高中生物教學(xué)中“思維可視化”的實(shí)踐應(yīng)用策略

摘 要：“思維可視化”是一個(gè)重要的思維教學(xué)工具。在教師的引導(dǎo)下學(xué)生使用不同符號(hào)，如語(yǔ)言、圖畫、圖表、反應(yīng)式、流程圖等構(gòu)建概念體系，這樣學(xué)生的思維過(guò)程和方法就能清晰地呈現(xiàn)出來(lái)，即為思維可視化。它不僅可以將抽象難懂的生物概念直觀地展現(xiàn)出來(lái)，更可以將碎片生物知識(shí)系統(tǒng)化，方便學(xué)生的理解與分析。本文以高中生物為研究對(duì)象，首先簡(jiǎn)述了思維可視化和生物教學(xué)的特點(diǎn)，然后明確了高中生物開展思維可視化教學(xué)的意義與可行性，最后以課堂教學(xué)實(shí)例從利用思維導(dǎo)圖、概念圖、多種表征符號(hào)的思維可視化工具及多媒體等方面，闡述思維可視化在高中生物課堂教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高中生物；思維可視化；實(shí)踐

思維是對(duì)事物本質(zhì)或事物間關(guān)系進(jìn)行反應(yīng)的一種認(rèn)知力，是學(xué)生生物學(xué)習(xí)的一個(gè)重要元素。傳統(tǒng)的生物教學(xué)以知識(shí)教學(xué)為主，往往忽視了學(xué)生思維的發(fā)展。中國(guó)現(xiàn)代教育專家成尚榮先生指出：“讓學(xué)習(xí)真正發(fā)生的實(shí)質(zhì)是讓思想真正發(fā)生，讓學(xué)習(xí)看得見的實(shí)質(zhì)是讓思維看得見。”本文所指的思維是思考的過(guò)程，是學(xué)生可以看清的事物分析的過(guò)程。這不僅提升了學(xué)生對(duì)生物知識(shí)的理解力、接受力，而且強(qiáng)化了學(xué)生的記憶力、想象力，有助于學(xué)生生物綜合能力的提升，從而促進(jìn)學(xué)生生物核心素養(yǎng)的發(fā)展[1]。

一、思維可視化

將抽象的事物與過(guò)程轉(zhuǎn)換為圖形、圖像、語(yǔ)言等形象化的表示過(guò)程，都可以稱為“可視化”。思維可視化是隱性思維的直接體現(xiàn)，通過(guò)將人腦思維過(guò)程具象化地展現(xiàn)出來(lái)，讓看不到的思維有跡可循。思維可視化在生物課堂的應(yīng)用，不僅可以深化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，而且能強(qiáng)化學(xué)生的記憶，很好地規(guī)避學(xué)生學(xué)了后面忘記前面的問(wèn)題。加強(qiáng)思維可視化在生物教學(xué)的應(yīng)用，不僅發(fā)散了學(xué)生的思維，而且在學(xué)生的自我思考與分析中，實(shí)現(xiàn)了低階思維向高階思維的發(fā)展。

思維可視化不僅僅是前沿的教育熱詞，更是撬動(dòng)深度學(xué)習(xí)及素養(yǎng)發(fā)展型教學(xué)的新模式。思維可視化教學(xué)的開展，將教學(xué)聚焦到了學(xué)生思維發(fā)展層面，教學(xué)過(guò)程應(yīng)該強(qiáng)調(diào)思維發(fā)展，將學(xué)生思維能力培養(yǎng)作為教育核心任務(wù)，形成一種能終身獲益的學(xué)習(xí)方法與技能；幫助學(xué)生理解知識(shí)、建構(gòu)概念，建立完整的知識(shí)體系并積極運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)學(xué)科育人價(jià)值。本文探索通過(guò)“字—圖—形”等多重表征符號(hào)的設(shè)計(jì)，讓具象的視覺(jué)美感落實(shí)抽象的學(xué)習(xí)策略，通過(guò)掌握思維可視化技巧，讓學(xué)生思維得以提升。

二、高中生物課程的特點(diǎn)

