趙 卓 朱長江 湯婷婷

(1 吉林師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 四平 136000； 2 新疆阿勒泰地區(qū)第二中學(xué) 836500)

思維導(dǎo)圖是圍繞一個(gè)關(guān)鍵詞結(jié)合顏色、線條、文字、圖片等直觀形象以表征知識(shí)信息的學(xué)習(xí)工具。當(dāng)前已有較多的教學(xué)工作者積極嘗試和探索思維導(dǎo)圖在高中生物學(xué)教學(xué)中的作用與效果。

高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是輔助相關(guān)理論知識(shí)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)和對學(xué)生培養(yǎng)目的不同可分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和探究性實(shí)驗(yàn)等類型，旨在鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手實(shí)踐能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求學(xué)生動(dòng)手操作之前，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握?shí)驗(yàn)原理、熟知實(shí)驗(yàn)步驟、了解注意事項(xiàng)，最終才能觀測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過連續(xù)的實(shí)驗(yàn)操作形成對習(xí)得性知識(shí)的驗(yàn)證、加工和整合的一個(gè)再認(rèn)知的完整過程。從近幾年生物學(xué)高考內(nèi)容來看，實(shí)驗(yàn)部分在卷面中考核比例也在逐年增加，主要考查學(xué)生利用已有知識(shí)儲(chǔ)備對整個(gè)實(shí)驗(yàn)的分析判斷和動(dòng)手操作的綜合能力。本文充分利用思維導(dǎo)圖具有的良好可視性教學(xué)效果和邏輯鏈接，結(jié)合實(shí)驗(yàn)課的不同性質(zhì)和類型，構(gòu)建相關(guān)知識(shí)框架與實(shí)驗(yàn)流程，旨在創(chuàng)設(shè)理論與實(shí)踐相結(jié)合的高效教學(xué)情境，為提高中學(xué)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)策略。

1 理論與實(shí)踐呼應(yīng)——主動(dòng)參與驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)歷程

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是生物學(xué)教學(xué)中極為重要的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。在高中生物學(xué)學(xué)習(xí)中，學(xué)生對微觀生物學(xué)信息儲(chǔ)備不足，通過驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)?zāi)芨玫卮龠M(jìn)對抽象生物學(xué)知識(shí)的認(rèn)知和理解[1]。

例如，在高中生物學(xué)“能量之源——光與光合作用”中設(shè)計(jì)“綠葉中色素的提取和分離”的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，目的在于利用紙層析法提取分離色素，幫助學(xué)生理解葉綠體中色素的種類和含量。這種驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)歷程，從材料挑選到實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果都需要學(xué)生主動(dòng)參與、認(rèn)真觀察，嚴(yán)格注意實(shí)驗(yàn)過程的實(shí)驗(yàn)條件和操作細(xì)節(jié)。

因此，將綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)原理、材料用具以及實(shí)驗(yàn)步驟繪制成思維導(dǎo)圖(圖1)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)各實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)對應(yīng)的操作步驟以及注意事項(xiàng)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生不僅能很好地掌握生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本技能，分辨各實(shí)驗(yàn)儀器及用途，還能夠順利完成本實(shí)驗(yàn)的操作過程并得到比較理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明確驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)各步驟的作用和意義，避免學(xué)生不理解或遺漏操作細(xì)節(jié)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。

2 設(shè)計(jì)與實(shí)踐互通——親身體驗(yàn)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)是在學(xué)生掌握一定生物學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)上，運(yùn)用已了解的實(shí)驗(yàn)操作方法，自行設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)方案，在實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)過程和獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并能夠自主分析和做出相應(yīng)結(jié)論的教學(xué)模式[2]。

例如，在高中生物學(xué)“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”一節(jié)中，通過改變過氧化氫分解的外界條件，證明酶發(fā)揮作用的高效性及影響因子。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的前提是： ①學(xué)生在初中化學(xué)課中已經(jīng)學(xué)習(xí)過氧化氫分解的反應(yīng)方程式，知道其分解產(chǎn)物為水和氧氣，為理解本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象奠定一定基礎(chǔ)；②學(xué)生熟悉氧氣具有助燃作用，可用帶火星木條是否復(fù)燃作為鑒定方法，由此可以遷移到本實(shí)驗(yàn)中燃著衛(wèi)生香的燃燒變化。本實(shí)驗(yàn)要求在學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)原理的前提下，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)器材，按照擬定實(shí)驗(yàn)步驟仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的現(xiàn)象，分析并得出酶較無機(jī)催化劑具有更高效率的催化作用。

為自然地引導(dǎo)學(xué)生盡快熟悉整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程，將該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、材料用具、實(shí)驗(yàn)步驟綜合繪制成思維導(dǎo)圖(圖2)，通過設(shè)置不同溫度和不同反應(yīng)底物觀察實(shí)驗(yàn)反應(yīng)的最終結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生掌握控制變量法并學(xué)會(huì)判斷實(shí)驗(yàn)中自變量、因變量以及對照變量的因果關(guān)系和辯證含義。

因此，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用和歸納知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生具有較強(qiáng)的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力方面具有顯著的教學(xué)效果。

3 思考與實(shí)踐并重——積極創(chuàng)設(shè)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)情境

探究性實(shí)驗(yàn)屬于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中較高階元的實(shí)踐模式，是一個(gè)逐步探索和獨(dú)立解決問題的過程，主要環(huán)節(jié)包括： 提出問題—作出假設(shè)—驗(yàn)證假設(shè)—得出結(jié)論—交流評價(jià)，核心教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生具有發(fā)展的、可持續(xù)的科學(xué)探究能力和信息分析與共享能力[3]。

圖2 “比較過氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)思維導(dǎo)圖設(shè)計(jì)策略

例如，在高中生物學(xué)“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實(shí)驗(yàn)中，探究兼性厭氧菌(酵母菌)在有氧條件以及無氧條件下的產(chǎn)物。酵母菌在無氧條件下進(jìn)行無氧呼吸產(chǎn)物為酒精和二氧化碳，在氧氣充足條件下進(jìn)行有氧呼吸產(chǎn)物為水和二氧化碳，在學(xué)生了解這兩種細(xì)胞呼吸方式產(chǎn)物不同基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)過程思維導(dǎo)圖(圖3)，為學(xué)生理解酵母菌細(xì)胞呼吸類型、方式以及產(chǎn)物創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)流程。

探究性實(shí)驗(yàn)充分體現(xiàn)以問題為主線，逐步展開對目標(biāo)問題的探索性實(shí)驗(yàn)，直觀表現(xiàn)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)步驟和內(nèi)部知識(shí)間的邏輯關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的實(shí)踐能力，提升學(xué)生對生物學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)的綜合理解與思考能力。

圖3 “探究酵母菌的呼吸方式”實(shí)驗(yàn)思維導(dǎo)圖設(shè)計(jì)策略

通過對不同類型生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課設(shè)計(jì)策略可見，將思維導(dǎo)圖的設(shè)計(jì)理念融入生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠更好地展示出實(shí)驗(yàn)課的完整性和連續(xù)性，學(xué)生也更加有目的地領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)原理、完成實(shí)驗(yàn)過程、規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

因此，將思維導(dǎo)圖應(yīng)用于高中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，合理構(gòu)建生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)思維導(dǎo)圖，不僅能夠很好地展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，還能夠有利于教師構(gòu)思多元立體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)融通能力以及收集實(shí)驗(yàn)信息和處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果能力的培養(yǎng)。

(*通信作者)