摘 要：“思維可視化”是一個重要的思維教學(xué)工具。在教師的引導(dǎo)下學(xué)生使用不同符號，如語言、圖畫、圖表、反應(yīng)式、流程圖等構(gòu)建概念體系，這樣學(xué)生的思維過程和方法就能清晰地呈現(xiàn)出來，即為思維可視化。它不僅可以將抽象難懂的生物概念直觀地展現(xiàn)出來，更可以將碎片生物知識系統(tǒng)化，方便學(xué)生的理解與分析。本文以高中生物為研究對象，首先簡述了思維可視化和生物教學(xué)的特點，然后明確了高中生物開展思維可視化教學(xué)的意義與可行性，最后以課堂教學(xué)實例從利用思維導(dǎo)圖、概念圖、多種表征符號的思維可視化工具及多媒體等方面，闡述思維可視化在高中生物課堂教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高中生物；思維可視化；實踐

思維是對事物本質(zhì)或事物間關(guān)系進行反應(yīng)的一種認知力，是學(xué)生生物學(xué)習(xí)的一個重要元素。傳統(tǒng)的生物教學(xué)以知識教學(xué)為主，往往忽視了學(xué)生思維的發(fā)展。中國現(xiàn)代教育專家成尚榮先生指出：“讓學(xué)習(xí)真正發(fā)生的實質(zhì)是讓思想真正發(fā)生，讓學(xué)習(xí)看得見的實質(zhì)是讓思維看得見?！北疚乃傅乃季S是思考的過程，是學(xué)生可以看清的事物分析的過程。這不僅提升了學(xué)生對生物知識的理解力、接受力，而且強化了學(xué)生的記憶力、想象力，有助于學(xué)生生物綜合能力的提升，從而促進學(xué)生生物核心素養(yǎng)的發(fā)展[1]。

一、思維可視化

將抽象的事物與過程轉(zhuǎn)換為圖形、圖像、語言等形象化的表示過程，都可以稱為“可視化”。思維可視化是隱性思維的直接體現(xiàn)，通過將人腦思維過程具象化地展現(xiàn)出來，讓看不到的思維有跡可循。思維可視化在生物課堂的應(yīng)用，不僅可以深化學(xué)生對知識的理解，而且能強化學(xué)生的記憶，很好地規(guī)避學(xué)生學(xué)了后面忘記前面的問題。加強思維可視化在生物教學(xué)的應(yīng)用，不僅發(fā)散了學(xué)生的思維，而且在學(xué)生的自我思考與分析中，實現(xiàn)了低階思維向高階思維的發(fā)展。

思維可視化不僅僅是前沿的教育熱詞，更是撬動深度學(xué)習(xí)及素養(yǎng)發(fā)展型教學(xué)的新模式。思維可視化教學(xué)的開展，將教學(xué)聚焦到了學(xué)生思維發(fā)展層面，教學(xué)過程應(yīng)該強調(diào)思維發(fā)展，將學(xué)生思維能力培養(yǎng)作為教育核心任務(wù)，形成一種能終身獲益的學(xué)習(xí)方法與技能；幫助學(xué)生理解知識、建構(gòu)概念，建立完整的知識體系并積極運用，實現(xiàn)學(xué)科育人價值。本文探索通過“字—圖—形”等多重表征符號的設(shè)計，讓具象的視覺美感落實抽象的學(xué)習(xí)策略，通過掌握思維可視化技巧，讓學(xué)生思維得以提升。

