高中生物程序化解题中“图”导思维的实践研究

皮星

现行评价体系检测高中生学科知识掌握程度，一般采用纸笔测试解题效率的方式来体现。实践证明，用程序化“图”导思维的方式训练学生高效解题，是促成学生学科思维形成、发展和完善的有效过程，是提高学生学科素养的重要途径。

一、程序化解题与“图”导思维的内涵

（一）程序化解题的内涵

程序化解题的思想来自计算机的程序运作。我们都知道，计算机是按照事先设定的科学程序实现高效运算的，可以设想：如果我们的解题过程也能够按照某种科学、规范的程序进行下去的话，那么相当的错误就可以避免。程序化解题其实就是按照科学的解题序列进行操作的有效防止出错的一种解题的方式。

程序化解题过程要求对不同题型的程序设计必须科学、规范，并且要注意防止在运用过程中的教条化倾向，因为并非所有题型和知识点均适用于程序化解题。一般来说，程序化解题适用于有关概念性知识的题目，而事实性知识的题目解答通常无需该法。

（二）何谓“图”导思维

思维是人脑借助语言对客观现实间接的、概括的反映，反映的是事物的本质和事物间的规律性联系。图是最直观的语言，易读、易懂、易记。“图”导思维是指运用一系列“图示”技术把本来抽象的思维过程（思考方法和思考路径）显象化、使思路清晰可见的过程，亦即思维可视化。实践证明，将思维可视化更有利于人们的理解和记忆，可有效提高人们的信息加工及信息传递效能。

华东师范大学现代教育技术研究所特聘研究员刘濯源研究发现，实现“思维可视化”的“图”主要包括思维导图、模型图（如考试规律模型、学科规律模型、思维方式模型等）、流程图、概念图、表格等。

本文将通过展示一堂课中的程序化解题训练的实例，揭示高中生物学科几类题型的程序化解题模式经“图”导思维训练后对学生学科能力提升的作用。

二、程序化解题模式例谈

在我校承办的2014年全国思维导图研讨会上，我们展示了一堂高三复习课“遗传规律题型与解法”，以下是我们教学该课的主要过程。

（一）课前精心准备——小组合作构建思维导图

教师在导学案中精心设计预习题，让学生通过课前做典型习题，回顾《遗传与变异》整个专题的核心知识，同时自主构建本模块知识思维导图;在个人构建模块知识思维导图的基础上，再小组讨论、相互借鉴，形成比较完善的小组模块知识思维导图。

教师准备的预习题是将历年高考真题综合后的题目。综合的题目才能更好地展示知识模块的整体性。学生通过自己回顾制作个人模块知识思维导图、小组合作制作小组模块知识思维导图，可以巩固事实性知识，初步建构概念性知识。

（二）课中精彩呈现——思维导图实用性转化

课堂教学过程是从“有图”到“用图”的转化，是训练学生思维程序化、可视化的主要过程。

1.通过思维导图的设计与教学，发散学生的思维

教师预设时间大约为6—8分钟，采取“小组展示导图（见图1、2）→小组互评导图→教师展示教师导图（见图3）→学生综合思考后修改完善教师导图（见图4）”的形式，使模块知识更完整清晰。

2.通过“图”导思维实现程序化解题的“聚思维”

思维可视化，是实现思维从无序到有序的发展过程。有了设计思维导图这个发散思维的过程垫底，学生对于章节模块知识的发散、梳理得到有效训练，而对于应用知识进行程序化解题的思维尚需筛选、聚合，我们拟通过具体题目的解决来细化这个过程，进而达到“聚思维”的效果（见图5）。

“聚思维”需要教师与学生一起，通过对解题过程的梳理、比较、规整，最终获得一类题型的程序化解题的思维路径图。下面我们以归纳“遗传基本定律中的F2特殊性状分离比”的程序化解题为例。

（1）教师精选题目，学生展示解题过程

例1：蚕的黄色茧（Y）对白色茧（y）是显性，抑制黄色出现的基因（I）对黄色出现的基因（i）是显性。现用杂合白色茧（IiYy）蚕相互交配，后代中白色茧对黄色茧的分离比是 。

例2：香豌豆中，当A、B两个显性基因都存在时，花色为红色（基因Aa、Bb独立遗传）。一株红花香豌豆与基因型为Aabb的植株杂交，子代中有3/8的个体开红花，若让此株自花受粉，则后代红花香豌豆中纯合子占 。

