領學生了解課本實驗內容的基礎之上，引導學生分析實驗裝置存在的弊端，以小組為單位進行實驗設計和改進創新，明確實驗組和對照組，控制單一變量，最后每個小組以思維導圖的形式呈現實驗過程并匯報展示，如圖3所示。在此過程中學生積極主動地參與實驗創新，發現問題、探究問題、解決問題，實現深度學習[16]；在思考、討論、操作的過程中不斷增強小組合作能力、實踐操作能力和解決問題等能力，培養學生的創造性思維能力。

2.3 思維導圖在初中生物學單元復習課中的應用

單元復習是初中生物學階段課堂教學的一個基本課型，學生通過對本單元各模塊知識的回顧、整理和總結，達到復習鞏固、加深理解的目的。學生在復習過程中尋找單元知識之間的內在邏輯，并在頭腦中重新建構知識，形成最優化的知識網絡，從而鍛煉學生思維能力。思維導圖作為一種教學輔助工具，不僅可以在新授課過程中與概念教學、實驗教學等相結合培養學生的科學思維能力，還可以協助學生在單元復習過程中自主整合碎片化知識、查漏補缺，突出重難點。借助思維導圖組織單元復習，使用顏色、粗細不同的線段連接各級知識點，構建單元知識體系，使單元復習更加系統化、條理化。培養學生歸納總結的能力，從而提高學生科學思維。

2.3.1 搭建單元框架，促進歸納總結能力

課堂開始時，教師向學生介紹思維導圖的類型以及繪制方法，展示初中生物學知識網絡結構圖，結合情境引出本節課單元復習的主題。教師引導學生獨立搭建思維導圖的框架，在紙上繪制單元復習思維導圖，促進學生歸納總結能力的提高。首先依據單元復習主題確定中心詞，通過帶領學生梳理并回憶單元知識內容，完善學生認知結構，使學科的內在邏輯與學生的心理邏輯相統一[17]；通過對知識的歸納總結形成關鍵詞，與中心詞連接形成一級分支，進而厘清本單元的重要概念。教師還可以以“趣味競賽”的形式通過填空問答讓學生在搶答的過程中回顧并補充完整一級分支，提高課堂的趣味性。此外，思維導圖體現的是學生的發散性思維，教師還可以引導學生靈活使用思維導圖構建知識網絡，以多種形式表達自身對單元知識的理解，建立生物學單元系統框架，在歸納、總結、比較、分類等過程中提高學生科學思維能力。

2.3.2 構建思維導圖，培養團隊協作能力

初中生物學單元復習是一個由點到線再到面的整合過程，布魯納認為，為了更好地防止遺忘，需要將知識借助良好的結構聯系在一起[18]。在教師帶領學生共同搭建單元框架的基礎之上，學生以小組為單位，通過主動回憶、整合知識，形成單元知識網絡，細化思維導圖的分支，發掘學生分類與概括的能力，并進行發散性思維的鍛煉以及團隊協作能力的培養。學生分析整理單元內各模塊知識點的過程，也是學生重新構建并生成新知識的過程。在這一過程中，由于單元復習內容較為龐雜，教師可以引導學生將思維導圖中的每個一級分支作為一個專題，小組內成員自行分配任務進行各專題的整理和細化，根據知識點之間的內在聯系，找出與之并列或延伸的內容[19]，最后將各個專題整合到一起，形成完整的單元復習思維導圖。小組組長也可以在一級分支的基礎上綜合小組成員意見和想法一起將思維導圖框架向四周拓展形成二級分支、三級分支等等。合作構建思維導圖不僅能夠有效提高學生的理解和記憶水平，促進科學思維的發展，還有利于團隊合作能力的提高，小組成員在相互交流、表達的過程中不斷地進行思維的碰撞，激發學生的創造性思維和發散思維。

2.3.3 典型例題鞏固，提高綜合應用能力

習題可以很好地檢測并鞏固學生的學習成果，了解學生通過思維導圖進行單元復習的知識掌握情況。教師在學生學習中發揮主導作用，選取有針對性、綜合性、創新性的例題幫助學生進行知識的鞏固，引導學生對題干內容深度剖析，抓住關鍵詞，結合思維導圖中的各級關鍵詞確定例題考察的范圍和重難點知識。此后，教師通過設置情境、提出設問，用圖導練，推動知識的活學活用，從而促進知識的有效遷移，激發學生邏輯思維和發散思維的發展，提升學生生物學核心素養。同時，在解決實際問題的過程中學生能夠進一步將知識內化，通過思維導圖將問題解決的思路可視化地展現出來，結合教材單元內容構建完整的知識體系，將理論知識運用于實際的生產生活當中，能夠更好地提高學生分析并解決問題的綜合應用能力。

3 結語

初中學生的思維正處于由具體形象思維發展到抽象邏輯思維的過渡期，將思維導圖這種教學工具與學生心理認知發展特點和身心發展規律相結合，運用于初中生物學教學，構建完整知識體系，促進知識的理解和遷移應用。不論是新授課還是復習課，思維導圖都能夠有效發展學生的發散性思維、批判性思維以及創造性思維等科學思維能力，提高生物學教學效率，達到事半功倍的學習效果。

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