二、高中生物課程的特點

生物是高中階段的一門基礎(chǔ)學(xué)科，生物學(xué)知識主要由概念、原理、規(guī)律、理論等組成，而原理、規(guī)律和理論往往是由若干概念通過一定關(guān)系構(gòu)成的。圍繞學(xué)科的核心概念組織課堂教學(xué)能促使學(xué)生超越對零散事實的記憶，達成對知識的深層理解?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標準》的四大理念之一就是“內(nèi)容聚焦大概念”?？梢哉f，重視概念的教學(xué)、為理解而教已經(jīng)成為當(dāng)今科學(xué)教育發(fā)展的大趨勢。高中生物教材內(nèi)的核心概念淡化了細枝末節(jié)，如果教師還是“灌輸式”的教學(xué)方法，就很難讓學(xué)生真正地理解和把握，從而陷入了學(xué)習(xí)的誤區(qū)?；凇镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標準》對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，考慮到高中生物知識的特點，利用可視化工具開展思維可視化教學(xué)模式，可以幫助教師解決在傳統(tǒng)課堂上無法很好處理的難點，也幫助學(xué)生把學(xué)習(xí)過程中的問題以各種更直觀的表征可視化。

三、高中生物開展思維可視化教學(xué)的意義與可行性

（一）教學(xué)意義

1.激發(fā)學(xué)生的生物學(xué)習(xí)興趣

學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣影響著學(xué)生的生物學(xué)習(xí)效果。學(xué)生只有對生物知識產(chǎn)生興趣，才會主動參與到課堂學(xué)習(xí)中來，才會想盡一切方法弄懂它。而思維可視化教學(xué)的開展，通過用思維導(dǎo)圖、圖像、動畫、板畫、教具、動作和其他可視化工具的方式將知識展現(xiàn)出來，激活了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，再通過參與教師設(shè)定的問題的探究，可以讓學(xué)生真切地感悟到生物的魅力。

2.幫助學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)化的知識體系

高中生物教材概念繁多且較為抽象，學(xué)生難以真正地理解。思維可視化教學(xué)的開展，不僅將抽象的知識生動地展現(xiàn)出來，而且還幫助學(xué)生把握了知識點間的關(guān)系，有助于學(xué)生對生物學(xué)原理的理解，有助于學(xué)生知識應(yīng)用力地提升。

3.培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維力

培養(yǎng)高中生的科學(xué)思維是新課標明確的一項要求，不僅可以深化學(xué)生對生物知識的理解，還有助于學(xué)生求真、嚴謹科學(xué)態(tài)度地樹立?？梢暬季S工具的應(yīng)用，會根據(jù)學(xué)生的基本情況設(shè)計相應(yīng)的教學(xué)方案，指引著學(xué)生一步步地探究，從而促進學(xué)生觀察、歸納等科學(xué)思維力的發(fā)展。

（二）可行性

思維可視化教學(xué)模式及思維可視化工具在生物教學(xué)中推廣是否可行呢？本文將從以下幾個方面對這一問題做出解答。

1.高中生與思維可視化工具有很強的適配性

隨著學(xué)習(xí)經(jīng)驗的不斷增加，高中生的思維能力得到了一定的發(fā)展，他們已經(jīng)從最初的理解、記憶知識向著重構(gòu)和應(yīng)用知識的視角深入，所以完全適用思維可視化這一全新的教學(xué)工具[2]。

2.提升高中生物教學(xué)質(zhì)量

通過對心理學(xué)家提出的7/38/55定律的分析可以知道，在信息傳遞的效果貢獻中，詞語占到了7%，有聲語言占到了38%，而視覺化的體驗語言則占到了55%。另外，雙重編碼理論認為，將視覺和語言融合起來展現(xiàn)信息，可以降低學(xué)生對抽象知識的理解難度，同樣讓學(xué)生的思維得到有效地鍛煉。思維可視化工具的應(yīng)用，可以將知識點間的關(guān)系直觀地展現(xiàn)出來，通過學(xué)生的分析把握知識點間的聯(lián)系，有效提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

3.與新課標明確的核心素養(yǎng)要求相適應(yīng)

思維可視化工具以高效的方式傳遞著信息，關(guān)鍵是能解決學(xué)生學(xué)習(xí)淺顯、思維發(fā)展不足的問題，有助于學(xué)生深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。而且將學(xué)生的思維發(fā)展作為教育的核心，優(yōu)化教育教學(xué)，可以很好地滿足新課標提倡的促進學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的要求。

