張 青 史繼峰

(1.西南大學蠶桑紡織與生物質(zhì)科學學院，重慶 400715；2.家蠶基因組生物學國家重點實驗室，重慶 400715；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部蠶桑生物學與遺傳育種重點實驗室，重慶 400715)

細胞是生命體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。細胞生物學研究細胞的結(jié)構(gòu)、功能及活動規(guī)律，內(nèi)容涉及生物化學、遺傳學、分子生物學、組織胚胎學等知識領(lǐng)域，是生物相關(guān)學科中最為重要的基礎(chǔ)學科之一[1]。在我國的基礎(chǔ)科學發(fā)展規(guī)劃中，細胞生物學與神經(jīng)生物學、分子生物學和生態(tài)學一起被列為生命科學的四大基礎(chǔ)學科。高校的《細胞生物學》課程被設(shè)置為農(nóng)、牧、林、醫(yī)和生物技術(shù)等專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程[2]?！都毎飳W》教學的主要任務是使學生掌握細胞的基本知識和理論，為生物相關(guān)專業(yè)學生知識結(jié)構(gòu)框架的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)，也為他們后期課程的學習及科研做準備。然而，由于《細胞生物學》本身的學科特性，使其在具體的教學過程中存在諸多問題：(1)因研究范圍廣、內(nèi)容深且較為抽象，讓學生難以記憶、吸收并形成相對完整的知識體系；(2)作為一門新興學科，內(nèi)容的不斷創(chuàng)新，如何兼顧教材和研究前沿使學生知曉知識的來龍去脈及學科走向，是教學的又一難點；(3)該學科與多門學科都有交叉聯(lián)系，如何處理好與其他學科間的區(qū)別和聯(lián)系，并幫助學生建立該學科和其所學專業(yè)的相關(guān)聯(lián)系，提高學生的知識遷移能力和科學素養(yǎng)，也是教學中有待解決的問題。

隨著中學教育改革不斷深化，考入大學的學生基本情況不同，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。第一，學科知識基礎(chǔ)不同：不僅不同屆學生的學科知識基礎(chǔ)有所不同，而且來自不同地區(qū)的學生具有的學科知識基礎(chǔ)也有差異；學生的學科知識基礎(chǔ)不僅參差不齊，而且學科知識內(nèi)容也有所不同，甚至有些地區(qū)的生源因為高考可選擇考某些科目，從而放棄了部分科目的學習，所以雖同為通過理科高考入學的同學，有些學的是生物+物理，有些學的是化學+物理等。這種情況下，老師授課不僅要注意到學生掌握基礎(chǔ)知識能力的差異，還要注意到有些學生高中階段沒有學習過相應學科的知識基礎(chǔ)，在考慮具體教學內(nèi)容的時候則要有針對性地補充一定的基礎(chǔ)知識以增強學生的理解和學習興趣。第二，新高考背景下更強調(diào)學生能力的培養(yǎng)，而不再是只注重客觀知識的掌握。當前大學生普遍具有更好的學習能力、解決實際問題的能力和創(chuàng)新思維的能力[3]。大學教育應該繼續(xù)培養(yǎng)學生的個人能力和發(fā)掘他們的潛力。此外，在知識和信息爆炸的時代，學生能通過各種渠道獲取絕大部分的客觀知識甚至學科前沿信息，因此大學課程教學中教師應該借助這個優(yōu)勢，提煉學科知識精髓，在講課中著重引導學生找出知識點內(nèi)在的抽象聯(lián)系，并組織成學生自己的認知模式，而不再僅僅是知識的講授。此外，大學生的學習是在教師指導下，有目的、有計劃、有組織地掌握系統(tǒng)的科學知識和技能，提高學習能力，形成世界觀與社會道德品質(zhì)的過程，具有專業(yè)性、自主性、探索性、實踐性、綜合性和廣泛性[4]。這就要求大學教師在講授專業(yè)課程的同時兼顧到學生整體專業(yè)知識系統(tǒng)的形成，兼顧到對學生獨立學習、思考能力的培養(yǎng)，以及探索、創(chuàng)新意識的培養(yǎng)和合作協(xié)助能力的培養(yǎng)。

