信息可视化背景下图文转换之提升高中学生生物表达能力的研究

摘要：在信息可视化背景下，图文转换不仅是一种技术手段，也是一种教学策略，其可以帮助学生多角度理解生物知识，提高学习效率。培养图文转换能力，能够使学生有效学习生物知识，准确表达观点，提升生物表达能力。基于此，文章主要对图文转换在提升生物表达能力中的作用进行分析，结合实际教学案例，深入探索信息可视化背景下高中生物运用图文转换教学模式提升学生表达能力的教学策略，旨在探索更加适合高中生物教学的图文转换形式，提升高中生物课堂教学质量，使得学生能够提升生物表达能力，进而获得全面发展。

关键词：信息可视化；图文转换；高中生物；表达能力；教学策略

中图分类号：G633.91文献标识码：A文章编号：1673-8918（2024）38-0127-06

在当前信息技术迅猛发展的时代，信息可视化技术因其直观、高效特点在教育领域广泛应用。图文转换是能够帮助学生提高信息传递效率和理解程度的重要形式。对历年高考生物试卷进行分析会发现，图表题型较为常见，但学生生物语言表达能力却不容乐观。在2019—2023年生物高考试题中，学生非选择题平均分和及格率有所下降，考查语言表达能力的试题有所增加。因此，生物教学中应重视培养学生的语言表达能力。良好的表达能力能够帮助学生在解题时书写答案更有条理、逻辑性，获得良好成绩。但教学中教师常利用插图引导学生识别图表，很少会基于信息可视化技术来辅助教学，导致学生遇到图表类试题时缺乏信心，无法有效分析、转换信息。所以，在高中生物教学中，教师应多注重培养学生的图文转换能力，以此提升其生物表达能力。

一、 国内外研究现状

在国内，研究者高度重视信息可视化在教育教学中的应用，认为它有助于提高学生的学习兴趣和效果。例如，张晓光提出了一种基于信息可视化的教学策略，以帮助学生更好地理解和掌握复杂概念。此外，图文转换在教育教学领域的应用逐渐受到关注，一些学者和教师开始探索图文转换在提升学生生物表达能力方面的作用。例如，李丹探讨了利用图文转换工具辅助高中生物教学的方法和策略。他们通过设计并实施图文转换教学活动，发现图文转换有助于学生更好地理解和记忆生物知识，同时能够提高学生的生物表达能力。总体而言，这些研究主要集中在图文转换教学策略的设计、实施效果评估以及影响因素分析等方面，关于图文转换提升生物表达能力的研究还存在一些不足。首先，相关研究数量相对较少，且多集中在实践应用层面，缺乏深入的理论探讨。其次，现有研究多关注图文转换在知识理解方面的作用，对如何具体提升学生的生物表达能力的研究还不够充分。此外，针对不同学习风格和认知能力的学生，如何个性化地运用图文转换提升生物表达能力的研究也相对较少。

在国外，图文转换在教育教学领域的应用和研究相对更为成熟。在生物学科方面，一些学者通过实证研究证实了图文转换教学在提升学生生物表达能力方面的有效性。并且他们也关注如何在高中生物教学中有效运用信息可视化手段，以提高学生的生物表达能力、学习兴趣和科学素养。例如，Johnson提出了一种基于信息可视化的教学模式，通过将生物学知识与实际生活案例相结合，激发学生的学习兴趣。此外，Brown探讨了利用图文转换工具辅助高中生物教学的方法和策略。他们发现，图文转换不仅有助于学生理解和记忆生物知识，还能显著提高学生的生物表达能力，包括口头报告、书面作业和实验操作等方面。国外的研究还关注了图文转换在教学过程中的具体应用策略和方法，还注重评估图文转换教学效果的量化指标和评价体系。他们通过设计科学的实验方案和收集客观的数据来评估图文转换在提升学生生物表达能力方面的实际效果，为教学实践提供了有力的支持。