四、高中生物教學(xué)中思維可視化的實踐應(yīng)用策略

思維可視化教學(xué)的開展，不僅將知識的形成過程再現(xiàn)了出來，而且?guī)椭鷮W(xué)生建立了系統(tǒng)的知識體系，更讓學(xué)生在可視化的學(xué)習(xí)中體會到了生物的魅力，培養(yǎng)了學(xué)生的觀察、推理、歸納等生物能力。

（一）利用思維導(dǎo)圖，讓概念形成過程思維可視化

思維導(dǎo)圖是新課標下發(fā)展起來的一個重要教學(xué)工具，它以圖文的方式展現(xiàn)人的思維過程，從而直觀展現(xiàn)知識間的關(guān)系，實現(xiàn)學(xué)生開放、綜合思維的發(fā)展。如在生物教學(xué)開展中，教師在明確教學(xué)目標、學(xué)生基本學(xué)情的基礎(chǔ)上，利用思維導(dǎo)圖展現(xiàn)知識，不僅讓學(xué)生準確把握了復(fù)雜的生物知識，而且減輕了學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，最關(guān)鍵的是從根本上提升了學(xué)生的生物學(xué)習(xí)效果。因此在當(dāng)下的生物教學(xué)中，教師要把握住思維導(dǎo)圖的功能與優(yōu)勢，靈活采用思維導(dǎo)圖展現(xiàn)生物知識，從而幫助學(xué)生把握生物知識間的關(guān)系。例如，在新課教學(xué)《細胞的物質(zhì)輸入和輸出》這一單元的學(xué)習(xí)中，為了幫助學(xué)生把握物質(zhì)跨膜運輸?shù)膸追N方式，幫助學(xué)生構(gòu)建起系統(tǒng)化的知識體系。教師利用思維導(dǎo)圖展現(xiàn)了本節(jié)內(nèi)容，首先，教師明確核心關(guān)鍵詞“物質(zhì)的輸入和輸出”，然后在二級分支上寫下小分子和離子、大分子和顆粒這兩個關(guān)鍵詞，再分別在第三級分支寫下被動運輸、主動運輸、胞吞、胞吐，依次向下進行逐級呈現(xiàn)幾種物質(zhì)運輸方式在濃度、能量供應(yīng)和轉(zhuǎn)運蛋白協(xié)助等方面的區(qū)別和相同點，系統(tǒng)的知識體系就展現(xiàn)在了大家的面前，避免了學(xué)生學(xué)習(xí)和記憶知識時出現(xiàn)混淆的現(xiàn)象，保證了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

（二）利用多種表征符號，開展思維可視化教學(xué)

通過某種符號系統(tǒng)或模型來表示或呈現(xiàn)某個對象、概念、事物或現(xiàn)象的方式稱為表征。表征可以是多種形式，如語言、圖像、符號、流程圖等。本人在教學(xué)實踐中探索出思維可視化的教學(xué)模式如下。課前練習(xí)反饋：問題暴露、呈現(xiàn)學(xué)情—課中1.概念形成：基礎(chǔ)復(fù)習(xí)、建構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。2.概念鞏固：圖文轉(zhuǎn)化、文字表達。3.概念升華：補充拓展、深化概念。4.概念應(yīng)用：形成模型、解決問題。課后概念整理：鞏固練習(xí)、評價反思。

