浅谈思维可视化在高中生物教学中的应用

侯松毅

摘要：普通高中生物学课程的基本要求是全面发展学生的学科核心素养，但是其内容点多、面广且复杂抽象，如何避免学生陷入学习困境呢？针对这个问题，本文探讨了思维可视化应用于高中生物教学的可行性。

关键词：高中生物;思维可视化;核心素养

中图分类号：G633.91 文献标识码：A文章编号：1992-7711（2020）20-025-2

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》指出高中生物学课程的基本要求为：“生物学课程从生命观念、科学思维、科学探究和社会职责等方面发展学生的学科核心素养”。“一支粉笔、一张黑板”的低效教学模式显然不符合素质教育和课程标准对学生核心素养培养的要求。本文在分析高中生物课程特点和可视化教学发展现状的基础上，探讨了思维可视化应用于高中生物教学的可行性。

一、高中生物课程特点

生物学是高中学习阶段的必学基础课程之一。生物学是自然科学基础学科之一，是研究生命现象和生命活动规律的学科;它服务于农业、工业和医学等人类实践活动，对人类社会发展起到不可替代的重要作用。以课程标准对学生生物学核心素养培养的要求为准绳，高中生物课程分为必修和选修类课程，课程内容强调少而精，聚焦学生对生物学大概念的建立和理解，倡导学生的主动学习与实践，渗透学生职业规划教育内容。

每一门课程都有其自身的特点和不可替代的育人价值。与其他高中阶段课程相比，高中生物学课程的一个最为显著的特点是知识内容点多、面广且复杂抽象。例如，人教版高中生物必修教材中生物学基本概念约300个，普遍抽象，涉及到众多细微的知识点，甚至需要物理、化学等学科知识加深理解。生物学核心概念是高中生物课程学习和考试的重要内容，却因为核心概念对细枝末节的淡化和知识灌输型教学的误区，极其容易造成学生对核心概念难以理解，陷入学习困境。生物学中的概念大多是在观察基础上归纳概括而来，而不依赖逻辑推理演绎，学生很容易产生死记硬背的错误认识，以至于把课程学死。

二、可视化教学的发展现状

可视化作为专业术语最早出现于美国国家自然科学基金会组织的一个学术研讨会对科学计算可视化的定义中，之后又出现了信息可视化、数据可视化等概念。在教学领域，被提及较多的是知识可视化和思维可视化。

2004年7月，Eppler M. J.和Burkard R. A.提出了知识可视化这一研究领域：知识可视化是研究如何应用视觉表征改进两个或两个以上之间复杂知识创造与传递的学科。Eppler和Burkard将知识可视化视觉表征归类为启发式草图、概念图表、视觉隐喻、知识动画、知识地图和科学图表等六种类型。Jonassen D. H.提出了概念图、思维导图、认知地图、词义网络、思维地图等知识可视化表征方法。Pierce J. H.则总结了48种图表形式作为支持可视化工具。可见，知识可视化实施方法和工具非常丰富且不断发展，与日俱增。例如，近年来得益于信息化教育发展，还出现了虚拟仿真等具有明显提升教学效果和质量的教学方法。

思维可视化教学体系创建人，曾受聘于华东师范大学的刘濯源先生首次提出了思维可视化：思维可视化是指以图示或图示组合的方式把原本不可见的思维结构及规律、思考路径及方法呈现出来，使其清晰可见的过程。刘濯源创建了思维可视化教学体，并提出了学科思维导图作为可视化教学方法的观点并付诸实践。时至今日，国内已有大量学者和教育工作者对思维导图和概念图作为知识可视化工具对高中生物教学提升做了大量实践研究，并已有成效显著的思维可视化课程基地投入使用。

