刍议思维导图在生物学单元整体教学设计中的应用*

钱仁凯

(巢湖市第二中学 安徽合肥 238000)

《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称“新课标”)提出要培养学生的生物学学科核心素养，通过“少而精”的大概念来统领课堂教学，留出更多的时间促进学生发挥学习的主动性，在对重要的生物学概念的理解、长期保持和迁移应用的过程中促使学生逐渐形成生物学核心素养。这就要求教师在进行单元整体教学设计时必须提升站位，将对单一的知识点、课时的关注转变为从单元整体出发进行教学设计。如何高效地完成生物学单元整体教学设计并付诸教学实践是当前一线教师的直接诉求。思维导图作为一种比较新型的笔记方法，具有很高的应用价值。笔者尝试将思维导图融入生物学单元教学设计中，以期为教师在完成单元整体教学设计时提供一种新的思路和方式。

一、思维导图在单元整体教学设计中的应用优势

(一)单元教学设计的内涵与要求

有研究表明，以重要概念为主题进行单元教学设计符合新课标内容要求，同时也符合学生的认知水平和规律。因此，我们可以认为，生物学单元整体教学设计是以重要概念作为主题，基于新课标的要求、学生的认知水平和思维进阶规律对关联学习内容进行分析、整合、重组和开发，形成集目标、任务、情境、活动和评价等要素为一体的结构化的统筹规划和系统设计。单元整体教学设计有助于教师跳出碎片化的教学误区，通过结构化的整体教学实现学生的核心素养的最大化发展。

与传统的单纯注重单个知识点和分课时教学不同，单元整体教学设计更强调教学的整体性和系统性。如何科学地完成一个教学单元的完整设计呢？这就要求教师在确立单元主题后，能够对整个单元教学内容和知识间的内在逻辑联系进行系统的思考，综合考虑学生的实际认知水平和新课标的内容要求，而后系统规划合理的教学流程,并能设计科学的教学方法和评价手段，对学生的学习效果进行有效检测。

(二)思维导图及其显著特点

思维导图的概念是1974年由英国学者东尼·博赞在《启动大脑》一书中首次提出的。简单来说，思维导图就是一种图解工具，是通过线条、树状图等将许多具有一定关联的知识内容联系到一起，构建一张具有多分支的图像表现形式。与传统教学只有简单堆叠的文字相比，思维导图是一种可以承载更多信息、可以更直观地将所涉不同维度的知识串联在一起形成的一种便于理解和记忆的网状图。这种“图”是能够直观呈现形象思维和直观思维的过程，能够有效地激发思维并对思维进行可视化整理的工具，同时也是一种可以将教学设计过程图形化的方法。思维导图既可以直接利用纸笔进行手工制作，也可以通过专业的绘制软件制作。但是手工绘制的思维导图受绘制者自身的画图水平以及纸张大小等因素限制，不易保存和修改，因此一般建议采用专业软件进行绘制。目前方便易用的思维导图制作软件有IMindMap、XMind、MindManager等。

(三)单元整体教学设计中应用思维导图的优势

从系统的角度来看，单元整体教学设计使用思维导图，可以以图文结合的分层形式清晰地展示课程结构框架，帮助教师在确定单元教学主题时提高系统设计的站位，更好地梳理大概念、重要概念和次位概念之间的关系；在选择单元教学内容时厘清知识之间的逻辑关系，更全面地整合学科知识内容；在设计单元教学过程时设置一系列的教学任务，更好地表征教学流程。思维导图在帮助教师避免教学内容的碎片化、提高课堂教学效果的同时，也能帮助教师更好地管理和发展自己的知识系统，不断提升自己的专业技能，提高备课的效率和质量。

二、思维导图在单元整体教学设计中的应用举例

单元整体教学设计是对自成系统的知识内容进行系统思考后的整体架构，其精要是建构单元概念体系，整合单元教学内容，设计单元教学流程。下面结合重要概念“细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域”(以下简称“重要概念2”)的单元整体教学设计，具体阐述思维导图的应用。

