核心素养下思维导图在初中生物学教学中的应用

梁小航 赵洪杰 梁婧 张佳音 张华祯 张念楠 徐振军 莫显红

摘 要：自新课程标准颁布后，核心素养已成为我国新一轮课程改革的聚焦点，核心素养的培养须落实到各学科领域。初中生物学教学对学生核心素养的培养具有现实意义。但由于生物学科覆盖内容广、知识点零散，且初中生正处于形象思维向抽象逻辑思维的过渡期，因此，针对生物学科特性和学生心理特点，采取行之有效的学习方法对培养学生的核心素养至关重要。思维导图作为一种教学辅助工具有助于构建知识体系，提高学习效率，促进学生科学思维的发展。本文以义务教育新课标为背景，阐述思维导图的发展概况，并针对思维导图在初中生物学新授课和单元复习课中的应用策略提出见解，为培育学生生物学科核心素养提供参考。

关键词：核心素养；思维导图；科学思维；初中生物学

中图分类号：G633.91  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2023）09-0085-04

《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》确立了以培养和发展学生核心素养为宗旨的课程目标，提出关于生命观念、科学思维、探究实践、态度责任4个方面的核心素养要求，并明确把科学思维作为核心素养之一，是一项重大突破[1]。然而，发展科学思维应该“教什么”要“怎样做”，对教师教学提出了挑战。研究发现，科学思维的培养与知识可视化基础理论和建构主义理论不谋而合[2]。科学思维体现了对学生理性思维、批判精神、勇于探究等科学精神的培育；思维导图作为一种可视化工具，其主要思想是将人脑左、右两部分中的形象思维和逻辑思维结合起来同时运作，最终在纸上用图画和线条将思维痕迹形成发散性的结构，呈现一个易于记忆和顺应大脑发散性思维的自然表达过程。科学思维与思维导图联系紧密，因此在授课过程中引入思维导图辅助教学对学生生物学科学思维的训练和提升具有重要意义。

1 思维导图应用于培养学生核心素养的必要性

思维导图是由英国学者托尼·布赞（Tony Buzan）在《启动大脑》一书中正式提出，将逻辑、数字、图像、颜色等不同元素整合起来形成高度概括性的，易于识别、理解和记忆的可视化思维工具。思维导图的绘制一般包括确定主题词、绘制分支、添加关键词、完善框架4个步骤，通过纸笔手绘和软件绘制两种方法完成，最终呈现出思维的发散过程。学习者通过思维导图传递思维过程、提高发散思维能力，利用思维导图梳理知识脉络、提高学习能力，从而改善行为表现[3]。

2010年以后，思维导图与学科教学相结合逐渐成为我国教育研究者关注的重点，并且呈现上升趋势，不同学者从多角度分析思维导图的特征以及其在学科教学中对学生发展的作用，并提出二者结合的重要意义。2019年，张辉等在《基于科学思维的高考生物学备考策略》一文中，将生物学备考与思维导图建立有机联系，通过学生的发散性思维以及对知识的归纳与概括，从而更好地理解生物学大概念，提升高考生物学备考实效[4]。赵国庆等认为教师应坚持学生主体、以问题解决为导向、结合思维策略工具、尊重学生已有认知，在学生思维发展的最近发展区寻找着力点并加以干预，从而提升在教学中应用思维可视化工具的实际效果[5]。么海燕借助于思维导图帮助学生构建写作框架，并利用思维导图从“记忆与学习词汇、建立写作结构、培养写作能力、组织小组互动、指导写作教学”五个方面进行高中英语写作教学[6]。2020年，刘昕等利用思维导图“以图串点、据点绘图、用图导练”三步走来“活化”高中生物学知识，进而培养学生生物学核心素养[7]。2022年，郑喜芳尝试借助思维导图这一概念模型帮助初中生建构系统的生物学知识体系，同时引导学生运用思维导图处理概念模型的建构问题[8]。徐玲玲等对大概念教学评价进行整理，将思维导图作为结构化思维工具用于学习性评价、学习式评价和学习的评价，体现了对高阶思维的评价[9]。邓浩仪等使用支架激活学生的原有认知，在回顾旧知的时候使用思维导图支架可以使逻辑网络、思维过程可视化，在降低学生认知困难的同时可以让学生清晰了解多个物理量之间的关系[10]。

综上所述，思维导图作为一种可视化工具应用于学科教学中具有诸多优势：（1）利用思维导图建立知识之间的有机联系，通过引导学生自主构建知识框架，培养学生归纳与概括能力。（2）在教学过程中以思维导图串联课堂活动，构建高效课堂，帮助学生快速建构思维体系从而促进学生理性思维能力的发展。（3）思维导图作为结构化思维工具，通過分析不同层级之间概念的关系，评价学生的学习效果和思维发展。但通过文献研究及现状分析发现，思维导图在实际教学中仍存在较多问题：（1）思维导图局限于本节内容的应用，学生忽视新旧知识之间的联系，缺乏整体性观念，发散性思维能力较弱。（2）侧重于对知识的整理和识记，忽略学生自主建构知识的过程以及创造性思维能力的培养。（3）将思维导图等同于概念图，二者概念模糊，仅用来组织和表征知识。因此，本研究根据义务教育生物学新课标中科学思维的培养要求，针对这些不足之处提出相应的应用策略，体现思维导图对学生思维发展的重要意义。

