信息可視化背景下圖文轉換之提升高中學生生物表達能力的研究

摘要：在信息可視化背景下，圖文轉換不僅是一種技術手段，也是一種教學策略，其可以幫助學生多角度理解生物知識，提高學習效率。培養圖文轉換能力，能夠使學生有效學習生物知識，準確表達觀點，提升生物表達能力?；诖耍恼轮饕獙D文轉換在提升生物表達能力中的作用進行分析，結合實際教學案例，深入探索信息可視化背景下高中生物運用圖文轉換教學模式提升學生表達能力的教學策略，旨在探索更加適合高中生物教學的圖文轉換形式，提升高中生物課堂教學質量，使得學生能夠提升生物表達能力，進而獲得全面發展。

關鍵詞：信息可視化；圖文轉換；高中生物；表達能力；教學策略

中圖分類號：G633.91文獻標識碼：A文章編號：1673-8918（2024）38-0127-06

在當前信息技術迅猛發展的時代，信息可視化技術因其直觀、高效特點在教育領域廣泛應用。圖文轉換是能夠幫助學生提高信息傳遞效率和理解程度的重要形式。對歷年高考生物試卷進行分析會發現，圖表題型較為常見，但學生生物語言表達能力卻不容樂觀。在2019—2023年生物高考試題中，學生非選擇題平均分和及格率有所下降，考查語言表達能力的試題有所增加。因此，生物教學中應重視培養學生的語言表達能力。良好的表達能力能夠幫助學生在解題時書寫答案更有條理、邏輯性，獲得良好成績。但教學中教師常利用插圖引導學生識別圖表，很少會基于信息可視化技術來輔助教學，導致學生遇到圖表類試題時缺乏信心，無法有效分析、轉換信息。所以，在高中生物教學中，教師應多注重培養學生的圖文轉換能力，以此提升其生物表達能力。

一、 國內外研究現狀

在國內，研究者高度重視信息可視化在教育教學中的應用，認為它有助于提高學生的學習興趣和效果。例如，張曉光提出了一種基于信息可視化的教學策略，以幫助學生更好地理解和掌握復雜概念。此外，圖文轉換在教育教學領域的應用逐漸受到關注，一些學者和教師開始探索圖文轉換在提升學生生物表達能力方面的作用。例如，李丹探討了利用圖文轉換工具輔助高中生物教學的方法和策略。他們通過設計并實施圖文轉換教學活動，發現圖文轉換有助于學生更好地理解和記憶生物知識，同時能夠提高學生的生物表達能力。總體而言，這些研究主要集中在圖文轉換教學策略的設計、實施效果評估以及影響因素分析等方面，關于圖文轉換提升生物表達能力的研究還存在一些不足。首先，相關研究數量相對較少，且多集中在實踐應用層面，缺乏深入的理論探討。其次，現有研究多關注圖文轉換在知識理解方面的作用，對如何具體提升學生的生物表達能力的研究還不夠充分。此外，針對不同學習風格和認知能力的學生，如何個性化地運用圖文轉換提升生物表達能力的研究也相對較少。

在國外，圖文轉換在教育教學領域的應用和研究相對更為成熟。在生物學科方面，一些學者通過實證研究證實了圖文轉換教學在提升學生生物表達能力方面的有效性。并且他們也關注如何在高中生物教學中有效運用信息可視化手段，以提高學生的生物表達能力、學習興趣和科學素養。例如，Johnson提出了一種基于信息可視化的教學模式，通過將生物學知識與實際生活案例相結合，激發學生的學習興趣。此外，Brown探討了利用圖文轉換工具輔助高中生物教學的方法和策略。他們發現，圖文轉換不僅有助于學生理解和記憶生物知識，還能顯著提高學生的生物表達能力，包括口頭報告、書面作業和實驗操作等方面。國外的研究還關注了圖文轉換在教學過程中的具體應用策略和方法，還注重評估圖文轉換教學效果的量化指標和評價體系。他們通過設計科學的實驗方案和收集客觀的數據來評估圖文轉換在提升學生生物表達能力方面的實際效果，為教學實踐提供了有力的支持。