以高三一輪復(fù)習(xí)的《基因的表達和調(diào)控》為例。課前練習(xí)反饋：設(shè)計基礎(chǔ)練習(xí)，從基因表達兩個階段的模板、原料、能量、酶、特點等方面檢測學(xué)生的掌握情況，獲取學(xué)情反饋。課中1.概念形成：用概念圖構(gòu)建DNA—RNA—蛋白質(zhì)的遺傳信息流關(guān)系圖解進行基礎(chǔ)復(fù)習(xí)，可以用板畫呈現(xiàn)知識網(wǎng)絡(luò)；2.概念鞏固：設(shè)計課堂練習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生審題讀圖，進行圖文轉(zhuǎn)換和文字表達，利用圖形和文字實現(xiàn)思維可視化，深化對概念的理解。3.概念升華：補充基因的結(jié)構(gòu)和基因表達的調(diào)控內(nèi)容來擴展概念，如大腸桿菌乳糖操縱子，幫助學(xué)生深入理解概念，課堂上側(cè)重讓學(xué)生通過語言表達，實現(xiàn)思維可視化。4.概念應(yīng)用：以“油菜的中間代謝產(chǎn)物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的兩條代謝途徑培育高油油菜”為例，提問①科研人員培育高油油菜的思路是什么？②抑制PEP轉(zhuǎn)化生成蛋白質(zhì)相關(guān)酶合成的方法是什么？③基因工程中反義基因如何制作？讓學(xué)生在讀圖分析—闡述原理—解決問題—概念延伸的思維探索模式中參與構(gòu)建概念形成解題模型，獲得學(xué)習(xí)的成就感。課后概念整理：通過練習(xí)訓(xùn)練學(xué)生學(xué)習(xí)“基因表達”時的思維可視化模式應(yīng)用，了解學(xué)生的概念掌握情況，借此可以師生共同進行雙向評價和反思。

（三）合理使用多媒體，助力可視化教學(xué)

多媒體技術(shù)的應(yīng)用不僅豐富了枯燥的生物課堂，而且保證了生物教學(xué)效果。多媒體技術(shù)可以將枯燥的知識直觀展現(xiàn)出來，能解決微觀概念抽象性的難題，而且保證了教學(xué)效果。例如，在《基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成》一節(jié)內(nèi)容的教學(xué)中，教師借助多媒體的動畫功能為學(xué)生展示基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的動畫視頻，同時以問題串引導(dǎo)學(xué)生思考，再讓學(xué)生復(fù)述基因表達兩個階段的過程，實現(xiàn)圖文轉(zhuǎn)換，最后帶著學(xué)生利用板畫呈現(xiàn)DNA、mRNA、蛋白質(zhì)、tRNA、密碼子、反密碼子和核糖體的關(guān)系圖解，教師不必一遍遍地語言重復(fù)，學(xué)生也在觀看動畫視頻和參與問題解決的過程中獲得知識，學(xué)生不懂的點只要認真分析思考即可掌握，有效提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。又如《細胞的能量“貨幣”ATP》一節(jié)，展示ATP為鈣離子主動運輸供能的動畫，引導(dǎo)學(xué)生思考并回答①該載體蛋白具有哪些功能？②ATP如何為主動運輸供能？學(xué)生嘗試把動畫內(nèi)容用圖解的形式展示出來“鈣離子與載體蛋白結(jié)合—激活該載體的ATP酶活性—ATP水解，載體蛋白磷酸化—載體蛋白空間結(jié)構(gòu)改變，鈣離子的結(jié)合位點轉(zhuǎn)向膜外—鈣離子釋放到膜外”。同時也解決了問題①該載體具有轉(zhuǎn)運和催化兩種功能；②ATP水解后，分子末端的磷酸基團脫離下來與載體結(jié)合，伴隨著能量的轉(zhuǎn)移驅(qū)動鈣離子逆濃度轉(zhuǎn)運。

（四）巧用概念圖，開展思維可視化教學(xué)