2 思维导图在初中生物学教学中的应用途径

2.1 思维导图在初中生物学新授课中的应用

2.1.1 应用于概念教学培养学生发散性思维能力

托尼·布赞认为思维导图能够呈现发散性思维的表达过程。发散性思维从一个中心主题出发进行多维度的扩散，依据客观事物之间的联系，通过因果联想、对比联想、相似联想等形式进行思维的发散[11]。将头脑中的发散性思维与图形、图像、符号、线段等相结合并在纸上或者计算机中表现出来，就形成了思维导图。概念教学指向对概念的理解，概念是生物学的基础和精髓，也是发散思维过程的核心。借助思维导图将教材中与核心概念相关的内容整合在一起，围绕中心主题进行思维的发散，对提高学生归纳与概括等能力、训练发散性思维有较大帮助，能够促进学生对生物学大概念的理解。“生态系统”是初中生物学的一个重要的概念，义务教育新课标规定的重要概念3.1为“生态系统中的生物与非生物环境相互利用，实现了物质循环和能量流动”，在此基础上结合相关内容的学习，构建概念3“生物与环境相互依赖、相互影响，形成多种多样的生态系统”。为达成课标要求，以“生物与环境组成生态系统”一节为例进行课堂概念教学时，引导学生利用思维导图构建概念体系，确定以概念“生态系统”为中心主题，教师围绕中心主题引导学生自主构建思维导图框架，确定各级主题，结合教学内容学生独立进行思维导图的补充和完善，促进学生对概念的理解，培养发散思维能力，如图1所示。

2.1.2 应用于科学史教学，培养学生批判性思维能力

生物科学史不仅蕴含着丰富的科学思想、科学方法、世界观等内容，更重要的是蕴含着人类为探索生物的奥秘而坚持不懈刻苦钻研的科学精神[12]。生物科学史还体现了归纳与概括、演绎与推理、批判性思维、创造性思维等科学思维方法，要想利用生物科学史培养学生的科学思维，就需要深度挖掘教材中科学史蕴含的科学思维方法。通过对初中生物学教材科学史的研究发现，科学史中体现最明显且最常见的就是批判性思维这种思维方法。因此，科学史教学可以有效培养学生的批判性思维。科学家的探究是一个环环相扣的过程，包含了科学家发现问题、寻找证据、假设推理、实践探究、得出结论等过程。思维导图可以将零碎的知识整合在一起，也可以将科学探究过程按照一定的顺序展现出来，在教学中将思维导图与科学史学习相结合，可以直观展现科学家的探究过程。科学发现是不断探索、修正的过程，学生运用思维导图直观展现生物科学史，能够学习科学家认识、解决问题的思维过程和科学探究的精神，主动构建科学概念，提高科学阅读能力以及批判性思维能力[13]。以八年级上册的“细菌”一节为例，在讲解细菌的形态结构之前，正文呈现了“细菌的发现”相关科学史，教师补充并带领学生了解完整的细菌发现过程，如图2所示。在思维导图的呈现过程中可以以时间为线索，展示出科学家们发现细菌、认识细菌的光辉历程，并引导学生思考以下问题：科学家们是否盲目相信当时的主流观点？巴斯德的实验采用了什么研究方法？他是设计了怎样的研究方案？从实验结果中得出了怎样的结论？学生在跟随科学家的脚步探究的过程中感受理性的怀疑精神和正确的研究方法在科学发现中的重要作用，尝试运用批判性思维分析和解决问题，敢于质疑、不断论证，从而提高批判性思维能力。

2.1.3 应用于实验教学，培养学生创造性思维能力

生物学科是一门实践性较强的学科，实验在初中生物学教学中的地位举足轻重，它不仅能传递生物学的基础知识和科学方法，更重要的是能够培养学生的实践探究能力、创造性思维能力、团队合作能力等[14]。新课标下初中生物学实验倡导开放性的实验，鼓励学生在自主实验中探究未知的奥秘，在实验教学中非常重视对学生创造性思维的培养。创新的核心是创造性人才，而创造性人才的核心是人的创造性思维[15]。创造性思维是在发散性思维和批判性思维等科学思维方法的基础上发展的综合性思维，它是产生创造力的源泉，使人能够运用创造性思维去发现新规律、解决新问题，凸显思维的独创性。在初中生物学实验教学中培养学生创造性思维能力的关键就是打破常规，突破思维定式。为转变实验教学的教学方法，提高学生创造性思维能力，在实验教学中可以借助思维导图优化实验教学，使学生变被动为主动，在教师的指导下以学生个人或小组为单位自主开展实验探究活动，用思维导图绘制实验框架，将抽象的实验过程转变成形象的方法步骤，根据实验主题选择实验材料、制定实验计划、实施实验方案，确定实验整体思路。实验结束后还可以以思维导图为文本参考调整设计方案，进行实验的改进和优化。探究“种子萌发的环境条件”是人教版七年级上册第三单元第二章第一节中的一个探究性实验，教师在带领学生了解课本实验内容的基础之上，引导学生分析实验装置存在的弊端，以小组为单位进行实验设计和改进创新，明确实验组和对照组，控制单一变量，最后每个小组以思维导图的形式呈现实验过程并汇报展示，如图3所示。在此过程中学生积极主动地参与实验创新，发现问题、探究问题、解决问题，实现深度学习[16]；在思考、讨论、操作的过程中不断增强小组合作能力、实践操作能力和解决问题等能力，培养学生的创造性思维能力。