鑒于《細胞生物學》教學中的實際問題和當前對大學生教育、培養(yǎng)的需要，本文擬以思維導圖為支架工具，結(jié)合學科發(fā)展史、情景模式、多媒體教學等構(gòu)建《細胞生物學》的系統(tǒng)教學策略，希望能藉此提高教學效率，同時幫助學生提高學習效率、夯實學科基礎(chǔ)、構(gòu)建專業(yè)知識系統(tǒng)，有效地激發(fā)他們的學習熱情，鍛煉他們的發(fā)散思維能力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。

1 思維導圖及其特點和應用現(xiàn)狀

20世紀60年代，英國心理學家和教育家托尼·巴贊(Tony Buzan)受達·芬奇(Leonardo di ser Piero da Vinci)的筆記啟發(fā)，創(chuàng)建了一種用來提高記憶和記載效率的筆記形式，被稱為思維導圖。具體操作是模仿放射性思考中神經(jīng)細胞間傳遞信息的方式，先寫出核心詞，以此為中心向外延伸出許多線索進而發(fā)展出多個副主題，再在各個副主題的基礎(chǔ)上進一步衍生出更多的子主題[5]。一副完整的思維導圖由核心詞通過線條、關(guān)鍵詞、顏色等建立起各個部分間的鏈接和邏輯關(guān)系，調(diào)動左右腦協(xié)助記憶和思考[6]。思維導圖的主要優(yōu)點有：(1)以核心詞為中心結(jié)合支鏈上的關(guān)鍵詞和進一步分支來組織知識，能幫助學習者對學習內(nèi)容進行整體把握和記憶；(2)色彩、圖像等的應用可有效地促進學生邏輯、思維、審美、構(gòu)想等方面的均衡發(fā)展；(3)思維導圖呈現(xiàn)的是一個思維過程，通過不斷地學習和使用思維導圖可有效地提高使用者的發(fā)散思維能力，也可供使用者回顧整個思維過程進而鞏固記憶和理解；(4)思維導圖反映的是制作者本人的發(fā)散思維過程，因而有強烈的個人色彩和風格，有利于記憶、運用和創(chuàng)造[8]，也有利于老師對學生知識掌握程度、思維模式的了解而因材施教[7-8]。

思維導圖剛開始主要用于提升記筆記的效率和提高記憶能力，后來隨著其研究的推進，被廣泛地應用于人們?nèi)粘Ｉ?、工作和學習，涉及教育、家庭、職業(yè)規(guī)劃、計算機、商業(yè)等各個方面[9]。思維導圖因與構(gòu)建主義等多種學習理論相契合，因而也被大量應用于各個學齡段的教學研究和實踐，不僅可提高學生的學習效率，還能提升學生的思維能力、智力發(fā)育水平及創(chuàng)新能力[10]。自2000年王功玲[11]首次在我國提出思維導圖教學法的研究之后，我國學者相繼在語文、數(shù)學、英語、物理、歷史、地理、政治等學科開展了思維導圖的教學研究[12]。在生物相關(guān)學科中的教學研究表明，采用思維導圖教學能提高教學效率，改善學生對生物知識的記憶能力、理解能力和應用能力，還能提高學生的學習熱情以及創(chuàng)新和發(fā)散思維能力[10，12-13]，但這些教學研究主要集中在初、高中階段，相關(guān)策略和結(jié)論并不適用于大學相關(guān)生物類學科的教學及人才培養(yǎng)。徐鑫等[14]構(gòu)建的思維導圖用于《細胞生物學》教學的模式相對簡單，僅限于傳授思維導圖的繪制方法及用于小組討論，并未嘗試將其融入更多教學環(huán)節(jié)及探討其應用模式的多樣性。

2 思維導圖的相關(guān)理論基礎(chǔ)

思維導圖本質(zhì)上是模仿人腦的工作模式，即信號以一個神經(jīng)元為中心通過軸突或樹突分別向上一級或下一級神經(jīng)細胞傳遞興奮。思維導圖將制作者的思維模式展示出來，同時使知識及相互間的聯(lián)系形象化，有利于學習者記憶和理解[15]。此外，腦科學研究表明人的左右大腦分別負責不同的功能：左腦主要負責數(shù)字、詞匯及邏輯等為主的理性思維，右腦主要負責以空間感、結(jié)構(gòu)及色彩等為主的形象思維[16]。而思維導圖正好結(jié)合了圖片、文字、色彩和邏輯，制造和使用的過程中充分調(diào)動左右半腦，可有效結(jié)合學生的形象思維和邏輯思維，充分發(fā)掘?qū)W生的大腦認知潛能。

