廣東 劉 倩

思維地圖（thinking maps）是由David N.Hyerle 提出的可視化學(xué)習(xí)工具（如圖1），其理論基礎(chǔ)是基于大腦的八種思維方式：排序（sequencing）、層次分類（hierarchial classification）、局部到整體（part-to-whole）、因果（causation）、比較與對(duì)比（comparing and contrasting）、描述（describing）、類比（analogies）和下定義（defining）（如圖1）。

圖1 八種思維地圖及其對(duì)應(yīng)的思維關(guān)系（略改動(dòng)）

思維導(dǎo)圖（mind map）在高中階段各學(xué)科的應(yīng)用非常廣泛，起到了構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)、聯(lián)想記憶、活化學(xué)生思維的作用，然而思維導(dǎo)圖更多的是運(yùn)用于生物學(xué)的概念教學(xué)中，幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，但是在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中筆者發(fā)現(xiàn)思維導(dǎo)圖對(duì)于部分生物學(xué)科學(xué)思維較弱的學(xué)生來(lái)說(shuō)難以運(yùn)用，而這些學(xué)生在使用思維地圖時(shí)卻得心應(yīng)手，原因在于：（1）思維地圖是思維過(guò)程的呈現(xiàn)，而思維導(dǎo)圖是思維結(jié)果的輸出。（2）思維地圖不需要解釋，讀者僅靠圖形就能明白使用的是何種思維方式，而思維導(dǎo)圖的編制者若不對(duì)思維導(dǎo)圖進(jìn)行解釋，讀者便很難明白兩個(gè)點(diǎn)之間的聯(lián)系是什么，也就不明白思維導(dǎo)圖是如何繪制的。

本文以高中生物教學(xué)中的經(jīng)典試題為例，詳談思維地圖的具體使用方法，以期為高中生物教師提供一個(gè)適合全體學(xué)生使用的思維工具。

1.思維地圖在生物教學(xué)中的應(yīng)用

1.1 圓形圖——下定義

圓形圖由內(nèi)外兩個(gè)同心圓構(gòu)成，通常將需要描述的對(duì)象置于內(nèi)圓，而將所描述對(duì)象下定義的關(guān)鍵詞置于外圓。此類型中定義的來(lái)源可以是教材，也可以是課外書(shū)籍，筆者通常要求學(xué)生將知識(shí)的來(lái)源寫(xiě)出圓外，以培養(yǎng)學(xué)生注重知識(shí)來(lái)源的意識(shí)。

【例1】酶是生物催化劑，下列敘述錯(cuò)誤的是（ ）

A.酶分子有一定的空間結(jié)構(gòu)，不隨著溫度的改變而改變

B.絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，其作用的強(qiáng)弱可用酶活性表示

C.有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的生物都具有核糖體，更有利于多數(shù)酶的合成

D.將胃蛋白酶加入到pH=10的溶液中，其空間結(jié)構(gòu)會(huì)改變

【分析】例1的題眼是“酶”，筆者圍繞著與酶有關(guān)的關(guān)鍵詞——失活、空間結(jié)構(gòu)、活化能、催化、蛋白質(zhì)等構(gòu)建了思維地圖（如圖2）并設(shè)置了選項(xiàng)。如果學(xué)生能對(duì)酶的知識(shí)利用圓形圖作下定義式的整理，本題將迎刃而解。

圖2 圓形圖的應(yīng)用

人教版高中生物教材中能解釋的名詞，都可用圓形圖來(lái)表示，如：種群、群落、密碼子、基因、基因突變、染色體變異、物種、豐富度等等。

【答案】A

1.2 泡泡圖——描述

泡泡圖主要以描述的形式呈現(xiàn)對(duì)核心詞的認(rèn)知（如圖3），居中的泡泡是描述對(duì)象，外圍的泡泡是描述該對(duì)象的一系列形容詞，可以從五官感覺(jué)、特質(zhì)、屬性、品質(zhì)等方面去描述。

圖3 泡泡圖的應(yīng)用

該類型思維地圖因?yàn)榭茖W(xué)性較低幾乎不能用于高中生物的教學(xué)，但用于初中生物教學(xué)卻很合適，可用于某知識(shí)的引入，通過(guò)頭腦風(fēng)暴的方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.3 雙泡圖——比較與對(duì)比

“比較與對(duì)比”是高中生物學(xué)學(xué)習(xí)中常用的思維。雙泡圖模型常用于對(duì)比兩種相類似的概念，以相同點(diǎn)將兩個(gè)對(duì)比對(duì)象相連，不同點(diǎn)只與單一對(duì)象相連。對(duì)于學(xué)習(xí)中需要進(jìn)行比較的生物概念，教師可以使用雙泡圖讓學(xué)生進(jìn)行自由構(gòu)建或自行梳理，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

