思维可视化视野下高中生物核心素养的培育途径

吴敏燕

摘要：在高中生物教学中，教师要基于思维可视化的理念，采取指向学生学科素养发展的教学途径，让学生通过发散、导图、分类和建模四个阶段来内化知识，形成能力，最终在思维可视化的支撑下发展核心素养。

关键词：高中生物  思维可视化  学科素养

思维可视化，顾名思义，就是让学生将思维的过程，运用清晰的图表等直观表现出来，让学生可见、教师可视。对于学科教学，尤其是高中生物学科教学来说，教师可以采用多种方法让思维可视化，这对提升学生学习质量，优化教师教学方式，具有无可比拟的优势。生命观念、理性思维、科学探究和社会责任是高中生物学科核心素养的四大具体表现，高中生物教师要基于学科特点，在思维可视化视野下开展课堂教学，让学生清晰地理解知识，凝炼学科概念，形成结构化知识，并通过思维可视化手段来发展自己的生物学科核心素养。笔者基于思维可视化理念，以发散、导图、分类和建模四个步骤，引导学生透过思维洞察学科本质，收到了良好的效果。

一、发散：呈现显性学习材料

概念是学习和理解知识的核心起点，对于高中生物学科来说，概念既重要又繁多。理解概念的本质，并理顺概念间的相互关系，从而建立概念群，这既考验着教师教的能力，也考验着学生学的能力。为此，教师要激活学生的发散性思维，让学生借助可视化途径，促进概念显性化，思考并建立概念图，从而达到对概念的深度理解。

在教学“DNA重组技术的基本工具”这一章节内容时，由于其涉及概念较多，笔者呈现学习材料，让学生思维进阶，通过问题引领，激活学生的发散性思维。笔者首先以“什么是基因工程”导入，让学生明白这是一项由于DNA重组改变生物遗传性特性的技术，进而引导学生发散思维：基因工程的实现有何规定流程？学生思考后得出答案：“剪切、拼接、导入、表达。”教师追问：“为实现这一目标工程，需要什么样的工具？”学生思考后回答：“先运用限制酶切割DNA，然后由DNA连接酶缝合DNA，同时借助载体把指定的DNA引入目标受体之中。”在此过程中，教师还可以用问题来细化每个工具的功能和作用，如将两个DNA片段连接并切割时，需要运用的工具为“针”和“刀”，受体的准确位置为磷酸二酯键。通过这一系列问题的引导，教师激活了学生的发散性思维，帮助学生复现并感知了很多记忆性的感性材料。与此同时，学生也自动地勾勒出实现基因工程的前后序列的轮廓。“一些工具如何使用？怎样使用？在什么部位使用？”等问题也都印在学生的脑海里，形成了思维的可视化模型。这样，学生对概念的理解由感性到理性，由发散到聚焦，为学科素养的培养打下了基础。

二、导图：辨别认知结构差别

学科素养的形成是一个立体的内化的过程，思维导图能够在这一过程中发挥其促学作用，帮助学生提升学习效率，建构起独特的学科认知结构。高中生物学科的概念教学是一大难点，既有相似的概念，也有相反或易混淆的成组概念。教师要运用思维导图，帮助学生辨别概念间的联系、差别和内在因果关系，从而将概念图内化于心，为核心素养的形成搭建认知支架。

以教学“神经调节与体液调节的关系”为例，教师可以构建简易导图，引导学生辨别、明了两种迥异的生命活动调节途径，促进学生辨别生命调节的不同结构。教师先在黑板上画一个大圆，表征动物体内整个生命循环调节活动，并提出如下问题：此生命活动的调控途径有哪些？学生经过思考作答：在此圆圈上可以发散出两个分支，即体液调节分支和神经调节分支。但同时，这两个分支需合二为一，共同为人体的生命活动提供循环动能。在此过程中，师生建构一个思维导图，将知识串联，实现学科知识的显性化和图示化。同时，教师进一步引导学生在导图的分支上继续做文章，细化知识结构图，如在神经调节分支上标注反射、电信号和化学信号等，在体液调节分支上标注反馈、激素分泌和传输等，从而构成一个完整且丰富的导图，让学生将知识结构化、差异化，同时也有助于记忆。通过思维可视化手段，学生就能对相似或平行的概念作出比较、鉴别，并在导图的根目录统摄下继续“开枝散叶”，从而将零碎的知识定位，形成一个完整的知识网络，为知识记忆提供帮助，也为实现问题驱动下的主动学习提供认知导航。

三、分类：构建结构化的知识系统

由于知识是散点状的，高中生物教师要以学生的学科关键能力培养为目标，将散点状的知识分门别类，使知识条理化、脉络化，从而构建一个结构化的知识系统。学生站在宏观的视角来洞察高中生物學科的内在奥秘，了解知识间的内在关系，有利于自主建构知识系统。学生以本质区别为特征适当进行归类，可以进一步掌握生物概念的内涵，为形成学科关键能力提供必要支撑。

以教学生物必修一《分子与细胞》中的“物质跨膜运输的方式”为例，教师可以引导学生对运输的不同方式进行归类。首先，教师通过细胞膜物体的大小来分类，学生会发现大分子和小分子的运输方式截然不同。接着，学生可将小分子的运动方式再分为自由扩散、协助扩散和主动运输三种类型，其依据是膜两边分子的浓度以及在运输中是否有能量消耗等。同样，大分子也可以依次分为胞吞和胞吐两个类别，其依据是分子流动的方向。之后，教师再让学生进一步细分，如将自由扩散和协助扩散进行比较，发现它们都是小分子从高浓度向低浓度扩散，但它们也有区别，即它们都要有载体来支撑，同时它们在扩散中都不会消耗能量。就具体例子来看，像O2、H2O、CO2进入细胞的方式可称为自由扩散，而葡萄糖是协助扩散的典型代表等。由此可见，分类是促进学生构建结构化知识网络的重要手段。学生对知识和概念间的异和同进行对比分析，从而显性化地找到概念或知识之间的本质区别，形成科学系统的知识结构，这也是培养学生学科关键能力的必要手段。当然，教师也要丰富思维可视化的具体手段，对图形进行创造性改编，发挥图示分类的作用，促进思维的可视化和显性化。

四、建模：发展学生抽象思维能力

高中生物学科知识点较为零碎，教师要适时激活学生的聚合思维，让学生从零碎的知识中抽象出一般的普适性的认知结构，从而发展抽象思维能力。为此，教师可以培养学生的建模能力，让学生在生物学科知识的理解中搭建四梁八柱，构建一定的显性模型，这既是思维可视化的核心步骤，也是培养学生学科思维能力的关键所在。

以教学“种群的数量变化”为例，其部分内容旨在引导学生掌握生物群落数量的一般发展规律。为此，教师可以将数学建模思想引入其中，从而培养学生的抽象思维能力，同时发展高中生物学科蕴含的理性精神。建立一定的数学模型后，学生可以通过解题、运算等手段来分析影响种群数量的本质因素，从而推导出预测种群数量的一般性公式。通过简易的建模思维，学生能够将抽象的预测行为化为具体的运算能力，更加直观且准确地理解生物种群的发展规律和发展方向。同时，学生在建模的过程中也进一步厘清了生物学科概念，掌握了学科发展所蕴含的科学本质，从而培养了自己的科学思维和理性精神。

参考文献：

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

[2]娄莹莹.高中生物教学指向核心素养的思维导图运用[J].学苑教育，2020（7）.

[3]陆帅.高中生物教学中思维可视化技术的实践研究[J].成才之路，2020（5）：4243.

责任编辑：唐丹丹