運(yùn)用思維導(dǎo)圖提高生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性

譚秋霞 (河北省石家莊市第二十七中學(xué) 石家莊 050031)

提高生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性的一個(gè)重要途徑就是幫助學(xué)生形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。因?yàn)閷W(xué)生在良好認(rèn)知結(jié)構(gòu)的支持下能夠目標(biāo)明確地進(jìn)行自主探究實(shí)驗(yàn)，了解和分析學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)也有利于教師開(kāi)展針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。思維導(dǎo)圖是一種幫助學(xué)生形成良好認(rèn)知結(jié)構(gòu)的思維工具和學(xué)習(xí)工具。它順應(yīng)了人類思維具有形象思維和抽象思維交互作用的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)將抽象思維形象化和圖像化。學(xué)生通過(guò)自主繪制相關(guān)實(shí)驗(yàn)的思維導(dǎo)圖，形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并且使自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)可視化，師生通過(guò)交流思維導(dǎo)圖不斷完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從而提高生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

1 思維導(dǎo)圖應(yīng)用于生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體步驟

1.1 教師示范思維導(dǎo)圖的基本繪制方法 教師示范繪制思維導(dǎo)圖的過(guò)程，使自己原生態(tài)的思維過(guò)程可視化，充分地展現(xiàn)自己的發(fā)散思維、邏輯思維、圖像思維，幫助學(xué)生理解思維導(dǎo)圖制作原則。教師耐心引領(lǐng)學(xué)生，使其親歷思維導(dǎo)圖制作的3個(gè)基本步驟： ①研讀學(xué)習(xí)內(nèi)容，把握部分與整體的關(guān)系，將最核心內(nèi)容畫(huà)在思維導(dǎo)圖中央；②把與核心內(nèi)容相關(guān)的其他內(nèi)容濃縮提煉成關(guān)鍵詞，放在線條上面，通過(guò)線條、箭頭等，用概括的方法，展示知識(shí)間聯(lián)系，明晰各部分知識(shí)在整體中的地位；③在整體框架下思考，關(guān)注到每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的完整掌握，完成思維導(dǎo)圖。在必修1模塊“酶”這部分教學(xué)中，教師繪制的示范思維導(dǎo)圖如圖1。

1.2 學(xué)生自主學(xué)習(xí)，繪制導(dǎo)圖 以“酶的實(shí)驗(yàn)”教學(xué)為例，學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)所有相關(guān)內(nèi)容。強(qiáng)調(diào)通過(guò)自己的理解和解釋對(duì)教材中的信息進(jìn)行一個(gè)新的建構(gòu)。

思考： 教材研討了幾個(gè)酶的實(shí)驗(yàn)？最關(guān)鍵的內(nèi)容是什么？各部分之間有什么聯(lián)系？如何用形象直觀的方法表示彼此聯(lián)系？等等。要特別關(guān)注： 哪些是自己以前就懂得的，哪些是通過(guò)自學(xué)就明白的，哪些是需要教師和同學(xué)幫助的。通過(guò)自學(xué)，鍛煉學(xué)生把握重點(diǎn)和提取關(guān)鍵詞的能力，這是取得良好思維效果的重要保障，為到課堂上主動(dòng)參與整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。學(xué)生要在充分思考的基礎(chǔ)上大膽繪制“酶的實(shí)驗(yàn)”思維導(dǎo)圖。學(xué)生自主繪制的思維導(dǎo)圖如圖2和圖3。自主學(xué)習(xí)的效果： 大約80%的內(nèi)容學(xué)生自己能在課前消化，20%解決不了的問(wèn)題帶到課堂上協(xié)商。因?yàn)槟繕?biāo)明確，所以學(xué)習(xí)效率將大大提高。教師要對(duì)全班同學(xué)的思維導(dǎo)圖進(jìn)行逐一批閱，通過(guò)可視化思維導(dǎo)圖了解學(xué)生原生態(tài)思考過(guò)程，給予積極回應(yīng)以增強(qiáng)信心，同時(shí)標(biāo)出知識(shí)性錯(cuò)誤，但對(duì)其余內(nèi)容如思維架構(gòu)不輕易決定對(duì)錯(cuò)，延遲評(píng)價(jià)。因?yàn)樗季S存在個(gè)體差異，其中很可能有創(chuàng)新成分。

圖1 《分子與細(xì)胞》模塊中“酶”思維導(dǎo)圖

圖2 學(xué)生A自主繪制的思維導(dǎo)圖注： 教師評(píng)價(jià)——對(duì)酶的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了有效整合，表述清晰；注意化學(xué)本質(zhì)為RNA的酶，不會(huì)被蛋白酶降解

