郝琦蕾 徐圣洁

[作者简介]*郝琦蕾（1968—），女，山西临汾人。博士，教授，硕士生导师，主要研究方向为生物课程与教学论。

[摘要]科学思维是生物学核心素养的重要组成部分。思维导图是一种多要素、可视化教学工具。在中学生物学不同类型课的教学中，探索应用思维导图的教学策略：利用思维导图对关键知识点展开分析或创设问题情境，帮助学生搭建知识结构;将建模的思路或探索过程绘制成思维导图，促进学生建模能力的提高;引导学生用思维导图梳理科学探究过程，学习科学研究方法;利用思维导图呈现实验流程，突出实验思维。以此培养学生科学思维，帮助学生高效掌握生物学知识，提高课堂教学效率。

[关键词]思维导图;科学思维;中学生物学教学;应用策略

[中图分类号]G642.4[文献标识码]A[文章编号]1005-4634（2021）02-0087-06

0引言

思维导图（Mind Map）由英国心理学家东尼·博赞（Tony Buzan）开发，它是一种组织性思维工具，又称心智图或脑图[1]。思维导图是一种可以对有价值的信息进行存储、组织、优化，进而内化为自己的知识，进行表达输出的可视化思维工具，通常表现为网状形式。思维导图的主要结构包括一个核心关键词和若干分支，经思维发散再生成次要分支，形成一个核心与其外延之间具有放射性的思维关联知识网络图。思维导图可以将大量信息表示为有用的知识库图形，有助于高效地记录和组织信息，帮助学生建立新的想法[2]。科学思维是一种有意识的认知活动，主要包括自觉探索科学知识的行为和主动探求问题本质的深入思考。新课标中指出，“科学思维”是指尊重事实和依据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力[3]。思维导图对培养学生科学思维具有重要作用，科学思维的培养要通过实现学生“归纳与概括”“演绎与推理”“模型与建模”“批判性思维”和“创造性思维”等能力来落实[3]。在课堂教学中引入思维导图有利于培养学生的超文本阅读能力，帮助学生快速建构知识网络和思维体系，从而提高学生的信息编码和信息提取能力，逐步提高学生的科学思维能力[4]。本文基于具体的教学案例，阐述不同类型生物学课中思维导图教学对培养学生科学思维能力的价值，探索思维导图的教学策略。

1思维导图研究概述

自20世纪70年代被提出以来，思维导图迅速得到了推广应用。美国要求中小学教师运用思维导图编写大部分的教案;德国、韩国、日本等国家，对思维导图课题进行了学习、研究和探索。有研究指出，可以运用思维导图技术来分析学生的逻辑思维和发散思维，提高书面信息事实记忆的有效性[5]，采用思维导图技术的学习方法可以提高学生在复杂分析程序中的学习效果[6]。新加坡育德小学的教师们将思维导图与现代信息技术相结合运用于教学中，来激发学生学习中文的兴趣，取得了明显的效果[7]。

国内对思维导图的研究起步相对较晚，多集中在思维导图的理论研究和教学应用研究两个方面。思维导图的理论研究主要是指对其性质、定义、理论基础等方面的研究。大多数学者将思维导图视为一种学习工具。思维导图有广义和狭义之分，狭义的思维导图没有顺序编号，不显示创作者的逻辑顺序;广义的思维导图有顺序编号，可以表现创作者的思维过程[8]。学者们从建构主义学习理论、思维可视化理论和认知语言学图式理论方面探讨思维导图的理论基础。有研究者阐述了运用思维导图的实践意义，并对思维导图的发散性思维模式进行了研究。有研究者将思维导图与概念图进行对比分析[8]。思维导图在教学方面的应用研究涉及多个学科教学设计和教学方法策略的探索。如在新授课、复习课、实验课不同类型课中借助思维导图改进学案导学[9]。在初中生物学概念教学中运用思维导图帮助学生正确理解概念[10]。在生物学实验课中利用思维导图构建相关知识框架与实验流程，设计相应的教学策略，提高中学生物学实验课教学效果。

