▍廣西師范學(xué)院環(huán)境與生命科學(xué)學(xué)院 羊秀美 韓京哲 楊劍

《普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）》指出：培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。其中，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的素養(yǎng)，是使學(xué)生具備團隊合作、勇于創(chuàng)新與提高實踐的能力。學(xué)生科學(xué)探究與實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)途徑之一，是讓學(xué)生切身探究實驗活動。但高中生物實驗教學(xué)中常常出現(xiàn)以下現(xiàn)象：一是傳統(tǒng)教學(xué)方法的課前預(yù)習(xí)，有些學(xué)生只是簡單地看看實驗講義，沒有形成自己的一個清晰的思路，而冗長的實驗原理、材料用具、方法步驟以及操作要點和注意事項，甚至是思考討論等，都可能使學(xué)生學(xué)習(xí)起來思維混亂。二是學(xué)生在實驗動手操作中一板一眼地照著書本步驟模仿實驗，或者照著老師的演示一步步地進行，沒有自己清晰的思路，同時缺乏在實驗操作中的思考。三是在高考的壓力下，有些教師認為實驗操作費時費力，留給學(xué)生獨立思考的時間和機會就會減少，或者把“動手做”實驗變成了“口頭講”實驗，制約了學(xué)生動手能力和實踐探究能力的發(fā)展。四是在探究性實驗中，由于開放性大，內(nèi)容比較豐富，師生探討起來容易混亂，使得實驗方案設(shè)計不合理、思路不清晰、思考不周全。因此，在高中生物實驗教學(xué)中，基于學(xué)生如何有效地進行實驗前的預(yù)習(xí)，進而清晰有序地進行實驗操作；教師如何分配時間，高效率地指導(dǎo)學(xué)生進行實驗；師生如何周全地設(shè)計探究性實驗，進而有效地培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新與科學(xué)探究能力，一些學(xué)者在研究中發(fā)現(xiàn)，運用思維導(dǎo)圖可以有效地進行高中生物實驗教學(xué)，更好地促進學(xué)生核心素養(yǎng)的形成。

思維導(dǎo)圖（Mind Map）是英國著名心理學(xué)家東尼·博贊（Tony Buzan）在20世紀70年代與兄弟巴利創(chuàng)造的一種發(fā)散性思維的表達工具。它強調(diào)的是大腦的發(fā)散性生理與意識概念的結(jié)構(gòu)，以一個中心為一級主題，再分別向四周擴散形成二級主題、三級主題等分支。即從中心關(guān)鍵詞出發(fā)，運用詞組、短語、字體、線條、代碼、圖形、色彩、繪畫、通感等方式構(gòu)成。思維導(dǎo)圖的特征在于：一是焦點在中央圖像；二是從中央向四周擴散；三是分支由相關(guān)圖或詞組成；四是各分支由節(jié)點連接。思維導(dǎo)圖也被人們稱為瑞士軍刀一般的思維工具。運用思維導(dǎo)圖進行高中生物實驗教學(xué)，結(jié)合學(xué)生的發(fā)散性思維與圖式理論，可以將高中生物實驗的知識直觀地、可視化地呈現(xiàn)出來，有利于學(xué)生進行實驗預(yù)習(xí)，有序操作；有利于教師掌握時間，合理分配，優(yōu)化過程；同時也有利于師生思考與設(shè)計實驗方案，井然有序地完成探究實驗。本文以人教版高中生物教材的實驗為例，從實驗教學(xué)的四個方面來分析運用思維導(dǎo)圖在高中生物實驗教學(xué)中的優(yōu)越性。