二、 圖文轉換在提升生物表達能力中的作用

（一）有利于培養學生科學思維

圖文轉換可以將抽象的生物知識以形象的圖形和文字相結合的方式呈現，幫助學生更好地理解和掌握生物知識。在高中生物教學中，借助信息可視化技術來運用圖文轉換教學模式，能夠培養學生的科學思維方式。在實際開展教學活動的過程當中，學生不僅需要理解圖形和文字所表達的生物知識，還需要通過分析和比較，將不同的生物知識進行整合和歸納，從而形成自己的生物知識體系。在分析與比較的同時，也能夠讓學生運用專業術語進行總結與歸納，順暢表達，進而有效培養學生的科學思維方式，使學生在面對復雜的生物問題時，更加理性地思考和解決問題。

（二）有利于豐富課堂學習體驗

在傳統的生物課堂教學模式中，教師通常以講授和板書為主要教學手段，學生則被動進行學習。這種單向的傳授方式往往使學生感到單調和缺乏吸引力。相比之下，圖文轉換的教學方式能夠將生物知識以圖形和文字相結合的方式生動展現，使學生在學習過程中能夠直觀感受到生物知識的魅力。同時，圖文結合的教學方式不僅會充分激發學生的學習興趣，還會進一步調動學生的學習積極性，促使學生積極參與到生物知識的學習與互動中，以此豐富學習體驗，為提升學生的生物表達能力奠定堅實基礎。

（三）有利于降低生物學習難度

生物知識抽象且復雜，涵蓋細胞結構、遺傳學、生態系統等主題，需要學生具備一定的空間想象能力和抽象思維能力。學生在深入理解和熟練掌握所學知識時，會存在相應的難度。然而，通過圖文轉換的教學方法，可以將這些抽象的生物知識，以生動、直觀的圖形和簡潔的文字描述呈現出來，使得學生能夠更輕松地理解并掌握，也能夠順暢表達。而且，生物知識中包含大量概念和理論，往往難以直接理解，通過將其以圖解的形式展現出來，學生可以逐步分析每個部分，理解每個符號或圖形的含義，最終將零散的知識點串聯起來，形成完整的知識網絡，清晰表達相關知識，降低生物學習難度。

（四）有利于增強學生實踐能力

圖文轉換不僅是一種學習方式，更是一種實踐操作的過程。在圖文轉換的過程中，學生需要觀察圖形、分析信息、整合知識、提煉要點，并用恰當的文字表達出來。這一系列的操作不僅要求學生具備扎實的生物基礎知識，還需要學生具備實踐能力和創新能力。在高中生物教學中，教師要積極鼓勵學生多進行圖文轉換的實踐，親自動手、動腦，結合所學知識，自行設計圖形、編寫文字，將生物知識以圖文結合的形式展現出來，加深學生對生物知識的理解，提升學生的實踐能力和創新能力。

三、 基于信息可視化與學生表達能力提升的高中生物圖文轉換教學

（一）深挖教材內容，理解生物概念

實際上，在高中生物教學中，生物概念并不是獨立的，不能被單獨表征。在信息可視化的背景下，為了借助圖文轉換的教學模式來提升學生生物表達能力，教師就需要注重深層次挖掘教材內容，讓學生理解生物概念之間的內在聯系，幫助學生構建完整的生物知識體系。通過圖文轉換的方式，將生物概念以填空補充式的概念圖呈現出來，能夠使學生直觀地理解生物概念的含義和特征，同時掌握生物概念之間的邏輯關系。

例如，在教學人教版必修2《孟德爾的豌豆雜交實驗（一）》時，因教材內容與分離定律具有緊密聯系，并且分離定律也有孟德爾第一定律之稱。為此，為了讓學生更加輕松地對分離定律概念加以理解，教師可以在完成基礎知識的教學之后，借助信息可視化技術，運用電子白板為學生展示相關術語的概念圖，如下圖所示。而后，教師就可以對學生進行引導：今天，我們對遺傳的規律進行了研究，并且主要講解了實驗的選材、現象以及解釋。在學習的過程當中，我們涉及了很多術語。下面，請大家嘗試利用這些術語將概念圖進行完整補充。這樣，學生也就會基于填空補充式的概念圖，構建各個概念之間的實質性聯系，使得“分離定律”的術語更容易理解與接受。同時，通過這樣的圖文轉換訓練，學生不僅能夠深入理解分離定律的概念，還能在日后的學習中，更加自如地運用相關術語清晰、準確表達自己對生物知識的理解。