2思维导图教学对培养学生科学思维的价值思维导图主要有圆圈图、气泡图、双重气泡图、树状图、流程图、多重流程图、括号图、桥型图8种类型。圆圈图主要用来定义概念，描述一种生物现象或介绍一种物质;气泡图主要用于分析、解释、描述生物学知识;双重气泡图可以用来区分有关事物的异同点;树状图用于整理归纳知识点;流程图用于厘清知识点的先后顺序;括号图可以用于梳理整体和局部的关系。根据普通高中生物学课程标准的要求，按照教学内容，中学生物学课型主要有概念教学课、原理与规律教学课、模型教学课、科学史教学课、实验教学课等。思维导图应用的共同之处，即它可以作为优化笔记的方式出现在学生的日常学习活动中，由文字和图形组合而成的、富有趣味的思维导图可以清晰地呈现出各知识点之间的关联，方便学生整理思路，有助于学生的复习巩固。

2.1概念教学中的应用——有助于培养学生的发散思维能力中学生物学中许多知识都以概念的形式呈现，陈述性知识多，且易混淆，不利于学生高效地识记。教师需要将知识化繁为简，以便学生抓住重难点，从而提高教学的有效性和针对性[4]。运用思维导图将核心概念的相关知识点进行整合，有助于培养学生发散思维能力。以人教版高中生物“酶的活性”为例，引导学生从核心概念“酶”出发建立思维导图（气泡图），如图1所示[11]，从酶的来源链接到活细胞，从酶的本质扩展到蛋白质和 RNA，引出酶的催化作用，引出酶的特性，即酶的高效性、温和性条件和专一性等，建立从核心概念辐射出的知识点间的逻辑关联[11]。

气泡图的结构较为简单，描述事物的概念时可以较为容易地促进学生发散思维的培养。首先确定核心关键词“酶”为第一层，围绕核心关键词，教师引导学生思考与其相关的次级主题，如来源、本质、作用、特性等，有效地进行发散思维，构建框架，之后交流修正。利用思维导图把“酶的特性”这一概念的基本特征以立体完整的形式呈现出来，使学生的知识更加条理化、系統化，提高了教学效率。

2.2原理教学中的应用——有助于培养学生的批判性思维能力蛋白质工程是指通过修饰天然蛋白质的氨基酸序列来改造其结构和构象，以获得具有理想生物学功能的蛋白质[12]。蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的，是基因工程的延伸与发展[13]。教师在对“基因工程的应用”和“蛋白质工程”的内容进行教学时，可以案例和提问的形式从利用基因工程技术改善生物性状、获取基因产品的角度组织教学。在整个过程中，教师引导学生绘制思维导图（树状图），如图2所示[13]，将“改善生物性状”和“获取基因工程产品”及其相关案例进行梳理和总结，可使学生对蛋白质工程和基因工程的应用有更深入的认识[13]。随后组织展开“转基因生物与食品安全”课堂辩论赛，学生在已学知识的基础上，对辩论资料收集整理，全面深刻地分析辩题，把握争议点、切入点，以据说理，对生物工程的安全性和伦理性问题展开讨论并表明自己的观点。

将树状图应用到生物学原理知识的学习上，可以帮助学生分析原理的内在逻辑，有助于学生内化知识。学生在理解基因工程和蛋白质工程的定义、掌握其原理的基础上，选择相对应的实例巩固知识，加深理解。随后的课堂辩论，学生通过表达对转基因食品安全性问题的见解，发展独立思考能力，提高团队合作意识，培养质疑能力和批判性思维。

及其案例的思维导图2.3模型教学中的应用——有助于学生建模及解决问题能力的提高模型是舍去了原型的一些次要细节、非本质的联系，以简化和理想化的形式去再现原型的各种复杂结构、功能和联系，是连接理论和应用的桥梁[14]。在中学生物学教学中被广泛应用的主要是物理模型（如DNA双螺旋结构模型）、概念模型（如内环境的组成与稳态）和数学模型（如种群数量增长曲线模型）。模型教学中教师应该培养学生从复杂问题情境中抽提模型，运用模型解决问题的能力。思维导图与模型同为可视化教学工具，在模型教学过程中合理运用思维导图，既有助于学生加深对知识的理解，又可培养学生的科学思维能力。对“有丝分裂”内容进行教学设计时，主要是开展了动态物理模型建构活动，还原有丝分裂染色体行为的动态过程，具体如图3所示[15]。同时对抽象数学模型进行建构分析，观察归纳有丝分裂过程中染色体和 DNA 的数量变化。最后通过合作探究自主构建细胞增殖的思维导图（树状图），具体如图4所示[15]。

