▍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(biāo)準(zhǔn)(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(jìn)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(rèn)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(jìn)行實驗前的預(yù)習(xí),進(jìn)而清晰有序地進(jìn)行實驗操作;教師如何分配時間,高效率地指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗;師生如何周全地設(shè)計探究性實驗,進(jìn)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(jìn)行高中生物實驗教學(xué),更好地促進(jìn)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(jì)70年代與兄弟巴利創(chuàng)造的一種發(fā)散性思維的表達(dá)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(jìn)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(jìn)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。
在操作實驗之前要組織學(xué)生運用思維導(dǎo)圖進(jìn)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(jǐn)慎注意事項,對實驗進(jìn)行預(yù)設(shè)與思考。例如,人教版高中生物必修一《分子與細(xì)胞》中“觀察根尖分生組織細(xì)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(zhǔn)備、基本操作、注意事項和預(yù)設(shè)與思考等方面進(jìn)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(lán)圖思路進(jìn)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(dá)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(jìn)行查漏補缺。運用思維導(dǎo)圖這一科學(xué)的思維與方法進(jìn)行高中生物實驗課的預(yù)習(xí),有利于促進(jìn)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(xì)胞的有絲分裂”實驗預(yù)習(xí)
在高中生物實驗的探究中經(jīng)常要進(jìn)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(jìn)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(xì)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(lán)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(jìn)行比較與思考,從而歸納、總結(jié)出自己的實驗知識。
《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(jìn)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(jìn)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(xì)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(jìn)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)。
高中生物學(xué)科的課程標(biāo)準(zhǔn)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?。骸坝脴臃椒ㄕ{(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(rèn)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(xì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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
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(jìn)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(dá)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(jìn)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(jìn)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(jìn)新課程標(biāo)準(zhǔn)下的實驗教學(xué)改革,勇于創(chuàng)新,挖掘新模式,促進(jìn)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。