學科思維導圖在高中生物學“發酵工程專題”復習中的應用

楊曉嵐 楊洪升

(佳木斯大學生物與農業學院,黑龍江 佳木斯,154007)

復習課具有涵蓋廣、節奏快的特點,內容包含許多碎片化的知識點.由于學生難以深入理解概念之間的關系,因此容易出現概念混淆,難以建立知識之間的聯系,導致學習效率逐漸下降.為此,需要注意復習課的教學方式,提高學生對于知識點之間關系的理解能力.通過使用學科思維導圖來輔助復習課教學,可以激發學生自主思考所學知識點之間的聯系,促進對概念的深入理解和融會貫通.

1 學科思維導圖的含義

國內研究者在原有的思維可視化工具的基礎上進行改良,并自主開發了學科思維導圖,也被稱為概念思維圖.該詞最早由楊蘭娟的碩士論文提出[1],之后由劉濯源正式提出“學科思維導圖”[2].學科思維導圖可作為教師“教”的方式,將大概念以學科思維導圖的方式展現出來,使學生更能理解概念之間的“來龍去脈”.同時,學科思維導圖也可以作為學生“學”的方式,用于知識整理、筆記記錄和解題分析等方面.

2 學科思維導圖在高中生物學復習教學中的應用

2.1 課前回顧教材,自主構建知識框架

在進行復習課教學之前,先讓學生對教材中的相關內容進行回顧和梳理,按照一定的邏輯將相關的重要知識點進行提煉,并且嘗試找到這些知識點之間的聯系,用學科思維導圖的形式將這些內容進行記錄.對于不太熟悉的內容可用不同的顏色提示自己,進一步查找資料完善這一部分的知識框架;對于較為熟悉的內容,可以進行構建大致的框架即可;對于一些比較抽象的內容,可以選擇手繪簡圖再配上簡介明了的文字進行記錄.

2.2 課上師生合作,共同完善知識體系

復習課上,教師根據學生課前構建的學科思維導圖的完整性和科學性等情況,梳理本專題的框架結構,針對學生還存在疑問的重難點進行詳細講解,對于學生忽略的小細節進行補充,根據需要可對某些內容進行拓展和深入,這樣既節省寶貴的課堂時間,又提高了教學的效率;而學生則一邊“動腦”跟隨教師的步伐對專題的整體內容進行深入思考,對于重點難點的內化吸收更充分,一邊“動手”根據自己的情況對課前構建的思維導圖進行補充、完善和深入.

將學科思維導圖引入高中生物學復習教學,學生頭腦中已經有了大致的知識框架,帶著問題來聽課,更容易跟上教師的節奏.并且學生在動手記筆記之前會先動腦思考某個知識點應記錄在已有的思維導圖的哪個位置更合理?這個知識點應怎么樣記錄才是簡潔明了又全面深刻呢?這種師生合作的方式既能提高學生對筆記的吸收內化能力,又能使課堂教學的效率達到一定保障.

2.3 課后遷移運用,解決現實情景問題

課后創設現實情景問題,引導學生運用相關已有的學科思維導圖或者重新構建更加切題的思維導圖來尋找解決問題的方法.有時解題方案也可用思維導圖進行表達,將不可見的思維進行可視化的表達,更有利于找尋問題與答案的邏輯關系,得到更加合理和全面的答案.

3 學科思維導圖在“發酵工程專題”復習教學中的應用

3.1 回歸教材內容,深化生命觀念

發酵工程專題的大部分內容都集中在選擇性必修3的第1章,但在必修1“酶”和“細胞呼吸”的內容中也有提及,涉及微生物的生活方式、培養、應用等各個方面的知識,教師可在課前提出問題串來引導學生:

(1)什么是發酵?傳統發酵技術和發酵工程分別是什么?

(2)從傳統發酵技術到發酵工程經歷了哪些過程?

(3)傳統發酵技術涉及了哪些微生物?它們發酵的原理是什么?

(4)培養基如何配制?無菌技術如何操作?

(5)如何進行純培養?如何進行選擇培養?如何進行微生物的計數?

(6)發酵工程有哪些基本環節?有哪些應用?