二、 图文转换在提升生物表达能力中的作用

（一）有利于培养学生科学思维

图文转换可以将抽象的生物知识以形象的图形和文字相结合的方式呈现，帮助学生更好地理解和掌握生物知识。在高中生物教学中，借助信息可视化技术来运用图文转换教学模式，能够培养学生的科学思维方式。在实际开展教学活动的过程当中，学生不仅需要理解图形和文字所表达的生物知识，还需要通过分析和比较，将不同的生物知识进行整合和归纳，从而形成自己的生物知识体系。在分析与比较的同时，也能够让学生运用专业术语进行总结与归纳，顺畅表达，进而有效培养学生的科学思维方式，使学生在面对复杂的生物问题时，更加理性地思考和解决问题。

（二）有利于丰富课堂学习体验

在传统的生物课堂教学模式中，教师通常以讲授和板书为主要教学手段，学生则被动进行学习。这种单向的传授方式往往使学生感到单调和缺乏吸引力。相比之下，图文转换的教学方式能够将生物知识以图形和文字相结合的方式生动展现，使学生在学习过程中能够直观感受到生物知识的魅力。同时，图文结合的教学方式不仅会充分激发学生的学习兴趣，还会进一步调动学生的学习积极性，促使学生积极参与到生物知识的学习与互动中，以此丰富学习体验，为提升学生的生物表达能力奠定坚实基础。

（三）有利于降低生物学习难度

生物知识抽象且复杂，涵盖细胞结构、遗传学、生态系统等主题，需要学生具备一定的空间想象能力和抽象思维能力。学生在深入理解和熟练掌握所学知识时，会存在相应的难度。然而，通过图文转换的教学方法，可以将这些抽象的生物知识，以生动、直观的图形和简洁的文字描述呈现出来，使得学生能够更轻松地理解并掌握，也能够顺畅表达。而且，生物知识中包含大量概念和理论，往往难以直接理解，通过将其以图解的形式展现出来，学生可以逐步分析每个部分，理解每个符号或图形的含义，最终将零散的知识点串联起来，形成完整的知识网络，清晰表达相关知识，降低生物学习难度。

（四）有利于增强学生实践能力

图文转换不仅是一种学习方式，更是一种实践操作的过程。在图文转换的过程中，学生需要观察图形、分析信息、整合知识、提炼要点，并用恰当的文字表达出来。这一系列的操作不仅要求学生具备扎实的生物基础知识，还需要学生具备实践能力和创新能力。在高中生物教学中，教师要积极鼓励学生多进行图文转换的实践，亲自动手、动脑，结合所学知识，自行设计图形、编写文字，将生物知识以图文结合的形式展现出来，加深学生对生物知识的理解，提升学生的实践能力和创新能力。

三、 基于信息可视化与学生表达能力提升的高中生物图文转换教学

（一）深挖教材内容，理解生物概念

实际上，在高中生物教学中，生物概念并不是独立的，不能被单独表征。在信息可视化的背景下，为了借助图文转换的教学模式来提升学生生物表达能力，教师就需要注重深层次挖掘教材内容，让学生理解生物概念之间的内在联系，帮助学生构建完整的生物知识体系。通过图文转换的方式，将生物概念以填空补充式的概念图呈现出来，能够使学生直观地理解生物概念的含义和特征，同时掌握生物概念之间的逻辑关系。

例如，在教学人教版必修2《孟德尔的豌豆杂交实验（一）》时，因教材内容与分离定律具有紧密联系，并且分离定律也有孟德尔第一定律之称。为此，为了让学生更加轻松地对分离定律概念加以理解，教师可以在完成基础知识的教学之后，借助信息可视化技术，运用电子白板为学生展示相关术语的概念图，如下图所示。而后，教师就可以对学生进行引导：今天，我们对遗传的规律进行了研究，并且主要讲解了实验的选材、现象以及解释。在学习的过程当中，我们涉及了很多术语。下面，请大家尝试利用这些术语将概念图进行完整补充。这样，学生也就会基于填空补充式的概念图，构建各个概念之间的实质性联系，使得“分离定律”的术语更容易理解与接受。同时，通过这样的图文转换训练，学生不仅能够深入理解分离定律的概念，还能在日后的学习中，更加自如地运用相关术语清晰、准确表达自己对生物知识的理解。