生物是高中階段的一門基礎(chǔ)學(xué)科，生物學(xué)知識(shí)主要由概念、原理、規(guī)律、理論等組成，而原理、規(guī)律和理論往往是由若干概念通過(guò)一定關(guān)系構(gòu)成的。圍繞學(xué)科的核心概念組織課堂教學(xué)能促使學(xué)生超越對(duì)零散事實(shí)的記憶，達(dá)成對(duì)知識(shí)的深層理解。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》的四大理念之一就是“內(nèi)容聚焦大概念”。可以說(shuō)，重視概念的教學(xué)、為理解而教已經(jīng)成為當(dāng)今科學(xué)教育發(fā)展的大趨勢(shì)。高中生物教材內(nèi)的核心概念淡化了細(xì)枝末節(jié)，如果教師還是“灌輸式”的教學(xué)方法，就很難讓學(xué)生真正地理解和把握，從而陷入了學(xué)習(xí)的誤區(qū)。基于《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，考慮到高中生物知識(shí)的特點(diǎn)，利用可視化工具開展思維可視化教學(xué)模式，可以幫助教師解決在傳統(tǒng)課堂上無(wú)法很好處理的難點(diǎn)，也幫助學(xué)生把學(xué)習(xí)過(guò)程中的問(wèn)題以各種更直觀的表征可視化。

三、高中生物開展思維可視化教學(xué)的意義與可行性

（一）教學(xué)意義

1.激發(fā)學(xué)生的生物學(xué)習(xí)興趣

學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣影響著學(xué)生的生物學(xué)習(xí)效果。學(xué)生只有對(duì)生物知識(shí)產(chǎn)生興趣，才會(huì)主動(dòng)參與到課堂學(xué)習(xí)中來(lái)，才會(huì)想盡一切方法弄懂它。而思維可視化教學(xué)的開展，通過(guò)用思維導(dǎo)圖、圖像、動(dòng)畫、板畫、教具、動(dòng)作和其他可視化工具的方式將知識(shí)展現(xiàn)出來(lái)，激活了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，再通過(guò)參與教師設(shè)定的問(wèn)題的探究，可以讓學(xué)生真切地感悟到生物的魅力。

2.幫助學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)化的知識(shí)體系

高中生物教材概念繁多且較為抽象，學(xué)生難以真正地理解。思維可視化教學(xué)的開展，不僅將抽象的知識(shí)生動(dòng)地展現(xiàn)出來(lái)，而且還幫助學(xué)生把握了知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)系，有助于學(xué)生對(duì)生物學(xué)原理的理解，有助于學(xué)生知識(shí)應(yīng)用力地提升。

3.培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維力

培養(yǎng)高中生的科學(xué)思維是新課標(biāo)明確的一項(xiàng)要求，不僅可以深化學(xué)生對(duì)生物知識(shí)的理解，還有助于學(xué)生求真、嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度地樹立。可視化思維工具的應(yīng)用，會(huì)根據(jù)學(xué)生的基本情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)方案，指引著學(xué)生一步步地探究，從而促進(jìn)學(xué)生觀察、歸納等科學(xué)思維力的發(fā)展。

（二）可行性

思維可視化教學(xué)模式及思維可視化工具在生物教學(xué)中推廣是否可行呢？本文將從以下幾個(gè)方面對(duì)這一問(wèn)題做出解答。

1.高中生與思維可視化工具有很強(qiáng)的適配性

隨著學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的不斷增加，高中生的思維能力得到了一定的發(fā)展，他們已經(jīng)從最初的理解、記憶知識(shí)向著重構(gòu)和應(yīng)用知識(shí)的視角深入，所以完全適用思維可視化這一全新的教學(xué)工具[2]。

2.提升高中生物教學(xué)質(zhì)量

通過(guò)對(duì)心理學(xué)家提出的7/38/55定律的分析可以知道，在信息傳遞的效果貢獻(xiàn)中，詞語(yǔ)占到了7%，有聲語(yǔ)言占到了38%，而視覺(jué)化的體驗(yàn)語(yǔ)言則占到了55%。另外，雙重編碼理論認(rèn)為，將視覺(jué)和語(yǔ)言融合起來(lái)展現(xiàn)信息，可以降低學(xué)生對(duì)抽象知識(shí)的理解難度，同樣讓學(xué)生的思維得到有效地鍛煉。思維可視化工具的應(yīng)用，可以將知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)系直觀地展現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)學(xué)生的分析把握知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系，有效提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

3.與新課標(biāo)明確的核心素養(yǎng)要求相適應(yīng)

