学科思维导图在高中生物学“发酵工程专题”复习中的应用

杨晓岚 杨洪升

(佳木斯大学生物与农业学院,黑龙江 佳木斯,154007)

复习课具有涵盖广、节奏快的特点,内容包含许多碎片化的知识点.由于学生难以深入理解概念之间的关系,因此容易出现概念混淆,难以建立知识之间的联系,导致学习效率逐渐下降.为此,需要注意复习课的教学方式,提高学生对于知识点之间关系的理解能力.通过使用学科思维导图来辅助复习课教学,可以激发学生自主思考所学知识点之间的联系,促进对概念的深入理解和融会贯通.

1 学科思维导图的含义

国内研究者在原有的思维可视化工具的基础上进行改良,并自主开发了学科思维导图,也被称为概念思维图.该词最早由杨兰娟的硕士论文提出[1],之后由刘濯源正式提出“学科思维导图”[2].学科思维导图可作为教师“教”的方式,将大概念以学科思维导图的方式展现出来,使学生更能理解概念之间的“来龙去脉”.同时,学科思维导图也可以作为学生“学”的方式,用于知识整理、笔记记录和解题分析等方面.

2 学科思维导图在高中生物学复习教学中的应用

2.1 课前回顾教材,自主构建知识框架

在进行复习课教学之前,先让学生对教材中的相关内容进行回顾和梳理,按照一定的逻辑将相关的重要知识点进行提炼,并且尝试找到这些知识点之间的联系,用学科思维导图的形式将这些内容进行记录.对于不太熟悉的内容可用不同的颜色提示自己,进一步查找资料完善这一部分的知识框架;对于较为熟悉的内容,可以进行构建大致的框架即可;对于一些比较抽象的内容,可以选择手绘简图再配上简介明了的文字进行记录.

2.2 课上师生合作,共同完善知识体系

复习课上,教师根据学生课前构建的学科思维导图的完整性和科学性等情况,梳理本专题的框架结构,针对学生还存在疑问的重难点进行详细讲解,对于学生忽略的小细节进行补充,根据需要可对某些内容进行拓展和深入,这样既节省宝贵的课堂时间,又提高了教学的效率;而学生则一边“动脑”跟随教师的步伐对专题的整体内容进行深入思考,对于重点难点的内化吸收更充分,一边“动手”根据自己的情况对课前构建的思维导图进行补充、完善和深入.

将学科思维导图引入高中生物学复习教学,学生头脑中已经有了大致的知识框架,带着问题来听课,更容易跟上教师的节奏.并且学生在动手记笔记之前会先动脑思考某个知识点应记录在已有的思维导图的哪个位置更合理?这个知识点应怎么样记录才是简洁明了又全面深刻呢?这种师生合作的方式既能提高学生对笔记的吸收内化能力,又能使课堂教学的效率达到一定保障.

2.3 课后迁移运用,解决现实情景问题

课后创设现实情景问题,引导学生运用相关已有的学科思维导图或者重新构建更加切题的思维导图来寻找解决问题的方法.有时解题方案也可用思维导图进行表达,将不可见的思维进行可视化的表达,更有利于找寻问题与答案的逻辑关系,得到更加合理和全面的答案.

3 学科思维导图在“发酵工程专题”复习教学中的应用

3.1 回归教材内容,深化生命观念

发酵工程专题的大部分内容都集中在选择性必修3的第1章,但在必修1“酶”和“细胞呼吸”的内容中也有提及,涉及微生物的生活方式、培养、应用等各个方面的知识,教师可在课前提出问题串来引导学生:

(1)什么是发酵?传统发酵技术和发酵工程分别是什么?

(2)从传统发酵技术到发酵工程经历了哪些过程?

(3)传统发酵技术涉及了哪些微生物?它们发酵的原理是什么?

(4)培养基如何配制?无菌技术如何操作?

(5)如何进行纯培养?如何进行选择培养?如何进行微生物的计数?

(6)发酵工程有哪些基本环节?有哪些应用?

