概念图和思维导图在“园林树木学”课程教学中的应用

胡 秀 许丽珍 郭 微 刘 念

(仲恺农业工程学院园艺园林学院，广州 510225)



概念图和思维导图在“园林树木学”课程教学中的应用

胡 秀 许丽珍 郭 微 刘 念

(仲恺农业工程学院园艺园林学院，广州 510225)

现存的“园林树木学”课程的教学方法以刺激记忆为主，学生多采用死记硬背的方法进行学习，效率低、效果差。而植物分类系统本身是分类学家思维过程的展现，是非常好的辅助记忆的概念图和思维导图。针对课程现存的问题以及植物分类系统的自身特点，以大量能准确展示植物分类学特征的图片为支撑，用概念图解析哈钦松分类系统目之间的演化关系，用思维导图进行科的特征和检索表的教学，将二者有机结合起来组织“园林树木学”的课堂教学，力图减轻学生对分类学特征的识记负担，提高学生识别和鉴定植物的能力。在完成课程教学内容的同时，概念图和思维导图还可引导学生自动遵循建构主义和有意义学习的学习方法，提高自学能力，这种教学方法符合了本科教育培养目标的要求。

园林树木学；概念图；思维导图

一、“园林树木学”课程教学存在的问题

园林树木学是植物学科的重要组成部分。学生对园林树木学的掌握程度直接影响着学生的专业知识结构，其重要性不言而喻。通常“园林树木学”的课程内容包括园林树木的分类、生态习性、观赏特性、改善环境的功能、配置方法、繁殖、栽培管理等[1-3]。从仲恺农业工程学院园林专业2013级的培养方案来看，与“园林树木学”相关的课程中，“植物学”重点讲解植物的细胞、组织和器官的特点，没有系统讲授植物的分类系统；“园林苗圃学”和“园林树木栽培和养护”涵盖了树木的繁殖和栽培管理；“园林生态学”涵盖了园林树木如何适应环境、改善环境以及群落生态等内容；“植物景观设计”涵盖了园林树木的配置等内容。因此，在有限的学时内(理论教学36学时，实验教学12学时，实习一周)应将“园林树木学”的教学内容集中在分类识别部分。

园艺园林专业的培养目标要求学生能通过形态特征及地理分布对园林树木进行识别和鉴定，而对新种的描述、命名和分类及植物的分类系统不作要求。因此，绝大多数“园林树木学”的课程教学并不注重分类系统的讲解，仅讲授种类的识别特征，使得课程的系统性不强、学生对识别特征的识记困难且容易遗忘。虽然在“园林树木学”的教学上有很多好的方法帮助学生记忆，如诗词歌赋法[4]、与造景相结合[5]、加强实践[6]、加强图片展示[7]等，但这些方法对识别要点的教学仍然缺乏有意义的联系。因此，面对教学内容多，教学课时少的现状，必须寻找一种让学生学习起来轻松愉快并能提高学生学习效率的教学方法。

二、概念图和思维导图的内涵

概念图是19世纪60年代康奈尔大学的诺瓦克博士根据奥苏贝尔的有意义学习的理论提出的一种教学技术[8]。与机械学习不同，有意义学习是新知识和旧知识有机地结合到一起，形成有意义的联系。这样组织起来的知识可以被长久保持，且容易迁移。概念图是由不同的节点组成的网状结构，每一个节点就是一个概念，两个概念连接后构成命题，连线上标明两个概念之间的意义关系，以形象化的方式表征学习者的知识结构以及对某一主题的理解[9]。因此，概念图还可以构造一个清晰的知识结构，有利于学生快速掌握，在各种层次的教育中被广泛使用[10]。

思维导图最初是以一种记笔记的方法出现的[11]，与概念图类似，思维导图也具有系统性、结构性和层次性的特点[12-13]。不同点在于①思维导图通常只有一个明确的中心，而概念图可以有几个中心；②概念图明确地给出了概念之间(节点)的相互关系，而在思维导图中这种联系不一定很严谨、也不一定外化；③思维导图在发挥左脑在纵向(不同级别)间的归纳演绎能力的同时，在右脑的形象思维能力运用上比概念图更强；④概念图利于解读专家成熟的思想，思维导图利于寻找事物之间新的联系，利于创新性思维的发展。