思維可視化工具以高效的方式傳遞著信息，關(guān)鍵是能解決學(xué)生學(xué)習(xí)淺顯、思維發(fā)展不足的問(wèn)題，有助于學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。而且將學(xué)生的思維發(fā)展作為教育的核心，優(yōu)化教育教學(xué)，可以很好地滿足新課標(biāo)提倡的促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的要求。

四、高中生物教學(xué)中思維可視化的實(shí)踐應(yīng)用策略

思維可視化教學(xué)的開展，不僅將知識(shí)的形成過(guò)程再現(xiàn)了出來(lái)，而且?guī)椭鷮W(xué)生建立了系統(tǒng)的知識(shí)體系，更讓學(xué)生在可視化的學(xué)習(xí)中體會(huì)到了生物的魅力，培養(yǎng)了學(xué)生的觀察、推理、歸納等生物能力。

（一）利用思維導(dǎo)圖，讓概念形成過(guò)程思維可視化

思維導(dǎo)圖是新課標(biāo)下發(fā)展起來(lái)的一個(gè)重要教學(xué)工具，它以圖文的方式展現(xiàn)人的思維過(guò)程，從而直觀展現(xiàn)知識(shí)間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)學(xué)生開放、綜合思維的發(fā)展。如在生物教學(xué)開展中，教師在明確教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生基本學(xué)情的基礎(chǔ)上，利用思維導(dǎo)圖展現(xiàn)知識(shí)，不僅讓學(xué)生準(zhǔn)確把握了復(fù)雜的生物知識(shí)，而且減輕了學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，最關(guān)鍵的是從根本上提升了學(xué)生的生物學(xué)習(xí)效果。因此在當(dāng)下的生物教學(xué)中，教師要把握住思維導(dǎo)圖的功能與優(yōu)勢(shì)，靈活采用思維導(dǎo)圖展現(xiàn)生物知識(shí)，從而幫助學(xué)生把握生物知識(shí)間的關(guān)系。例如，在新課教學(xué)《細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出》這一單元的學(xué)習(xí)中，為了幫助學(xué)生把握物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膸追N方式，幫助學(xué)生構(gòu)建起系統(tǒng)化的知識(shí)體系。教師利用思維導(dǎo)圖展現(xiàn)了本節(jié)內(nèi)容，首先，教師明確核心關(guān)鍵詞“物質(zhì)的輸入和輸出”，然后在二級(jí)分支上寫下小分子和離子、大分子和顆粒這兩個(gè)關(guān)鍵詞，再分別在第三級(jí)分支寫下被動(dòng)運(yùn)輸、主動(dòng)運(yùn)輸、胞吞、胞吐，依次向下進(jìn)行逐級(jí)呈現(xiàn)幾種物質(zhì)運(yùn)輸方式在濃度、能量供應(yīng)和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白協(xié)助等方面的區(qū)別和相同點(diǎn)，系統(tǒng)的知識(shí)體系就展現(xiàn)在了大家的面前，避免了學(xué)生學(xué)習(xí)和記憶知識(shí)時(shí)出現(xiàn)混淆的現(xiàn)象，保證了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（二）利用多種表征符號(hào)，開展思維可視化教學(xué)

通過(guò)某種符號(hào)系統(tǒng)或模型來(lái)表示或呈現(xiàn)某個(gè)對(duì)象、概念、事物或現(xiàn)象的方式稱為表征。表征可以是多種形式，如語(yǔ)言、圖像、符號(hào)、流程圖等。本人在教學(xué)實(shí)踐中探索出思維可視化的教學(xué)模式如下。課前練習(xí)反饋：?jiǎn)栴}暴露、呈現(xiàn)學(xué)情—課中1.概念形成：基礎(chǔ)復(fù)習(xí)、建構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。2.概念鞏固：圖文轉(zhuǎn)化、文字表達(dá)。3.概念升華：補(bǔ)充拓展、深化概念。4.概念應(yīng)用：形成模型、解決問(wèn)題。課后概念整理：鞏固練習(xí)、評(píng)價(jià)反思。

