基于概念图促进学生思维可视化研究

左延柏

摘 要 就思维可视化理论、概念图理论、学生思维误区分析、用概念图促进思维可视化的应用等方面作了一定的分析和阐述。

关键词 思维可视化 科学用脑 概念图

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

在传统教学模式中，“知识加工”和“问题解决”的思考过程往往是不可见的，而且教师和学生都更多关注答案，忽视答案的生成过程。然而，学生思维的发展并不来自于“答案的累积”，而是来自于“生成答案的思维方法和过程”。在实际教学中，要提高教学效能，教师就必须变“强调答案”为“强调答案的生成过程”，变“依靠感性经验答题”为“运用理性思考解题”，而这就要求教师必须要把“看不见的”思维的过程和方法清晰地呈现出来，以便更好地对所学知识进行理解、记忆和运用。

1 思维可视化理论

1.1 思维可视化

可视化，最原始表示为“能够看见，清晰地展示”，现也可表示为“图像化”。思维可视化是指运用一系列图示技术把本来不可视的思维（包括思考方法和思考路径）呈现出来，使其清晰可见的过程。

人类80%的信息是通过视觉获得的。可视化的含义即将较为抽象的概念、想法等转换为直观的图像表示的方法。瑞士近代最著名的儿童心理学家、发生认识论创始人皮亚杰认为，图示可以帮助学生更深入理解所学的知识，加快对知识的理解、提高学习的进度”。

1.2 思维可视化的研究价值

1.2.1 利于理解和记忆

据信息传播学及脑科学的研究，在各类信息中，图像信息的传递效率最高，大概是声音信息传递效率的两倍，是纯文字信息传递效率的10倍。所谓传递效率，教师可以仅从教学角度，将它理解为“学生理解和记忆知识的效率”。人们常说“一图胜千字”“百闻不如一见”，讲的就是这个道理。因为人们的大脑更喜欢“图”，也更擅长理解与记住“图”。

1.2.2 利于发展思维能力

運用思维可视化方法及技术进行教学，教学的焦点从“知识层”深入到“思维层”，可以使知识更易被理解和记忆，更有利于学生的思维能力的发展。

1.2.3 利于激发学习兴趣

运用思维可视化教学，对知识进行的是“精加工”。它通过“提要素——问本质——理关系——建结构”4个步骤，将隐性、模糊、零散的“知识点”，变成显性、清晰、系统的“知识网”。在“结网”的过程中，学生会体会到较强烈的进行有效思考的快乐及获得明确成果的成就感，让学习过程本身给学生带来愉悦，让学生爱思考、会思考、享受思考的乐学体验。

2 科学用脑理论

美国心理生物学家、1981年度的“诺贝尔生理学或医学奖”获得者斯佩里博士通过著名的割裂脑实验，证实了大脑不对称性的“左右脑分工理论”，在肯定大脑的左半球对语言、推理、判断、计算等占有优势的同时，提出了右脑主要负责想象、图形、旋律、色彩等形象思维的观点（图1）。绝大多数人习惯于逻辑思维而不习惯于形象思维，这就等于只用了左脑而闲置了右脑，而右脑是创造力的源泉，如不能很好地使用右脑，实在是太可惜了！人的大脑蕴藏着极大的潜能，这种潜能至今还“沉睡”着，所以大脑潜能的开发重在右脑的开发，从而在全世界范围内掀起了“右脑革命”的热潮。

有资料研究显示，在左脑中发挥作用的是低速记忆，而在右脑中发挥作用的则是高速记忆。研究表明，右脑的记忆功能远超过左脑。右脑是创造脑，右脑拥有巨大的存储量，以速度快、效率高的信息处理方式，使它具备了卓越的创造天性。开发右脑就是要开发人的直观能力、全方位思维能力和富于创造性的思维能力。

3 概念图理论

3.1 概念图

图是最直观的语言，易读、易懂、易记而且记得牢。因此，实现“思维可视化”的最有效方式便是用“图”把“思维”呈现出来。

概念图是指利用图示的方法来表达人们头脑中的概念、思想、理论等，是把人脑中的隐形知识显性化、可视化，便于人们思考、交流、表达；能有效呈现思考过程及知识的关联，引导学生进行有意义建构的教学策略。概念图是一种有效教与学的策略，在新课程改革的背景下，利用概念图组织教学也是必然趋势之一。

3.2 概念图溯源

概念图的理论基础源自于美国著名心理学家奥苏贝尔的有意义学习理论，概念图将某一主题的相关概念置于圆圈或方框中，根据逻辑关系将相关概念连接起来。

现为美国康奈尔大学荣誉教授、西佛罗里达大学人机认知研究所高级研究科学家约瑟夫·D·诺瓦克，是著名的教育心理学家、概念图和概念构图的创始人，他认为每种文化都有自己的概念体系和实践框架。