以二者为基础的计算机绘图软件在发展过程中不断地取长补短。在概念图软件Cmap Tools中可以通过改变字体、连接线、方框的形状和色彩等增强视觉性。在思维导图软件Mind Manager中也可以通过添加超链接并增加注释的方式说明概念之间的联系，在有多个中心需要表达的时候也可以在原中心的附近添加一个或几个不确定的概念，并用超链接连结起来。

从思维特点上讲，二者均符合有意义学习和建构主义学习的理论，在教学中常将二者取长补短，对比呈现，穿插使用在不同的环节。如在新知识讲解时采用概念图进行解析，是有意义学习方法的典型特征，它有利于建立新旧知识的联系，摆脱机械学习；在教学中就某一问题设置情景、适当引导和评价，要求学生分组制作概念图或思维导图，可实现自主探究性学习；在复习时要求学生作概念图或思维导图，可实现学生对学习效果的自我评价，并根据评价结果有针对性地进行复习，这是典型的建构主义的学习方法。

从园林树木(植物)分类学自身的特点来看，植物的形态性状之间存在一定的演化关系，分类系统的各分类等级在纵向上以提炼相同点为线索，在横向上以寻找不同点为目标，这样的比较思维贯穿始终。园林树木(植物)分类系统就是各分类学家对植物之间的亲缘和演化关系的一种完整认知，这样的认知方法与概念图和思维导图的原理是相一致的。因此，在“园林树木学”教学中使用概念图和思维导图进行教学符合教师和学生共同的思维方式、逻辑结构和记忆习惯，是一种切实可行的教学方法。

三、概念图和思维导图在“园林树木学”课程教学中的应用

早年刘胜祥和殷荣华[14]就提出不应让“分类—认识植物—看图识字”的错觉在学生中长期漫延，他们主张注重分类系统的讲解。但由于长期以来受到教学条件、季节等限制，不能向学生呈现重要的分类学特征，使得分类系统学的教学难以实施。近年来随着我国植物学工作者摄影装备的普及，植物分类学特征的图片日益丰富，已能满足教学的需要。特别是由中国科学院植物研究所建立和维护的PPBC(中国植物图像库)，为植物分类学的教学提供了优秀的素材。库中绝大多数图片拍摄者为专业的植物分类学者，图片对分类学特征的展现非常专业，如马炜梁老师擅长对植物生殖器官进行精确的解剖，并采用微距进行拍摄以展现重要的分类学特征。不仅如此，这些图片还具有很强的艺术感，如徐克学老师的图片在构图、色彩上几乎每张都是精品；徐晔春老师的图片注重树木的整体艺术形态等等。课题组经过多年的勤奋工作，积累了大量的华南地区植物种类的图片，同时结合PPBC的图片，足可以将园林树木的分类特征用图片的方式来展现。因此，将概念图和思维导图应用到课件制作、课堂教学组织、学生能力培养、教学效果的检验和促进等方面，可以为“园林树木学”课程教学探索新的教学方法。

(一)课件的制作

1.分类系统的选择

常用的被子植物分类系统主要有恩格勒系统、克朗奎斯特系统、塔赫他间系统和哈钦松系统，其中哈钦松系统于1926年在《有花植物科志》中首次提出并于1973年进行修订[15]。最近十多年，基于分子系统学证据的APG(Angiosperm Phylogeny Group)[16]分类系统得到较多的认同，但仍处于不断完善之中，现阶段不宜用作教学。就我国而言，南方的标本馆、植物志及教材多采用哈钦松系统进行排列，如北京大学生物系、中科院华南植物研究所、广西植物研究所、昆明植物研究所的标本馆，《广州植物志》《海南植物志》《云南植物志》等植物志，《园林树木学(华南本)》[1]《树木学(南方本)》[17]教材等。为了与教材配套以及方便学生查阅文献和资料，本课程也选用哈钦松系统进行教学。