【例2】（2018年，海南卷，第2題）關(guān)于酵母菌和乳酸菌的敘述，錯(cuò)誤的是（ ）

A.酵母菌和乳酸菌都能進(jìn)行無(wú)氧呼吸

B.酵母菌有線粒體，而乳酸菌無(wú)線粒體

C.酵母菌具有細(xì)胞核，而乳酸菌具有擬核

D.溶菌酶能破壞酵母菌和乳酸菌的細(xì)胞壁

【分析】比較是很重要的科學(xué)思維，縱觀歷年高考中考查比較思維的試題較為常見(jiàn)。例2題干中表面上是酵母菌和乳酸菌的比較，實(shí)質(zhì)上是真核細(xì)胞與原核細(xì)胞的比較，解答這類試題時(shí)可利用雙泡圖進(jìn)行兩者的比較（如圖4）。值得注意的是，例2的選項(xiàng)分別圍繞細(xì)胞呼吸方式、細(xì)胞器、細(xì)胞核、細(xì)胞壁進(jìn)行異同比較，與圖4并不完全契合，可見(jiàn)雙泡圖只提供了基本的比較點(diǎn)，但可圍繞基本點(diǎn)再進(jìn)行拓展。

圖4 雙泡圖的應(yīng)用

高中生物課程中有一些易混淆的概念，如：原生質(zhì)層與原生質(zhì)體、半透膜和選擇透過(guò)性膜、滲透與擴(kuò)散、擴(kuò)散與自由擴(kuò)散、染色質(zhì)與染色體、吸能反應(yīng)與放能反應(yīng)、轉(zhuǎn)錄和逆轉(zhuǎn)錄、遺傳信息和遺傳效應(yīng)、先天性疾病與遺傳病、抗原與抗體、物種與種群、自然選擇與人工選擇、地理隔離與生殖隔離、初生演替與次生演替、花藥離體培養(yǎng)與單倍體育種、消毒與滅菌等等。學(xué)生掌握雙泡圖的使用原則后，就能很清楚地梳理這些概念之間的異同。

【答案】D

1.4 樹(shù)狀圖——層次分類

樹(shù)狀圖主要用于層次分類、整理、分組，學(xué)生在練習(xí)時(shí)需注意樹(shù)狀圖中呈現(xiàn)的類別用方框表示，而舉例則不用。學(xué)科核心素養(yǎng)對(duì)科學(xué)思維的要求之一就是歸納思維。歸納可用于對(duì)新知識(shí)的梳理，也可用于復(fù)習(xí)時(shí)的總結(jié)。樹(shù)狀圖的規(guī)范使用能使學(xué)生的思考更有條理性。

【例3】（2019年，海南卷，第3題）下列與細(xì)胞有關(guān)的敘述，正確的是（ ）

A.T2噬菌體不含有膜包被的細(xì)胞核，因此屬于原核細(xì)胞

B.人肝細(xì)胞分裂期的持續(xù)時(shí)間大于分裂間期的持續(xù)時(shí)間

C.植物葉肉細(xì)胞在缺氧條件下可通過(guò)無(wú)氧呼吸產(chǎn)生ATP

D.心肌細(xì)胞是高度分化的細(xì)胞，其細(xì)胞膜不具有流動(dòng)性

【分析】高考試題中直接考查分類、分組的題目較少，但會(huì)在題目中隱藏考查分類的思維。例3看似考查各種不相關(guān)的細(xì)胞類型，但是首先需要將生物進(jìn)行分類，如T2噬菌體不具備細(xì)胞結(jié)構(gòu)，屬于病毒類，其他細(xì)胞也需要進(jìn)行真核生物與原核生物的判斷，才能準(zhǔn)確作答（如圖5）。

圖5 樹(shù)狀圖的應(yīng)用

高中生物涉及層次分類概念的還有可遺傳變異（基因突變、基因重組和染色體變異）、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（生態(tài)系統(tǒng)的組成成分、食物鏈和食物網(wǎng)）、生命系統(tǒng)層次、脂質(zhì)（脂肪、磷脂、固醇）、物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式（被動(dòng)運(yùn)輸、主動(dòng)運(yùn)輸）、生物多樣性（基因多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性）、生態(tài)系統(tǒng)的價(jià)值（直接價(jià)值、間接價(jià)值、潛在價(jià)值）等等。

