廣東 劉 倩

思維地圖（thinking maps）是由David N.Hyerle 提出的可視化學(xué)習(xí)工具（如圖1），其理論基礎(chǔ)是基于大腦的八種思維方式：排序（sequencing）、層次分類（hierarchial classification）、局部到整體（part-to-whole）、因果（causation）、比較與對比（comparing and contrasting）、描述（describing）、類比（analogies）和下定義（defining）（如圖1）。

圖1 八種思維地圖及其對應(yīng)的思維關(guān)系（略改動）

思維導(dǎo)圖（mind map）在高中階段各學(xué)科的應(yīng)用非常廣泛，起到了構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)、聯(lián)想記憶、活化學(xué)生思維的作用，然而思維導(dǎo)圖更多的是運用于生物學(xué)的概念教學(xué)中，幫助學(xué)生構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，但是在實際教學(xué)過程中筆者發(fā)現(xiàn)思維導(dǎo)圖對于部分生物學(xué)科學(xué)思維較弱的學(xué)生來說難以運用，而這些學(xué)生在使用思維地圖時卻得心應(yīng)手，原因在于：（1）思維地圖是思維過程的呈現(xiàn)，而思維導(dǎo)圖是思維結(jié)果的輸出。（2）思維地圖不需要解釋，讀者僅靠圖形就能明白使用的是何種思維方式，而思維導(dǎo)圖的編制者若不對思維導(dǎo)圖進行解釋，讀者便很難明白兩個點之間的聯(lián)系是什么，也就不明白思維導(dǎo)圖是如何繪制的。

本文以高中生物教學(xué)中的經(jīng)典試題為例，詳談思維地圖的具體使用方法，以期為高中生物教師提供一個適合全體學(xué)生使用的思維工具。

1.思維地圖在生物教學(xué)中的應(yīng)用

1.1 圓形圖——下定義

圓形圖由內(nèi)外兩個同心圓構(gòu)成，通常將需要描述的對象置于內(nèi)圓，而將所描述對象下定義的關(guān)鍵詞置于外圓。此類型中定義的來源可以是教材，也可以是課外書籍，筆者通常要求學(xué)生將知識的來源寫出圓外，以培養(yǎng)學(xué)生注重知識來源的意識。

【例1】酶是生物催化劑，下列敘述錯誤的是（ ）

A.酶分子有一定的空間結(jié)構(gòu)，不隨著溫度的改變而改變

B.絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，其作用的強弱可用酶活性表示

C.有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物都具有核糖體，更有利于多數(shù)酶的合成

D.將胃蛋白酶加入到pH=10的溶液中，其空間結(jié)構(gòu)會改變

【分析】例1的題眼是“酶”，筆者圍繞著與酶有關(guān)的關(guān)鍵詞——失活、空間結(jié)構(gòu)、活化能、催化、蛋白質(zhì)等構(gòu)建了思維地圖（如圖2）并設(shè)置了選項。如果學(xué)生能對酶的知識利用圓形圖作下定義式的整理，本題將迎刃而解。

圖2 圓形圖的應(yīng)用

人教版高中生物教材中能解釋的名詞，都可用圓形圖來表示，如：種群、群落、密碼子、基因、基因突變、染色體變異、物種、豐富度等等。

【答案】A

1.2 泡泡圖——描述

泡泡圖主要以描述的形式呈現(xiàn)對核心詞的認(rèn)知（如圖3），居中的泡泡是描述對象，外圍的泡泡是描述該對象的一系列形容詞，可以從五官感覺、特質(zhì)、屬性、品質(zhì)等方面去描述。

圖3 泡泡圖的應(yīng)用

該類型思維地圖因為科學(xué)性較低幾乎不能用于高中生物的教學(xué)，但用于初中生物教學(xué)卻很合適，可用于某知識的引入，通過頭腦風(fēng)暴的方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.3 雙泡圖——比較與對比

“比較與對比”是高中生物學(xué)學(xué)習(xí)中常用的思維。雙泡圖模型常用于對比兩種相類似的概念，以相同點將兩個對比對象相連，不同點只與單一對象相連。對于學(xué)習(xí)中需要進行比較的生物概念，教師可以使用雙泡圖讓學(xué)生進行自由構(gòu)建或自行梳理，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。