概念图可理解为思维可视化的工具，帮助学生把抽象的思维过程转换为形象的、可视的思考过程，大大降低了学习的难度。

3.3 概念图的构建方法

（1） 确定关键概念：借助教材章节目录及其各层次标题的指引，认真阅读相关知识，摸清脉络，再仔细推敲构建概念图中要应用的概念，确定关键概念，概念图中每个概念只出现一次。

（2） 分析层级，初拟草图：把概念列出来之后，再对概念进行逐一分析，弄清它们之间的逻辑关系，初步拟定概念图纵向分层和横向分支。把最一般、最概括的概念置于顶层或中心，向下或四周辐射写出下一级的概念，直到最后层级。

（3） 建立连接：用连线把相关的概念连接起来，一般是相邻层级概念间的连接，也可建立交叉连接。建立概念之间的连接，并在连线上用连接词标明两者之间的关系。

（4） 注上连接词：建立连接后，针对两个概念间的意义关系认真提炼出连接词，连接词必须是最概括、最简短的词语，最后标注在连线旁边。概念名词要用方框或圆圈圈起来，而连接词则不用。

（5） 反思与完善：对初建起来的草图进行回顾、梳理，在以后的学习中不断修改和完善（图2）。

4 概念图促进思维可视化的应用

4.1 提供丰富的感性材料，增强学生形象思维

原苏联心理学家鲁宾斯坦说：“任何思维，不论它是多么抽象多么理论的，都是分析经验材料开始，而不可能从任何其他东西开始的。”这里所说的经验材料，主要是指感性材料。在生物学教学中，主要指演示、实验、各种直观材料、教具（模型、标本等）、图像的观察和联系实际（学生原有的知识和生活经验、生产实际等）和教师用生动的语言进行讲解等。

【例1】 对生存斗争、种间斗争、种内斗争和竞争4个概念的关系分析，教师先给出草原生态系统剪辑影片，引导观看具体实例，再分析它们的相互关系。学生就容易得出种间斗争和竞争的区别：竞争指两种生物为争夺共同的生活资源而斗争，竞争的生物处于同一营养级，如牛、羊吃同一片草；种间斗争可以是同一营养级生物之间（竞争），也可以是不同营养级生物之间，如某种昆虫以某种植物为食却被植物的有毒物质毒死，雄鹿围成一圈鹿角朝外将母鹿和幼鹿围在中间与狼群对峙，而昆虫和植物，狼与鹿都为捕食关系。然后给出图解（图3），学生就能较清晰地理解它们的关系。

4.2 分析概念的本質属性，提升学生抽象思维

在获取感性材料的基础上，对材料精密思考、分析，分清本质属性与非本质属性，主要特征与次要特征；并对具体现象进行概括、归纳，最后得到完整的概念。分析概念的本质属性是学习概念的核心问题。

概念的内涵和外延是概念的基本特征。生物学概念的内涵是指反映生命现象和生命活动规律的本质特征；外延是指内涵所适应的范围和条件，是生物学概念反映的总和。准确理解概念的内涵和外延并建立概念体系，是掌握概念的先决条件。

【例2】 酶概念本质属性的分析（图4）：酶是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物，其中胃蛋白酶、唾液淀粉酶等绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是RNA。“活细胞产生”“生物催化剂”“有机物”是酶概念的内涵，体现了酶的本质属性：只有活细胞（又指全体活细胞）能产生与无机化学催化剂功能相同的有机物。“蛋白质”和“RNA”从化学成分上界定了酶的范围（酶一般为蛋白质，少数RNA也能起到酶的作用），是概念的外延。

4.3 以概念图为载体构建知识网络，促进学生思维可视化

尤其是在复习课教学中，在教师的引导下，发挥学生的能动作用，教师检验并反馈学生对已学知识的理解和运用，根据学生的知识基础和能力基础，引导学生进一步的巩固、拓展学习，对以某一具体知识点为中心构建知识网络，能显著地提升学生的思维能力，并能收到很好的学习效果。

【例3】 以人体的神经调节为中心构建生物学概念图，组建知识网络（图5）。

总之，概念图作为一种成熟的教与学工具或策略，在国外广泛推广说明其具有强大的生命力和实效性，同时也为校本教研提供了有力的条件。概念图作为学习工具、交流工具，能很好地促进学生的知识结构化，思维可视化。

参考文献：

[1] 赵目庆.知识可视化的理论与方法[J].开放教育研究，2005（1）.

[2] 何林璠.在高中生物学教学中提高概念教学的有效性[J]. 生物学教学，2014（3）：17-18.

[3] 杨才伟.浅谈高中生物学模型建构中的线、形、数[J].中学生物教学，2015（4）：20-21.

[4] 吴海燕.基于问题式学习的概念教学策略探析[J].生物学教学，2015（6）：34-36.