皮亞杰在其認知發(fā)展理論中把個體對外界所有事物的知覺、了解和思索模式定義為個體的圖式。個體認知發(fā)展的本質(zhì)就是圖式的形成、變化、豐富和發(fā)展，具體來講就是個體在與環(huán)境相互作用下導致圖式的生成和更迭，同時也反映了認知結(jié)構(gòu)的發(fā)生及改變的實質(zhì)和規(guī)律[17]。圖式理論主張色彩、圖像、聯(lián)想等只是認知單元的組織形式，注重學生學習知識過程中對知識的整合，不認同傳統(tǒng)的線性單一思維運轉(zhuǎn)方式。這和思維導圖鼓勵學生以圖像、色彩、關(guān)鍵詞等對所學知識進行組織歸納、理解和記憶如出一轍[18]。

格式塔心理學家主張以整體的動力結(jié)構(gòu)觀來研究心理現(xiàn)象，強調(diào)經(jīng)驗和行為的整體性。他們認為學習的實質(zhì)就是構(gòu)造一種完形，即要看到事物的基本要素，也要感知各要素間的內(nèi)在聯(lián)系[19]。教師在講授的過程中能引導學生理解到知識點間抽象的聯(lián)系并最終鏈接成一幅完整的認知圖畫，將非常有助于學生對知識的掌握和知識系統(tǒng)的構(gòu)建?！都毎飳W》中的大部分內(nèi)容都是陳述性知識，知識點繁雜、散亂。將思維導圖引入到《細胞生物學》教學的各個環(huán)節(jié)，有助于學生形成整體視角，加深對細胞生物學整體知識的記憶、理解和系統(tǒng)認知。

構(gòu)建主義者認為學習是學生在其現(xiàn)有知識經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，不斷認識、解釋、理解世界或人際互動中通過社會性協(xié)商構(gòu)建新的知識[20]，因此知識不是學生被動獲得的，而是他們主動構(gòu)建的結(jié)果[21]。構(gòu)建主義教學觀認為教學過程是學生在教師幫助下，以原有知識經(jīng)驗為基礎(chǔ)，在教學情境、學習動機、情感等多方面因素綜合作用下具有主動構(gòu)建意義的過程[8]。構(gòu)建主義教學觀強調(diào)學生的主體性，教師是教學活動的引領(lǐng)者、促進者。教師一方面可以利用思維導圖設(shè)計出教學情境，另一方面也可借助思維導圖引導學生進入特定情景后進行小組協(xié)作學習或獨立思考。這些模式均可促進學生主動探索、思考并構(gòu)建新的知識經(jīng)驗體系。學生也在這樣的教學模式下，在已有知識的基礎(chǔ)上不斷增加新的分支、新的聯(lián)系，并以圖文并茂的方式表達出學習構(gòu)建的過程和對知識的理解，充分體現(xiàn)了學生作為學習者的主體地位[22]。

奧蘇貝爾為代表的有意義學習理論認為：學習材料本身有一定的邏輯關(guān)聯(lián)，可以和學習者經(jīng)驗邏輯建立聯(lián)系；學習者必須有學習新材料的基礎(chǔ)和學習的意愿[23]。無論思維導圖作為教學工具還是學生自己構(gòu)建思維導圖，學生都需要將新的信息和已有知識聯(lián)系起來，在理解的基礎(chǔ)上建立新舊知識的聯(lián)系。這個過程充分體現(xiàn)了奧蘇貝爾有意愿學習的同化理論。此外，思維導圖也很好地呈現(xiàn)了認知模型理論[24]、知識可視化理論[25]、多元智能理論[26]及人本主義理論[27]等教育心理學理論的相關(guān)主張。