一、實驗預(yù)習(xí)胸有成竹

在操作實驗之前要組織學(xué)生運用思維導(dǎo)圖進行實驗課前的預(yù)習(xí)，要在學(xué)習(xí)相關(guān)的理論基礎(chǔ)知識之上梳理冗長的實驗原理、方法步驟，理清材料用具，謹慎注意事項，對實驗進行預(yù)設(shè)與思考。例如，人教版高中生物必修一《分子與細胞》中“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”的實驗預(yù)習(xí)（如圖1所示）。學(xué)生可以從基礎(chǔ)知識、實驗準備、基本操作、注意事項和預(yù)設(shè)與思考等方面進行實驗課預(yù)習(xí)，運用思維導(dǎo)圖可以對整個實驗活動清晰把握，了然于胸。帶著這樣的藍圖思路進入實驗室操作，才能信心十足。而傳統(tǒng)的課前預(yù)習(xí)方法，學(xué)生只是簡單地瀏覽，預(yù)習(xí)過程不清晰，沒有真正地達到預(yù)習(xí)的效果。相比之下，運用思維導(dǎo)圖可以鍛煉學(xué)生的放射性思維，同時也可以清晰地反映學(xué)生的關(guān)注點與不足之處。教師可以根據(jù)學(xué)生實驗預(yù)習(xí)的思維導(dǎo)圖快速找到學(xué)生的不足與誤區(qū)，在講解知識點時及時對學(xué)生進行查漏補缺。運用思維導(dǎo)圖這一科學(xué)的思維與方法進行高中生物實驗課的預(yù)習(xí)，有利于促進學(xué)生理性思維能力的發(fā)展。同時，實驗課前的預(yù)習(xí)有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的核心素養(yǎng)。

圖1：“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”實驗預(yù)習(xí)

二、實驗操作思路清晰

在高中生物實驗的探究中經(jīng)常要進行多個實驗的比較操作，比如觀察葉綠體與線粒體，DNA和RNA的分布，酶活性的影響條件：溫度和pH，檢測生物組織的糖類、脂肪、蛋白質(zhì)和淀粉等。在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中，由于多個實驗進行比較，往往容易造成學(xué)生思路混亂、理不清頭緒，動手操作過程中可能會造成張冠李戴的現(xiàn)象；學(xué)生也可能在實驗操作過程中跟隨教師的演示機械性地重復(fù)實驗操作步驟。但在實驗課堂中，運用思維導(dǎo)圖的教學(xué)策略，可以清晰、系統(tǒng)、有條理地呈現(xiàn)各個實驗的原理、材料、步驟和注意事項，讓學(xué)生一目了然。例如，人教版高中生物必修一《分子與細胞》中“檢測生物組織中的糖類、脂肪、蛋白質(zhì)和淀粉”的實驗(如圖2所示)。從思維導(dǎo)圖中，我們可以清晰地看到糖類、淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)的各個原理、材料、步驟和注意事項，為學(xué)生在實驗操作中提供了一個思路清晰的操作藍圖。教師在學(xué)生的實驗操作中就可以做一個積極的引導(dǎo)者，啟發(fā)和輔助學(xué)生完成實驗操作。學(xué)生也可以對整個知識框架進行比較與思考，從而歸納、總結(jié)出自己的實驗知識。

三、合理分配過程優(yōu)化

《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》倡導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生的“實踐創(chuàng)新”精神，勇于創(chuàng)新，而非按部就班。同時，生物學(xué)科核心素養(yǎng)指出要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、批判性的思維，尋找最合適的解決途徑。在高中生物實驗的操作中，并非所有的實驗都要按照課本的要求一步步地操作。有許多的實驗可以通過小組合作的方式進行，比如觀察葉綠體和線粒體、影響酶活性的條件、綠葉中色素的提取與分離等。通過小組分工合作，優(yōu)化實驗的進程，避免傳統(tǒng)教學(xué)中出現(xiàn)的實驗操作時間不足、課堂拖延、學(xué)生不專心等現(xiàn)象出現(xiàn)。例如，人教版高中生物必修一《分子與細胞》中的“綠葉中色素的提取與分離”的實驗(如圖3所示)。學(xué)生在一同學(xué)習(xí)實驗的原理、材料以及知道注意事項后，色素的提取與分離可以分為兩個小組進行，共同完成實驗的操作，并且共同交流學(xué)習(xí)，高效率地完成實驗。思維導(dǎo)圖可以清晰呈現(xiàn)優(yōu)化的實驗步驟，實驗過程分工明確，讓學(xué)生清楚地分步驟協(xié)同合作，快捷操作，高效有序，更好、更快地完成實驗的探究。同時，在實驗的操作過程中，既分工又合作的模式可以培養(yǎng)學(xué)生團隊合作與責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)暮诵乃仞B(yǎng)。