学生通过系列问题的引导有方向、有目的地阅读教材后,能够构建出思维导图的一级分支,并初步构建知识框架体系如图1所示,体会到自主学习获取知识的乐趣.从结构与功能观来看,乳酸菌和酵母菌都能够进行无氧呼吸,但是产物却不同,这是因为酵母菌和乳酸菌含有的酶有着不同的空间结构导致了有着不同的催化功能.通过独立的思考,学生逐渐将细胞的结构与功能联系起来,使学生头脑中的生命观念更加完善和清晰.

图1 发酵工程思维导图

3.2 对比分析资料,提升科学思维

在思考与分析问题时,常常需要借助一些工具才能够将问题的条理分解开来,表格和学科思维导图都可以作为对比分类等分析的有效工具.教师通过思维导图和表格的形式比较泡菜、葡萄酒、啤酒、果醋、腐乳、酱油、青霉素等生产中发酵菌种、菌种来源、发酵原理、发酵条件、制作流程等方面的区别,对发酵过程进行分类.按发酵原料来分:可分为糖类物质发酵、石油发酵及废水发酵等类型;按发酵产物来分:可分为氨基酸发酵、有机酸发酵、抗生素发酵、酒精发酵、维生素发酵等;按发酵形式来区分,有固态发酵、深层液体发酵和半固体发酵三种;按发酵过程中对氧的不同需求来分,可分为厌氧发酵和通风发酵两大类型,让学生更好地掌握比较与分类的方法,提升科学思维.

3.3 呈现实验设计,助力科学探究

学科思维导图可作为呈现实验设计方案的载体,能够在设计实验步骤时更加具有逻辑性和合理性,为接下来进行实验操作厘清思路,为进一步科学探究提供清晰的思路.为探究酵母菌发酵的最佳条件,学生小组进行讨论并设计实验方案,发酵离不开酶的催化,而酶活性受到温度的影响,由此确定探究的第一个问题是最适温度.那么接下来便以温度为自变量设计实验:

第一步:取三个250 mL的烧杯,分别标号.

第二步:将已经揉好的面团(已加入适量酵母)分成等量的三份,分别放入三个烧杯,用保鲜膜封口,记录此时面团体积.

第三步:将三个烧杯分别放在4 ℃左右的冰箱保鲜层、16 ℃左右有暖气的室内、28 ℃左右的恒温箱、40 ℃左右的恒温箱内3小时后,观察并记录面团的体积大小.

第四步:肉眼观察气孔多少、手指按压弹性大小、鼻嗅香味浓淡检验面团的发酵情况.

除了发酵温度之外,还有酵母菌含量、发酵时间、面团含水量等多个因素,接下来便以这些因素为自变量来设计实验,最后制作出探究最适条件的实验设计思维导图.由小组合作进行实验探究,记录数据,分析结果,得出结论,并进行反思和总结,最后派出小组代表进行汇报.教师针对实验设计的合理性、数据分析的严谨性以及实验的创新性进行评价和总结,学生再对实验方案进行合理修改,最终总结成实验报告.学科思维导图的使用使学生对于探究过程更加的清晰,实验步骤的设计更加有逻辑性和创新性,有利于扎实科学探究的基础技能,掌控科学探究的各个环节.

3.4 关心时事热点,培养社会责任

学科思维导图可以为学生分析热点事件时提供更为发散性的思维,让学生对事件有独特的见解.发酵工业广泛地运用于医药、农牧、食品行业,而食品安全是与生活息息相关但又常常被忽略的安全隐患.对此可提问引导学生:我们生活中有哪些常见的发酵工程产品?味精是如何通过发酵工程来生产的?味精真的致癌吗?味精存在安全隐患吗?我们应如何使用味精更合理?有其他可替代的鲜味物质吗?网络传言真真假假,学生在拓展知识面的同时也要学会辨析真假,通过“味精致癌”这个话题将发酵工程应用于食品安全问题相结合,认识到发酵工程并非遥不可及,其所生产的食品、添加剂、药品等早已“飞入寻常百姓家”,例如酱油、啤酒、味精、青霉素等等都是发酵工程大规模生产的产品.引导学生辩证地看待大规模生产和小规模制作,同时关注食品安全问题,持续提升对社会热点信息的关注,培养社会责任意识和使命感.