【答案】C

1.5 括號(hào)圖——整體與局部

思維地圖中的括號(hào)圖與大眾認(rèn)知中的括號(hào)圖不一樣，它只用來(lái)表示整體與局部的關(guān)系。教師在講授時(shí)要特別注意將它與樹(shù)狀圖相區(qū)別。這兩種思維地圖的區(qū)分是思維方式的不同，讓學(xué)生在進(jìn)行整體與局部、分類思維時(shí)能通過(guò)思維地圖準(zhǔn)確地做出判斷。

【例4】ATP是細(xì)胞中的能量通貨。下列敘述正確的是（ ）

A.ATP中的能量均來(lái)自細(xì)胞呼吸釋放的能量

B.ATP-ADP循環(huán)使得細(xì)胞儲(chǔ)存了大量的ATP

C.ATP水解形成ADP時(shí)釋放能量和磷酸基團(tuán)

D.ATP分子中的2個(gè)高能磷酸鍵不易斷裂水解

【分析】本題考查ATP的重要組分：高能磷酸鍵和磷酸基團(tuán)，并且考查了ATP與ADP在組分變化過(guò)程中能量的來(lái)源與去向。借助括號(hào)圖可展示整體與局部的關(guān)系，即ATP是整體，而腺嘌呤、核糖、磷酸基團(tuán)、高能磷酸鍵只是它的組成部分，即是局部（如圖6）。

高考中直接考查整體與局部思維的試題較少，更多的是要求學(xué)生先進(jìn)行整體與局部的判斷，再分析整體如何分解成局部、局部如何整合成整體。高中生物教學(xué)中能運(yùn)用到整體與局部思維的概念有：蛋白質(zhì)、核酸、膜的流動(dòng)鑲嵌模型、原生質(zhì)層、突觸、反射弧等等。

【答案】C

1.6 流程圖——排序

流程圖多用于描述事件發(fā)生的次序，如興奮在神經(jīng)元之間的傳遞（如圖7），實(shí)驗(yàn)的流程、步驟，應(yīng)用時(shí)注意圖中各元素之間用箭頭連接表示次序的先后。該方法用于讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，可訓(xùn)練學(xué)生思考每一步操作的前因后果。

【例5】（2019年，全國(guó)卷Ⅰ，第4題）動(dòng)物受到驚嚇刺激時(shí)，興奮經(jīng)過(guò)反射弧中的傳出神經(jīng)作用于腎上腺髓質(zhì)，使其分泌腎上腺素；興奮還通過(guò)傳出神經(jīng)作用于心臟。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（ ）

A.興奮是以電信號(hào)的形式在神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)的

B.驚嚇刺激可以作用于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)或觸覺(jué)感受器

C.神經(jīng)系統(tǒng)可直接調(diào)節(jié)、也可通過(guò)內(nèi)分泌活動(dòng)間接調(diào)節(jié)心臟活動(dòng)

D.腎上腺素分泌增加會(huì)使動(dòng)物警覺(jué)性提高、呼吸頻率減慢、心率減慢

【分析】人教版高中生物教材必修3第二章“動(dòng)物和人體生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)”是歷年高考的命題熱點(diǎn)，2019年高考全國(guó)卷Ⅰ的選擇題與非選題對(duì)此均有相應(yīng)的考查。既然該章節(jié)的內(nèi)容落腳于“調(diào)節(jié)”，則調(diào)節(jié)的過(guò)程是學(xué)生必須要掌握的。例5的選項(xiàng)圍繞著調(diào)節(jié)過(guò)程中興奮的傳導(dǎo)、興奮的效應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)設(shè)立。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，教師可引導(dǎo)學(xué)生重點(diǎn)圍繞生物活動(dòng)調(diào)節(jié)的各種過(guò)程運(yùn)用流程圖進(jìn)行構(gòu)建。

圖7 流程圖的應(yīng)用

【答案】D

1.7 復(fù)雜流程圖——因果關(guān)系

復(fù)雜流程圖用于表示某一事件的前因后果，中間是事件，左邊是導(dǎo)致事件的原因，右邊是事件的結(jié)果，用箭頭的方向來(lái)表示因果關(guān)系。這要求學(xué)生有更高階的思維能力。該圖形與思維導(dǎo)圖的畫(huà)法較像，不同之處在于復(fù)雜流程圖需要用箭頭表示前因后果。