2.分类系统的解析

园林树木种类繁多，要在短短的14周内完成每一种树木的识别并不容易。尤其是近年园林景观设计趋于采用更多的乡土“新”植物，这部分种类常散见于植物志中，“园林树木学”课程教学难以覆盖，这对学生鉴定新植物的能力提出了更高的要求。因此，“园林树木学”分类部分的教学目标应集中在帮助学生构建基础的植物分类系统的架构及获得鉴定新植物的能力上，以利于学生在课程结束后在此基础上继续学习、积累和完善。以往的教学非常重视科的特征教学，但忽视了科与科之间的联系。科的上一层级是目，大多数分类系统正是基于目之间的分类学形态特征的演化关系来构建的。基于科以上、目这一等级的分类系统的解析，可以填补传统教学中的知识结构断层。就哈钦松系统而言，其系统图也是基于不同目之间形态特征的相对原始或进化关系而建立的。在哈钦松系统中，被认为是原始的性状有“木本、单叶、互生、常绿，两性花、花单生、花部螺旋状排列、花冠辐射对称、花托柱状或稍隆起，花组成部分数目多、为不定数，有两层花被、花萼与花瓣同形，萼片和花瓣离生，雄蕊多数、离生，心皮离生、子房上位”等。而被认为是较为进化的性状有“植株形态为草本，复叶、叶对生或轮生、落叶，花呈花序状、花部轮生、花冠两侧对称、花托平或下凹为杯状、壶状、盘状，花组成部分数目较少为定数，有一层花被或无花被，萼片花瓣合生，雄蕊定数，心皮2至多个、合生，子房半下位或下位”等。图1是采用概念图软件Cmap Tools制作的哈钦松系统图(1959)的部分节选，图中木兰目的性状均为原始性状，而演化至桃金娘目则出现了诸如“叶对生、花萼镊合状排列、子房下位、雄蕊多、心皮合生、花柱1”等进化的性状。在教学中如按照该系统的演化结构从木兰目开始进行层层解析，后面对目一级分类特征的教学可以通过在掌握前面目的形态特征的基础上采用寻找相同点和不同点的方法进行。这种教学方法将对植物识别特征的掌握由识记转化为寻找各分类等级的联系和区别，减轻了识记的负担，使学习变得相对轻松。相较于思维导图，概念图更适于展现分类系统中目之间的演化关系。

图1 由概念图软件Cmap Tools制作的植物分类系统图节选(仿哈钦松系统1959)

3.科的特征的教学

熟练掌握植物科的特征可以在遇到未知植物的时候迅速鉴定到科，再进一步查阅检索表就可鉴定到属和种，因此科的特征教学是包括园林树木学等植物分类学教学的重点。在植物志中，科的特征通常以大段详尽的文字描述出现，而各类教材对科的特征进行了不同程度的简化，重点描述一些关键的识别特征。较为有效的方法是在每个科找一种常见的、形态特征具有代表性的种类，详细解析其植株、枝叶花果种子等分类学特征，将抽象的科的特征描述具象化。通常这种教学方法多结合实验和实习来进行，而思维导图在这一环节的运用可以将这一教学方法在理论教学阶段进行有效的呈现，将其中与科的特征吻合的部分按照从整体到局部的顺序用图片展示出来，再将该种未能展现的科的其他特征用文字或其他种类的图片标注出来，提高了理论教学和实践教学的一致性，构成完整而连续的记忆节奏。例如夹竹桃科的特征为“草本、灌木或乔木，稀攀援状，有乳汁或水液；单叶对生、轮生或互生，全缘，无托叶；花两性，整齐，通常5基数，花冠裂片旋转排列成漏斗状，常于喉部有毛或副花冠，雄蕊5，生于花冠筒上，花药长圆形或箭头形，花粉颗粒状，子房上位，心皮2，合生或基部分离；核果、蓇葖果，稀蒴果；种子有毛。”[1]以鸡蛋花为例说明夹竹桃科的特征，见图2。由图中可以看到，对科的特征的教学变得一目了然，学生学习起来较为轻松。