學生通過系列問題的引導有方向、有目的地閱讀教材后,能夠構建出思維導圖的一級分支,并初步構建知識框架體系如圖1所示,體會到自主學習獲取知識的樂趣.從結構與功能觀來看,乳酸菌和酵母菌都能夠進行無氧呼吸,但是產物卻不同,這是因為酵母菌和乳酸菌含有的酶有著不同的空間結構導致了有著不同的催化功能.通過獨立的思考,學生逐漸將細胞的結構與功能聯系起來,使學生頭腦中的生命觀念更加完善和清晰.

圖1 發酵工程思維導圖

3.2 對比分析資料,提升科學思維

在思考與分析問題時,常常需要借助一些工具才能夠將問題的條理分解開來,表格和學科思維導圖都可以作為對比分類等分析的有效工具.教師通過思維導圖和表格的形式比較泡菜、葡萄酒、啤酒、果醋、腐乳、醬油、青霉素等生產中發酵菌種、菌種來源、發酵原理、發酵條件、制作流程等方面的區別,對發酵過程進行分類.按發酵原料來分:可分為糖類物質發酵、石油發酵及廢水發酵等類型;按發酵產物來分:可分為氨基酸發酵、有機酸發酵、抗生素發酵、酒精發酵、維生素發酵等;按發酵形式來區分,有固態發酵、深層液體發酵和半固體發酵三種;按發酵過程中對氧的不同需求來分,可分為厭氧發酵和通風發酵兩大類型,讓學生更好地掌握比較與分類的方法,提升科學思維.

3.3 呈現實驗設計,助力科學探究

學科思維導圖可作為呈現實驗設計方案的載體,能夠在設計實驗步驟時更加具有邏輯性和合理性,為接下來進行實驗操作厘清思路,為進一步科學探究提供清晰的思路.為探究酵母菌發酵的最佳條件,學生小組進行討論并設計實驗方案,發酵離不開酶的催化,而酶活性受到溫度的影響,由此確定探究的第一個問題是最適溫度.那么接下來便以溫度為自變量設計實驗:

第一步:取三個250 mL的燒杯,分別標號.

第二步:將已經揉好的面團(已加入適量酵母)分成等量的三份,分別放入三個燒杯,用保鮮膜封口,記錄此時面團體積.

第三步:將三個燒杯分別放在4 ℃左右的冰箱保鮮層、16 ℃左右有暖氣的室內、28 ℃左右的恒溫箱、40 ℃左右的恒溫箱內3小時后,觀察并記錄面團的體積大小.

第四步:肉眼觀察氣孔多少、手指按壓彈性大小、鼻嗅香味濃淡檢驗面團的發酵情況.

除了發酵溫度之外,還有酵母菌含量、發酵時間、面團含水量等多個因素,接下來便以這些因素為自變量來設計實驗,最后制作出探究最適條件的實驗設計思維導圖.由小組合作進行實驗探究,記錄數據,分析結果,得出結論,并進行反思和總結,最后派出小組代表進行匯報.教師針對實驗設計的合理性、數據分析的嚴謹性以及實驗的創新性進行評價和總結,學生再對實驗方案進行合理修改,最終總結成實驗報告.學科思維導圖的使用使學生對于探究過程更加的清晰,實驗步驟的設計更加有邏輯性和創新性,有利于扎實科學探究的基礎技能,掌控科學探究的各個環節.

3.4 關心時事熱點,培養社會責任

學科思維導圖可以為學生分析熱點事件時提供更為發散性的思維,讓學生對事件有獨特的見解.發酵工業廣泛地運用于醫藥、農牧、食品行業,而食品安全是與生活息息相關但又常常被忽略的安全隱患.對此可提問引導學生:我們生活中有哪些常見的發酵工程產品?味精是如何通過發酵工程來生產的?味精真的致癌嗎?味精存在安全隱患嗎?我們應如何使用味精更合理?有其他可替代的鮮味物質嗎?網絡傳言真真假假,學生在拓展知識面的同時也要學會辨析真假,通過“味精致癌”這個話題將發酵工程應用于食品安全問題相結合,認識到發酵工程并非遙不可及,其所生產的食品、添加劑、藥品等早已“飛入尋常百姓家”,例如醬油、啤酒、味精、青霉素等等都是發酵工程大規模生產的產品.引導學生辯證地看待大規模生產和小規模制作,同時關注食品安全問題,持續提升對社會熱點信息的關注,培養社會責任意識和使命感.