（二）叙述图表信息，活跃课堂氛围

在高中生物课堂教学中，教师不仅要让学生对图表进行分析，明确其中内涵，也要注重创造机会，让学生运用自己的语言对图表进行表达，强化对学生图文转换能力的培养，以此提升学生的生物表达能力。为此，教师在实际开展教学的过程当中，应充分运用信息技术为学生直观展示与教材内容相关的图表，并且让学生自主对图表进行描述，以此活跃课堂的氛围，使得学生能够得到思维方面的训练，进一步提高分析与解题能力。

例如，在教学人教版必修1《细胞的分化》时，为了让学生对所学知识进行深刻掌握，教师就可以运用多媒体技术在大屏幕上为学生展示受精卵分裂与分化过程的图表，如下图所示。接着，引导学生仔细观察图表，并尝试用自己的语言描述这一过程。经过对图表进行分析，学生就能够了解图表序号所代表的生理过程，即①②③代表有丝分裂，④代表细胞分化。而后，学生也就可以运用一句话对该过程所表达的含义加以描述。如此，学生也就能够了解到此图标识受精卵经过分裂以及分化后，会形成具有一定结构、功能以及形态的组织。通过让学生对图表信息进行叙述，不但能够了解学生的思路，也能帮助教师对学生的知识掌握情况进行评估。如果学生在叙述的过程当中存在相应的错误，教师也可以及时纠正，并以此为契机，加深学生对知识点的理解和记忆。通过这种方式，学生不仅能够学会如何观察和解读图表，还能够学会将信息用准确、流畅的语言表达出来，这对提升学生的生物表达能力具有很大帮助。

（三）梳理实验原理，解读实验流程

在高中生物教学中，实验占据重要地位，也属于验证理论知识的关键环节。在图文转换中，为锻炼学生的表达能力，教师可巧妙运用信息可视化工具辅助实验教学。具体而言，教师应引导学生深入分析实验图，系统梳理实验原理，细致解读实验流程，以此提升学生的逻辑思维能力和语言表达能力，使学生能在解析实验的同时，获得综合能力的发展。

例如，在教学人教版必修2《DNA是主要的遗传物质》时，为了让学生对T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的原理以及实验操作流程进行深入了解，教师就可以借助图文转换的教学形式。因该实验的步骤以及操作比较多，学生普遍很难理解。为此，教师就可以运用信息可视化工具，为学生展示T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的图表，如下图所示。通过结合图表中的文字提示，对实验操作流程加以解读。在此过程当中，教师可以设置相应的问题：①噬菌体为什么要与大肠杆菌混合？②32P与35S分别代表噬菌体的什么结构？请说明理由。③为什么要将噬菌体与大肠杆菌进行搅拌与离心处理？④为什么用35S标记一组中所获得的沉淀物有少量放射性物质？而后，学生就可以通过观察和思考实验流程图，结合所学知识，对实验流程进行梳理。在解答问题的过程中，学生不仅能够深入理解实验的目的和原理，还能够锻炼逻辑思维能力和语言表达能力。

（四）绘制思维导图，整理核心内容

在高中生物教学中，思维导图也是图文转换教学的重要体现之一。思维导图作为一种有效的学习工具，可以帮助学生将零散的生物知识点串联起来，形成系统完整的知识体系，有助于学生更好地理解和记忆生物知识。为此，教师可以为学生提供绘制思维导图的基本方法和技巧，包括确定主题、选择合适的分支、添加关键词等。而后，教师就可以根据教学内容，引导学生开始绘制思维导图。在绘制的过程中，学生可以对相关的知识点进行整理和归纳，用线条和颜色进行区分和标记，进而形成清晰明了的思维导图。