图文结合的思维导图，高度整合了有丝分裂的核心概念，帮助学生了解細胞有丝分裂的过程，明确有丝分裂各个时期染色体的变化，从而有效建构细胞增殖的知识网络。此处细胞增殖的思维导图也可看作是一个混合模型（物理模型+数学模型），因此可以培养学生构建模型及运用模型解决问题的能力。

2.4科学史教学中的应用——有助于学生掌握科学方法，发展批判性思维生物科学史内容是生物学课程资源的重要组成部分，包含科学思想、科学方法、科学知识。生物科学史所呈现的不仅仅是科学家探究生命科学规律的历程，更能展现科学家的思考过程。科学史内容在启迪学生思考、培养学生科学思维方面有极其重要的作用[16]。批判性思维是就一定的观点和行为构建一个合理且公正的判断，应具备监控自己思维过程、发现错误并进行更正的能力[17]。在高中生物学学习过程中，批判性思维的形成要求学生能基于生物学原理和限定条件等对生物学问题或观点提出质疑或论证[18]。生物科学史体现了科学家发现问题、寻找证据、合理推理和得出结论的探索历程，将思维导图合理运用到生物科学史的教学中，可以清晰展现科学家的探究过程，学生通过体验科学家不断深化对问题认识的过程，提高自身批判性思维能力[17]。在学习光合作用的发展历程时，中心词是“光合作用的发现历程”。教师用多媒体展示科学家的实验，请学生将本组的实验方案同科学家的实验方案进行对照分析，引导学生对科学家的实验进行怀疑并提出自己的观点及假设。同时还要思考所采用实验方法的最初用意：为什么要将选用的实验材料进行事先处理？是如何处理的？是基于怎样的研究目的来设计实验的？实验变量是什么？这种实验方法设计目的何在？以此帮助学生进行思考或论证，培养他们的批判性思维和质疑能力。学生从实验原理、实验过程、实验结果三方面进行光合作用历程的学习，教师适时指导，学生不断地质疑和论证，层层递进，揭示问题的实质，用思维导图的方式把自己的想法展现出来，培养了批判性思维能力，具体如图5所示[19]。

2.5实验教学中的应用——有助于学生掌握实验原理，培养创造性思维能力生物学科是一门实验学科，大部分高中生还不具备完全独立创新设计某个实验的能力，但可以鼓励学生从已学实验中的某个知识点入手进行尝试。以“降低化学反应活化能的酶”为例，学生在初中化学课中已经学习过氧化氢分解的相关知识，且熟悉氧气具有助燃作用。教师依据本节课的教学内容，为帮助学生更好地理解实验原理，掌握实验操作的流程，鼓励学生在注意实验安全的前提下，让学生自己尝试设计实验，并绘制思维导图（流程图），具体如图6所示[20]。以实验目的“比较过氧化氢在不同条件下的分解”作为核心关键词，实验原理、材料用具、实验步骤作为次级主题，以辐射的方式，将核心关键词与实验过程添加到流程图中，通过设置不同温度和不同反应底物观察实验反应的最终结果。在实验过程中，学生可以自主控制实验变量，一方面掌握了控制变量的方法，另一方面学会了判断实验中自变量、因变量以及对照变量的因果关系和含义[20]。利用思维导图把教师教学策略和学生实验思维融合为一体，培养学生创新思维能力，让学生在实验中既掌握方法，又学到知识。

