基于思維的可視化提升學(xué)生的學(xué)習(xí)力

孫茂雪

摘 要 以人教版《必修1·分子與細(xì)胞》第四章“光合作用”一節(jié)為例，探討如何基于思維的可視化提升學(xué)生的學(xué)習(xí)力。

關(guān)鍵詞 思維可視化 學(xué)習(xí)力 生物學(xué)教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

文件編號(hào)： 1003 - 7586（2016）11 - 0005 - 03

學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)主要指學(xué)生應(yīng)具備的，能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。“圍繞核心素養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生學(xué)習(xí)力”將被設(shè)定為“后課改時(shí)代”的核心目標(biāo)，在知識(shí)以加速度更新的時(shí)代，要擁有可持續(xù)發(fā)展能力，“學(xué)力”當(dāng)然要比“學(xué)歷”更重要！幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中獲取這種比“學(xué)會(huì)多少知識(shí)”更為重要的能力的方法很多，思維可視化就是其中的一種方法。

思維可視化概念是由華東師范大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)研究所思維可視化教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心劉濯源主任首先提出，“思維可視化”是指運(yùn)用一系列圖示技術(shù)把本來(lái)不可視的思維（包括思考方法和思考路徑）呈現(xiàn)出來(lái)，使其清晰可見(jiàn)的過(guò)程?！氨豢梢暬乃季S”更有利于理解和記憶，因此可以有效提高信息加工及信息傳遞的效能。學(xué)習(xí)力是把知識(shí)資源轉(zhuǎn)化為知識(shí)資本的能力，是指接受新知識(shí)、新信息并用所接受的知識(shí)和信息分析問(wèn)題、認(rèn)識(shí)問(wèn)題、解決問(wèn)題的智力，主要包括感知力、記憶力、思維力、想象力等。筆者將以人教版《必修1·分子與細(xì)胞》第四章“光合作用”一節(jié)為例，探討如何基于思維的可視化提升學(xué)生的學(xué)習(xí)力。

1 建構(gòu)模塊思維導(dǎo)圖，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科觀(guān)念

生物學(xué)知識(shí)的前后內(nèi)容具有連續(xù)性、邏輯性，整個(gè)知識(shí)結(jié)構(gòu)相對(duì)系統(tǒng)和完善，但學(xué)生對(duì)于生物學(xué)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)是在經(jīng)過(guò)自我內(nèi)化后才形成的，其知識(shí)結(jié)構(gòu)可能沒(méi)有一定的邏輯性和條理性。為了讓學(xué)生理解每個(gè)模塊所呈現(xiàn)的學(xué)習(xí)材料的邏輯結(jié)構(gòu)和內(nèi)在聯(lián)系，在每個(gè)模塊學(xué)習(xí)前，教師可讓學(xué)生根據(jù)教材目錄繪制思維導(dǎo)圖。在此基礎(chǔ)上，教師著重強(qiáng)調(diào)章與章之間的內(nèi)在聯(lián)系，從整體上理解每個(gè)模塊內(nèi)容，以幫助學(xué)生理解知識(shí)之間的相關(guān)聯(lián)系。以人教版《必修1·分子與細(xì)胞》為例，該模塊是以“細(xì)胞是基本的生命系統(tǒng)”為主線(xiàn)構(gòu)建知識(shí)體系的，學(xué)生根據(jù)教材目錄可繪制如圖1思維導(dǎo)圖。

在開(kāi)始第四章“細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用”學(xué)習(xí)之前，把上述思維導(dǎo)圖再次呈現(xiàn)，這樣可以讓學(xué)生不斷強(qiáng)化該模塊的知識(shí)結(jié)構(gòu)，定期提醒學(xué)生及時(shí)將所學(xué)的內(nèi)容納入該模塊中，以此構(gòu)建更大的知識(shí)組織構(gòu)架，形成一個(gè)總體的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

2 建構(gòu)章節(jié)結(jié)構(gòu)圖，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效能