概念圖是用節(jié)點表示概念、用連線及其連接詞表示關(guān)系的一種圖示方法。概念圖是知識與知識之間的關(guān)系圖形化表征，也是思維可視化的表征，它被認為有助于創(chuàng)意發(fā)想，具有清晰性，利于理解和記憶。高中生物概念很多，復(fù)雜的概念更是不在少數(shù)。在生物概念教學(xué)中，教師積極優(yōu)化生物教學(xué)方法，充分了解概念圖的使用方法，并將其合理地應(yīng)用于教學(xué)之中，讓學(xué)生對生物知識的關(guān)系有基本的了解。在課堂教學(xué)開展中，教師可以根據(jù)章節(jié)內(nèi)容中生物概念間的關(guān)系提前制作好概念圖發(fā)布給學(xué)生，也可以一邊授課，一邊指導(dǎo)學(xué)生繪制，試圖通過從淺到深的方式幫助學(xué)生把握生物概念。例如，以《走進細胞》為主題，必修1第1～3章為知識載體，繪制概念圖。教師向?qū)W生提出要求，如需要包括含“原核細胞、真核細胞、細胞壁、細胞膜（流動鑲嵌模型、糖被）、細胞質(zhì)（細胞質(zhì)基質(zhì)、細胞器）、細胞核（核膜、核仁、染色體、染色質(zhì)）、生物膜系統(tǒng)”等關(guān)鍵詞，然后指導(dǎo)學(xué)生以此為“細胞”核心進行繪制，學(xué)生跟隨教師的講述不斷完善概念圖，最終形成了關(guān)于本節(jié)知識的清晰脈絡(luò)，達到了最佳的教學(xué)效果。

概念圖在復(fù)習(xí)課中的應(yīng)用不僅可以促使學(xué)生有效整合所學(xué)知識，幫助學(xué)生查缺補漏，還能給學(xué)生以新的感悟和啟發(fā)。有時，學(xué)生可能因為同一概念產(chǎn)生認知沖突，而在解決認知沖突的過程中就需要重建知識框架，這就能激發(fā)學(xué)生更加深入挖掘知識的關(guān)聯(lián)。教師在組織生物復(fù)習(xí)活動的過程中，也可以使用概念圖將章節(jié)內(nèi)知識點間的關(guān)系展現(xiàn)出來，一來讓學(xué)生對知識關(guān)系有整體把握，二來引導(dǎo)學(xué)生反思自己學(xué)習(xí)中的不足，大幅提升了學(xué)生的復(fù)習(xí)效率。例如，在選擇性必修1的《人體的內(nèi)環(huán)境和穩(wěn)態(tài)》的復(fù)習(xí)課上，教師可以利用“內(nèi)環(huán)境”和“穩(wěn)態(tài)”兩個核心概念引導(dǎo)學(xué)生繪制出相關(guān)的知識聯(lián)系，通過對內(nèi)環(huán)境的“組成成分、理化性質(zhì)”和穩(wěn)態(tài)的“調(diào)節(jié)機制、意義”等內(nèi)容的概念圖解，而學(xué)生在解決“組織水腫與滲透壓”的關(guān)系時，教師可以引入“原尿滲透壓與糖尿病多尿”的問題引導(dǎo)學(xué)生解決“糖尿病患者血糖濃度高為什么還會多尿”的認知沖突，從而實現(xiàn)復(fù)習(xí)課的知識延伸。概念圖的應(yīng)用，深化了學(xué)生對知識的理解，提升了學(xué)生的生物學(xué)習(xí)效率，同樣對學(xué)生生物思維的發(fā)展也起到了一定的推動作用。

結(jié)束語

綜上所述，在21世紀，思維力是學(xué)生必備的一項能力。在全新的教學(xué)改革下，將科學(xué)思維的培育方法落實到教學(xué)課堂之中，是各學(xué)科教師需要著重探究的問題。但思維卻是不可見的，它唯有以有形的東西做支點，才能展現(xiàn)出來，為學(xué)生的探究指明方向，從而促進學(xué)生思維品質(zhì)的發(fā)展。利用可視化思維工具和先進的媒體技術(shù)，通過引導(dǎo)學(xué)生把生物知識以各種表征符號直觀的圖像化展示，可以深化學(xué)生對知識的理解和記憶，保證學(xué)習(xí)效果。

參考文獻

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