淺談思維導圖改變高中生物教學中的認知負荷

摘 要：思維導圖是基于人類大腦的思考模式，一種學習圖式，思維導圖之于教師的教，建構的教學設計可以從整體上反映整個教學過程，在新情境中，利用思維導圖完整的邏輯架構及全腦思考的方法幫助學生解決實際的生物學問題;思維導圖之于學生的學，作為一種學習策略，能促進學生思維發展、創造性學習，使學生學會學習，有效地激發學生的想象力，提高創造性思維，以一種高階思維，全腦聯動，釋放學生工作記憶空間，改變了學習的認知負荷。

關鍵詞：思維導圖;工作記憶;思維發散;認知負荷

思維導圖，又叫心智圖，是基于人類大腦的思考模式，立足于心理學、神經生理學的一種表達發射性思維的有效的圖形思維工具，是一種革命性的思維工具。思維導圖運用圖文并茂的技巧，把各級主題的關系用相互隸屬與相關的層級圖表現出來，把主題關鍵詞與顏色、圖形、符號等建立記憶關聯，充分調動人的左右腦同步思考，引發人的聯想，利用記憶、閱讀、思維的規律，從一個中心出發，利用層級和分支相連，使概念結構清晰、層次分明，使注意力集中于關鍵點上，從而改善記憶力，讓學生的學習可見，使教師的教學可見，充分激發學生學習積極性和主動性，發展學生的思維能力，幫助學生學會學習。它是將人類大腦的自然思考方式——放射性思考可視化的圖形思維工具。它既可呈現知識網絡，是組織陳述性知識的良好工具;也可以呈現思維過程，是組織程序性知識的良好工具。

認知負荷理論認為教學的主要功能就是讓信息存儲于長期記憶中，在心理學研究方面認為：知識是以圖式的形式存儲于長期記憶中的。圖式組織信息的方法是根據信息元素的使用方式，它提供知識組織和存儲的機制，以減少工作記憶的負荷。就圖式而言，其內容可以是學習者學到的不分大小的任何內容，均以一個實體存在于記憶中。工作記憶的空間中子元素或低級圖式會整合到高一級的圖式中。圖式的建構可以使工作記憶處理元素數量變得有限，卻能讓處理的信息量變成無限;圖式建構后通過大量的實踐可以將其進一步自動化，可以為工作記憶釋放出其他活動的空間，當自動化形成后，熟悉的學習任務可以準確流利地操作，不熟悉的學習任務會由于獲取大量工作記憶空間，于是效率得以提升，因此圖式建構可以降低工作記憶的壓力和負荷。

在學生學習的過程中建構圖式，讓信息先在工作記憶中處理，在形成長期記憶前，借助圖式信息的相關內容必定會從工作記憶中提取出來加以操作，經過實踐，圖式就能形成長期記憶中的一種知識框架，可以降低影響工作記憶負荷程度的因素對學生學習的影響，當學生學習新材料時，圖式就發揮中央執行功能的作用。當學生學習新材料時，如果在長期記憶中得到過此類知識框架，材料就可以借助圖式提供的方法進行學習或解決問題。

思維導圖是一種學習圖式，一種知識框架，在教育教學實踐中建構思維導圖，可以有效降低影響學生學習的認知負荷，使學習有效，使教學有效。以下談談思維導圖如何改變高中生物教學中的認知負荷：

一、 革新觀念，思維導圖使教師教而有效

（一） 思維導圖之于教師的備課

對于個人備課而言，利用思維導圖建構教學設計，教師立足于課時、單元、課程的三級層面，研讀課程標準、教材;查閱相關資料，在整體把握情況下，將原有顯現在教師頭腦中的教學內容、教學理論和教學經驗以可視化的形式表現出來，使其建構的教學設計可以從整體上反映整個教學過程。教學中，教師的思維就會整體化，使思維導圖與教案相結合，上課的程序性、條理性更為清晰，有利于預設的教學過程順利完成。對于集體備課而言，教師之間的討論是提高集體備課有效性的主要方式，在討論教學中困惑時，人們的思維處于高度集中狀態，接受和處理信息的能力強，靈感易于顯現，利用思維導圖圍繞一個中心議題，展開有效的討論，指定專人將討論中大家的意見、觀點及時地記錄下來，可以改變備課過程中因缺乏及時有效記錄和整理而效果不佳、容易跑題等缺點，使集體備課做到集思廣益、智慧共享。