【例2】（2018年，海南卷，第2題）關(guān)于酵母菌和乳酸菌的敘述，錯誤的是（ ）

A.酵母菌和乳酸菌都能進行無氧呼吸

B.酵母菌有線粒體，而乳酸菌無線粒體

C.酵母菌具有細(xì)胞核，而乳酸菌具有擬核

D.溶菌酶能破壞酵母菌和乳酸菌的細(xì)胞壁

【分析】比較是很重要的科學(xué)思維，縱觀歷年高考中考查比較思維的試題較為常見。例2題干中表面上是酵母菌和乳酸菌的比較，實質(zhì)上是真核細(xì)胞與原核細(xì)胞的比較，解答這類試題時可利用雙泡圖進行兩者的比較（如圖4）。值得注意的是，例2的選項分別圍繞細(xì)胞呼吸方式、細(xì)胞器、細(xì)胞核、細(xì)胞壁進行異同比較，與圖4并不完全契合，可見雙泡圖只提供了基本的比較點，但可圍繞基本點再進行拓展。

圖4 雙泡圖的應(yīng)用

高中生物課程中有一些易混淆的概念，如：原生質(zhì)層與原生質(zhì)體、半透膜和選擇透過性膜、滲透與擴散、擴散與自由擴散、染色質(zhì)與染色體、吸能反應(yīng)與放能反應(yīng)、轉(zhuǎn)錄和逆轉(zhuǎn)錄、遺傳信息和遺傳效應(yīng)、先天性疾病與遺傳病、抗原與抗體、物種與種群、自然選擇與人工選擇、地理隔離與生殖隔離、初生演替與次生演替、花藥離體培養(yǎng)與單倍體育種、消毒與滅菌等等。學(xué)生掌握雙泡圖的使用原則后，就能很清楚地梳理這些概念之間的異同。

【答案】D

1.4 樹狀圖——層次分類

樹狀圖主要用于層次分類、整理、分組，學(xué)生在練習(xí)時需注意樹狀圖中呈現(xiàn)的類別用方框表示，而舉例則不用。學(xué)科核心素養(yǎng)對科學(xué)思維的要求之一就是歸納思維。歸納可用于對新知識的梳理，也可用于復(fù)習(xí)時的總結(jié)。樹狀圖的規(guī)范使用能使學(xué)生的思考更有條理性。

【例3】（2019年，海南卷，第3題）下列與細(xì)胞有關(guān)的敘述，正確的是（ ）

A.T2噬菌體不含有膜包被的細(xì)胞核，因此屬于原核細(xì)胞

B.人肝細(xì)胞分裂期的持續(xù)時間大于分裂間期的持續(xù)時間

C.植物葉肉細(xì)胞在缺氧條件下可通過無氧呼吸產(chǎn)生ATP

D.心肌細(xì)胞是高度分化的細(xì)胞，其細(xì)胞膜不具有流動性

【分析】高考試題中直接考查分類、分組的題目較少，但會在題目中隱藏考查分類的思維。例3看似考查各種不相關(guān)的細(xì)胞類型，但是首先需要將生物進行分類，如T2噬菌體不具備細(xì)胞結(jié)構(gòu)，屬于病毒類，其他細(xì)胞也需要進行真核生物與原核生物的判斷，才能準(zhǔn)確作答（如圖5）。

圖5 樹狀圖的應(yīng)用

高中生物涉及層次分類概念的還有可遺傳變異（基因突變、基因重組和染色體變異）、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（生態(tài)系統(tǒng)的組成成分、食物鏈和食物網(wǎng)）、生命系統(tǒng)層次、脂質(zhì)（脂肪、磷脂、固醇）、物質(zhì)進出細(xì)胞的方式（被動運輸、主動運輸）、生物多樣性（基因多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性）、生態(tài)系統(tǒng)的價值（直接價值、間接價值、潛在價值）等等。