3中学生物学教学中思维导图的应用策略

3.1利用思维导图对关键知识点展开分析或创设问题情境，帮助学生搭建知识结构思维导图在概念、原理、规律教学中的运用流程大体为：教材研究—教师绘制并讲解思维导图—学生梳理知识—自己绘制思维导图。在备课时，教师要吃透教材，在学生已有知识水平基础上，按照逻辑关系将教材内容进行重组。课堂教学中，引导学生分析教材内容，在黑板上绘制思维导图。色彩丰富、形式多样的图画让学生耳目一新，这种讲绘同步的形式使得知识信息围绕中心主题逐步展开[21]。课后，要求学生明晰各知识点之间的联系，设计出符合自己个性的思维导图，体现学生自主性和创造性。在概念、原理、规律的教学中较为常用的思维导图类型是气泡图，中心关键词为中心气泡，外面的气泡为第二层，即次级主题。以此类推，可以较为清晰明了地归纳总结知识，培养学生科学思维能力。教师可以采用思维导图教学策略帮助学生搭建层次化知识结构：（1）运用思维导图对关键知识点展开分析，引发学生的认知冲突，教师充分引导帮助学生解决认知冲突，并理解各知识点之间的联系，重构知识体系。（2）利用思维导图创设问题情境。生物学中有些概念、原理及规律较为抽象复杂，教师可以结合教材设置一系列问题，并使用思维导图将问题清晰地呈现出来，循序渐进引导学生分析教学内容，同时图文并茂的思维导图有助于加深学生对知识的理解。

3.2将建模的思路或探索过程绘制成思维导图，促进学生建模能力的提高建模是为了解决特定问题，利用所给定的思维工具，通过一定的抽象、简化和假设活动，以某种表征系统再现原型客体的基本属性及其关系[22]。中学生物学教学中需要借助模型进行讲解的知识通常较为抽象，教师要引导学生进行比较，理清各知识点之间的关系，抓住主要矛盾，把需要解决的问题转化为模型，引导学生运用模型分析解决问题。教师可以运用思维导图教学策略帮助学生提高建模能力：（1）在教师引导下，学生可以通过动手体验制作模型的方式，获得感性认识，同时将建模的思路绘制成思维导图，既加深了对知识的理解与掌握，又提高了建模能力。（2）记录利用模型探索科学规律的过程。学生可以从模型出发对研究对象的未知属性进行推测、验证与归纳总结，从而认识规律并进行整合提炼，将探索过程建构为思维导图（树状图），使思维过程清晰明了，辅助提高建模能力。

3.3引导学生用思维导图梳理科学探究过程，学习科学研究方法在科学史教学中常应用思维导图中的括号图，强调的是知识的整体性。教师可采用思维导图教学策略：（1）清晰呈现科学家的科学探究过程。教师对科学史的材料进行适当地选择和组织，启发学生自主学习，让学生沿着科学家的思维路线，经历发现的历程，了解并理解科学家解决问题的思路和方法，并将科学探究的过程绘制成思维导图。随后，教师点评并进行针对性指导，学生完善思维导图。科学史内容以一个较完整的形式展现在学生面前，有助于培养学生的科学思维与科学精神。（2）对比。教师引导学生自主设计实验方案，并尝试梳理科学探究过程，绘制成思维导图。鼓励学生将自己的设计方案与科学家科学探究的实验方案进行对比，批判和质疑最后完善思维导图，从而学会科学研究方法。

3.4利用思维导图呈现实验流程，突出实验思维

高中生物学实验旨在培养学生的创造性思维能力和动手实践能力。思维导图所具备的良好可视性教学效果及主题词之间清晰的逻辑关系，是其应用在实验教学中的最大优势。在实验教学中，教师可以采用如下思维导图教学策略：（1）利用思維导图清晰呈现实验目的、原理、材料用具、流程等，可以帮助学生明确实验目的，掌握实验原理，熟知实验步骤，了解实验注意事项，构建知识框架与实验流程，创设理论与实践相结合的高效教学情境。（2）帮助学生掌握控制变量法，学会判断实验中自变量、因变量以及对照变量的关系。（3）创设探索性实验教学情境。以问题为主线，教师引导学生设计并绘制探索性实验过程的思维导图，直观表现科学探究实验步骤和内部知识间的逻辑关系，培养学生发现问题、解决问题的能力，突出实验思维。

4结束语

中学生物学中的大部分知识都可以借助绘制思维导图进行整理归类，应用思维导图能够提高教学效率。在符合中学生认知和心理发展规律的基础上，将思维导图合理地应用在课堂教学中，以学生为主体，教师为主导，营造出轻松愉快的学习氛围，有助于培养学生的逻辑思维、发散思维以及创新思维等能力，从而促进学生科学思维能力的提高。

参考文献

[1] BUZAN T，BUZAN B.The mind map book[M].London：BBC Books，1993.