(一)利用思维导图梳理单元概念层级关系

从科学知识论来看，科学本身不是事实的简单堆积，而是结构化的概念体系。概念都不是孤立存在的，而是处于许多相关概念构成的网络中的。因此，要想有效地帮助学生构建完善的认知结构，教师就必须要形成结构化的课程内容。在单元设计时，教师首先要对生物学概念体系进行逻辑分析，建立大概念、重要概念以及次位概念，进而完成单元教学主题的建构。思维导图能清晰呈现概念的层级关系，有效帮助教师从整体上把握单元教学内容，进而确定单元教学主题。借助思维导图，分析重要概念2涉及的概念层级关系，如图1所示。

图1 概念层级思维导图

通过绘制三级概念之间内在联系的概念层级思维导图，有助于教师在备课时能从全局的角度分析得到学生通过系统化的学习完成大概念的建构。学生必须要先分别理解细胞的物质进出和能量的供应和利用这两个关键过程，才能接受“细胞通过分裂实现增殖”的科学结论。因此围绕大概念2(后文所涉及的大概念、重要概念、次位概念具体内容表述均见图1)的构建，可以确定三个重要概念对应的三个单元教学主题，如表1所示。而要想完成重要概念2的构建，厘清细胞的能量供应和利用的过程，则必须要系统地认识到能量在细胞内流通必须以物质为载体，各种化学反应为流通途径。因而教师需要完成次位概念1和次位概念2的构建，在此基础上，还需要进一步分析细胞所需能量的来源和去向，进而完成次位概念3和次位概念4的构建，并最终指向大概念的建构和统整提升，发展学科核心素养。

表1 大概念引领下的教学主题建构

(二)利用思维导图整合单元教学内容

当通过思维导图确定了一个单元的教学主题，并明确了该单元要完成哪一个重要概念的建构、该重要概念的建构又需要完成哪些次位概念的理解以后，教师要仔细研读教材内容和新课标的教学建议，并搜集生活中的相关资源，精选与重要概念建构以及次位概念理解的有关内容，整合成一个结构化、系统化的学习单元进行教学。

但一个重要概念的建构，一般所涉知识内容多，分布范围广，内在联系性不强。而如果教师在完成单元教学设计的过程中，以绘制思维导图的形式，对这些内容进行梳理和组织系统化，能突出事实、知识和概念之间的联系。如在“细胞的能量供应和利用”的单元教学设计中，思维导图可以用来实现教学内容的整合，将教学内容与所支撑的概念有机联系在一起，使得教师在进行教学设计时思路更清晰，条理更分明。“细胞的能量供应和利用”单元教学内容分析思维导图如图2所示。

图2 教学内容分析思维导图

通过概念层级思维导图可知，要想完成重要概念2的构建，必须要完成4个次位概念的理解，而这4个次位概念的理解则需要相应内容的支撑。结合重要概念与次位概念的思维导图，在仔细研读教材的基础上，可确定在单元教学的第1、2课时中，完成次位概念1的构建，主要内容应包含酶的作用和本质；在第3个课时中，完成次位概念2的构建，主要内容应包含ATP的结构、ATP的利用以及ATP和ADP的相互转化；在第4、5课时中完成次位概念4的构建，主要内容应包含细胞呼吸的两种不同的方式和细胞呼吸原理的应用；在第6、7课时中完成次位概念3的构建，主要内容应包含捕获和转化光能的结构基础以及光合作用的原理和应用。

(三)利用思维导图设计单元教学流程

确定大单元教学主题和内容后，教师需结合新课标的学业要求和质量标准，围绕高中生物教学的课程目标，确立单元教学目标，并以完成单元教学目标为导向，从单元教学整体出发，合理选择教学策略，分解单元教学任务，编写单元教学计划。