例如，在教学人教版选择性必修2《影响种群数量变化的因素》时，教师可以先为学生讲述影响种群数量变化的各种因素，然后指导学生根据所学内容绘制思维导图。学生可以将“影响种群数量变化的因素”作为中心主题，然后将“非生物因素”和“生物因素”作为两大分支，分别细分出各个具体的子分支。在非生物因素分支下，学生可以将“阳光”“温度”“水”列入其中，并将其概括为“非密度制约因素”。在生物因素分支下，学生可以将“种内竞争”列入，并且添加“种间竞争、捕食、寄生”的密度制约因素。在思维导图的最后一个分支，学生可以加入“种群研究的应用”，并列举出保护濒危动物、确定渔业和畜牧业的合适捕捞量和载畜量、防治有害生物等实际应用案例。

此外，教师还可以引导学生由绘制某一小节知识内容的思维导图延伸拓展到绘制整个模块的思维导图，如绘制人教版必修1《分子与细胞》模块思维导图，学生作品如下图所示。

通过绘制思维导图，学生不仅能够对所学知识点进行整理和归纳，形成系统完整的知识体系，还能够在绘制过程中锻炼语言表达能力和思维能力。此外，通过向同学展示和解释思维导图，学生还能够进一步加深对所学知识的理解和记忆，并提升学习的自信心和表达能力。

（五）建构物理模型，强化交流表达

在高中生物教学中，有些生物学过程由于看不见摸不着而难以理解和想象，对学生的空间想象能力和思维能力要求提高，造成一定的学习困难。例如，有丝分裂和减数分裂这两个生物学过程涉及众多的细胞结构变化和染色体行为变化，染色体、同源染色体、姐妹染色单体等概念也较为抽象，学生不易理解，细胞分裂是一个微观且在短时间内难以直接观察的过程。对学生来说，如果仅靠老师上课谈话式讲授，无法理解透彻具体过程，更不要说完整描述分裂过程中染色体、核DNA以及染色单体的数量变化。随着信息可视化技术的不断发展，许多教师已经开始运用PPT中的动画演示或视频等教学手段展示一些晦涩难懂的生物学过程，但是视频展示可能存在着一些不足之处：①缺乏互动性：学生只能被动观看，无法直接操作或干预视频中的生物过程，难以深入探究和理解其中的细节。②信息过载或不足：有些视频可能在短时间内呈现过多复杂的信息，学生难以消化吸收；而有些则可能关键信息讲解不够详细，导致学生理解困难。③缺乏针对性：不能根据每个学生的学习进度和理解程度进行调整，无法满足个体差异的需求。④难以培养实践能力：观看视频无法替代学生亲自动手实验或观察真实生物现象所获得的实践经验和技能等。因此，在生物课堂中建构物理模型也是图文转换教学提升表达能力的一种重要形式。

例如，在讲解有丝分裂和减数分裂两大分裂过程时，让学生亲手制作染色体模型，模拟分裂过程，增强对概念的理解和记忆。

例如，在讲解基因表达中的翻译过程时，也可让学生课前利用卡纸等材料制作物理模型，并带来课堂展示翻译过程。

首先，建构物理模型能够将抽象的生物概念和过程具象化。通过亲手制作或观察物理模型，学生可以更直观地理解这些复杂且难以直接观察的内容。其次，有助于培养学生的空间想象力和思维能力。在构建模型的过程中，学生需要思考各部分的比例、位置关系等，这能锻炼他们的空间认知和逻辑推理能力。再者，能够增强学生的动手实践能力和团队合作精神。制作物理模型往往需要学生分组合作，共同完成设计、选材、制作等步骤，这不仅提高了他们的实践操作技能，还培养了协作与交流的能力。最后，物理模型建构可以激发学生的学习兴趣和主动性。相比单纯的理论讲解和视频展示，亲自动手参与模型制作更能吸引学生的注意力，让他们积极主动地投入到学习中进而提升生物表达能力。

四、 信息可视化背景下图文转换对于增强生物表达能力的实际效果

本研究通过实验调查，评估图文转换在提升高中生物表达能力方面的实际效果。主要通过收集和分析学生在进行图文转换教学前后的表达作品、考试成绩等数据，客观评价培养图文转换能力对学生生物表达能力的实际效果。