以下是学生A展示的解例1的过程（将其解题板书用电脑重绘，见图6）。

以下是学生B展示的解例2的过程（将其解题板书用电脑重绘，见图7）。

（2）教师引导学生归纳解题过程的相同环节

同一类题，在解题的各个环节（程序）中，既有相同点，也有易错点。教师要发挥学生的主体地位，引导学生通过比较发现相同的程序化解题过程，再各抒己见，说说各自在解题过程中哪一步走不顺、容易进入哪些陷阱以及今后解题时需要特别注意的地方，以此丰满该类题型的解题流程。在这个环节中，学生将原来由师生合作完成的思维导图进行拆解，将其中能用于解答此类型题的“微模块”进行实用性重组转化，得到的可视化程序性思维路径如下图8。

（3）运用程序化思维路径图进行解题练习

解题程序统一以后，再引导学生进行相关题型训练，让每一个学生在训练中逐渐熟悉解题的各个流程，将可视化的流程图转变为无形的解题思路，便于学生在解题的过程中灵活地提取、运用。在生生互动、互相讲题时，因为有了图形化的流程指引，学生交流起来也更便于双方接受、理解。

（三）课后精细落实——程序化向自动化转化

科学规范的程序化解题路径，为学生解题指明了方向，但是要进一步提高学生的解题效率，需要学生在执行程序时加快速度。如同计算机，在每一个环节进行逻辑判断和筛选的速度越快，效能越高。

学生运用程序化解题图反复进行训练，对于同类题的解题过程得到强化，增强了解题自信，便会让程序自然地内化为自己的解题思路，形成一种自动化的解题技巧，一看到此类题型，便能迅速作答。进一步训练，还能达到触类旁通的效果。

三、高中生物几种类型题程序化解题模式概览

（一）用“微导图”卡进行选择题程序化解题

当前国家级考试中，对于“核心概念”和“概念转变”的考查越来越多。在选择题中，很多选项反映出跨章节核心概念的思维联系。高中生物的核心概念大约有70多个，将核心概念作为思维中心词，精心制作出“微导图”卡，再将这些“微导图”卡如同“纳米技术”中的基本粒子一样随意组合，进行思维重组，便可以开拓出崭新的思维路径，让学生的思维广度和学科素养等得到进一步的提高。

纳米分子需要按照模板才能构建成各种样式的材料，“微导图”卡同样需要一些程序模块的指引才能串联运用。大多数题目的解题程序模块如图9所示。

在这一流程图中，“审出核心概念”是前提，“寻出关联节点”与“重组思维联系”是关键，学生在多次运用后，方能加快思维的速度。核心概念“微导图”卡用于解题过程，在解题时进行不同的组合，可以训练学生思维的发散性及解题的程序性。

例如：某选择题的一个选项为“在进行植物组织培养时可能发生基因突变和染色体变异”。

此题明显属于跨章节知识重组，老师从没有在课堂上直接讲授过，学生平时对这个问题的思考也较少。遇到这样的情况，根据解题的一般程序审题，可知“植物组织培养”“基因突变”“染色体变异”是核心概念，我们“拿出”原来准备好的相关“微导图”卡，寻找它们之间的关联节点，如图10。

通过上图，我们可以直观地看到，植物组织培养中包含“有丝分裂”的概念，而基因突变发生的时间可以是“有丝分裂间期”，二者在此发生关联，学生进行思维重组后便能得出结论：植物组织培养中可以发生基因突变。

而在解决“植物组织培养”是否发生“染色体变异”的问题时，我们需要调出“染色体变异”的微导图卡，再寻找二者的关联节点，如图11。通过直观比较、寻找，我们不能发现“染色体变异”与“植物组织培养”有什么关联节点，但在“植物组织培养”的微导图卡中我们可以发现“有丝分裂”这个核心概念，此时，我们再调出“有丝分裂”的微导图卡便可以发现“染色体”这个概念了。于是，通过中间概念将断掉的思维链条补全，我们可以顺利完成思维的跨越式联系，见图11。