在進(jìn)行章節(jié)學(xué)習(xí)之前，教師讓學(xué)生根據(jù)本章節(jié)目錄，分析本章教材各節(jié)的內(nèi)在邏輯聯(lián)系，簡(jiǎn)要畫(huà)出本章節(jié)知識(shí)的結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。

本章是貫穿全書(shū)的主線(xiàn)，前幾章探討了細(xì)胞這個(gè)生命系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、同外界的物質(zhì)交換，本章探討細(xì)胞這個(gè)生命系統(tǒng)能量的供應(yīng)和利用。后續(xù)章（第六章）探討細(xì)胞這個(gè)生命系統(tǒng)的發(fā)展變化規(guī)律。本章的邏輯起點(diǎn)是細(xì)胞生命系統(tǒng)的維持需要從外界輸入能量；中心問(wèn)題是外界能量如何輸入細(xì)胞及如何被細(xì)胞所利用。當(dāng)本章學(xué)習(xí)結(jié)束后，在學(xué)生自主、小組合作或教師引導(dǎo)下繪制本章較為復(fù)雜的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖（圖3）。

在章節(jié)學(xué)習(xí)中，雖然各節(jié)具體內(nèi)容不同，但都圍繞一個(gè)主題，知識(shí)結(jié)構(gòu)化有利于知識(shí)的鞏固和記憶。因?yàn)楫?dāng)一個(gè)信息被聯(lián)系到了一個(gè)較大的網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，就會(huì)有更多的回憶路徑，從而比較容易得到恢復(fù)；網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)愈好，所需記憶的信息就愈少，因?yàn)閷?duì)個(gè)別部分的記憶可以來(lái)自對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的記憶。

3 建構(gòu)圖群讓新知識(shí)在原有知識(shí)上生長(zhǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的生命觀(guān)念

“光合作用”一節(jié)在整個(gè)第四章“細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用”乃至整個(gè)高中教材中都處于重要地位。有關(guān)光合作用的知識(shí)是整個(gè)高中教學(xué)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。學(xué)生在初中生物課中已學(xué)習(xí)過(guò)有關(guān)光合作用的知識(shí)，在生活實(shí)踐中也對(duì)光合作用有所了解。在“分子與細(xì)胞”模塊的前幾章，學(xué)生已學(xué)習(xí)了與光合作用相關(guān)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)（葉綠體）和物質(zhì)（ATP、酶）等。在教學(xué)過(guò)程中，教師要為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供必要的指導(dǎo)和知識(shí)鋪墊。在學(xué)習(xí)光合作用一節(jié)開(kāi)始時(shí)，教師可呈現(xiàn)如圖4、圖5從宏觀(guān)到微觀(guān)、變抽象為具像的一組圖片促進(jìn)學(xué)生建立細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一，生物體部分和整體相統(tǒng)一的生物學(xué)科核心素養(yǎng)的“生命觀(guān)”。這樣學(xué)生已有的正確知識(shí)就會(huì)被學(xué)生順利提取，可以顯著提高對(duì)原有知識(shí)的激活和應(yīng)用。

就學(xué)習(xí)而言，學(xué)生不斷地將新學(xué)習(xí)的知識(shí)聯(lián)系到頭腦中原有的知識(shí)圖式之中，利用原有的圖式對(duì)新知識(shí)進(jìn)行組合，使其與原有圖式發(fā)生聯(lián)系，以便對(duì)新知識(shí)進(jìn)行理解。把新知識(shí)與學(xué)生原有圖式進(jìn)行聯(lián)系的過(guò)程，就是學(xué)生理解知識(shí)的過(guò)程。新知識(shí)一旦與學(xué)習(xí)者頭腦中原有的知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，有意義學(xué)習(xí)就發(fā)生了，學(xué)生理解了新的知識(shí)，包含新知識(shí)的圖式更新了原有的圖式。從學(xué)習(xí)的一般過(guò)程看，學(xué)習(xí)是新的學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)相互作用，形成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過(guò)程。已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)影響著后續(xù)的學(xué)習(xí)。

4 構(gòu)建概念模型突破學(xué)習(xí)重難點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的理性思維