以高三一輪復(fù)習(xí)的《基因的表達(dá)和調(diào)控》為例。課前練習(xí)反饋：設(shè)計(jì)基礎(chǔ)練習(xí)，從基因表達(dá)兩個(gè)階段的模板、原料、能量、酶、特點(diǎn)等方面檢測(cè)學(xué)生的掌握情況，獲取學(xué)情反饋。課中1.概念形成：用概念圖構(gòu)建DNA—RNA—蛋白質(zhì)的遺傳信息流關(guān)系圖解進(jìn)行基礎(chǔ)復(fù)習(xí)，可以用板畫呈現(xiàn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)；2.概念鞏固：設(shè)計(jì)課堂練習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生審題讀圖，進(jìn)行圖文轉(zhuǎn)換和文字表達(dá)，利用圖形和文字實(shí)現(xiàn)思維可視化，深化對(duì)概念的理解。3.概念升華：補(bǔ)充基因的結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)的調(diào)控內(nèi)容來(lái)擴(kuò)展概念，如大腸桿菌乳糖操縱子，幫助學(xué)生深入理解概念，課堂上側(cè)重讓學(xué)生通過(guò)語(yǔ)言表達(dá)，實(shí)現(xiàn)思維可視化。4.概念應(yīng)用：以“油菜的中間代謝產(chǎn)物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的兩條代謝途徑培育高油油菜”為例，提問(wèn)①科研人員培育高油油菜的思路是什么？②抑制PEP轉(zhuǎn)化生成蛋白質(zhì)相關(guān)酶合成的方法是什么？③基因工程中反義基因如何制作？讓學(xué)生在讀圖分析—闡述原理—解決問(wèn)題—概念延伸的思維探索模式中參與構(gòu)建概念形成解題模型，獲得學(xué)習(xí)的成就感。課后概念整理：通過(guò)練習(xí)訓(xùn)練學(xué)生學(xué)習(xí)“基因表達(dá)”時(shí)的思維可視化模式應(yīng)用，了解學(xué)生的概念掌握情況，借此可以師生共同進(jìn)行雙向評(píng)價(jià)和反思。

（三）合理使用多媒體，助力可視化教學(xué)

多媒體技術(shù)的應(yīng)用不僅豐富了枯燥的生物課堂，而且保證了生物教學(xué)效果。多媒體技術(shù)可以將枯燥的知識(shí)直觀展現(xiàn)出來(lái)，能解決微觀概念抽象性的難題，而且保證了教學(xué)效果。例如，在《基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成》一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)中，教師借助多媒體的動(dòng)畫功能為學(xué)生展示基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的動(dòng)畫視頻，同時(shí)以問(wèn)題串引導(dǎo)學(xué)生思考，再讓學(xué)生復(fù)述基因表達(dá)兩個(gè)階段的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)圖文轉(zhuǎn)換，最后帶著學(xué)生利用板畫呈現(xiàn)DNA、mRNA、蛋白質(zhì)、tRNA、密碼子、反密碼子和核糖體的關(guān)系圖解，教師不必一遍遍地語(yǔ)言重復(fù)，學(xué)生也在觀看動(dòng)畫視頻和參與問(wèn)題解決的過(guò)程中獲得知識(shí)，學(xué)生不懂的點(diǎn)只要認(rèn)真分析思考即可掌握，有效提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。又如《細(xì)胞的能量“貨幣”ATP》一節(jié)，展示ATP為鈣離子主動(dòng)運(yùn)輸供能的動(dòng)畫，引導(dǎo)學(xué)生思考并回答①該載體蛋白具有哪些功能？②ATP如何為主動(dòng)運(yùn)輸供能？學(xué)生嘗試把動(dòng)畫內(nèi)容用圖解的形式展示出來(lái)“鈣離子與載體蛋白結(jié)合—激活該載體的ATP酶活性—ATP水解，載體蛋白磷酸化—載體蛋白空間結(jié)構(gòu)改變，鈣離子的結(jié)合位點(diǎn)轉(zhuǎn)向膜外—鈣離子釋放到膜外”。同時(shí)也解決了問(wèn)題①該載體具有轉(zhuǎn)運(yùn)和催化兩種功能；②ATP水解后，分子末端的磷酸基團(tuán)脫離下來(lái)與載體結(jié)合，伴隨著能量的轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)鈣離子逆濃度轉(zhuǎn)運(yùn)。

（四）巧用概念圖，開展思維可視化教學(xué)