注：图片引自PPBC中国植物图像库。图2 由Mind Manager思维导图软件制作的夹竹桃科的特征图

4.分类检索表的教学

分类检索表的解析是植物分类系统学习的基本线索，也是辅助记忆的重要方法，还是鉴定未知植物的基本工具。在辅助记忆方面，采用思维导图揭示目以下各分类等级的分类检索表之间横向和纵向的联系，再辅以文字的描述和图片的展示，可有效辅助学生对科属种识别特征的记忆，完成课程教学目标。图3是采用思维导图软件Mindmanager制作的图文对照的木兰科分属检索表，结构清晰、系统性强、方便理解和记忆。在鉴定未知植物方面，如遇到不认识的植物时，首先应根据对科的特征的掌握判断到科，再通过查检索表的方式鉴定植物。查检索表看似简单，但如果缺乏对该科分属和分种特征的了解，在进行未知植物鉴定时常常会被一些细枝末节和模棱两可的性状所干扰。初次教学，可采用概念图进行层层解析，向学生展现分类学家的思维过程，掌握关键的分类学特征。在复习时，可在科内或科之间随机挑选植物种类，引导学生采用思维导图的方法发掘和认识待编植物之间的相互关系，重新编制检索表。这样的教学方法有利于学生在不知不觉中掌握科下分属及分种的特征，将枯燥的识记转化成为寻找种类之间的联系和区别，使学习变得较为轻松和愉快，同时也提高了学生对科的特征的掌握效果及鉴定未知植物的能力。

(二)课堂教学的组织

首先，作为教学展示的概念图和思维导图均有很强的系统性和结构性，可作为教学进程的线索。其次，简洁、系统性强、层次清晰、美观的概念图和思维导图可增强教学的可视性，激发学生的兴趣，优化课堂教学效果。例如图3中，一张图就可以浓缩和展现木兰科的特点及其分属的关键特征，教学时条理清晰，学习起来轻松愉快。第三，利用概念图或思维导图将讲授过的知识在课堂开篇进行回顾和结尾进行复习，系统性强、层次清晰、方便学生巩固记忆。第四，可用于开展自主探究式学习，提高学生的学习能力[18]。例如，在豆目下蝶形花科、苏木科、含羞草科内各选一常见代表种，要求学生通过观察实物、查阅文献、制作概念图或思维导图，组织寻找3种植物的相同点和区别点，进一步找出分科特征并编制分科检索表，从而将检索表的讲授转变为学生对检索表的主动再现。

注：图片引自PPBC中国植物图像库。图3 由Mind Manager思维导图软件制作的木兰科分属检索表图

(三)学生自学能力的培养

除了具体的课程内容之外，提高学生的学习能力是课程教学的另一重要目标。基于有意义学习和建构主义学习的概念图和思维导图，在帮助学生记忆种类繁多的树木特征的同时，也教会学生制作使用概念图和思维导图，促进学生自动遵循有意义学习和建构主义学习的规律，从而提高了自学能力。

(四)教学效果的检验

将检索表概念图和思维导图的某些节点和逻辑联系进行恰当的缺失，要求学生补充完整，可以检验学生对各分类等级识别要点的掌握程度。另外，在重要的目或科的教学完成之后，要求学生不看教材和课件，将目下分科或科下分属的检索表以概念图或思维导图的方式默出来。在默的过程中学生会发现自己在哪些地方没掌握好，从而不断地、自动地去弥补欠缺知识，直到作出完整的图，即完整、系统、有层次地掌握所有的识别要点。

四、概念图和思维导图在“园林树木学”课程教学中的应用效果

概念图和思维导图是一类普遍适用的分析问题和整理思维的方法，在各学科的教学中被广泛应用，效果也很明显。起初将二者应用到“园林树木学”的教学上是为了改变学生死记硬背分类学特征的不良习惯，提高学生的学习效率而寻找的辅助记忆的方法。后来经过深入研究，发现概念图和思维导图的作用远不止辅助记忆，更重要的是能将这一类思维整理的方法介绍给学生，提高学生的学习能力。这一教学方法在园林专业2011级和2012级的教学中应用后受到学生的普遍欢迎。

概念图和思维导图在“园林树木学”教学中的应用效果受到以下两个方面的影响：①教师对分类系统、科属种的特征以及检索表的解析是否恰当和精炼，能否准确地展现分类特征之间有意义的联系；②是否积累了能够展示关键分类学特征的图片，以完成传统的文字描述向图片展示的转变。

植物分类系统是人类对各等级植物之间亲缘关系的一种认识，而这样的认识是有不同观点的。在处理复杂类群的时候，现有的分类系统都会有一些无法解释的情况，由于本课程培养的不是专业分类学人才，且分类系统在本研究中更多的是作为一种辅助记忆的方法，不必在科属排列、种类划分等科学问题方面进行深究，以避免增加学生的学习负担。另外，本研究虽然主要针对概念图和思维导图在“园林树木学”分类部分的教学进行阐述，但在树木的分布、生态习性、物候、繁殖、栽培和养护、艺术形态展现、群落配置等方面也是适用的。

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(责任编辑 王 伟)