▍廣西師范學院環(huán)境與生命科學學院 羊秀美 韓京哲 楊劍

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》指出：培養(yǎng)學生的生物學科核心素養(yǎng)。其中，培養(yǎng)學生科學探究的素養(yǎng)，是使學生具備團隊合作、勇于創(chuàng)新與提高實踐的能力。學生科學探究與實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)途徑之一，是讓學生切身探究實驗活動。但高中生物實驗教學中常常出現(xiàn)以下現(xiàn)象：一是傳統(tǒng)教學方法的課前預習，有些學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，都可能使學生學習起來思維混亂。二是學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中，基于學生如何有效地進行實驗前的預習，進而清晰有序地進行實驗操作；教師如何分配時間，高效率地指導學生進行實驗；師生如何周全地設計探究性實驗，進而有效地培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新與科學探究能力，一些學者在研究中發(fā)現(xiàn)，運用思維導圖可以有效地進行高中生物實驗教學，更好地促進學生核心素養(yǎng)的形成。

思維導圖（Mind Map）是英國著名心理學家東尼·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；三是分支由相關圖或詞組成；四是各分支由節(jié)點連接。思維導圖也被人們稱為瑞士軍刀一般的思維工具。運用思維導圖進行高中生物實驗教學，結(jié)合學生的發(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，有利于學生進行實驗預習，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，從實驗教學的四個方面來分析運用思維導圖在高中生物實驗教學中的優(yōu)越性。

一、實驗預習胸有成竹

在操作實驗之前要組織學生運用思維導圖進行實驗課前的預習，要在學習相關的理論基礎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，對實驗進行預設與思考。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”的實驗預習（如圖1所示）。學生可以從基礎知識、實驗準備、基本操作、注意事項和預設與思考等方面進行實驗課預習，運用思維導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)的課前預習方法，學生只是簡單地瀏覽，預習過程不清晰，沒有真正地達到預習的效果。相比之下，運用思維導圖可以鍛煉學生的放射性思維，同時也可以清晰地反映學生的關注點與不足之處。教師可以根據(jù)學生實驗預習的思維導圖快速找到學生的不足與誤區(qū)，在講解知識點時及時對學生進行查漏補缺。運用思維導圖這一科學的思維與方法進行高中生物實驗課的預習，有利于促進學生理性思維能力的發(fā)展。同時，實驗課前的預習有利于培養(yǎng)學生自主學習的核心素養(yǎng)。

圖1：“觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”實驗預習

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)的實驗教學中，由于多個實驗進行比較，往往容易造成學生思路混亂、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實驗操作步驟。但在實驗課堂中，運用思維導圖的教學策略，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。教師在學生的實驗操作中就可以做一個積極的引導者，啟發(fā)和輔助學生完成實驗操作。學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

《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》倡導培養(yǎng)學生的“實踐創(chuàng)新”精神，勇于創(chuàng)新，而非按部就班。同時，生物學科核心素養(yǎng)指出要培養(yǎng)學生的科學思維、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)教學中出現(xiàn)的實驗操作時間不足、課堂拖延、學生不專心等現(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)。學生在一同學習實驗的原理、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，并且共同交流學習，高效率地完成實驗。思維導圖可以清晰呈現(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)學生團隊合作與責任擔當?shù)暮诵乃仞B(yǎng)。

四、探究實驗設計明了

高中生物學科的課程標準倡導培養(yǎng)學生科學探究的生物學科核心素養(yǎng)，善于觀察、發(fā)現(xiàn)、質(zhì)疑、設計、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)教學中，由于學生的認知水平不一，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，實驗課堂的教學效果難以得到提高。而讓學生學會運用思維導圖進行探究性實驗，可以清晰地反映學生的思考思路，緊扣主題，有效記錄并且設計實驗方案。同時也可以進行二次實驗的可行性分析，體現(xiàn)以學生為主體的學習模式。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，在科學探究的過程中更好地培養(yǎng)學生科學探究與科學精神的核心素養(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

在高中生物教學中，利用思維導圖可以從各個方面很好地提高生物學習效率和課堂教學效率，對教師而言，是備課、授課、解決問題等的好工具；對學生來說，是預習、做筆記、復習等的學習方式。但高中生物實驗教學中很少發(fā)現(xiàn)運用思維導圖進行實驗教學與學習，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中。思維導圖就是一種很好的知識表征工具。相對于理科中的化學實驗、物理實驗的教學，基于思維導圖的教學模式探討并且得到應用也較多。因此，思維導圖應用于高中生物實驗教學是一種嘗試與創(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)建來促進學生建立完善的知識體系。在高中生物實驗教學中，利用思維導圖進行實驗預習，可使學生胸有成竹，提高實踐信心；可使教師查漏補缺，靈活設計；操作過程中，學生思路清晰，井然有序，教師啟發(fā)引導，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)了以學生為本的教育理念，提高了學生科學探究的興趣和實驗課堂教學的有效性。思維導圖在高中生物實驗教學中的應用，有利于培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)與學生發(fā)展的核心素養(yǎng)。同時，思維導圖中的實驗教學可以有效促進新課程標準下的實驗教學改革，勇于創(chuàng)新，挖掘新模式，促進有利于師生教與學的高中生物實驗教學新方法的形成。