思維可視化視野下高中生物核心素養(yǎng)的培育途徑

吳敏燕

摘要：在高中生物教學(xué)中，教師要基于思維可視化的理念，采取指向?qū)W生學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)途徑，讓學(xué)生通過(guò)發(fā)散、導(dǎo)圖、分類和建模四個(gè)階段來(lái)內(nèi)化知識(shí)，形成能力，最終在思維可視化的支撐下發(fā)展核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：高中生物? 思維可視化? 學(xué)科素養(yǎng)

思維可視化，顧名思義，就是讓學(xué)生將思維的過(guò)程，運(yùn)用清晰的圖表等直觀表現(xiàn)出來(lái)，讓學(xué)生可見(jiàn)、教師可視。對(duì)于學(xué)科教學(xué)，尤其是高中生物學(xué)科教學(xué)來(lái)說(shuō)，教師可以采用多種方法讓思維可視化，這對(duì)提升學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量，優(yōu)化教師教學(xué)方式，具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。生命觀念、理性思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任是高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)的四大具體表現(xiàn)，高中生物教師要基于學(xué)科特點(diǎn)，在思維可視化視野下開展課堂教學(xué)，讓學(xué)生清晰地理解知識(shí)，凝煉學(xué)科概念，形成結(jié)構(gòu)化知識(shí)，并通過(guò)思維可視化手段來(lái)發(fā)展自己的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。筆者基于思維可視化理念，以發(fā)散、導(dǎo)圖、分類和建模四個(gè)步驟，引導(dǎo)學(xué)生透過(guò)思維洞察學(xué)科本質(zhì)，收到了良好的效果。

一、發(fā)散：呈現(xiàn)顯性學(xué)習(xí)材料

概念是學(xué)習(xí)和理解知識(shí)的核心起點(diǎn)，對(duì)于高中生物學(xué)科來(lái)說(shuō)，概念既重要又繁多。理解概念的本質(zhì)，并理順概念間的相互關(guān)系，從而建立概念群，這既考驗(yàn)著教師教的能力，也考驗(yàn)著學(xué)生學(xué)的能力。為此，教師要激活學(xué)生的發(fā)散性思維，讓學(xué)生借助可視化途徑，促進(jìn)概念顯性化，思考并建立概念圖，從而達(dá)到對(duì)概念的深度理解。

在教學(xué)“DNA重組技術(shù)的基本工具”這一章節(jié)內(nèi)容時(shí)，由于其涉及概念較多，筆者呈現(xiàn)學(xué)習(xí)材料，讓學(xué)生思維進(jìn)階，通過(guò)問(wèn)題引領(lǐng)，激活學(xué)生的發(fā)散性思維。筆者首先以“什么是基因工程”導(dǎo)入，讓學(xué)生明白這是一項(xiàng)由于DNA重組改變生物遺傳性特性的技術(shù)，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維：基因工程的實(shí)現(xiàn)有何規(guī)定流程？學(xué)生思考后得出答案：“剪切、拼接、導(dǎo)入、表達(dá)。”教師追問(wèn)：“為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)工程，需要什么樣的工具？”學(xué)生思考后回答：“先運(yùn)用限制酶切割DNA，然后由DNA連接酶縫合DNA，同時(shí)借助載體把指定的DNA引入目標(biāo)受體之中。”在此過(guò)程中，教師還可以用問(wèn)題來(lái)細(xì)化每個(gè)工具的功能和作用，如將兩個(gè)DNA片段連接并切割時(shí)，需要運(yùn)用的工具為“針”和“刀”，受體的準(zhǔn)確位置為磷酸二酯鍵。通過(guò)這一系列問(wèn)題的引導(dǎo)，教師激活了學(xué)生的發(fā)散性思維，幫助學(xué)生復(fù)現(xiàn)并感知了很多記憶性的感性材料。與此同時(shí)，學(xué)生也自動(dòng)地勾勒出實(shí)現(xiàn)基因工程的前后序列的輪廓。“一些工具如何使用？怎樣使用？在什么部位使用？”等問(wèn)題也都印在學(xué)生的腦海里，形成了思維的可視化模型。這樣，學(xué)生對(duì)概念的理解由感性到理性，由發(fā)散到聚焦，為學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)打下了基礎(chǔ)。