（二）敘述圖表信息，活躍課堂氛圍

在高中生物課堂教學中，教師不僅要讓學生對圖表進行分析，明確其中內涵，也要注重創造機會，讓學生運用自己的語言對圖表進行表達，強化對學生圖文轉換能力的培養，以此提升學生的生物表達能力。為此，教師在實際開展教學的過程當中，應充分運用信息技術為學生直觀展示與教材內容相關的圖表，并且讓學生自主對圖表進行描述，以此活躍課堂的氛圍，使得學生能夠得到思維方面的訓練，進一步提高分析與解題能力。

例如，在教學人教版必修1《細胞的分化》時，為了讓學生對所學知識進行深刻掌握，教師就可以運用多媒體技術在大屏幕上為學生展示受精卵分裂與分化過程的圖表，如下圖所示。接著，引導學生仔細觀察圖表，并嘗試用自己的語言描述這一過程。經過對圖表進行分析，學生就能夠了解圖表序號所代表的生理過程，即①②③代表有絲分裂，④代表細胞分化。而后，學生也就可以運用一句話對該過程所表達的含義加以描述。如此，學生也就能夠了解到此圖標識受精卵經過分裂以及分化后，會形成具有一定結構、功能以及形態的組織。通過讓學生對圖表信息進行敘述，不但能夠了解學生的思路，也能幫助教師對學生的知識掌握情況進行評估。如果學生在敘述的過程當中存在相應的錯誤，教師也可以及時糾正，并以此為契機，加深學生對知識點的理解和記憶。通過這種方式，學生不僅能夠學會如何觀察和解讀圖表，還能夠學會將信息用準確、流暢的語言表達出來，這對提升學生的生物表達能力具有很大幫助。

（三）梳理實驗原理，解讀實驗流程

在高中生物教學中，實驗占據重要地位，也屬于驗證理論知識的關鍵環節。在圖文轉換中，為鍛煉學生的表達能力，教師可巧妙運用信息可視化工具輔助實驗教學。具體而言，教師應引導學生深入分析實驗圖，系統梳理實驗原理，細致解讀實驗流程，以此提升學生的邏輯思維能力和語言表達能力，使學生能在解析實驗的同時，獲得綜合能力的發展。

例如，在教學人教版必修2《DNA是主要的遺傳物質》時，為了讓學生對T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗的原理以及實驗操作流程進行深入了解，教師就可以借助圖文轉換的教學形式。因該實驗的步驟以及操作比較多，學生普遍很難理解。為此，教師就可以運用信息可視化工具，為學生展示T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗的圖表，如下圖所示。通過結合圖表中的文字提示，對實驗操作流程加以解讀。在此過程當中，教師可以設置相應的問題：①噬菌體為什么要與大腸桿菌混合？②32P與35S分別代表噬菌體的什么結構？請說明理由。③為什么要將噬菌體與大腸桿菌進行攪拌與離心處理？④為什么用35S標記一組中所獲得的沉淀物有少量放射性物質？而后，學生就可以通過觀察和思考實驗流程圖，結合所學知識，對實驗流程進行梳理。在解答問題的過程中，學生不僅能夠深入理解實驗的目的和原理，還能夠鍛煉邏輯思維能力和語言表達能力。

（四）繪制思維導圖，整理核心內容

在高中生物教學中，思維導圖也是圖文轉換教學的重要體現之一。思維導圖作為一種有效的學習工具，可以幫助學生將零散的生物知識點串聯起來，形成系統完整的知識體系，有助于學生更好地理解和記憶生物知識。為此，教師可以為學生提供繪制思維導圖的基本方法和技巧，包括確定主題、選擇合適的分支、添加關鍵詞等。而后，教師就可以根據教學內容，引導學生開始繪制思維導圖。在繪制的過程中，學生可以對相關的知識點進行整理和歸納，用線條和顏色進行區分和標記，進而形成清晰明了的思維導圖。