[2] SHRADDHA B，RAGHAVENDRA S，NIKITA P， et al.Mind mapping：an useful technique for effective learning in large classroom[J].Journal of Engineering Education Transformations，2015，28（2-3）：113-119.

[3] 中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[4] 黄福群.运用思维导图，着力培养生物学科学思维能力[J].生物学教学，2018，43（3）：31-32.

[5] FARRAND P，HUSSAIN F，HENNESSY E. The efficacy of the "mind map" study technique[J]. Medical Education，2002，36（5）：426-431.

[6] RAMLAN A M.Peningkatan hasil belajar mahasiswa melalui metode quantum learning dengan teknik Mind mapping[J].Journal of EST（Educational Science And Technology），2017，3（2）：129-135.

[7] 林建才，董艳，郭巧云.思维导图在新加坡小学华文教学中的实验研究[J].中国电化教育，2007（10）：65-68.

[8] 赵国庆，陆志坚.“概念图”与“思维导图”辨析[J].中国电化教育，2004（8）：42-45.

[9] 白静珠.用思维导图改进学案导学的实践案例[J].化学教学，2016（11）：19-23.

[10] 陈燕飞.在初中生物学概念教学中运用思维导图的几点体会[J].生物学教学，2016，41（7）：13-14.

[11] 汤婷婷，朱长江，赵卓.思维导图策略在高中生物学“能量供应”教学中的应用[J].生物学教学，2017，42（11）：26-27.

[12] 赵晓刚.高中生物学新课程标准教学研讨“基因工程”的教学构思[J].生物学通报，2008（2）：26-28.

[13] 梁长余.对“基因工程的应用”和“蛋白质工程”教学内容的优化整合[J].生物学教学，2016，41（3）：21-22.

[14] 崔敏霞.在生物课堂中培养学生建模的能力[J].中学生物学，2010，26（10）：21-25.

[15] 陈国.基于模型建构的“细胞的增殖”教学设计[J].生物学教学，2018，43（5）：33-35.

[16] 姜兴明.例析中学生物学课堂教学中的理性思维培养[J].生物学教学，2017，42（9）：24-25.

[17] 唐东辉.基于理性思维的高中生物学原创试题命制探索[J].生物学教学，2017，42（12）：35-37.

[18] 王吉文.例谈高中生物学教学中理性思维能力的培养[J].生物學教学，2017，42（5）：13-14.

[19] 潘龙龙，辛光珠.基于思维导图的“能量之源——光与光合作用”（第二课时）的教学设计[J].生物学教学，2018，43（9）：36-38.

[20] 赵卓，朱长江，汤婷婷.思维导图在高中生物学实验教学中的设计策略[J].生物学教学，2018，43（5）：47-49.

[21] 赵玉凤，查小春.基于思维导图的地理重难点知识体系建构[J].中学地理教学参考，2017（4）：4-5.

[22] 刘儒德.建模：一种有效的建构性学习方式[J].心理科学进展，2003（1）：49-54.

AbstractScientific thinking is an important part of biology core accomplishment. Mind map is a multi-factor visual teaching tool. In the teaching of different types of biology classes in middle school， the teaching strategy of mind mapping is explored： using mind mapping to analyze key knowledge points or create problem situations to help students build knowledge structure; Draw the modeling ideas or exploration process into a mind map to promote the improvement of students′ modeling ability; Guide students to comb the process of scientific inquiry with mind map and learn scientific research methods; Use the mind map to present the experimental process and highlight the experimental thinking. To cultivate students′ scientific thinking， help students to master biology knowledge efficiently， and improve classroom teaching efficiency.

Keywordsmind map;scientific thinking;biology;the application strategy

[责任编辑马晓宁]