思維可視化視域下的生物課堂重構(gòu)
——以“血液循環(huán)”一節(jié)的教學(xué)為例

□楊 玲

（無錫市梅里中學(xué)，江蘇無錫 214112）

依循核心素養(yǎng)理念，教師不僅要關(guān)注學(xué)生個性化的學(xué)習(xí)和發(fā)展需求，而且要關(guān)注隱含在學(xué)習(xí)過程中每個學(xué)生獨特的思維方式和思維過程。在傳統(tǒng)的生物課堂中，學(xué)生在習(xí)得生物學(xué)知識、開展科學(xué)探究和解決實際問題等學(xué)習(xí)活動時，思維運行軌跡往往是不可見的。要將學(xué)生內(nèi)隱的思維方式和思維過程外顯出來，就要將思維可視化的方法及技術(shù)運用到課堂教學(xué)中。

思維可視化是指以圖示或圖示組合的方式，把原本不可見的思維結(jié)構(gòu)、思考路徑及方法呈現(xiàn)出來，使其清晰可見的過程[1]。本文以蘇科版義務(wù)教育教科書《生物學(xué)》教材（以下簡稱“蘇科版教材”）八年級上冊中“血液循環(huán)”一節(jié)的教學(xué)為例，闡述思維可視化視域下的生物課堂重構(gòu)。

一、運用流程圖輔助實驗教學(xué)

流程圖是用幾何圖形將一個過程各步驟的邏輯關(guān)系展示出來的一種圖示技術(shù)。在對學(xué)生進行基本實驗技能的訓(xùn)練時，很多操作過程都必須按照一定的順序進行，程序性較強，此時就可以運用流程圖。在訓(xùn)練之前，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生以小組為單位，共同制作詳細的流程圖，明晰實驗?zāi)康?、材料用具，明確實驗步驟的先后順序、操作要點等，有助于幫助學(xué)生規(guī)范操作流程，提升相應(yīng)的實驗技能。例如，學(xué)生在練習(xí)使用顯微鏡等常見儀器和工具時，可以借助流程圖的幫助。

圖1 “觀察小魚尾鰭血液的流動”實驗流程圖

在本節(jié)課“觀察小魚尾鰭血液的流動”實驗中，開展實驗前，教師指導(dǎo)學(xué)生制作了如圖1所示的流程圖。通過流程圖的制作，內(nèi)隱在學(xué)生思維中的實驗路徑外顯出來，實驗?zāi)康摹嶒灧椒?、實驗步驟等都一目了然地呈現(xiàn)。依據(jù)流程圖，學(xué)生可以按部就班、有條不紊地進行實驗和觀察，記錄實驗現(xiàn)象，得出實驗結(jié)論。在開展實驗時，有了流程圖的輔助，學(xué)生關(guān)注的重點就可以從對方法和步驟等的記憶和回想轉(zhuǎn)移到實驗操作的規(guī)范上去，從而提升實驗訓(xùn)練效果。

流程圖除了可以應(yīng)用在程序性較強的實驗操作技能訓(xùn)練中，還可以應(yīng)用在科學(xué)探究活動的實驗設(shè)計中。例如，蘇科版教材七年級上冊的科學(xué)探究活動“嘗試探究水溫的變化對金魚呼吸的影響”的教學(xué)，通過引導(dǎo)學(xué)生共同討論繪制如圖2的流程圖，不僅能讓學(xué)生進一步明確科學(xué)探究的基本過程包括提出問題、提出假設(shè)、制訂計劃、實施計劃、得出結(jié)論和表達交流，而且能讓學(xué)生對每一個環(huán)節(jié)中的一些細節(jié)有進一步的認識。

圖2 “嘗試探究水溫的變化對金魚呼吸的影響”科學(xué)探究流程圖

二、運用魚骨圖進行歸因分析

“觀察小魚尾鰭血液的流動”實驗，不僅能幫助學(xué)生驗證哈維猜想，而且能幫助學(xué)生分辨三種血管，體會到動、靜脈之間的聯(lián)系，建立血液是循環(huán)流動的觀念，為理解血液循環(huán)途徑奠定基礎(chǔ)。但是，這個探究實驗卻很可能出現(xiàn)失敗，例如有些學(xué)生沒有觀察到血液的流動，或者雖觀察到血液流動的情況卻沒有深入比較不同血管中血液流動的特點，導(dǎo)致實驗功虧一簣。為了幫助學(xué)生分析失敗的原因，從而改進實驗過程和方法，我們可以借助魚骨圖。