概念圖是用節(jié)點(diǎn)表示概念、用連線及其連接詞表示關(guān)系的一種圖示方法。概念圖是知識(shí)與知識(shí)之間的關(guān)系圖形化表征，也是思維可視化的表征，它被認(rèn)為有助于創(chuàng)意發(fā)想，具有清晰性，利于理解和記憶。高中生物概念很多，復(fù)雜的概念更是不在少數(shù)。在生物概念教學(xué)中，教師積極優(yōu)化生物教學(xué)方法，充分了解概念圖的使用方法，并將其合理地應(yīng)用于教學(xué)之中，讓學(xué)生對(duì)生物知識(shí)的關(guān)系有基本的了解。在課堂教學(xué)開展中，教師可以根據(jù)章節(jié)內(nèi)容中生物概念間的關(guān)系提前制作好概念圖發(fā)布給學(xué)生，也可以一邊授課，一邊指導(dǎo)學(xué)生繪制，試圖通過(guò)從淺到深的方式幫助學(xué)生把握生物概念。例如，以《走進(jìn)細(xì)胞》為主題，必修1第1～3章為知識(shí)載體，繪制概念圖。教師向?qū)W生提出要求，如需要包括含“原核細(xì)胞、真核細(xì)胞、細(xì)胞壁、細(xì)胞膜（流動(dòng)鑲嵌模型、糖被）、細(xì)胞質(zhì)（細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、細(xì)胞器）、細(xì)胞核（核膜、核仁、染色體、染色質(zhì)）、生物膜系統(tǒng)”等關(guān)鍵詞，然后指導(dǎo)學(xué)生以此為“細(xì)胞”核心進(jìn)行繪制，學(xué)生跟隨教師的講述不斷完善概念圖，最終形成了關(guān)于本節(jié)知識(shí)的清晰脈絡(luò)，達(dá)到了最佳的教學(xué)效果。

概念圖在復(fù)習(xí)課中的應(yīng)用不僅可以促使學(xué)生有效整合所學(xué)知識(shí)，幫助學(xué)生查缺補(bǔ)漏，還能給學(xué)生以新的感悟和啟發(fā)。有時(shí)，學(xué)生可能因?yàn)橥桓拍町a(chǎn)生認(rèn)知沖突，而在解決認(rèn)知沖突的過(guò)程中就需要重建知識(shí)框架，這就能激發(fā)學(xué)生更加深入挖掘知識(shí)的關(guān)聯(lián)。教師在組織生物復(fù)習(xí)活動(dòng)的過(guò)程中，也可以使用概念圖將章節(jié)內(nèi)知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)系展現(xiàn)出來(lái)，一來(lái)讓學(xué)生對(duì)知識(shí)關(guān)系有整體把握，二來(lái)引導(dǎo)學(xué)生反思自己學(xué)習(xí)中的不足，大幅提升了學(xué)生的復(fù)習(xí)效率。例如，在選擇性必修1的《人體的內(nèi)環(huán)境和穩(wěn)態(tài)》的復(fù)習(xí)課上，教師可以利用“內(nèi)環(huán)境”和“穩(wěn)態(tài)”兩個(gè)核心概念引導(dǎo)學(xué)生繪制出相關(guān)的知識(shí)聯(lián)系，通過(guò)對(duì)內(nèi)環(huán)境的“組成成分、理化性質(zhì)”和穩(wěn)態(tài)的“調(diào)節(jié)機(jī)制、意義”等內(nèi)容的概念圖解，而學(xué)生在解決“組織水腫與滲透壓”的關(guān)系時(shí)，教師可以引入“原尿滲透壓與糖尿病多尿”的問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生解決“糖尿病患者血糖濃度高為什么還會(huì)多尿”的認(rèn)知沖突，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)習(xí)課的知識(shí)延伸。概念圖的應(yīng)用，深化了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，提升了學(xué)生的生物學(xué)習(xí)效率，同樣對(duì)學(xué)生生物思維的發(fā)展也起到了一定的推動(dòng)作用。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在21世紀(jì)，思維力是學(xué)生必備的一項(xiàng)能力。在全新的教學(xué)改革下，將科學(xué)思維的培育方法落實(shí)到教學(xué)課堂之中，是各學(xué)科教師需要著重探究的問(wèn)題。但思維卻是不可見的，它唯有以有形的東西做支點(diǎn)，才能展現(xiàn)出來(lái)，為學(xué)生的探究指明方向，從而促進(jìn)學(xué)生思維品質(zhì)的發(fā)展。利用可視化思維工具和先進(jìn)的媒體技術(shù)，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生把生物知識(shí)以各種表征符號(hào)直觀的圖像化展示，可以深化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和記憶，保證學(xué)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn)

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