例如，在教學人教版選擇性必修2《影響種群數量變化的因素》時，教師可以先為學生講述影響種群數量變化的各種因素，然后指導學生根據所學內容繪制思維導圖。學生可以將“影響種群數量變化的因素”作為中心主題，然后將“非生物因素”和“生物因素”作為兩大分支，分別細分出各個具體的子分支。在非生物因素分支下，學生可以將“陽光”“溫度”“水”列入其中，并將其概括為“非密度制約因素”。在生物因素分支下，學生可以將“種內競爭”列入，并且添加“種間競爭、捕食、寄生”的密度制約因素。在思維導圖的最后一個分支，學生可以加入“種群研究的應用”，并列舉出保護瀕危動物、確定漁業和畜牧業的合適捕撈量和載畜量、防治有害生物等實際應用案例。

此外，教師還可以引導學生由繪制某一小節知識內容的思維導圖延伸拓展到繪制整個模塊的思維導圖，如繪制人教版必修1《分子與細胞》模塊思維導圖，學生作品如下圖所示。

通過繪制思維導圖，學生不僅能夠對所學知識點進行整理和歸納，形成系統完整的知識體系，還能夠在繪制過程中鍛煉語言表達能力和思維能力。此外，通過向同學展示和解釋思維導圖，學生還能夠進一步加深對所學知識的理解和記憶，并提升學習的自信心和表達能力。

（五）建構物理模型，強化交流表達

在高中生物教學中，有些生物學過程由于看不見摸不著而難以理解和想象，對學生的空間想象能力和思維能力要求提高，造成一定的學習困難。例如，有絲分裂和減數分裂這兩個生物學過程涉及眾多的細胞結構變化和染色體行為變化，染色體、同源染色體、姐妹染色單體等概念也較為抽象，學生不易理解，細胞分裂是一個微觀且在短時間內難以直接觀察的過程。對學生來說，如果僅靠老師上課談話式講授，無法理解透徹具體過程，更不要說完整描述分裂過程中染色體、核DNA以及染色單體的數量變化。隨著信息可視化技術的不斷發展，許多教師已經開始運用PPT中的動畫演示或視頻等教學手段展示一些晦澀難懂的生物學過程，但是視頻展示可能存在著一些不足之處：①缺乏互動性：學生只能被動觀看，無法直接操作或干預視頻中的生物過程，難以深入探究和理解其中的細節。②信息過載或不足：有些視頻可能在短時間內呈現過多復雜的信息，學生難以消化吸收；而有些則可能關鍵信息講解不夠詳細，導致學生理解困難。③缺乏針對性：不能根據每個學生的學習進度和理解程度進行調整，無法滿足個體差異的需求。④難以培養實踐能力：觀看視頻無法替代學生親自動手實驗或觀察真實生物現象所獲得的實踐經驗和技能等。因此，在生物課堂中建構物理模型也是圖文轉換教學提升表達能力的一種重要形式。

例如，在講解有絲分裂和減數分裂兩大分裂過程時，讓學生親手制作染色體模型，模擬分裂過程，增強對概念的理解和記憶。

例如，在講解基因表達中的翻譯過程時，也可讓學生課前利用卡紙等材料制作物理模型，并帶來課堂展示翻譯過程。

首先，建構物理模型能夠將抽象的生物概念和過程具象化。通過親手制作或觀察物理模型，學生可以更直觀地理解這些復雜且難以直接觀察的內容。其次，有助于培養學生的空間想象力和思維能力。在構建模型的過程中，學生需要思考各部分的比例、位置關系等，這能鍛煉他們的空間認知和邏輯推理能力。再者，能夠增強學生的動手實踐能力和團隊合作精神。制作物理模型往往需要學生分組合作，共同完成設計、選材、制作等步驟，這不僅提高了他們的實踐操作技能，還培養了協作與交流的能力。最后，物理模型建構可以激發學生的學習興趣和主動性。相比單純的理論講解和視頻展示，親自動手參與模型制作更能吸引學生的注意力，讓他們積極主動地投入到學習中進而提升生物表達能力。

四、 信息可視化背景下圖文轉換對于增強生物表達能力的實際效果

本研究通過實驗調查，評估圖文轉換在提升高中生物表達能力方面的實際效果。主要通過收集和分析學生在進行圖文轉換教學前后的表達作品、考試成績等數據，客觀評價培養圖文轉換能力對學生生物表達能力的實際效果。