3 思維導圖在具體教學環(huán)節(jié)中的應用

目前將思維導圖應用于教學僅僅涉及課程或教學中的部分環(huán)節(jié)。筆者在《細胞生物學》教學設(shè)計策略中根據(jù)高等教育的教學特點，嘗試將思維導圖應用到整個教學過程，包括教學設(shè)計、課前回顧、課后總結(jié)和復習課，同時引導學生以獨立或小組的形式在預習、復習環(huán)節(jié)使用思維導圖。由此一方面可借助思維導圖幫助學生理清知識脈絡；另一方面通過學生自己完成思維導圖促進其對知識的理解，形成自己的知識體系，鍛煉科學的發(fā)散思維。教師也可以通過查閱學生預習和復習的思維導圖分別了解學生學習前的知識背景和學習后對知識的掌握情況。

教師在進行教學設(shè)計的時候就繪制出相關(guān)章節(jié)知識的思維導圖，并圍繞該思維導圖開展教學活動。這樣可以很好地保證教學過程始終圍繞核心知識內(nèi)容展開，并建立起以核心內(nèi)容為中心的知識網(wǎng)絡，有助于學生對知識的理解和整體掌握。同時在講授新課之前，教師給出之前內(nèi)容的簡要思維導圖，并通過提問等方式完善細化思維導圖，達到復習和承前啟后的作用，在幫助學生回顧之前學習內(nèi)容的同時也很好地過渡到新講授內(nèi)容的學習。另外，在講授完一節(jié)新課之后，教師往往要對該節(jié)內(nèi)容做簡要的總結(jié)和復習，以幫助學生了解需要掌握哪些重點知識。此環(huán)節(jié)借助思維導圖，不僅能很好地總結(jié)知識內(nèi)容，還能使知識以清晰的邏輯結(jié)構(gòu)形式展現(xiàn)出來，讓人一目了然，從而提高學生的學習興趣和學習效率。最后，教師根據(jù)該學期的學習內(nèi)容和具體的教學情況，借助思維導圖復習學習內(nèi)容，進一步深化知識體系，加深學生對知識的理解，增強他們對知識的掌握度。

在本教改策略中，除了需要教師在適當?shù)慕虒W環(huán)節(jié)使用思維導圖外，還要求學生在學習的各個環(huán)節(jié)積極地使用和練習繪制思維導圖，以增加他們對知識的理解和掌握程度，鍛煉他們的發(fā)散思維能力。首先，要求學生在學習新章節(jié)的時候預習并繪制思維導圖。這可以幫助他們提前了解知識內(nèi)容，在繪制思維導圖的過程中標注出未能理解的內(nèi)容和難點，方便他們在后續(xù)聽課過程中有所側(cè)重。與此同時，教師通過查閱學生的預習思維導圖能了解到學生的知識基礎(chǔ)、背景和難點所在，從而在課程設(shè)計和講授過程中有所側(cè)重。其次，也要求學生在學習完新章節(jié)之后繪制復習思維導圖。學生可以通過復習思維導圖的繪制歸納所學知識體系，反思預習時對知識及其相互聯(lián)系認識的不足，以進一步提升對知識的掌握程度。教師則可以通過查閱學生的復習思維導圖，了解學生對知識的掌握情況；通過對比分析預習和復習思維導圖，了解教學效果；還可將復習思維導圖作為學習成績評定的部分內(nèi)容，使對學生學習成績的評定更為全面合理。第三，學生在獨立完成思維導圖之后，通過小組討論協(xié)作的形式再完善一份思維導圖。這樣不僅可以促進同學間的相互學習，增強協(xié)作溝通能力，還可以讓他們在此過程中對比思維差異，進一步加深他們對知識的理解和提升他們的思維能力。

在將思維導圖運用到教學各個環(huán)節(jié)的過程中，因各環(huán)節(jié)并非獨立存在，每個環(huán)節(jié)的思維導圖也并非一成不變，相互間的關(guān)聯(lián)如圖1所示。教師在準備新課教學設(shè)計時，除了根據(jù)教學大綱外，還應參考學生提交的預習思維導圖，并進行學習情況分析，繪制更為有效的思維導圖用于教學設(shè)計；而在準備課前回顧思維導圖的時候，應參考學生提交的復習思維導圖，有所側(cè)重地引導學生對所學知識進行復習和鞏固；在繪制復習課中的思維導圖時，更應結(jié)合整個學期的教學思維導圖和學生們繪制的思維導圖，重新整理繪制出更符合那個教學階段和學生知識情況的思維導圖，進一步幫助學生在更高的知識層面和深度上去理解和掌握相關(guān)知識。學生在繪制預習、復習思維導圖，觀看老師展示的思維導圖及參與小組討論完成思維導圖的過程中，不斷反復地對知識進行琢磨、思考，同時也是對自己認知和思維的重塑與錘煉，使他們的知識和思維都更為精進。

