思维导图在生物化学教学中的应用

张 茜，姚 青，李建宁，罗明秀，杜 星，朱永生

（1.宁夏医科大学基础医学院，宁夏 银川 750001；2.西安交通大学医学部法医学院，陕西 西安 750061）

生物化学是生物学领域重要的基础学科之一，也是医学院校学生的必修课，对医学生今后从分子水平认识理解疾病的发生、发展及治疗具有十分重要的作用。但该课程学习内容多且抽象，概念复杂，尤其是对庞杂的知识点进行系统化的梳理及知识点之间的有效关联更是生物化学课程学习的难点，往往让学生感到无所适从，难以应对。因此，尝试将思维导图引入生物化学课程教学中，对零碎繁杂的知识点进行梳理和总结，帮助学生厘清思路，构建完整、准确的知识体系，提高教学效果；同时培养学生的发散性思维，促进其对生物化学课程的学习。

“思维导图”概念于1970 年由英国学者东尼·博赞提出，是一种简单有效的实用性思维工具，它主要采用图文并重的技巧，借助关键词、连接线及辅助性文字等，将各级主题的关系用相互隶属与相关的层级图清晰明确地展现出来，并在中心主题、各级分支主题与色彩、图像之间建立记忆链接，将思维形象化，具有承载信息量大、层次分明的特征[1]。其核心就是画出思维过程，利用图形技术把形象思维和逻辑思维结合起来，以此提高学生的思考能力，并开发学生大脑的潜力。在绘制思维导图过程中，大脑对知识点进行碎片整理和不断优化。思维导图不仅能实现知识点的整合，还可借助图示及网状结构将知识构建可视化，有助于培养学生的逻辑思维能力，使知识系统化[2-5]。

1 思维导图在生物化学教学中的具体应用

1.1 教师利用思维导图组织教学

学系在前期组织教学经验丰富的教师根据每个章节的教学大纲绘制思维导图，并装订整理成册。每个章节的思维导图都是以教学大纲和教学目标为指导，将章节中的知识点、讲授内容之间的逻辑层次关系有机整合起来形成完整有序的知识体系。本文以第一章“蛋白质的结构与功能”为例，制作章节大纲型思维导图（见图1）。在制作过程中，根据蛋白质的结构组成层层递进的关系，首先绘制基本元素构成氨基酸的结构，接下来氨基酸按顺序排列构成蛋白质的一级结构，在一级结构的基础上进行构象形成高级结构，也就是二级、三级、四级结构，标注每种结构的定义、特点以及结构和功能的关系。又如“生物氧化”这一章节，内容琐碎抽象，难以理解，通过思维导图（见图2）让学生对生物氧化中的呼吸链有一个整体清晰的认识，再去学习体内两条呼吸链的具体组成、排列顺序、偶联部位、偶联机制及影响因素等，就不再有摸不着头绪的混乱感。在新学期教师授课前，会将制作好的思维导图册发给学生。思维导图册能让学生对每个章节的内容有整体性的框架认识，使学生从章节开篇就做到心中有“图”可寻，能快速了解整个章节的知识结构、内容体系以及各个知识点之间的关联，就会极大提升学习效果。学生学习过程中利用思维导图将碎片化的知识点一环接一环，层层铺开，以点带面，有助于构建完整的知识框架。

图2 生物氧化思维导图Figure 2 Mind map of bio-oxidation

1.2 学生利用思维导图进行知识点梳理和课后复习巩固

生物化学课程主要包括三大内容：生物大分子、物质代谢与调节以及分子生物学。整个课程知识点非常多且分散，因此，利用制作的思维导图册让学生对讲授过的内容进行归纳整理，要求其在思维导图册上将每部分涉及的具体知识点进行补充扩展，利用思维导图将零散孤立的知识点形成完整的知识体系，培养学生的整体思维和逻辑思维。例如，“糖代谢”一章，要求学生在已有思维导图框架的基础上，将每条糖代谢途径中具体的反应部位、限速酶、产能、调节方式、生理意义以及和临床相关联的疾病进行补充拓展。学生在教师的指导下，将新旧知识串联，绘制基于个人理解的更为详细的思维导图（见图3），促进主动完成知识构建的学习过程。

