思维导图在高中生物学实验教学中的设计策略

赵 卓 朱长江 汤婷婷

(1 吉林师范大学生命科学学院 四平 136000； 2 新疆阿勒泰地区第二中学 836500)

思维导图是围绕一个关键词结合颜色、线条、文字、图片等直观形象以表征知识信息的学习工具。当前已有较多的教学工作者积极尝试和探索思维导图在高中生物学教学中的作用与效果。

高中生物学实验是辅助相关理论知识开设的实验教学内容，根据实验性质和对学生培养目的不同可分为验证性实验、设计性实验和探究性实验等类型，旨在锻炼学生的创新思维和动手实践能力。实验教学要求学生动手操作之前，明确实验目的、掌握实验原理、熟知实验步骤、了解注意事项，最终才能观测实验现象和获取实验结果，通过连续的实验操作形成对习得性知识的验证、加工和整合的一个再认知的完整过程。从近几年生物学高考内容来看，实验部分在卷面中考核比例也在逐年增加，主要考查学生利用已有知识储备对整个实验的分析判断和动手操作的综合能力。本文充分利用思维导图具有的良好可视性教学效果和逻辑链接，结合实验课的不同性质和类型，构建相关知识框架与实验流程，旨在创设理论与实践相结合的高效教学情境，为提高中学生物学实验教学效果设计相应的教学策略。

1 理论与实践呼应——主动参与验证性实验教学历程

验证性实验是生物学教学中极为重要的学习环节。在高中生物学学习中，学生对微观生物学信息储备不足，通过验证性实验能更好地促进对抽象生物学知识的认知和理解[1]。

例如，在高中生物学“能量之源——光与光合作用”中设计“绿叶中色素的提取和分离”的验证性实验，目的在于利用纸层析法提取分离色素，帮助学生理解叶绿体中色素的种类和含量。这种验证性实验教学历程，从材料挑选到实验过程与结果都需要学生主动参与、认真观察，严格注意实验过程的实验条件和操作细节。

因此，将绿叶中色素的提取和分离实验原理、材料用具以及实验步骤绘制成思维导图(图1)，重点强调各实验环节对应的操作步骤以及注意事项，在实验教学中，学生不仅能很好地掌握生物学实验的基本技能，分辨各实验仪器及用途，还能够顺利完成本实验的操作过程并得到比较理想的实验结果。根据实验现象更加明确验证性实验各步骤的作用和意义，避免学生不理解或遗漏操作细节导致实验失败。

2 设计与实践互通——亲身体验设计性实验教学环节

设计性实验教学是在学生掌握一定生物学知识基础上，运用已了解的实验操作方法，自行设计新的实验方案，在实验室完成实验过程和获取实验数据，并能够自主分析和做出相应结论的教学模式[2]。

例如，在高中生物学“降低化学反应活化能的酶”一节中，通过改变过氧化氢分解的外界条件，证明酶发挥作用的高效性及影响因子。该实验设计的前提是： ①学生在初中化学课中已经学习过氧化氢分解的反应方程式，知道其分解产物为水和氧气，为理解本实验产生气泡的现象奠定一定基础；②学生熟悉氧气具有助燃作用，可用带火星木条是否复燃作为鉴定方法，由此可以迁移到本实验中燃着卫生香的燃烧变化。本实验要求在学生明确实验原理的前提下，准备实验材料和实验器材，按照拟定实验步骤仔细观察实验过程中产生的现象，分析并得出酶较无机催化剂具有更高效率的催化作用。

为自然地引导学生尽快熟悉整个实验流程，将该实验的实验原理、材料用具、实验步骤综合绘制成思维导图(图2)，通过设置不同温度和不同反应底物观察实验反应的最终结果，培养学生掌握控制变量法并学会判断实验中自变量、因变量以及对照变量的因果关系和辩证含义。

因此，设计性实验在培养学生灵活运用和归纳知识、培养学生具有较强的创新思维和创新能力方面具有显著的教学效果。

3 思考与实践并重——积极创设探究性实验教学情境

探究性实验属于实验教学中较高阶元的实践模式，是一个逐步探索和独立解决问题的过程，主要环节包括： 提出问题—作出假设—验证假设—得出结论—交流评价，核心教学目标是培养学生具有发展的、可持续的科学探究能力和信息分析与共享能力[3]。

图2 “比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验思维导图设计策略

例如，在高中生物学“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，探究兼性厌氧菌(酵母菌)在有氧条件以及无氧条件下的产物。酵母菌在无氧条件下进行无氧呼吸产物为酒精和二氧化碳，在氧气充足条件下进行有氧呼吸产物为水和二氧化碳，在学生了解这两种细胞呼吸方式产物不同基础上设计探究实验过程思维导图(图3)，为学生理解酵母菌细胞呼吸类型、方式以及产物创建实验流程。

探究性实验充分体现以问题为主线，逐步展开对目标问题的探索性实验，直观表现科学探究实验步骤和内部知识间的逻辑关系，培养学生发现问题、解决问题的实践能力，提升学生对生物学实验相关知识的综合理解与思考能力。

图3 “探究酵母菌的呼吸方式”实验思维导图设计策略

通过对不同类型生物学实验课设计策略可见，将思维导图的设计理念融入生物学实验教学，能够更好地展示出实验课的完整性和连续性，学生也更加有目的地领会实验原理、完成实验过程、规范实验操作、得出实验结论。

因此，将思维导图应用于高中生物学实验课教学中，合理构建生物学实验教学思维导图，不仅能够很好地展现实验教学效果，还能够有利于教师构思多元立体实验内容与实验教学环节，促进学生知识融通能力以及收集实验信息和处理实验结果能力的培养。

(*通信作者)