圖1 思維導圖在教學各個環(huán)節(jié)的應用及相互關(guān)系

4 思維導圖應用于“完型”知識的構(gòu)建

如前所述，教師通過在教學各個環(huán)節(jié)適時適當?shù)亟柚季S導圖幫助學生建立起了《細胞生物學》的知識體系，加深了他們對知識間相互關(guān)系的理解。但這時候建立的知識體系還局限于課本或者教學大綱所要求的知識，還較為抽象，尚未“完形”。鑒于此，本教學設(shè)計擬在思維導圖為核心的教學設(shè)計中巧妙地引入學科發(fā)展史、諾獎故事、上下游課程的銜接和相關(guān)專業(yè)背景，讓學生從歷史和專業(yè)等多維角度加深對細胞生物學的認識，增強他們的知識遷移轉(zhuǎn)化能力，進而能學以致用。

諾貝爾獎是全世界公認的自然科學最高榮譽獎，能獲該殊榮的成果往往是相關(guān)領(lǐng)域的里程碑式的重大突破。細胞生物學作為近些年發(fā)展最快的自然科學之一，很多諾貝爾化學獎和生理學或醫(yī)學獎均與細胞生物學密切相關(guān)。若在《細胞生物學》課程的教學中適當進行諾獎成果的解析，將會極大地增強學生的學習興趣和動力。但是，僅僅簡單地將諾獎成果和相關(guān)知識點結(jié)合起來闡述還不足以體現(xiàn)諾獎突破性成果的歷史意義，也不能讓學生更充分地了解相關(guān)知識的前因后果。故在本教學策略中，筆者建議將相關(guān)諾獎成果和知識點與相應的學科發(fā)展進度結(jié)合起來講，即將其還原到當時的研究背景和學科背景中，并簡要介紹相關(guān)研究的最新進展。這既是讓學生從學科歷史發(fā)展變化的角度去看待課本上的知識點和諾獎成果，從而知道所學知識的“來龍去脈”，有助于他們對知識的理解和激發(fā)他們的學習積極性；更是讓他們能從這些科學歷史故事中體會科學研究的不易、樂趣和真諦，增強他們對科學研究的敬畏之心。

《細胞生物學》作為生命科學的基礎(chǔ)學科，是農(nóng)、牧、林、醫(yī)和生物技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)課程。如果只是單方面教授《細胞生物學》課程，將會使其內(nèi)容變得抽象而沒有落腳點。因此在《細胞生物學》具體教學過程中，不僅要考慮相關(guān)知識的取舍和側(cè)重，也應考慮上下游課程的相關(guān)內(nèi)容，盡量不重復、不遺漏。同時在課程講授過程中建立起和上下游課程的良好銜接，讓學生將相關(guān)知識點放到專業(yè)中去理解、領(lǐng)會，幫助學生建立起專業(yè)特點的學科知識網(wǎng)絡系統(tǒng)。這一方面可以加深學生對細胞生物學的理解，另一方面也可增強學生將基礎(chǔ)知識向?qū)I(yè)知識遷移的能力。

5 思維導圖與其他教學模式的結(jié)合

將思維導圖合理地應用到教學的各個環(huán)節(jié)，并巧妙地將細胞生物學知識融入學科發(fā)展和專業(yè)知識學習中去，能很好地幫助學生建立完善的細胞生物學基礎(chǔ)知識體系及細胞生物學基礎(chǔ)知識和其專業(yè)知識的聯(lián)系。不過在具體的教學過程中，除了傳統(tǒng)的講授法外，還應結(jié)合情境教學、多媒體教學、PBL(problem-based learning)教學以及學生參與教學等模式，更好地激發(fā)學生學習的興趣和學習的主動性。