（二）生态系统能量流动中的程序化解题模型及其使用

教材中《生态系统的能量流动》一节，有关内容的文字说明不够充分，配图也过于简单、抽象，不利于学生快速理解概念性知识的内涵与外延，导致学生在解题时得分率普遍较低。为了帮助学生快速获取知识，加深对知识的理解与运用，我们采用思维导图的方式帮助学生梳理知识，最终形成了以下快速解题的思维模型，见图12。模型中蕴含着丰富的信息，可以用色彩、框架等进行归类，箭头的粗细表示能量流动中的能量守恒、逐级递减等特点。

有了这个解题模型，学生在具体解决某一个问题时，可根据题意找出适合的解题路径来作答。比如遇到“在草、兔、狼组成的食物链中，狼的粪便中所含的能量实际属于的同化量”这样的问题，学生便可以通过在导图中查找关键词“摄入”“粪便”“同化量”进行程序化解题思路重构，进而分析出“狼的粪便中所含的能量实际属于兔的同化量”;如果题目进一步设问“狼的粪便中所含的能量实际属于兔同化量中 的部分”，学生可以继续运用模型图进行顺序索引，往后寻找“兔同化量”的去路，从而直观地得出答案——兔同化能量后，被下一营养级摄入的能量中“被分解者分解”的能量中的部分能量即狼的粪便量。

（三）坐标曲线题的程序化解题

坐标曲线题是高中生物考试中考查学生综合能力的重要题型，需要学生具备识图获取信息能力及图文转化综合分析能力，其涵盖的知识点有跨膜运输、酶促反应、光合作用、细胞呼吸、细胞增殖、遗传的分子基础、遗传与变异、种群数量变化、免疫调节、神经调节、激素调节等。图13所示的程序化解题过程，能将不同知识点的曲线图解题思路统一在一起，便于学生掌握核心能力。

我们以2013年大纲版全国卷第31题第（1）小题的程序化解题过程为例进行简要说明。

原题如下：某研究小组测得在适宜条件下某植物叶片遮光前吸收CO2的速率和遮光（完全黑暗）后释放CO2的速率。吸收或释放CO2的速率随时间变化趋势的示意图见图14（吸收或释放CO2的速率是指单位面积叶片在单位时间内吸收或释放CO2的量）。

回答下面的问题：在光照条件下，图形A+B+C的面积表示该植物在一定时间内单位面积叶片光合作用 ，其中图形B的面积表示 。从图形C可推测该植物存在另一个 的途径。CO2进出叶肉细胞都是通过 的方式进行的。

程序化解题过程如下：第一，坐标含义定考点。首先，横坐标的“时间”，暗示了实验过程中会改变条件，实验会在一个时间段内进行。其次，由纵坐标“吸收/释放CO2的速率”进行思维发散，调出记忆有关“光合作用”“细胞呼吸”的相关知识网络图。第二，图文转化理思路。首先，由纵坐标中的“吸收、释放”等专有名词，联想到平时积累制作的图表（见图15），经图文转换、以图析图，再结合纵坐标的含义，便可以直观地得出“A+B+C的面积”就是“固定CO2总量”。其次，结合坐标含义，看趋势、找特殊点。“遮光”之后，B区域的延长线是一条直线，也就是“平稳”趋势，表示含量不变;又根据纵坐标表示的变量是CO2释放的速率，由此可以得出图形B的面积表示呼吸作用放出的CO2的量。当年高考，许多考生在“从图形C可推测该植物存在另一个的 途径”处不知所措，其实，按照程序性解题的思路分析，就能从容作答。从趋势来看，是“下降”趋势，而结合纵坐标负区间的含义“CO2释放速率”，就可以分析出图形C是在“释放CO2”。第三，规范用图巧得分。要求文字语言的表达要规范。虽然许多学生能分析出是“固定CO2”，但是容易漏掉“量”这个关键字。如果平时进行规范用图训练，注意到横坐标的“时间”与纵坐标的“速率”相乘就是一个“量”，那么就可以减少非知识性失分了。

思维导图是近年来在教育界比较风靡的一种思维工具。把握思维导图的核心，运用“图”导思维，使思维可视化，再将可视化的思维路径凝聚成解题的程序化模块，让学生在解题过程中按照科学、规范的程序执行，在反复执行程序的过程中促进思维的发散与聚合，以至于达到灵活运用程序模块，最终实现解题自动化的效果，这就是我们的理想愿景。