研究A條件對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，應(yīng)使B、 C、 D條件均處于實(shí)驗(yàn)最合適狀態(tài)，凸顯A條件的影響，放大效果圖3 學(xué)生B自主繪制的思維導(dǎo)圖注： 教師評(píng)價(jià)——“注”寫(xiě)得很好，說(shuō)明透徹理解了“單一變量”原則；繪圖很用心，字少，信息量大

1.3 師生合作，交流分享 ①課堂上學(xué)習(xí)小組交流分享思維導(dǎo)圖，運(yùn)用集體智慧，對(duì)思維導(dǎo)圖的整體框架和關(guān)鍵詞進(jìn)行交流、修改、完善；②教師引導(dǎo)全班進(jìn)行整體交流。各小組代表講解思維導(dǎo)圖，全體學(xué)生討論，互相補(bǔ)充。教師創(chuàng)設(shè)民主氛圍讓學(xué)生自己去討論、去爭(zhēng)辯、去論證自己的觀點(diǎn)。學(xué)生會(huì)積極地開(kāi)動(dòng)腦筋，完善思維導(dǎo)圖。交流后更新的思維導(dǎo)圖如圖4。

學(xué)生經(jīng)過(guò)獨(dú)立思考、小組交流和全班交流后，形成自己良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

1.4 初次實(shí)驗(yàn)，形成能力 學(xué)生在較為完善的知識(shí)結(jié)構(gòu)指導(dǎo)下，目的明確，更能有效地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，取得很好的實(shí)驗(yàn)效果。但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)“意外”情況，教師要鼓勵(lì)學(xué)生大膽質(zhì)疑，補(bǔ)充思維導(dǎo)圖，更新自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。例如，某學(xué)生進(jìn)行的“探究pH對(duì)酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)，采用的原理是： 淀粉酶將淀粉水解為麥芽糖，碘液可以使淀粉溶液變成藍(lán)色；根據(jù)是否變藍(lán)或藍(lán)色的深淺來(lái)判斷相關(guān)pH對(duì)酶活性的影響程度。實(shí)驗(yàn)設(shè)置的pH梯度為： 5.60、 6.20、 6.80、 7.40、 8.00。實(shí)驗(yàn)結(jié)果： pH為5.60、 6.20、 7.40的試管都不同程度地顯現(xiàn)藍(lán)色；而pH為6.80、 8.00的試管顯現(xiàn)的顏色均接近橙黃色。出現(xiàn)了與預(yù)設(shè)結(jié)果不一致的“意外”。學(xué)生質(zhì)疑： 唾液淀粉酶的最適pH約為6.80，為什么pH為8.00與pH為6.80的結(jié)果相似？難道唾液淀粉酶在過(guò)堿的環(huán)境中并沒(méi)有失活？面對(duì)“意外”和疑問(wèn)，提出假說(shuō)： 堿性條件下唾液淀粉酶的活性依然很高，NaOH改變了淀粉的性質(zhì)，NaOH改變了碘液的性質(zhì)。師生要特別重視實(shí)驗(yàn)過(guò)程中臨時(shí)生成的問(wèn)題，充分交流，突出學(xué)生的主體作用，享受知識(shí)的認(rèn)知過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入更深層次的思考，設(shè)計(jì)實(shí)施更深刻的探究實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生的分析推理等能力得到提高。

圖4 學(xué)生交流后更新的思維導(dǎo)圖注： 教師評(píng)價(jià)——圖畫(huà)得形象生動(dòng)、賞心悅目；請(qǐng)思考老師標(biāo)注內(nèi)容

1.5 二次實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新升華 二次實(shí)驗(yàn)是指在初次傳統(tǒng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)和基本技能的基礎(chǔ)上，針對(duì)學(xué)生在初次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行重新設(shè)計(jì)探究的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，利于培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑的精神，也利于師生完善和更新知識(shí)結(jié)構(gòu)。例如，上述實(shí)驗(yàn)中，針對(duì)pH為8.00時(shí)出現(xiàn)反常現(xiàn)象的三個(gè)假說(shuō)開(kāi)展二次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)1： 重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)步驟，只是在結(jié)果鑒定時(shí)把碘液換為斐林試劑，觀察顏色變化。實(shí)驗(yàn)2： 取3支試管均加入淀粉溶液，再分別加入H2O、 HCl和NaOH，向3支試管中均加入碘液，觀察顏色變化；再向NaOH試管中追加HCl，觀察顏色變化。實(shí)驗(yàn)3： 向分別盛有H2O、 HCl和NaOH的三支試管中滴加碘液，觀察顏色變化；再向加入NaOH試管中追加HCl，觀察顏色變化。正是在二次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生提出了“探究pH對(duì)酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)的材料不適合選用淀粉和淀粉酶的觀點(diǎn)。師生補(bǔ)充完善思維導(dǎo)圖(圖5)，從而使相應(yīng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)得到更新。