【答案】C

1.5 括號圖——整體與局部

思維地圖中的括號圖與大眾認(rèn)知中的括號圖不一樣，它只用來表示整體與局部的關(guān)系。教師在講授時要特別注意將它與樹狀圖相區(qū)別。這兩種思維地圖的區(qū)分是思維方式的不同，讓學(xué)生在進行整體與局部、分類思維時能通過思維地圖準(zhǔn)確地做出判斷。

【例4】ATP是細(xì)胞中的能量通貨。下列敘述正確的是（ ）

A.ATP中的能量均來自細(xì)胞呼吸釋放的能量

B.ATP-ADP循環(huán)使得細(xì)胞儲存了大量的ATP

C.ATP水解形成ADP時釋放能量和磷酸基團

D.ATP分子中的2個高能磷酸鍵不易斷裂水解

【分析】本題考查ATP的重要組分：高能磷酸鍵和磷酸基團，并且考查了ATP與ADP在組分變化過程中能量的來源與去向。借助括號圖可展示整體與局部的關(guān)系，即ATP是整體，而腺嘌呤、核糖、磷酸基團、高能磷酸鍵只是它的組成部分，即是局部（如圖6）。

高考中直接考查整體與局部思維的試題較少，更多的是要求學(xué)生先進行整體與局部的判斷，再分析整體如何分解成局部、局部如何整合成整體。高中生物教學(xué)中能運用到整體與局部思維的概念有：蛋白質(zhì)、核酸、膜的流動鑲嵌模型、原生質(zhì)層、突觸、反射弧等等。

【答案】C

1.6 流程圖——排序

流程圖多用于描述事件發(fā)生的次序，如興奮在神經(jīng)元之間的傳遞（如圖7），實驗的流程、步驟，應(yīng)用時注意圖中各元素之間用箭頭連接表示次序的先后。該方法用于讓學(xué)生設(shè)計實驗，可訓(xùn)練學(xué)生思考每一步操作的前因后果。

【例5】（2019年，全國卷Ⅰ，第4題）動物受到驚嚇刺激時，興奮經(jīng)過反射弧中的傳出神經(jīng)作用于腎上腺髓質(zhì)，使其分泌腎上腺素；興奮還通過傳出神經(jīng)作用于心臟。下列相關(guān)敘述錯誤的是（ ）

A.興奮是以電信號的形式在神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)的

B.驚嚇刺激可以作用于視覺、聽覺或觸覺感受器

C.神經(jīng)系統(tǒng)可直接調(diào)節(jié)、也可通過內(nèi)分泌活動間接調(diào)節(jié)心臟活動

D.腎上腺素分泌增加會使動物警覺性提高、呼吸頻率減慢、心率減慢

【分析】人教版高中生物教材必修3第二章“動物和人體生命活動的調(diào)節(jié)”是歷年高考的命題熱點，2019年高考全國卷Ⅰ的選擇題與非選題對此均有相應(yīng)的考查。既然該章節(jié)的內(nèi)容落腳于“調(diào)節(jié)”，則調(diào)節(jié)的過程是學(xué)生必須要掌握的。例5的選項圍繞著調(diào)節(jié)過程中興奮的傳導(dǎo)、興奮的效應(yīng)等知識點設(shè)立。在實際教學(xué)過程中，教師可引導(dǎo)學(xué)生重點圍繞生物活動調(diào)節(jié)的各種過程運用流程圖進行構(gòu)建。

圖7 流程圖的應(yīng)用

【答案】D

1.7 復(fù)雜流程圖——因果關(guān)系

復(fù)雜流程圖用于表示某一事件的前因后果，中間是事件，左邊是導(dǎo)致事件的原因，右邊是事件的結(jié)果，用箭頭的方向來表示因果關(guān)系。這要求學(xué)生有更高階的思維能力。該圖形與思維導(dǎo)圖的畫法較像，不同之處在于復(fù)雜流程圖需要用箭頭表示前因后果。