二、導(dǎo)圖：辨別認(rèn)知結(jié)構(gòu)差別

學(xué)科素養(yǎng)的形成是一個(gè)立體的內(nèi)化的過(guò)程，思維導(dǎo)圖能夠在這一過(guò)程中發(fā)揮其促學(xué)作用，幫助學(xué)生提升學(xué)習(xí)效率，建構(gòu)起獨(dú)特的學(xué)科認(rèn)知結(jié)構(gòu)。高中生物學(xué)科的概念教學(xué)是一大難點(diǎn)，既有相似的概念，也有相反或易混淆的成組概念。教師要運(yùn)用思維導(dǎo)圖，幫助學(xué)生辨別概念間的聯(lián)系、差別和內(nèi)在因果關(guān)系，從而將概念圖內(nèi)化于心，為核心素養(yǎng)的形成搭建認(rèn)知支架。

以教學(xué)“神經(jīng)調(diào)節(jié)與體液調(diào)節(jié)的關(guān)系”為例，教師可以構(gòu)建簡(jiǎn)易導(dǎo)圖，引導(dǎo)學(xué)生辨別、明了兩種迥異的生命活動(dòng)調(diào)節(jié)途徑，促進(jìn)學(xué)生辨別生命調(diào)節(jié)的不同結(jié)構(gòu)。教師先在黑板上畫一個(gè)大圓，表征動(dòng)物體內(nèi)整個(gè)生命循環(huán)調(diào)節(jié)活動(dòng)，并提出如下問(wèn)題：此生命活動(dòng)的調(diào)控途徑有哪些？學(xué)生經(jīng)過(guò)思考作答：在此圓圈上可以發(fā)散出兩個(gè)分支，即體液調(diào)節(jié)分支和神經(jīng)調(diào)節(jié)分支。但同時(shí)，這兩個(gè)分支需合二為一，共同為人體的生命活動(dòng)提供循環(huán)動(dòng)能。在此過(guò)程中，師生建構(gòu)一個(gè)思維導(dǎo)圖，將知識(shí)串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)學(xué)科知識(shí)的顯性化和圖示化。同時(shí)，教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生在導(dǎo)圖的分支上繼續(xù)做文章，細(xì)化知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，如在神經(jīng)調(diào)節(jié)分支上標(biāo)注反射、電信號(hào)和化學(xué)信號(hào)等，在體液調(diào)節(jié)分支上標(biāo)注反饋、激素分泌和傳輸?shù)龋瑥亩鴺?gòu)成一個(gè)完整且豐富的導(dǎo)圖，讓學(xué)生將知識(shí)結(jié)構(gòu)化、差異化，同時(shí)也有助于記憶。通過(guò)思維可視化手段，學(xué)生就能對(duì)相似或平行的概念作出比較、鑒別，并在導(dǎo)圖的根目錄統(tǒng)攝下繼續(xù)“開枝散葉”，從而將零碎的知識(shí)定位，形成一個(gè)完整的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，為知識(shí)記憶提供幫助，也為實(shí)現(xiàn)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)下的主動(dòng)學(xué)習(xí)提供認(rèn)知導(dǎo)航。

三、分類：構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的知識(shí)系統(tǒng)

由于知識(shí)是散點(diǎn)狀的，高中生物教師要以學(xué)生的學(xué)科關(guān)鍵能力培養(yǎng)為目標(biāo)，將散點(diǎn)狀的知識(shí)分門別類，使知識(shí)條理化、脈絡(luò)化，從而構(gòu)建一個(gè)結(jié)構(gòu)化的知識(shí)系統(tǒng)。學(xué)生站在宏觀的視角來(lái)洞察高中生物學(xué)科的內(nèi)在奧秘，了解知識(shí)間的內(nèi)在關(guān)系，有利于自主建構(gòu)知識(shí)系統(tǒng)。學(xué)生以本質(zhì)區(qū)別為特征適當(dāng)進(jìn)行歸類，可以進(jìn)一步掌握生物概念的內(nèi)涵，為形成學(xué)科關(guān)鍵能力提供必要支撐。