魚骨圖又名“特性因素圖”[2]，因為其形如魚骨而得名。魚骨圖主要用來呈現(xiàn)和梳理復(fù)雜問題的思考程序。魚骨圖由魚頭、脊骨和魚刺三部分構(gòu)成?！棒~頭”提出問題，“脊骨”是解決問題的關(guān)鍵點，通過這些關(guān)鍵點，可以將比較抽象或者復(fù)雜的一個大問題分解成若干個“魚刺”（簡單具體的小問題），使問題變得深入直觀、簡潔明了，更容易解決。

例如，在繪制“觀察小魚尾鰭血液的流動”實驗失敗原因分析的魚骨圖時，把要解決的問題標在“魚頭”處，由各小組成員通過頭腦風(fēng)暴法找出各種問題出現(xiàn)的原因，這些就是“脊骨”及長出的“魚刺”。例如，某學(xué)習(xí)小組繪制了如圖3所示的魚骨圖：

圖3 實驗失敗原因分析魚骨圖

通過魚骨圖的分析和繪制，學(xué)生可以清晰而具體地認識到自己在知識和技能等方面存在的不足，并在自我審視中矯正自己的思維偏差，從而有的放矢地加以改進。例如：針對顯微鏡操作中存在的視野過亮問題，學(xué)生可以選用較小的光圈；針對實驗材料中小魚過大或尾鰭色素過多的問題，可以選擇6厘米左右長的鳑皮魚或小泥鰍等。

三、運用學(xué)科模型圖開展合作學(xué)習(xí)

血液循環(huán)途徑是“血液循環(huán)”這節(jié)內(nèi)容的重點和難點。因其涉及的血管較多，血液成分變化很抽象，學(xué)生難以理解。運用學(xué)科模型圖開展合作學(xué)習(xí)可以有效幫助學(xué)生突破重、難點。學(xué)科模型圖是對學(xué)科知識進行簡化的概括性描述以呈現(xiàn)其規(guī)律的圖示，運用學(xué)科模型圖能使抽象知識形象化，從而清晰揭示知識背后的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

在教學(xué)中，教師給每個學(xué)生小組提供了如圖4所示的卡片學(xué)具袋，并布置系列合作學(xué)習(xí)任務(wù)，以完成學(xué)科模型圖的建構(gòu)，深入理解血液循環(huán)途徑和其中發(fā)生的血液成分變化。

圖4 血液循環(huán)模型圖建構(gòu)學(xué)具袋

【學(xué)習(xí)任務(wù)一】在復(fù)習(xí)心臟各個腔及與其相連血管的結(jié)構(gòu)名稱及功能的基礎(chǔ)上，認真觀看血液循環(huán)途徑的視頻和動畫，然后對照教材第17 頁的“人體血液循環(huán)示意圖”，嘗試開展小組合作學(xué)習(xí)，自主在A4 紙上貼出血液循環(huán)途徑模型圖。

借鑒視頻、動畫和圖片等，各組學(xué)生積極合作，基本都能完成如圖5所示的模型圖。

圖5 血液循環(huán)途徑模型圖

【學(xué)習(xí)任務(wù)二】對照血液循環(huán)途徑模型圖，討論并分別說出體循環(huán)和肺循環(huán)的起點以及終點。在此基礎(chǔ)上，小組成員輪流說出一滴血從體循環(huán)（或肺循環(huán)）的起點出發(fā)回到體循環(huán)（或肺循環(huán)）終點的路線，小組成員相互評價，糾錯。小組合作分別寫出體循環(huán)和肺循環(huán)的路線，并與其他小組交流。