图3 糖代谢思维导图Figure 3 Mind map of sugar metabolism

1.3 思维导图联合病例讨论应用于教学中

在实验课病例讨论中，学生以小组为单位对理论课相关病例绘制思维导图并进行展示。具体做法是：在病例讨论课的前一次实验课上，教师提前对学生进行分组以及思维导图的相关培训，让其了解绘制思维导图的优点和意义、掌握绘制方法和步骤，并布置相关病例的思维导图绘制任务，要求学生在下次的病例讨论课上进行展示。例如，“糖代谢”这一章布置糖尿病、蚕豆病病例的思维导图绘制任务，学生以所给的病例为中心主题，通过小组分工协作、查找相关资料，分析两种疾病的临床表现、发病机制、实验室检查、相关治疗及研究进展等，最终形成层次清晰、逻辑性较强的思维导图。最后教师就学生思维导图中关键词与子主题词之间的逻辑关系、发散性思维、病例分析的准确性、深入程度等进行点评。

2 教学效果评价

2.1 理论测试

为了解思维导图应用于生物化学课程教学的效果，选取我校2020 级临床医学专业3 班45 名学生为对照组，6 班46 名学生为实验组。对照组采用传统教学模式，教师讲、学生听，教学中未使用思维导图。实验组采用思维导图教学模式，具体方法如上文中所述。将实验组以及对照组学生的生物化学期末考试成绩作为教学效果评价标准。期末考试的题目紧扣教学大纲，采用题库选题和教师命题结合的方式，题型有单选题（A1 和A2 型）、名词解释、病例分析题以及论述题。考试为闭卷模式，采用百分制，由学系专职教师进行流水阅卷。采用SPSS 20.0 统计软件进行数据分析，计量资料采用（±s）表示，组间比较采用t 检验，P<0.05 为差异有统计学意义。

2.2 问卷调查

自编思维导图教学模式效果评价调查问卷，于教学结束后对实验组学生进行调查。采用不记名的方式填写，共发放问卷46 张，回收有效问卷46 张，有效问卷回收率为100%。

3 结果

3.1 两组学生生物化学期末考试成绩比较

实验组学生期末成绩为（79.37±5.62）分，明显优于对照组的（68.00±4.56）分，差异具有统计学意义（P＜0.01），见表1。

表1 两组学生生物化学期末考试成绩比较（±s，分）Table 1 Comparison of biochemistry final exam scores between two groups of students（±s，score）

表1 两组学生生物化学期末考试成绩比较（±s，分）Table 1 Comparison of biochemistry final exam scores between two groups of students（±s，score）

组别 考试成绩79.37±5.62 68.00±4.56 5.635<0.01 n实验组对照组46 45 t P

3.2 实验组学生思维导图教学模式效果评价

实验组学生对思维导图教学模式的效果评价见表2。从表2可以看出，实验组学生一致认为思维导图教学模式对生物化学课程的学习具有促进作用；70%以上的学生认为思维导图教学模式对培养逻辑思维能力、激发学习主动性、提升学习能力、课后自主学习有帮助；80%以上的学生认为思维导图教学模式有利于知识巩固及形成完整知识框架、提高学习效率、增强病例分析的条理性；65%以上的学生愿意一直借助思维导图进行学习。

表2 实验组学生思维导图教学模式效果评价Table 2 Evaluation of the effectiveness of the mind map teaching model from experimental group students

4 讨论

思维导图教学模式能有效践行“以学生为中心”的教学理念，能够弥补现行本科教学体系中的短板[6]。在本研究中，实验组学生一致认为思维导图教学模式对生物化学课程的学习具有促进作用，说明思维导图教学模式是被学生接受和认可的。

3.1 思维导图有助于提高学生的学习效率和理解记忆能力

众所周知，课前预习是学习过程中非常重要的环节，通过预习对所学知识有了初步的印象，再通过课堂教师的讲授和学生自己进一步的学习，理解就会更为深刻，尤其结合生物化学这门课程的特点，在理解的基础上进行知识点的记忆，学习效率会大大提高。预习做好了，听课时针对预习环节学不懂的难点就会更加认真去听讲，听课效率也会显著提高，甚至会引发进一步的思考，这对知识的深层次学习和提高理解能力都是非常有效的。教师在授课前发放思维导图册，目的就是帮助学生对课程内容有整体性认识并加深理解，帮助其进行课前预习，提高学习效率。教师授课结束后，还会要求学生自己绘制思维导图。绘制过程中，学生需要对所学章节的全部知识进行总体的加工处理，主动梳理相关知识点与关键主题之间的关系，提取和归纳各个知识点的关键信息，准确把握学习内容的要点和核心，这其实就是一个被动学习变主动学习的过程，最终使学生的学习效果和学习质量得到提升[7]。本研究问卷调查结果显示，84.7%的实验组学生认为思维导图教学模式能提高学习效率，说明这种教学模式有利于学生生物化学课程的学习。