三、高中生物教学采用思维可视化教学的可行性

在高中生物教学中应用推广思维可视化教学是否可行呢？以下将分析解答这个问题。

首先，高中学生完全能够接受思维可视化教学。随着知识储备和实践经验增多，高中学生学的思维能力已经得到了全面提升，发展进入到策略思维阶段，开始尝试重构、记忆和应用知识。突出理解性记忆和结构化思考的思维发展的思维可视化教学完全能够被高中学生接受。

其次，思维可视化教学能够提升高中生物教学效果和质量。脑科学研究证实，人脑有通过视觉图像高效接受知识的机制。心理学家Albert Mehrbian提出的7/38/55定律认为主导信息传递效果的贡献中，词语占7%，有声语言（包括副语言）占38%，而视觉获得的体态语言占55%。另据双重编码理论，通过视觉形式和语言形式同时呈现能够增强信息的识别和记忆，知识可视化通过知识视觉表征辅助语言理解，降低了抽象知识的认知负荷，提升了思维能力锻炼。高中生物学课程知识内容点多、面广且复杂抽象的特点是无法改变的，但思维可视化教学特别适应高中生物课程特点，能够通过直观地呈现知识以及知识间相互联系，通过思维能力培养帮助学生构建生物学学科知识体系，能够显著减负增效。

最后，符合课程标准全面发展学生生物学科核心素养的要求。可视化教学通过高效的信息传达、深度的阅读理解和创新的思维发展促进学生有效学习。可视化教学能够以直观动态的呈现抽象、生涩难懂的高中生物学知识内容;能够激发学生学习兴趣，实现学生参与，实践学生主体作用;结合问题引导、合作学习等可培养和提升学生自主学习能力。但是，可视化教学中可能会遭遇浅阅读、 碎片化阅读误区的挑战，会陷入画图浪费时间、画图为了提高记忆、过分关注可视化等错误意识。思维可视化教学强调思维发展，聚焦了思维作为学校教学的靶心，将学生思维能力培养作为教育核心任务，完全契合全面发展学生生物学科核心素养的要求。

[参考文献]

[1]刘恩山，刘晟.核心素养作引领注重实践少而精——《普通高中生物学课程标准》修订思路与特色[J].生物学通报，2017（8）：8–11.

[2]鲁张田子.运用思维导图培养高中生生物学自主学习能力的研究[D].西安：陕西师范大学，2019.

[3]康虹丽.概念图和思维导图在高中生物教学中的应用前景[J].内蒙古教育，2015（2）：48–49.

[4]赵国庆，黄荣怀，陆志坚.知识可视化的理论与方法[J].开放教育研究，2005（11）：23–27.

[5]赵慧臣.知识可视化的视觉表征研究[D].南京：南京师范大学，2010.

[6]赵慧臣.知识可视化的视觉表征研究综述[J].远程教育杂志，2010，28（1）：75–80.

[7]吴欣蕾.基于虚拟现实技术的高中生物教学设计与应用研究[D].上海：华东师范大学，2018.

[8]尤梦琪.虚拟仿真实验在高中生物实验教学中的应用[D].郑州：河南大学，2019.

[9]刘濯源.当学习力遇到思维可视化——基于思维可视化的中小学生学习力发展策略[J].基础教育参考，2014，（21）：7–10.

[10]刘濯源.思维可视化与教育教学的有效整合[J].中国信息技术教育，2015，（21）：5–7.

[11]唐晓春.可视化思维工具在“生物的进化”教学中的运用[J].生物学教学，2017，（6）：51–52.

[12]张海军.高中生物实验思维可视化的研究[J].成才之路，2018（30）24.

[13]刘裕彬.应用思维可视化技术提高生物教学有效性[J].名師在线，2018，（18）：36–37.

[14]刘濯源.系统整合谋创新“云端”盛开思维花——江苏省锡东高级中学“思维可视化”课程基地建设观察[J].江苏教育，2016（10）：74.

[15]吴举宏.论生物学教学中可视化知识表征[J].中学生物教学，2015（12）：4–6.

（作者单位：山东省华侨中学，山东 青岛 266700）