2.3 思维导图在初中生物学单元复习课中的应用

单元复习是初中生物学阶段课堂教学的一个基本课型，学生通过对本单元各模块知识的回顾、整理和总结，达到复习巩固、加深理解的目的。学生在复习过程中寻找单元知识之间的内在逻辑，并在头脑中重新建构知识，形成最优化的知识网络，从而锻炼学生思维能力。思维导图作为一种教学辅助工具，不仅可以在新授课过程中与概念教学、实验教学等相结合培养学生的科学思维能力，还可以协助学生在单元复习过程中自主整合碎片化知识、查漏补缺，突出重难点。借助思维导图组织单元复习，使用颜色、粗细不同的线段连接各级知识点，构建单元知识体系，使单元复习更加系统化、条理化。培养学生归纳总结的能力，从而提高学生科学思维。

2.3.1 搭建单元框架，促進归纳总结能力

课堂开始时，教师向学生介绍思维导图的类型以及绘制方法，展示初中生物学知识网络结构图，结合情境引出本节课单元复习的主题。教师引导学生独立搭建思维导图的框架，在纸上绘制单元复习思维导图，促进学生归纳总结能力的提高。首先依据单元复习主题确定中心词，通过带领学生梳理并回忆单元知识内容，完善学生认知结构，使学科的内在逻辑与学生的心理逻辑相统一[17]；通过对知识的归纳总结形成关键词，与中心词连接形成一级分支，进而厘清本单元的重要概念。教师还可以以“趣味竞赛”的形式通过填空问答让学生在抢答的过程中回顾并补充完整一级分支，提高课堂的趣味性。此外，思维导图体现的是学生的发散性思维，教师还可以引导学生灵活使用思维导图构建知识网络，以多种形式表达自身对单元知识的理解，建立生物学单元系统框架，在归纳、总结、比较、分类等过程中提高学生科学思维能力。

2.3.2 构建思维导图，培养团队协作能力

初中生物学单元复习是一个由点到线再到面的整合过程，布鲁纳认为，为了更好地防止遗忘，需要将知识借助良好的结构联系在一起[18]。在教师带领学生共同搭建单元框架的基础之上，学生以小组为单位，通过主动回忆、整合知识，形成单元知识网络，细化思维导图的分支，发掘学生分类与概括的能力，并进行发散性思维的锻炼以及团队协作能力的培养。学生分析整理单元内各模块知识点的过程，也是学生重新构建并生成新知识的过程。在这一过程中，由于单元复习内容较为庞杂，教师可以引导学生将思维导图中的每个一级分支作为一个专题，小组内成员自行分配任务进行各专题的整理和细化，根据知识点之间的内在联系，找出与之并列或延伸的内容[19]，最后将各个专题整合到一起，形成完整的单元复习思维导图。小组组长也可以在一级分支的基础上综合小组成员意见和想法一起将思维导图框架向四周拓展形成二级分支、三级分支等等。合作构建思维导图不仅能够有效提高学生的理解和记忆水平，促进科学思维的发展，还有利于团队合作能力的提高，小组成员在相互交流、表达的过程中不断地进行思维的碰撞，激发学生的创造性思维和发散思维。

2.3.3 典型例题巩固，提高综合应用能力

习题可以很好地检测并巩固学生的学习成果，了解学生通过思維导图进行单元复习的知识掌握情况。教师在学生学习中发挥主导作用，选取有针对性、综合性、创新性的例题帮助学生进行知识的巩固，引导学生对题干内容深度剖析，抓住关键词，结合思维导图中的各级关键词确定例题考察的范围和重难点知识。此后，教师通过设置情境、提出设问，用图导练，推动知识的活学活用，从而促进知识的有效迁移，激发学生逻辑思维和发散思维的发展，提升学生生物学核心素养。同时，在解决实际问题的过程中学生能够进一步将知识内化，通过思维导图将问题解决的思路可视化地展现出来，结合教材单元内容构建完整的知识体系，将理论知识运用于实际的生产生活当中，能够更好地提高学生分析并解决问题的综合应用能力。

3 结语

初中学生的思维正处于由具体形象思维发展到抽象逻辑思维的过渡期，将思维导图这种教学工具与学生心理认知发展特点和身心发展规律相结合，运用于初中生物学教学，构建完整知识体系，促进知识的理解和迁移应用。不论是新授课还是复习课，思维导图都能够有效发展学生的发散性思维、批判性思维以及创造性思维等科学思维能力，提高生物学教学效率，达到事半功倍的学习效果。

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