3.2 思维导图有助于知识的归纳总结和梳理，增强思维条理性和逻辑性

在生物化学课堂上，教师利用思维导图授课，能很好地帮助学生构建清晰的知识点之间的逻辑思维关系。前面已经提到，生物化学这门课程的特点之一就是知识点繁杂抽象，因此对知识点进行系统化的梳理尤为重要，而经过教学经验丰富的一线教师精心制作的思维导图册就派上了大用场。其将章节中的知识点、讲授内容之间的逻辑层次关系有机整合起来，形成完整有序的知识体系展示给学生。课后要求学生利用思维导图对所学课程内容进行归纳整理，对知识点进行补充拓展，在个人理解的基础上绘制更为详细的思维导图，复习巩固所学知识，构建完整的知识框架。这些做法使学生掌握了基于逻辑构建的学习方法，有效增强了能学会、能学好的自信心，从而增强了学生的自我效能感，使思维的条理性和逻辑性都得到了提升。问卷调查结果显示，76.1%的实验组学生认为思维导图教学模式对培养逻辑思维能力有帮助，这与我们的预期相符。

3.3 思维导图教学模式促进了学生之间的交流合作，激发了其学习主动性

每个章节的相关病例要求学生分组分工完成思维导图绘制任务，这就使小组成员必须进行有效的沟通交流，充分发挥团队合作精神，才能顺利完成整个病例的思维导图绘制任务。因此，思维导图教学模式是促进学生之间交流学习的有效形式，有助于培养学生的同伴教育能力和交流协作精神。在绘制病例思维导图时需要查阅大量资料，这一过程促使学生主动获取知识，通过以这种“自主、探究、合作”为特征的学习方式来完成病例思维导图的绘制任务，不但激发了学生的学习主动性，同时锻炼了其沟通交流合作能力，极大地提升了学习能力。问卷调查结果显示，73.9%的实验组学生认为思维导图教学模式对激发学习主动性、提升学习能力有帮助。传统教学模式多采用“灌输式”或“填鸭式”的、以教师讲授为主体的被动教学模式，很难调动学生的学习兴趣及积极性，无法充分锻炼学生的自主学习能力和学习的主动性[8]。从两组学生的期末考试成绩来看，实验组成绩明显优于对照组（P＜0.01），这也说明思维导图教学模式教学效果优于传统教学模式。

3.4 思维导图教学模式有助于教师教学能力的提升

在整个思维导图教学中，教和学始终相互促进。思维导图教学模式在具体实施过程中，首先，要求本系资深授课教师制作思维导图册，这就要求教师必须具备丰富的知识储备、清晰的逻辑思路并且能精准理解、掌握各章节内容和知识点。其次，在实验课病例讨论环节，学生分组绘制思维导图，授课教师进行点评，这就要求教师不但要具备组织协调和随机应变能力，还要有一定的临床医学专业知识储备。这些环节对授课教师提出了较高的要求，促使授课教师不断学习，扩大自身专业知识和医学临床专业知识储备。在这个过程中，教师教学能力和自身素质得到了提升，实现了教学相长。

3.5 思维导图教学实施过程中存在的问题及解决对策

思维导图教学模式在实施过程中存在的问题主要来自教师和学生两方面。教师方面：很多教师已经习惯了以往按部就班的传统授课模式，新教学模式的实施会给其带来新的挑战和压力，使其付出更多的时间和精力；个别教师由于自身教学经验、能力不足以及缺乏临床医学专业知识储备，会产生抵触和焦虑情绪。因此，在进行教学改革之初要积极开展教师思想动员工作，转变更新教师固有理念；定期开展教师培训工作和集体备课，共同讨论和解决教学中存在的问题，及时总结教学经验；还可以邀请临床医生到系里举办相关临床病例讲座，拓展授课教师的临床医学专业知识面。学生方面：在进行病例讨论联合思维导图的教学时，要求学生掌握一定的基础理论知识，具备查阅资料和获取相关知识的能力[9]，这对学生提出了较高要求，学习难度增大，可能会有个别学生不愿完成教师布置的学习任务；有些性格比较内向或腼腆的学生不愿当众发言或展示学习成果；还有些学生绘制的思维导图直接照搬书上的文字表述，缺乏图式关联，不能达到厘清思路的目的。这就需要授课教师充分做好前期的准备工作，对学生进行思维导图相关培训，让其完全掌握绘制思维导图的方法和精髓；利用好系里编写的思维导图册，使其能真正帮助学生全面系统地掌握所学理论知识；同时做好指导工作，通过对相关病例的深入分析，训练学生的临床思维能力，鼓励学生积极发言，使其在学习过程中各方面能力得到提升[10]。