圖5 “酶的實(shí)驗(yàn)”思維導(dǎo)圖

圖5可以達(dá)到將“酶的實(shí)驗(yàn)”總結(jié)升華之目的。在教材提供的眾多圖片中，“鎖鑰模型”最重要，并且最重要的環(huán)節(jié)是酶與底物的特異性結(jié)合。該環(huán)節(jié)可以解釋酶的所有特性： ①溫和性： 酶需要溫和的條件以保證其空間結(jié)構(gòu)正常；②專一性： 酶對(duì)底物的要求是專一的，酶只能與專一底物發(fā)生特異性結(jié)合；③高效性： 只要正常結(jié)構(gòu)的酶與專一底物結(jié)合，就可以大大降低反應(yīng)活化能，從而使反應(yīng)高效進(jìn)行；④酶濃度、底物濃度均能影響反應(yīng)速率，因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)依賴于分子之間的有效碰撞；⑤不能用“H2O2與H2O2酶”設(shè)計(jì)溫度影響酶活性實(shí)驗(yàn)的原因，不能用“淀粉與淀粉酶”設(shè)計(jì)pH影響酶活性實(shí)驗(yàn)的原因： H2O2分解受溫度影響、淀粉分解受pH(H+是淀粉分解反應(yīng)的無(wú)機(jī)催化劑)影響，即反應(yīng)速率并不只是受酶的影響。由此可見(jiàn)，思維導(dǎo)圖能夠幫助學(xué)生形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，酶的實(shí)驗(yàn)相關(guān)問(wèn)題可以迎刃而解。

2 教學(xué)效果與體會(huì)

2.1 學(xué)生處于積極主動(dòng)的思維狀態(tài) 繪制和使用思維導(dǎo)圖時(shí)，學(xué)生的大腦始終處于主動(dòng)聯(lián)想狀態(tài)： 思考關(guān)鍵詞的意義，聯(lián)想關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系，思考知識(shí)的要點(diǎn)和知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系。通過(guò)彼此分享、傾聽(tīng)和交流各自的思維導(dǎo)圖，把主要精力集中在最關(guān)鍵的問(wèn)題上，節(jié)省學(xué)習(xí)時(shí)間，提高學(xué)習(xí)效益。

2.2 學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化 思維導(dǎo)圖能夠?qū)⑿屡f知識(shí)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，能夠把圖形和文字有機(jī)結(jié)合起來(lái)，能夠使新知識(shí)盡快同化到原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，從而使學(xué)習(xí)者的認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到豐富、完善和發(fā)展。

2.3 學(xué)生的創(chuàng)新精神創(chuàng)新能力得以展現(xiàn) 思維導(dǎo)圖的個(gè)性化，張揚(yáng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神。思維導(dǎo)圖提倡圖文轉(zhuǎn)換、圖文并茂，強(qiáng)調(diào)圖像訓(xùn)練優(yōu)于單純的文字訓(xùn)練。由于圖形、線條、色彩、關(guān)鍵詞之間的靈活組合，使學(xué)習(xí)者的頭腦越來(lái)越清醒，師生都會(huì)處在不斷發(fā)現(xiàn)、不斷找到新聯(lián)系的邊緣，思維處于不間斷地流動(dòng)狀態(tài)和生成狀態(tài)，師生的直覺(jué)思維、想象能力和創(chuàng)新能力得到激發(fā)和喚醒，始終處于左右腦協(xié)調(diào)發(fā)展的理想狀態(tài)。

當(dāng)然，整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程需要學(xué)生自己努力通過(guò)意義建構(gòu)的方式獲取知識(shí)，開(kāi)始確實(shí)需要花費(fèi)較多時(shí)間，并且有相當(dāng)一部分學(xué)生不適應(yīng)。但是依靠自身的努力和頑強(qiáng)的意志獲取的知識(shí)越多，記憶就越牢固，新的知識(shí)在大腦中的安置就越有秩序和嚴(yán)整。學(xué)生評(píng)價(jià)： 思維導(dǎo)圖的運(yùn)用是一個(gè)前期痛苦后期幸福的過(guò)程。總之，在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，放手讓學(xué)生親歷構(gòu)建、修改完善、靈活運(yùn)用思維導(dǎo)圖的全過(guò)程，學(xué)生的理解能力、獲取信息能力和自主創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力等得到了一定提升，可以提高生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。