【例6】（2019年，海南卷，第11題）下列有關(guān)基因突變的敘述，正確的是（ ）

A.高等生物中基因突變只發(fā)生在生殖細(xì)胞中

B.基因突變必然引起個體表現(xiàn)型發(fā)生改變

C.環(huán)境中的某些物理因素可引起基因突變

D.根細(xì)胞的基因突變是通過有性生殖傳遞的

【分析】近年來的高考試題特別是全國卷Ⅰ側(cè)重考查學(xué)生的綜合分析能力，即“知其然亦要知其所以然”，很多題目需要分析問題的前因后果，因此復(fù)雜流程圖就成為了很重要的思維工具。筆者根據(jù)例6構(gòu)建關(guān)于基因突變的復(fù)雜流程圖，清晰地表示了基因突變的前因后果（如圖8）。

圖8 復(fù)雜流程圖的應(yīng)用

可用復(fù)雜流程圖分析的概念還有：基因重組、單倍體、多倍體等。值得注意的是高中生物課程中一些反應(yīng)的影響因素及效果分析也可采用復(fù)雜流程圖，如影響光合作用的因素、影響細(xì)胞呼吸的因素、提高水稻畝產(chǎn)的措施等等，對于這些比較復(fù)雜的知識點，學(xué)生若能常用復(fù)雜流程圖進行分析，必能更清楚事件的脈絡(luò)。

【答案】C

1.8 橋形圖——類比

類比思維包括在學(xué)科核心素養(yǎng)的要求之內(nèi)，是一種高階的思維方法，這種思維方法不同于泡泡圖那樣僅需要寫出不同點與相同點，還要求學(xué)生在某一個點的比較中列舉出具體的實例。

【例7】（原創(chuàng)）線粒體與葉綠體都是具有雙層膜的細(xì)胞器，下列關(guān)于二者膜結(jié)構(gòu)的敘述，錯誤的是（ ）

A.線粒體的內(nèi)膜上附著了丙酮酸分解相關(guān)的酶

B.線粒體內(nèi)膜和葉綠體類囊體薄膜上均附著與ATP合成有關(guān)的酶

C.葉綠體的類囊體薄膜上除了還原型輔酶Ⅱ還附著了色素

D.線粒體的嵴與葉綠體的類囊體均可以增大該細(xì)胞器的膜面積

【分析】本題考查了線粒體與葉綠體的結(jié)構(gòu)及功能，其中針對擴大膜面積這一個點，可利用橋形圖分別列舉出二者與擴大膜面積有關(guān)的結(jié)構(gòu)（如圖9）。

圖9 橋形圖的應(yīng)用

類比是很重要的科學(xué)思維，薩頓就通過染色體的行為類比推理出基因的行為，雖然針對某一個點進行類比的題型在高考中較為少見，但是通過一個類比的點發(fā)散拓展進行命題不失為一個命題新思路。

【答案】A

2.思維地圖是思維導(dǎo)圖的基礎(chǔ)

通過對以上教學(xué)案例的具體分析，可見思維地圖能通過具體的模式呈現(xiàn)思維過程，是一種可視化的思維工具，它比思維導(dǎo)圖更具形象化。近年來，利用思維導(dǎo)圖進行教學(xué)非常流行，幾乎所有的學(xué)科都在使用，可筆者在使用思維導(dǎo)圖進行教學(xué)時卻發(fā)現(xiàn)學(xué)生大致分為三種類型：（1）能熟練使用思維導(dǎo)圖，思維分支可達到四或五級甚至更多；（2）能使用思維導(dǎo)圖，思維分支能達到三級，不能再往下擴展；（3）幾乎不會使用思維導(dǎo)圖，除了教師提供的思路，幾乎一籌莫展。

教師面對第（3）種類型的學(xué)生時，可以使用思維地圖作為工具，先教會他們利用每一種圖形訓(xùn)練其思維方式，熟練之后再使用思維導(dǎo)圖，他們會發(fā)現(xiàn)思維導(dǎo)圖的每一個節(jié)點就是一個思維圖形，因此筆者認(rèn)為思維地圖是思維導(dǎo)圖的基礎(chǔ)。

3.結(jié)語

思維地圖和思維導(dǎo)圖是教師可以教會學(xué)生使用的工具，它們可以幫助學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)的初始階段學(xué)生可以使用思維地圖進行思維方式的訓(xùn)練，在梳理整合階段學(xué)生可以使用思維導(dǎo)圖構(gòu)建自己的知識體系，兩者結(jié)合使用效果更佳。