多媒體能將畫面、符號、聲音及影像等相結(jié)合使知識內(nèi)容的展示變得形象生動，因而被廣泛地應用于教學實踐。制作精良的Power Point能很好地幫助教師組織教學內(nèi)容和展開教學實踐，同時也能吸引學生的注意力，幫助學生理解知識[28]。將相關(guān)思維導圖制作為Power Point并在上課時逐一展現(xiàn)或者采用板書+Power Point的方式，都能充分地發(fā)揮多媒體課件和思維導圖的優(yōu)勢，獲得良好的教學效果。此外，還可借助網(wǎng)上大量的視頻資源或flash動畫，如BBC的紀錄片《The Inner Life of a Cell》、我國的精品視頻公開課及網(wǎng)易公開課等，豐富教學內(nèi)容，充盈以思維導圖為組織構(gòu)架的知識體系。教師還可根據(jù)實際教學情況和相關(guān)專業(yè)制作微課用于學生對知識難點、重點的學習[29]。

情境教學是運用具體生動的場景，激發(fā)學生主動學習的興趣、提高學習效率的一種教學方法。在具體的教學實踐中創(chuàng)建合適的情境模式能很好地幫助學生理解和領(lǐng)會重難點知識[30]。將《細胞生物學》課程的知識理論生活化是創(chuàng)建情景模式的好方法之一。如講到細胞膜時，可結(jié)合護膚品的成分及原理進行講解：護膚品中的油相成分和細胞膜有很好的親和性，因而對皮膚具有一定的保護、潤濕和加速有效成分吸收的效果。如講到細胞的分化、衰老和凋亡時，可結(jié)合社會關(guān)注的癌癥、iPS等進行講解。此外，擬人和比喻的手法也是非常有效而生動的創(chuàng)建情景模式的方法之一。如講到物質(zhì)的跨膜運輸，可采用擬人的方法，將涉及跨膜的各成分比喻為一定的從業(yè)人員，進而有利于學生的理解。

PBL教學模式是以學生為中心，把學習內(nèi)容設(shè)置在特定的問題情境中，讓學生通過解決問題來學習隱含于問題后面的科學知識，形成解決問題的能力和自主學習的能力[31]。在教學過程中適當?shù)厥褂肞BL教學法，能提高教學效率和學生的綜合素質(zhì)。此外，翻轉(zhuǎn)課堂(Flipped classroom)、Seminar及學生參與式教學等教學模式也可靈活、適當?shù)匾氲奖窘虒W設(shè)計的實踐中，以發(fā)揮出各種教學模式的優(yōu)勢，克服其弊端，最大化利用課堂時間增強教學效果，夯實學生的學習基礎(chǔ)，增強他們的綜合能力。

6 《細胞生物學》課程的教學設(shè)計

綜上，將構(gòu)建以思維導圖為支架工具的細胞生物教學設(shè)計策略歸納為圖2。

圖2 以思維導圖為支架工具的細胞生物學教學設(shè)計

該設(shè)計通過將思維導圖應用到學生的預習、復習及教師的課前回顧、新課教學、課程小結(jié)和復習課等各個環(huán)節(jié)，旨在提高教學效率，幫助學生建立細胞生物學基礎(chǔ)知識框架，鍛煉他們的發(fā)散思維能力和增強他們的創(chuàng)新能力；并結(jié)合學科發(fā)展歷史、諾獎故事、上下游課程和專業(yè)知識背景等，讓學生了解知識的“來龍去脈”，強化他們對所學知識的理解，進一步幫助學生打通細胞生物學與專業(yè)的聯(lián)系，增強他們的知識遷移能力。與此同時，在教學過程中靈活采用傳統(tǒng)的講授法、多媒體教學、PBL教學、情境教學等多種模式，幫助學生領(lǐng)會學科知識，領(lǐng)略學科理論精髓，全面培養(yǎng)他們的綜合素質(zhì)。該教學設(shè)計有望提高《細胞生物學》教學效率，培養(yǎng)具有良好學科知識體系和綜合素質(zhì)的專業(yè)人才。該教學設(shè)計也可為類似的專業(yè)基礎(chǔ)課程提供教學設(shè)計參考。