【例6】（2019年，海南卷，第11題）下列有關(guān)基因突變的敘述，正確的是（ ）

A.高等生物中基因突變只發(fā)生在生殖細(xì)胞中

B.基因突變必然引起個(gè)體表現(xiàn)型發(fā)生改變

C.環(huán)境中的某些物理因素可引起基因突變

D.根細(xì)胞的基因突變是通過(guò)有性生殖傳遞的

【分析】近年來(lái)的高考試題特別是全國(guó)卷Ⅰ側(cè)重考查學(xué)生的綜合分析能力，即“知其然亦要知其所以然”，很多題目需要分析問(wèn)題的前因后果，因此復(fù)雜流程圖就成為了很重要的思維工具。筆者根據(jù)例6構(gòu)建關(guān)于基因突變的復(fù)雜流程圖，清晰地表示了基因突變的前因后果（如圖8）。

圖8 復(fù)雜流程圖的應(yīng)用

可用復(fù)雜流程圖分析的概念還有：基因重組、單倍體、多倍體等。值得注意的是高中生物課程中一些反應(yīng)的影響因素及效果分析也可采用復(fù)雜流程圖，如影響光合作用的因素、影響細(xì)胞呼吸的因素、提高水稻畝產(chǎn)的措施等等，對(duì)于這些比較復(fù)雜的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生若能常用復(fù)雜流程圖進(jìn)行分析，必能更清楚事件的脈絡(luò)。

【答案】C

1.8 橋形圖——類比

類比思維包括在學(xué)科核心素養(yǎng)的要求之內(nèi)，是一種高階的思維方法，這種思維方法不同于泡泡圖那樣僅需要寫(xiě)出不同點(diǎn)與相同點(diǎn)，還要求學(xué)生在某一個(gè)點(diǎn)的比較中列舉出具體的實(shí)例。

【例7】（原創(chuàng)）線粒體與葉綠體都是具有雙層膜的細(xì)胞器，下列關(guān)于二者膜結(jié)構(gòu)的敘述，錯(cuò)誤的是（ ）

A.線粒體的內(nèi)膜上附著了丙酮酸分解相關(guān)的酶

B.線粒體內(nèi)膜和葉綠體類囊體薄膜上均附著與ATP合成有關(guān)的酶

C.葉綠體的類囊體薄膜上除了還原型輔酶Ⅱ還附著了色素

D.線粒體的嵴與葉綠體的類囊體均可以增大該細(xì)胞器的膜面積

【分析】本題考查了線粒體與葉綠體的結(jié)構(gòu)及功能，其中針對(duì)擴(kuò)大膜面積這一個(gè)點(diǎn)，可利用橋形圖分別列舉出二者與擴(kuò)大膜面積有關(guān)的結(jié)構(gòu)（如圖9）。

圖9 橋形圖的應(yīng)用

類比是很重要的科學(xué)思維，薩頓就通過(guò)染色體的行為類比推理出基因的行為，雖然針對(duì)某一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行類比的題型在高考中較為少見(jiàn)，但是通過(guò)一個(gè)類比的點(diǎn)發(fā)散拓展進(jìn)行命題不失為一個(gè)命題新思路。

【答案】A

2.思維地圖是思維導(dǎo)圖的基礎(chǔ)

通過(guò)對(duì)以上教學(xué)案例的具體分析，可見(jiàn)思維地圖能通過(guò)具體的模式呈現(xiàn)思維過(guò)程，是一種可視化的思維工具，它比思維導(dǎo)圖更具形象化。近年來(lái)，利用思維導(dǎo)圖進(jìn)行教學(xué)非常流行，幾乎所有的學(xué)科都在使用，可筆者在使用思維導(dǎo)圖進(jìn)行教學(xué)時(shí)卻發(fā)現(xiàn)學(xué)生大致分為三種類型：（1）能熟練使用思維導(dǎo)圖，思維分支可達(dá)到四或五級(jí)甚至更多；（2）能使用思維導(dǎo)圖，思維分支能達(dá)到三級(jí)，不能再往下擴(kuò)展；（3）幾乎不會(huì)使用思維導(dǎo)圖，除了教師提供的思路，幾乎一籌莫展。

教師面對(duì)第（3）種類型的學(xué)生時(shí)，可以使用思維地圖作為工具，先教會(huì)他們利用每一種圖形訓(xùn)練其思維方式，熟練之后再使用思維導(dǎo)圖，他們會(huì)發(fā)現(xiàn)思維導(dǎo)圖的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)就是一個(gè)思維圖形，因此筆者認(rèn)為思維地圖是思維導(dǎo)圖的基礎(chǔ)。

3.結(jié)語(yǔ)

思維地圖和思維導(dǎo)圖是教師可以教會(huì)學(xué)生使用的工具，它們可以幫助學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)的初始階段學(xué)生可以使用思維地圖進(jìn)行思維方式的訓(xùn)練，在梳理整合階段學(xué)生可以使用思維導(dǎo)圖構(gòu)建自己的知識(shí)體系，兩者結(jié)合使用效果更佳。