在生物學(xué)教學(xué)中，微觀(guān)、復(fù)雜的內(nèi)容會(huì)給學(xué)生和教師帶來(lái)一定的困難。在生物學(xué)研究中，由于種種原因，不能直接對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以用模型代替研究對(duì)象來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。高中生物的概念模型是指以文字表述來(lái)抽象概括出事物本質(zhì)特征的模型。如對(duì)真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)共同特征的文字描述、光合作用過(guò)程中物質(zhì)和能量的變化的解釋、達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)的解釋模型等。

教材中光合作用的過(guò)程是本節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容，也是本節(jié)的難點(diǎn)。在光合作用光反應(yīng)與暗反應(yīng)教學(xué)時(shí)，因?yàn)槎忌婕暗捷^為枯燥的、抽象的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，教師可帶著學(xué)生構(gòu)建概念模型突破“光合作用的過(guò)程”這一學(xué)習(xí)重難點(diǎn)。在學(xué)習(xí)光合作用的過(guò)程中，先讓學(xué)生畫(huà)出葉綠體的亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖，并標(biāo)出結(jié)構(gòu)名稱(chēng)及色素和酶分布的場(chǎng)所。然后，讓學(xué)生閱讀教材中有關(guān)光合作用過(guò)程的文字部分，用化學(xué)簡(jiǎn)式分別寫(xiě)出光反應(yīng)、暗反應(yīng)的物質(zhì)變化，用文字和箭頭寫(xiě)出光反應(yīng)、暗反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換，通過(guò)小組合作，進(jìn)行完善，并分別畫(huà)出光反應(yīng)與暗反應(yīng)的概念圖。在清楚光合作用光反應(yīng)與暗反應(yīng)的過(guò)程后，教師應(yīng)把重點(diǎn)放在光反應(yīng)與暗反應(yīng)的區(qū)別和聯(lián)系上，可利用表格的形式讓學(xué)生分析討論。然后，引導(dǎo)讓學(xué)生構(gòu)建光合作用總過(guò)程的概念圖6。

教師引導(dǎo)學(xué)生利用構(gòu)建生物概念模型對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行有效的理解和分析，學(xué)生可將光合作用的抽象過(guò)程具像化，將復(fù)雜的光合作用的過(guò)程化整為零，“親眼看到”物質(zhì)和能量的微觀(guān)變化，有利于降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，提高學(xué)習(xí)的效能，養(yǎng)成透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)的良好思維品質(zhì)。同時(shí)，建立起細(xì)胞生活中物質(zhì)和能量變化的統(tǒng)一觀(guān)，有助于辯證唯物主義自然觀(guān)的形成。由于模型的構(gòu)建首先是在大腦中形成的對(duì)生物問(wèn)題的一種映射，然后通過(guò)實(shí)物或者圖表等直觀(guān)形式表現(xiàn)出來(lái)。所以經(jīng)過(guò)一定訓(xùn)練后，學(xué)生完全可以靠自己的思維建立模型并通過(guò)模型，解釋和解決實(shí)際問(wèn)題。教師應(yīng)該給予學(xué)生足夠的時(shí)間和空間進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，并鼓勵(lì)學(xué)生之間進(jìn)行合作和交流。通過(guò)合作交流，學(xué)生能夠從中取長(zhǎng)補(bǔ)短，從不同的角度理解思考問(wèn)題，相互啟發(fā)，共同進(jìn)步，營(yíng)造起求真務(wù)實(shí)、獨(dú)立思考的學(xué)習(xí)氛圍。教師在構(gòu)建模型教學(xué)中應(yīng)該承擔(dān)起引導(dǎo)者的角色，努力開(kāi)發(fā)學(xué)生建模的積極性，培養(yǎng)學(xué)生建模學(xué)習(xí)能力。通過(guò)高中生物構(gòu)建模型教學(xué)方法可以有效的提高學(xué)生自主探索、自主學(xué)習(xí)的能力，幫助學(xué)生形成解決科學(xué)問(wèn)題的思維模式，有效地培養(yǎng)學(xué)生的理性思維。