四、探究實驗設(shè)計明了

高中生物學(xué)科的課程標準倡導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的生物學(xué)科核心素養(yǎng)，善于觀察、發(fā)現(xiàn)、質(zhì)疑、設(shè)計、實施、驗證等。人教版高中生物教材中有許多探究性實驗，比如調(diào)查人群中的遺傳病：“用樣方法調(diào)查草地中某種雙子葉植物的種群密度”“土壤中小動物類群豐富度的研究”等。探究性實驗開放性大、內(nèi)容多、涉及范圍廣，傳統(tǒng)教學(xué)中，由于學(xué)生的認知水平不一，在討論時七嘴八舌，提出的方案五花八門，沒有詳細的計劃安排和考慮彼此之間的相互聯(lián)系，往往會計劃不足，或者簡單照搬課本，實驗課堂的教學(xué)效果難以得到提高。而讓學(xué)生學(xué)會運用思維導(dǎo)圖進行探究性實驗，可以清晰地反映學(xué)生的思考思路，緊扣主題，有效記錄并且設(shè)計實驗方案。同時也可以進行二次實驗的可行性分析，體現(xiàn)以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)模式。在實驗課堂上，有效促進師生間廣度與深度地交流，激活發(fā)散式的探究思維方式。例如，人教版高中生物必修三《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中的“土壤中小動物類群豐富度的研究”的探究實驗（如圖4所示），圍繞主題，從探究目的、原理、問題、計劃、實施、注意、結(jié)果以及討論等方面，條理清晰地進行探討，記錄要點，補充完善，形成完整的實驗方案，在科學(xué)探究的過程中更好地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與科學(xué)精神的核心素養(yǎng)。

圖2：檢測生物組織中的糖類、脂肪、蛋白質(zhì)和淀粉

圖3：綠葉中色素的提取與分離

圖4：土壤中小動物類群豐富度研究

五、結(jié)果與討論

在高中生物教學(xué)中，利用思維導(dǎo)圖可以從各個方面很好地提高生物學(xué)習(xí)效率和課堂教學(xué)效率，對教師而言，是備課、授課、解決問題等的好工具；對學(xué)生來說，是預(yù)習(xí)、做筆記、復(fù)習(xí)等的學(xué)習(xí)方式。但高中生物實驗教學(xué)中很少發(fā)現(xiàn)運用思維導(dǎo)圖進行實驗教學(xué)與學(xué)習(xí)，大多數(shù)是提出解決問題的策略，很少運用到具體的教與學(xué)中。思維導(dǎo)圖就是一種很好的知識表征工具。相對于理科中的化學(xué)實驗、物理實驗的教學(xué)，基于思維導(dǎo)圖的教學(xué)模式探討并且得到應(yīng)用也較多。因此，思維導(dǎo)圖應(yīng)用于高中生物實驗教學(xué)是一種嘗試與創(chuàng)新，它以發(fā)散性的表達方式，以系統(tǒng)條理、層次分明、邏輯清晰、簡潔明了的構(gòu)建來促進學(xué)生建立完善的知識體系。在高中生物實驗教學(xué)中，利用思維導(dǎo)圖進行實驗預(yù)習(xí)，可使學(xué)生胸有成竹，提高實踐信心；可使教師查漏補缺，靈活設(shè)計；操作過程中，學(xué)生思路清晰，井然有序，教師啟發(fā)引導(dǎo)，勇于創(chuàng)新。同時優(yōu)化實驗過程，省時省力，高效實踐。在探究性實驗中，體現(xiàn)了以學(xué)生為本的教育理念，提高了學(xué)生科學(xué)探究的興趣和實驗課堂教學(xué)的有效性。思維導(dǎo)圖在高中生物實驗教學(xué)中的應(yīng)用，有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)與學(xué)生發(fā)展的核心素養(yǎng)。同時，思維導(dǎo)圖中的實驗教學(xué)可以有效促進新課程標準下的實驗教學(xué)改革，勇于創(chuàng)新，挖掘新模式，促進有利于師生教與學(xué)的高中生物實驗教學(xué)新方法的形成。