選擇高一（5）班和高一（13）班兩個平行班進行實驗，教學實踐時間是從2023年9月到2024年7月，歷時一整個學年，分別采用傳統的生物教學方法和所構建的圖文轉換教學模式對兩個班進行教學。其中，對照組班級高一（5）班在上半學期進行傳統的生物教學，而在下半學期進行圖文轉換模式教學，高一（13）班一學年都進行圖文轉換模式教學。同時，為了使實踐結果真實可靠，兩個班每周的課時數相同，教學參考資料相同，課后作業也相同。不同之處在于：在課堂教學實施過程中，在實驗班級有意識地開展識圖、析圖、述圖、繪圖和用圖等教學活動，并強化實驗班生物學圖表題的訓練，引導學生探索判讀與分析各類生物學圖表的一般方法和技巧。而對照班級除了常規教學外，不施加任何影響。如此，實踐一段時間后進行對比檢測，下文通過實踐前后學生表達作品以及學生考試成績這兩方面來說明在可視化背景下圖文轉換教學對提高生物表達的效果。

（一）表達作品

從高一（5）班多位同學上下學期期末測試最后試題的語言表達來看，相較于傳統生物教學方法，本研究所構建的圖文轉換教學模式對提高學生表達能力具有顯著效果。

（二）考試成績

進行教學實踐前，為保證實驗結果的可靠性，以2023—2024學年上學期第一次月考成績為依據，利用SPSS軟件錄入實驗班級與對照班級的學生成績，并進行“獨立樣本t檢驗”分析，結果如下表所示：

由表1可知，實驗班級的第一次月考平均分為69.25，對照班級的第一次月考平均分為69.94。雖然兩個班的平均分有所差距，但根據均值方程的t檢驗可知，t=-0.297、Sig也就是P值，P=0.798>0.05，沒有顯著性差異。這表明兩個班級學生的學習能力和生物成績整體上相當，可以在兩個班中進行教學實踐。同時，選取13班為實驗班級，5班為對照班級。

經過一個學期的不同方式教學，以2023—2024學年上學期期末考試成績為依據，利用SPSS軟件錄入實驗班級與對照班級的學生成績，并進行“獨立樣本t檢驗”分析，結果如下表所示：

分析表2可知，教學實踐已超過4個月，本次期末考試中實驗班級的平均分為67.16，較對照班級高出7.71分。同時，t檢驗的結果進一步說明，兩個班級學生的平均成績已經存在顯著性差異（P=0.000<0.05）。由此可知本研究所構建的圖文轉換教學模式對提高學生成績即提升表達能力具有顯著效果。

在2023—2024學年下學期，改變對照班級高一（5）班的教學模式，由傳統生物課堂教學轉換為本研究所構建的圖文轉換教學模式。經過一個學期的轉變，以下學期期末考試成績作為依據，利用SPSS軟件錄入實驗班級與對照班級的學生成績，并進行“獨立樣本t檢驗”分析，結果如下表所示：

由表3可知，在下學期期末測試中，實驗班級的平均分為57.92，對照班級的平均分為 54.08，但從均值方程的t檢驗可知，實驗班與對照班的成績不存在顯著性差異（P=0.073>0.05）。雖然此時兩個班的生物成績不存在顯著性差異，但不可否認的是，實驗班學生的生物平均成績已高出對照班3.84分?？梢姡蓚鹘y教學模式轉換為本研究所構建的圖文轉換教學模式有助于學生提高成績，并且越長期采用圖文轉換教學模式，提高學生成績和提升表達能力的效果更顯著。

綜上，通過收集和分析學生在進行圖文轉換教學前后的表達作品、考試成績等數據，可得出結論：本研究所構建的圖文轉換教學模式對提高學生成績及提升表達能力具有顯著效果。

五、 結論

綜上所述，在高中生物教學中，通過采取上述教學手段，不僅有助于學生更好地理解和記憶生物知識，還能夠鍛煉其的邏輯思維能力，使其在不知不覺中提升生物表達能力。為此，教師應注重在教學過程中培養學生的觀察力和分析能力，引導學生從圖表中提煉關鍵信息，并運用所學知識進行解釋和推理。同時，教師還應鼓勵學生多動手、多實踐，通過繪制思維導圖、進行實驗探究等方式，將所學知識應用于實際問題中，使學生在掌握生物知識的同時，獲得綜合能力的發展。

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