（二） 思維導圖之于教師的教學過程

概念是生物學科知識的基礎，是學生形成生命觀念的基礎，許多生物學基本概念既是獨立的，又有相互聯系，學生在學習過程中會因為忽視對概念的外延、內涵的理解，不能形成概念網絡、深刻理解概念。（1）在教學過程中，可以以一個重要概念為中心主題，在學生了解基本生物學事實基礎上，進行歸納、總結、演繹推理把握次位概念間聯系，通過建構思維導圖把各種概念及其關系以層狀結構形成排列，清晰地揭示意義建構學習的實質，以降低學生學習概念的認知負荷，幫助其對概念的記憶、理解、應用構建知識結構體系。（2）在教學過程中，教師可借助于思維導圖，畫出基本概念以及概念的關系的思維導圖，邊分析邊層層展示，將基本概念具體化到具體實例，或是教師引導學生自己畫思維導圖，這樣學生就可以更深層次地理解和認識概念的外延、內涵，在新情境中，利用思維導圖完整的邏輯架構及全腦思考的方法幫助學生解決實際的生物學問題，大大減少了解決問題的時間，從而達到很好的學習效果。（3）在高三生物復習課教學過程中，教師利用思維導圖引導學生自主復習;在課前，教師利用思維導圖軟件或用希沃5中自帶的思維導圖設計軟件先設計好一個中心主題的思維導圖，把學生依據不同思維發展類型分成若干學習小組;課中，以設定好的中心主題推出有層次性的問題串，讓學生自主復習圍繞中心主題的相關概念，學生以小組為單位進行討論建構思維導圖，然后讓各小組派代表展示、交流，最后教師展示自己制作的思維導圖進行印證，于是在思維導圖的引導下，學生通過發散思維，生生互動、師生互動、相互交流和相互啟發，很好地完成中心主題的復習，并激發了學生自主學習主動性和積極性。如下面的思維導圖：

（三） 思維導圖之于教學評價

新課程標準強調以學生為主，發展學生的核心素養，要求實行可行的評價體系;借助思維導圖，教師可以及時地了解學生的學習情況，診斷學生學生基于生命觀念的核心素養的發展情況，激發學生及時整理、及時實踐，可以檢測學生的知識結構體系的建成情況，是形成性評價的好工具;同時思維導圖也是學生自我評價的有用工具，學生利用思維導圖的反饋信息，能看清自己有沒有遺漏關鍵的概念和概念之間的關系，并以此來檢查自己對學習材料的理解情況，這樣就能及時激勵學生彌補自己的不足;通過問題評價，進行操作釋放出工作記憶空間，并將所學知識應用于實踐，降低了學生的認知負荷。

二、 發散思維，思維導圖使學生學而有效

（一） 思維導圖可以改變學生的認知方式

在課堂教學中，教師借助于思維導圖把知識整合過程清晰地呈現出來，能改變學生的認知方式，使概念和概念間的關系可視。學生就能掌握整體的知識框架、知識體系，更容易理解前后知識間的聯系和區別，學生通過思維導圖記憶的知識也必然比簡單機械重復記憶更長，利于長期記憶的形成，學生將更善于解決問題。許多學生在生物學科學習過程中往往能夠理解某個概念的含義，但是面對真實問題就不知道如何運用自己所學知識來解決問題。

（二） 思維導圖可以教會學生學習方法

學生善于運用“思維導圖”，并把它作為一種思維習慣可以在學習方式和思維習慣上發生本質性改變。一方面，思維導圖可以改變學生記筆記的方式，讓其效率高、篇幅小、有重點、有層次、有結構，并且方便以后復習;而且可以讓學生在課堂上輕松跟上老師的節奏充分地理解;而且釋放的工作記憶空間還可以順著老師的思路展開聯想，聯想老師想到的相關知識點，沒想到的知識點，思想上又比老師前進了一步。另一方面，學生在學習生物知識形成生命觀念，形成規律時往往容易犯些錯誤，發生認識偏差，思維導圖可以引導學生建構生物知識網絡體系，發現生物學概念、規律及其之間區別、聯系，對本內容了然于心。

綜上所述，創意出個性的思維導圖，以一種橋梁、一種圖式、一種元認知策略，在高中生物教與學中，使思維過程和過程可視，是一種高效思維、高效學習的工具，發展學生系統思維、發散思維、邏輯思維，使知識結構化、系統化、邏輯化;利用思維導圖有助于學生建構所學知識之間的聯系，形成知識網絡體系，以一個重要概念為中心主題，提煉主干概念、增加主干的一個分支，抑或產生新的分類，抑或思維發散產生新的聯想、靈感，使學生思維生長;思維導圖能夠有效地激發學生的想象力，提高創造性思維，有助于學生形成有效的學習策略，使學生學會學習;以一種高階思維，全腦聯動，釋放學生工作記憶空間，改變了學習的認知負荷。

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作者簡介：楊運謙，福建省福州市，福建省連江尚德中學。