基于思維的可視化提升學生的學習力

孫茂雪

摘 要 以人教版《必修1·分子與細胞》第四章“光合作用”一節為例，探討如何基于思維的可視化提升學生的學習力。

關鍵詞 思維可視化 學習力 生物學教學

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

文件編號： 1003 - 7586（2016）11 - 0005 - 03

學生發展核心素養主要指學生應具備的，能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。“圍繞核心素養，發展學生學習力”將被設定為“后課改時代”的核心目標，在知識以加速度更新的時代，要擁有可持續發展能力，“學力”當然要比“學歷”更重要！幫助學生在學習過程中獲取這種比“學會多少知識”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現代教育技術研究所思維可視化教學實驗中心劉濯源主任首先提出，“思維可視化”是指運用一系列圖示技術把本來不可視的思維（包括思考方法和思考路徑）呈現出來，使其清晰可見的過程。“被可視化的思維”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。學習力是把知識資源轉化為知識資本的能力，是指接受新知識、新信息并用所接受的知識和信息分析問題、認識問題、解決問題的智力，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·分子與細胞》第四章“光合作用”一節為例，探討如何基于思維的可視化提升學生的學習力。

1 建構模塊思維導圖，培養學生的學科觀念

生物學知識的前后內容具有連續性、邏輯性，整個知識結構相對系統和完善，但學生對于生物學的認知結構是在經過自我內化后才形成的，其知識結構可能沒有一定的邏輯性和條理性。為了讓學生理解每個模塊所呈現的學習材料的邏輯結構和內在聯系，在每個模塊學習前，教師可讓學生根據教材目錄繪制思維導圖。在此基礎上，教師著重強調章與章之間的內在聯系，從整體上理解每個模塊內容，以幫助學生理解知識之間的相關聯系。以人教版《必修1·分子與細胞》為例，該模塊是以“細胞是基本的生命系統”為主線構建知識體系的，學生根據教材目錄可繪制如圖1思維導圖。

在開始第四章“細胞的能量供應和利用”學習之前，把上述思維導圖再次呈現，這樣可以讓學生不斷強化該模塊的知識結構，定期提醒學生及時將所學的內容納入該模塊中，以此構建更大的知識組織構架，形成一個總體的知識結構。

2 建構章節結構圖，提升學生的學習效能

在進行章節學習之前，教師讓學生根據本章節目錄，分析本章教材各節的內在邏輯聯系，簡要畫出本章節知識的結構圖，如圖2所示。

本章是貫穿全書的主線，前幾章探討了細胞這個生命系統的物質基礎、結構基礎、同外界的物質交換，本章探討細胞這個生命系統能量的供應和利用。后續章（第六章）探討細胞這個生命系統的發展變化規律。本章的邏輯起點是細胞生命系統的維持需要從外界輸入能量；中心問題是外界能量如何輸入細胞及如何被細胞所利用。當本章學習結束后，在學生自主、小組合作或教師引導下繪制本章較為復雜的知識結構圖（圖3）。

在章節學習中，雖然各節具體內容不同，但都圍繞一個主題，知識結構化有利于知識的鞏固和記憶。因為當一個信息被聯系到了一個較大的網絡上時，就會有更多的回憶路徑，從而比較容易得到恢復；網絡的結構愈好，所需記憶的信息就愈少，因為對個別部分的記憶可以來自對整個網絡的記憶。

3 建構圖群讓新知識在原有知識上生長，培養學生的生命觀念

“光合作用”一節在整個第四章“細胞的能量供應和利用”乃至整個高中教材中都處于重要地位。有關光合作用的知識是整個高中教學的難點和重點。學生在初中生物課中已學習過有關光合作用的知識，在生活實踐中也對光合作用有所了解。在“分子與細胞”模塊的前幾章，學生已學習了與光合作用相關的細胞結構（葉綠體）和物質（ATP、酶）等。在教學過程中，教師要為學生的學習提供必要的指導和知識鋪墊。在學習光合作用一節開始時，教師可呈現如圖4、圖5從宏觀到微觀、變抽象為具像的一組圖片促進學生建立細胞結構與功能相統一，生物體部分和整體相統一的生物學科核心素養的“生命觀”。這樣學生已有的正確知識就會被學生順利提取，可以顯著提高對原有知識的激活和應用。

就學習而言，學生不斷地將新學習的知識聯系到頭腦中原有的知識圖式之中，利用原有的圖式對新知識進行組合，使其與原有圖式發生聯系，以便對新知識進行理解。把新知識與學生原有圖式進行聯系的過程，就是學生理解知識的過程。新知識一旦與學習者頭腦中原有的知識聯系起來，有意義學習就發生了，學生理解了新的知識，包含新知識的圖式更新了原有的圖式。從學習的一般過程看，學習是新的學習內容與學生原有認知結構相互作用，形成新的認知結構的過程。已有的知識結構基礎影響著后續的學習。

4 構建概念模型突破學習重難點，培養學生的理性思維

在生物學教學中，微觀、復雜的內容會給學生和教師帶來一定的困難。在生物學研究中，由于種種原因，不能直接對研究對象進行實驗時，可以用模型代替研究對象來進行實驗。高中生物的概念模型是指以文字表述來抽象概括出事物本質特征的模型。如對真核細胞結構共同特征的文字描述、光合作用過程中物質和能量的變化的解釋、達爾文的自然選擇學說的解釋模型等。

教材中光合作用的過程是本節的重點內容，也是本節的難點。在光合作用光反應與暗反應教學時，因為都涉及到較為枯燥的、抽象的化學反應過程，教師可帶著學生構建概念模型突破“光合作用的過程”這一學習重難點。在學習光合作用的過程中，先讓學生畫出葉綠體的亞顯微結構模式圖，并標出結構名稱及色素和酶分布的場所。然后，讓學生閱讀教材中有關光合作用過程的文字部分，用化學簡式分別寫出光反應、暗反應的物質變化，用文字和箭頭寫出光反應、暗反應的能量轉換，通過小組合作，進行完善，并分別畫出光反應與暗反應的概念圖。在清楚光合作用光反應與暗反應的過程后，教師應把重點放在光反應與暗反應的區別和聯系上，可利用表格的形式讓學生分析討論。然后，引導讓學生構建光合作用總過程的概念圖6。

教師引導學生利用構建生物概念模型對相關知識進行有效的理解和分析，學生可將光合作用的抽象過程具像化，將復雜的光合作用的過程化整為零，“親眼看到”物質和能量的微觀變化，有利于降低學生學習的難度，提高學習的效能，養成透過現象看本質的良好思維品質。同時，建立起細胞生活中物質和能量變化的統一觀，有助于辯證唯物主義自然觀的形成。由于模型的構建首先是在大腦中形成的對生物問題的一種映射，然后通過實物或者圖表等直觀形式表現出來。所以經過一定訓練后，學生完全可以靠自己的思維建立模型并通過模型，解釋和解決實際問題。教師應該給予學生足夠的時間和空間進行自主學習，并鼓勵學生之間進行合作和交流。通過合作交流，學生能夠從中取長補短，從不同的角度理解思考問題，相互啟發，共同進步，營造起求真務實、獨立思考的學習氛圍。教師在構建模型教學中應該承擔起引導者的角色，努力開發學生建模的積極性，培養學生建模學習能力。通過高中生物構建模型教學方法可以有效的提高學生自主探索、自主學習的能力，幫助學生形成解決科學問題的思維模式，有效地培養學生的理性思維。