选择高一（5）班和高一（13）班两个平行班进行实验，教学实践时间是从2023年9月到2024年7月，历时一整个学年，分别采用传统的生物教学方法和所构建的图文转换教学模式对两个班进行教学。其中，对照组班级高一（5）班在上半学期进行传统的生物教学，而在下半学期进行图文转换模式教学，高一（13）班一学年都进行图文转换模式教学。同时，为了使实践结果真实可靠，两个班每周的课时数相同，教学参考资料相同，课后作业也相同。不同之处在于：在课堂教学实施过程中，在实验班级有意识地开展识图、析图、述图、绘图和用图等教学活动，并强化实验班生物学图表题的训练，引导学生探索判读与分析各类生物学图表的一般方法和技巧。而对照班级除了常规教学外，不施加任何影响。如此，实践一段时间后进行对比检测，下文通过实践前后学生表达作品以及学生考试成绩这两方面来说明在可视化背景下图文转换教学对提高生物表达的效果。

（一）表达作品

从高一（5）班多位同学上下学期期末测试最后试题的语言表达来看，相较于传统生物教学方法，本研究所构建的图文转换教学模式对提高学生表达能力具有显著效果。

（二）考试成绩

进行教学实践前，为保证实验结果的可靠性，以2023—2024学年上学期第一次月考成绩为依据，利用SPSS软件录入实验班级与对照班级的学生成绩，并进行“独立样本t检验”分析，结果如下表所示：

由表1可知，实验班级的第一次月考平均分为69.25，对照班级的第一次月考平均分为69.94。虽然两个班的平均分有所差距，但根据均值方程的t检验可知，t=-0.297、Sig也就是P值，P=0.798>0.05，没有显著性差异。这表明两个班级学生的学习能力和生物成绩整体上相当，可以在两个班中进行教学实践。同时，选取13班为实验班级，5班为对照班级。

经过一个学期的不同方式教学，以2023—2024学年上学期期末考试成绩为依据，利用SPSS软件录入实验班级与对照班级的学生成绩，并进行“独立样本t检验”分析，结果如下表所示：

分析表2可知，教学实践已超过4个月，本次期末考试中实验班级的平均分为67.16，较对照班级高出7.71分。同时，t检验的结果进一步说明，两个班级学生的平均成绩已经存在显著性差异（P=0.000<0.05）。由此可知本研究所构建的图文转换教学模式对提高学生成绩即提升表达能力具有显著效果。

在2023—2024学年下学期，改变对照班级高一（5）班的教学模式，由传统生物课堂教学转换为本研究所构建的图文转换教学模式。经过一个学期的转变，以下学期期末考试成绩作为依据，利用SPSS软件录入实验班级与对照班级的学生成绩，并进行“独立样本t检验”分析，结果如下表所示：

由表3可知，在下学期期末测试中，实验班级的平均分为57.92，对照班级的平均分为 54.08，但从均值方程的t检验可知，实验班与对照班的成绩不存在显著性差异（P=0.073>0.05）。虽然此时两个班的生物成绩不存在显著性差异，但不可否认的是，实验班学生的生物平均成绩已高出对照班3.84分。可见，由传统教学模式转换为本研究所构建的图文转换教学模式有助于学生提高成绩，并且越长期采用图文转换教学模式，提高学生成绩和提升表达能力的效果更显著。

综上，通过收集和分析学生在进行图文转换教学前后的表达作品、考试成绩等数据，可得出结论：本研究所构建的图文转换教学模式对提高学生成绩及提升表达能力具有显著效果。

五、 结论

综上所述，在高中生物教学中，通过采取上述教学手段，不仅有助于学生更好地理解和记忆生物知识，还能够锻炼其的逻辑思维能力，使其在不知不觉中提升生物表达能力。为此，教师应注重在教学过程中培养学生的观察力和分析能力，引导学生从图表中提炼关键信息，并运用所学知识进行解释和推理。同时，教师还应鼓励学生多动手、多实践，通过绘制思维导图、进行实验探究等方式，将所学知识应用于实际问题中，使学生在掌握生物知识的同时，获得综合能力的发展。

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