在编写单元教学计划、设计教学流程时，可充分利用思维导图的优点，以相应重要概念的构建为主线，以次位概念的理解为枝干，系统设计呈逻辑关系的课时学习任务。如在“细胞的能量供应和利用”单元教学中，依据单元内容特点可选择情景创设教学策略，通过绘制思维导图，帮助教师可视化地对“大情境贯穿、单元任务分解、课时活动安排”的教学思路进行整理，具体如图3所示。

图3 教学流程的思维导图

在设计以重要概念2的概念建构为目标的单元教学流程时，可首先通过创设运漕酒的生产流程的大情境，并以此为起点，结合单元教学内容和各个所需要理解的次位概念，以思维导图的形式进行思维发散，将大情境解构、衍生，设置呈递进式上升的系列小情境贯穿整个单元教学过程：从酿酒的原料淀粉如何转化为呼吸作用的底物葡萄糖为出发点，引出情境问题酶的结构与作用；从葡萄糖转化为酒精需要的生物酵母菌的量的测定，引出直接能源物质ATP；从葡萄糖转化为酒精过程中需要控制发酵罐内通气的情况，引出对细胞呼吸方式的探讨；从酿酒所需谷物如何制造淀粉，引出光和光合作用完成一个设计闭环；最后从整体中引出运漕镇如何谋划集生产、旅游等为一体的古镇，实现学习效果的综合评价，完成单元教学情境的贯穿。

在结合教学内容设置好问题情境后，再利用思维导图针对每一课时设置合理的教学活动，帮助学生完成对次位概念理解。如：为解决问题情境1，可通过创设两个活动探究酶的特性和探究酶的本质来帮助学生理解次位概念1；解决问题情境2，可通过创设探究细胞的直接能源物质、探究ATP的结构和功能、理解ATP和ADP的相互转化、举例说明ATP的利用帮助学生理解次位概念2；因为次位概念4是理解次位概念3的基础，因此需首先解决问题情境3,创设活动探究酵母菌细胞呼吸的类型及产物、建构概念图表述细胞呼吸的全过程、讨论影响细胞呼吸的因素等活动帮助学生理解次位概念4。

三、思维导图在单元整体教学设计中其他方面的应用

(一)利用思维导图确定教学目标

教学目标是通过教学活动要达到的标准或对结果的预期。教学目标可分为单元教学目标和课时教学目标。根据新课标的要求，高中生物教学目标即培养学生的生物学学科核心素养。因此，在进行单元教学设计时，如何厘清课程目标和教学目标之间的关系，如何将课程教学目标落实到各个单元教学目标中去，同样可以借助思维导图从整体上进行把握。在确定单元教学目标后，如何将单元教学目标的达成一一落实到每个课时当中去，从而合理地确立课时教学目标，同样可以利用思维导图进行分解整理，并最终根据思维导图从整体中反思课时目标是否能够有效支撑单元目标，单元目标是否能够有效落实课程目标，保证各级目标设置的有效性。

(二)利用思维导图进行教学评价和反思

确定好教学目标、教学内容、教学流程后，教师需要根据对学生的课堂评价结果判断课堂教学预期效果是否达成，教学目标是否完成。而对学生的课堂学习进行评价需要考虑很多内容，如何全面条理清楚地对一个单元的教学效果进行评价，同样可以充分利用思维导图的特点和优势。如，首先可以在思维导图中画出单元评价标准，再将其发散细分为每个课时的评价标准，再以每个课时评价标准为基础，结合课时内容，选择合适的评价过程和评价方式等。

思维导图在辅助教师进行单元教学设计时，除了上述方面的应用，在对单元课时进行合理的分解、帮助教师把握课堂教学重点、辅助教师进行课后的教学反思等方面同样发挥着重要作用。在完成大单元教学设计的过程中，思维导图具有极大的实用意义和推广价值。