思維導圖在高中生物學實驗教學中的設計策略

趙 卓 朱長江 湯婷婷

(1 吉林師范大學生命科學學院 四平 136000； 2 新疆阿勒泰地區第二中學 836500)

思維導圖是圍繞一個關鍵詞結合顏色、線條、文字、圖片等直觀形象以表征知識信息的學習工具。當前已有較多的教學工作者積極嘗試和探索思維導圖在高中生物學教學中的作用與效果。

高中生物學實驗是輔助相關理論知識開設的實驗教學內容，根據實驗性質和對學生培養目的不同可分為驗證性實驗、設計性實驗和探究性實驗等類型，旨在鍛煉學生的創新思維和動手實踐能力。實驗教學要求學生動手操作之前，明確實驗目的、掌握實驗原理、熟知實驗步驟、了解注意事項，最終才能觀測實驗現象和獲取實驗結果，通過連續的實驗操作形成對習得性知識的驗證、加工和整合的一個再認知的完整過程。從近幾年生物學高考內容來看，實驗部分在卷面中考核比例也在逐年增加，主要考查學生利用已有知識儲備對整個實驗的分析判斷和動手操作的綜合能力。本文充分利用思維導圖具有的良好可視性教學效果和邏輯鏈接，結合實驗課的不同性質和類型，構建相關知識框架與實驗流程，旨在創設理論與實踐相結合的高效教學情境，為提高中學生物學實驗教學效果設計相應的教學策略。

1 理論與實踐呼應——主動參與驗證性實驗教學歷程

驗證性實驗是生物學教學中極為重要的學習環節。在高中生物學學習中，學生對微觀生物學信息儲備不足，通過驗證性實驗能更好地促進對抽象生物學知識的認知和理解[1]。

例如，在高中生物學“能量之源——光與光合作用”中設計“綠葉中色素的提取和分離”的驗證性實驗，目的在于利用紙層析法提取分離色素，幫助學生理解葉綠體中色素的種類和含量。這種驗證性實驗教學歷程，從材料挑選到實驗過程與結果都需要學生主動參與、認真觀察，嚴格注意實驗過程的實驗條件和操作細節。

因此，將綠葉中色素的提取和分離實驗原理、材料用具以及實驗步驟繪制成思維導圖(圖1)，重點強調各實驗環節對應的操作步驟以及注意事項，在實驗教學中，學生不僅能很好地掌握生物學實驗的基本技能，分辨各實驗儀器及用途，還能夠順利完成本實驗的操作過程并得到比較理想的實驗結果。根據實驗現象更加明確驗證性實驗各步驟的作用和意義，避免學生不理解或遺漏操作細節導致實驗失敗。

2 設計與實踐互通——親身體驗設計性實驗教學環節

設計性實驗教學是在學生掌握一定生物學知識基礎上，運用已了解的實驗操作方法，自行設計新的實驗方案，在實驗室完成實驗過程和獲取實驗數據，并能夠自主分析和做出相應結論的教學模式[2]。

例如，在高中生物學“降低化學反應活化能的酶”一節中，通過改變過氧化氫分解的外界條件，證明酶發揮作用的高效性及影響因子。該實驗設計的前提是： ①學生在初中化學課中已經學習過氧化氫分解的反應方程式，知道其分解產物為水和氧氣，為理解本實驗產生氣泡的現象奠定一定基礎；②學生熟悉氧氣具有助燃作用，可用帶火星木條是否復燃作為鑒定方法，由此可以遷移到本實驗中燃著衛生香的燃燒變化。本實驗要求在學生明確實驗原理的前提下，準備實驗材料和實驗器材，按照擬定實驗步驟仔細觀察實驗過程中產生的現象，分析并得出酶較無機催化劑具有更高效率的催化作用。

為自然地引導學生盡快熟悉整個實驗流程，將該實驗的實驗原理、材料用具、實驗步驟綜合繪制成思維導圖(圖2)，通過設置不同溫度和不同反應底物觀察實驗反應的最終結果，培養學生掌握控制變量法并學會判斷實驗中自變量、因變量以及對照變量的因果關系和辯證含義。

因此，設計性實驗在培養學生靈活運用和歸納知識、培養學生具有較強的創新思維和創新能力方面具有顯著的教學效果。

3 思考與實踐并重——積極創設探究性實驗教學情境

探究性實驗屬于實驗教學中較高階元的實踐模式，是一個逐步探索和獨立解決問題的過程，主要環節包括： 提出問題—作出假設—驗證假設—得出結論—交流評價，核心教學目標是培養學生具有發展的、可持續的科學探究能力和信息分析與共享能力[3]。

圖2 “比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗思維導圖設計策略

例如，在高中生物學“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗中，探究兼性厭氧菌(酵母菌)在有氧條件以及無氧條件下的產物。酵母菌在無氧條件下進行無氧呼吸產物為酒精和二氧化碳，在氧氣充足條件下進行有氧呼吸產物為水和二氧化碳，在學生了解這兩種細胞呼吸方式產物不同基礎上設計探究實驗過程思維導圖(圖3)，為學生理解酵母菌細胞呼吸類型、方式以及產物創建實驗流程。

探究性實驗充分體現以問題為主線，逐步展開對目標問題的探索性實驗，直觀表現科學探究實驗步驟和內部知識間的邏輯關系，培養學生發現問題、解決問題的實踐能力，提升學生對生物學實驗相關知識的綜合理解與思考能力。

圖3 “探究酵母菌的呼吸方式”實驗思維導圖設計策略

通過對不同類型生物學實驗課設計策略可見，將思維導圖的設計理念融入生物學實驗教學，能夠更好地展示出實驗課的完整性和連續性，學生也更加有目的地領會實驗原理、完成實驗過程、規范實驗操作、得出實驗結論。

因此，將思維導圖應用于高中生物學實驗課教學中，合理構建生物學實驗教學思維導圖，不僅能夠很好地展現實驗教學效果，還能夠有利于教師構思多元立體實驗內容與實驗教學環節，促進學生知識融通能力以及收集實驗信息和處理實驗結果能力的培養。

(*通信作者)