在相互交流、評價、糾錯的過程中，學(xué)生掌握了體循環(huán)和肺循環(huán)的正確路線：

體循環(huán)：左心室→主動脈→各級動脈→身體各部分的毛細血管網(wǎng)→各級靜脈→上、下腔靜脈→右心房。

肺循環(huán)：右心室→肺動脈→肺部毛細血管→肺靜脈→左心房。

【學(xué)習(xí)任務(wù)三】再次認真觀看血液循環(huán)途徑的視頻和動畫，重點觀察在血液循環(huán)過程中血液顏色的變化情況及發(fā)生變化的部位，討論血液顏色發(fā)生變化的原因。

學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)：血液成分發(fā)生變化的部位是毛細血管網(wǎng)，在全身毛細血管網(wǎng)處，顏色由鮮紅色變成暗紅色，在肺部毛細血管網(wǎng)處，顏色由暗紅色變成鮮紅色。然后，回顧毛細血管的作用，討論毛細血管網(wǎng)處血液顏色發(fā)生變化的原因。

【學(xué)習(xí)任務(wù)四】在小組完成的血液循環(huán)途徑模型圖上，用不同的顏色分別表示動脈血和靜脈血，在箭頭中填充顏色，進一步完善模型圖，完成血液循環(huán)模型圖的建構(gòu)。

學(xué)生在充分理解了血液成分的變化后，最后可以合作完成如圖6所示的血液循環(huán)模型圖。

圖6 血液循環(huán)模型圖

在“血液循環(huán)”的教學(xué)過程中，引入思維可視化方法后，學(xué)生圍繞著建構(gòu)和完善血液循環(huán)模型圖展開學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)活動的層層推進，推動學(xué)生不斷深入思考，并與小組內(nèi)的同學(xué)進行思維互動。這樣，學(xué)習(xí)活動的焦點從掌握知識深入到思維訓(xùn)練。它在促進學(xué)生意義學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的同時，促使學(xué)習(xí)活動的思維含量大大增加，從而提升學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)。對于教師而言，通過觀察學(xué)生建構(gòu)學(xué)科模型圖的過程，可以把握住學(xué)生思維演進的軌跡，以便幫助他們捕捉思維漏洞或?qū)⑵x的思維方向矯正回來。

四、運用學(xué)科思維導(dǎo)圖建構(gòu)知識體系

學(xué)科思維導(dǎo)圖是“基于結(jié)構(gòu)化思維系統(tǒng)的知識建構(gòu)策略”[3]。這種思維可視化技術(shù)采用了思維導(dǎo)圖的表現(xiàn)形式，但與思維導(dǎo)圖的隨意發(fā)散不同，它更強調(diào)知識點間的邏輯關(guān)系。在教學(xué)中，運用學(xué)科思維導(dǎo)圖，可以幫助學(xué)生將碎片化的概念性知識串聯(lián)成系統(tǒng)的網(wǎng)狀知識結(jié)構(gòu)，并在此過程中系統(tǒng)性地鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力，使學(xué)生養(yǎng)成系統(tǒng)思維的習(xí)慣。

“血液循環(huán)”一節(jié)，知識點比較零散，包括血液循環(huán)途徑、血液循環(huán)中血液成分的變化、血壓、心血管疾病等主題。在相關(guān)知識主題的學(xué)習(xí)完成之后，教師引導(dǎo)學(xué)生利用學(xué)科思維導(dǎo)圖通過聚合思維和發(fā)散思維在碎片化知識和主題之間建立聯(lián)系，可將紛繁復(fù)雜的知識點整理為如圖6所示的重點突出、一目了然的知識網(wǎng)絡(luò)，以幫助學(xué)生建立整體化的知識體系，促進知識的遷移。

圖7 “血液循環(huán)”一節(jié)的學(xué)科思維導(dǎo)圖

在具體的課堂教學(xué)實踐中，每一種思維可視化工具及技術(shù)都有與之相適合的知識加工對象，在思維可視化的視域下，生物教師要靈活運用思維可視化方法重構(gòu)生物課堂，幫助學(xué)生將內(nèi)隱的思維過程和思維結(jié)果進行可視化呈現(xiàn)，從而把握住學(xué)生思維演進的軌跡，促進學(xué)生在自我審視中不斷矯正思維偏差，發(fā)展思維能力。