以教學(xué)生物必修一《分子與細(xì)胞》中的“物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞健睘槔處熆梢砸龑?dǎo)學(xué)生對(duì)運(yùn)輸?shù)牟煌绞竭M(jìn)行歸類。首先，教師通過(guò)細(xì)胞膜物體的大小來(lái)分類，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)大分子和小分子的運(yùn)輸方式截然不同。接著，學(xué)生可將小分子的運(yùn)動(dòng)方式再分為自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸三種類型，其依據(jù)是膜兩邊分子的濃度以及在運(yùn)輸中是否有能量消耗等。同樣，大分子也可以依次分為胞吞和胞吐兩個(gè)類別，其依據(jù)是分子流動(dòng)的方向。之后，教師再讓學(xué)生進(jìn)一步細(xì)分，如將自由擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)它們都是小分子從高濃度向低濃度擴(kuò)散，但它們也有區(qū)別，即它們都要有載體來(lái)支撐，同時(shí)它們?cè)跀U(kuò)散中都不會(huì)消耗能量。就具體例子來(lái)看，像O2、H2O、CO2進(jìn)入細(xì)胞的方式可稱為自由擴(kuò)散，而葡萄糖是協(xié)助擴(kuò)散的典型代表等。由此可見(jiàn)，分類是促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建結(jié)構(gòu)化知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的重要手段。學(xué)生對(duì)知識(shí)和概念間的異和同進(jìn)行對(duì)比分析，從而顯性化地找到概念或知識(shí)之間的本質(zhì)區(qū)別，形成科學(xué)系統(tǒng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，這也是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科關(guān)鍵能力的必要手段。當(dāng)然，教師也要豐富思維可視化的具體手段，對(duì)圖形進(jìn)行創(chuàng)造性改編，發(fā)揮圖示分類的作用，促進(jìn)思維的可視化和顯性化。

四、建模：發(fā)展學(xué)生抽象思維能力

高中生物學(xué)科知識(shí)點(diǎn)較為零碎，教師要適時(shí)激活學(xué)生的聚合思維，讓學(xué)生從零碎的知識(shí)中抽象出一般的普適性的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從而發(fā)展抽象思維能力。為此，教師可以培養(yǎng)學(xué)生的建模能力，讓學(xué)生在生物學(xué)科知識(shí)的理解中搭建四梁八柱，構(gòu)建一定的顯性模型，這既是思維可視化的核心步驟，也是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科思維能力的關(guān)鍵所在。

以教學(xué)“種群的數(shù)量變化”為例，其部分內(nèi)容旨在引導(dǎo)學(xué)生掌握生物群落數(shù)量的一般發(fā)展規(guī)律。為此，教師可以將數(shù)學(xué)建模思想引入其中，從而培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力，同時(shí)發(fā)展高中生物學(xué)科蘊(yùn)含的理性精神。建立一定的數(shù)學(xué)模型后，學(xué)生可以通過(guò)解題、運(yùn)算等手段來(lái)分析影響種群數(shù)量的本質(zhì)因素，從而推導(dǎo)出預(yù)測(cè)種群數(shù)量的一般性公式。通過(guò)簡(jiǎn)易的建模思維，學(xué)生能夠?qū)⒊橄蟮念A(yù)測(cè)行為化為具體的運(yùn)算能力，更加直觀且準(zhǔn)確地理解生物種群的發(fā)展規(guī)律和發(fā)展方向。同時(shí)，學(xué)生在建模的過(guò)程中也進(jìn)一步厘清了生物學(xué)科概念，掌握了學(xué)科發(fā)展所蘊(yùn)含的科學(xué)本質(zhì)，從而培養(yǎng)了自己的科學(xué)思維和理性精神。

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責(zé)任編輯：唐丹丹