概念图在生物学教学中的应用

概念图在生物学教学中的应用──以高中生物课《染色体变异》为例吉林大学高等教育研究所郑魏张楠摘要：概念图是一种组织和表征知识的工具，其在教学中具有多方面应用：教学设计工具、内容呈现工具、知识关联工具和协作学习工具。本文以《染色体变异》一节为例进行了应用探究，发现概念图能够有效地帮助教师掌握学生的认知和思维情况，有效提高教学效率。关键词：概念图；生物学；应用概念图（conceptmap）最早是在20世纪60年代由美国康奈尔大学诺瓦克（JosephD．Nocok）教授等人根据奥苏贝尔的有意义学习理论和主动建构理论提出来的一种用于测定学习者已有知识和错误概念，提高学习者认知的工具。后来，随着人们对概念图研究的日益深入，发现作为工具的概念图在教学上有着广阔的应用空间，它既可以作为学习者学习的工具、交流的工具，又可作为教师教学的工具。本文旨在对概念图应用于生物学教学进行探究。一、概念图概述概念图，又可称为概念地图（conceptmaps）和概念构图(conceptmapping)。前者关注概念图的制作结果，后者注重概念图制作的具体过程。现在人们通常把概念构图和概念地图统称为概念图，而不再对它们进行比较研究。概念图是一种用来组织和表征知识的工具[1]，它利用节点代替概念，连线表示概念之间的意义关系，将不同概念之间的意义联系通过连接词以科学命题的形式显示。概念图包括概念、命题、交叉连接和层级结构四个基本要素。概念是感知到的事物的规则属性，通常用专有名词或符号进行标记；命题是两个概念之间通过某个连接词而形成的意义关系[2]，是对事物现象、结构和规则的陈述，是真正的意义单元；交叉连接表示不同知识领域的概念之间的相互关系，常常能够引发新的创造型见解；层级结构是概念的发展表现方式，一般情况下，最概括的概念置于概念图的最上层，从属概念在其下，用来充实概念的具体概念在图的最下层,还可以为某概念通过超链接提供相关的参考资料。二、概念图的基本构建步骤1．选取概念。阅读课本内容，标出自己认为重要的部分或重要观点，阅读这部分内容之后，确定能理解主题的关键概念，并将它们一一列出。2．把最能反映主题、含义最广、最有包容性、最概括的概念放在图的顶端，同一层次的概念放在同一层。3．继续向下增加更多的从属概念，将最具体的的概念放在最低层，然后，将图中的每个概念用圆圈圈起来。4．寻找图中不同概念之间的联结，并表明连接线。概念之间的联结有时很复杂，主要分为同一知识领域的概念和不同知识领域的概念，不同知识领域的概念要进行交叉连接。5．在连接线上标注连接词，以此对概念之间的关系进行清晰的注释。常用的关系连接词有“包括”、“由…组成”、“受…影响”等等。6．把概念连接起来以后，要在连接线上加箭头表示概念间的关系。概念间的关系并不都是单向的，还有相互依赖的双向连接，这种情况需加双向箭头。7．修改和完善。随着学生学习的深入，其对知识内容的理解也不断地深化和改变，要不断地修改概念图，逐步地完善知识体系。三、概念图在生物学教学中的应用方式概念图可以将概念与概念之间的关系以一种图示的方式形象直观地表现出来，它是用视觉再现知识结构、外化概念和命题的一种方法。这种表征知识的形式有助于教师建立整合的、结构化的知识，进行有效的教学；有助于学生把握某个知识领域的全貌,理解已有观念之间的联系；有助于学习者将新观念与其已有的知识联系起来，将知识融会贯通，发展对知识体系的理解[3]。概念图的这些优点决定了它完全可以被应用于教学，那么，在实践中教师如何才能充分发挥概念图的作用呢？对此，我们提出以下一系列行之有效的具体应用方法，供教师根据不同教学情景的需要选用。1．概念图作为教学设计的工具教学设计是进行教学的必要环节，它设计的对象可以是一门课程、一个教学单元，还可以是一堂课，如何进行最有效的教学设计，既关系到教师能否发挥课堂教学中的主导作用，又关系到学生在课堂学习中能否真正的成为主动参与者，在获取知识的同时提高能力。概念图为解决这一问题提供了契机，教师可以借助概念图来归纳、整理教学思路，将头脑中的教学内容、教学策略以可视化的形式展现出来，进行最佳的教学设计。2．概念图作为内容呈现工具概念图作为内容呈现工具，能够将繁琐的内容以概念的形式简单、明了、清晰地传递给学习者，可以满足教师将教学内容以概念为单元逐一呈现给学习者。这种方式不仅能形象呈现内容，而且能让学生非常直观地发现知识内容之间的关系，保证了下次继续学习时的知识的完整性。3．概念图作为知识关联工具概念图作为知识关联工具，能够将学习者所学的知识系统化，实现知识的整体记忆，同时也促进学习者思维的发展。当我们学习一个知识点的时候，会很容易记住，但是在解决问题时往往无所适从，这是因为我们习得的都是孤立的概念，没有进行知识关联，没有形成系统的知识结构，只有保证知识的关联性，才能在运用时游刃有余。4．概念图作为协作学习工具概念图作为协作学习工具，支持学习者与他人共享学习成果，建立学习共同体。学习者在学习过程中可以根据学习内容绘制概念图，这些概念图是学习者的学习成果，反映了学习者对某些问题的思路、观点，同时，学习者还可以将自己绘制的概念图与其他同学绘制的概念图进行比较，实现成果共享，达到交流的目的。5．概念图作为评价工具概念图作为评价工具，一方面能够帮助教师在教学过程中通过观察学生的构图过程，了解学习的进展，及时地进行诊断，改进教学；另一方面，在进行总结性评价时，教师可以适当采用绘制或补充概念图的形式进行，它可以让教师清楚地看到学生对知识的掌握情况，以及不同学生思维方式的差异，能够给教师一个客观的图景，使教师全方位了解学生的学习状态[4]。四、概念图应用于生物学教学实例为了进一步检验概念图在生物学教学中的真实功效和具体实施步骤，我们以《染色体变异》一节教学内容设计了一堂课，围绕让学生掌握染色体变异的种类以及单倍体、二倍体和多倍体概念这一教学目标设计了一堂课。1．课前准备学生学会绘制概念图是保证教学目标顺利实现的前提，因此，在学习新课之前，要向学生介绍概念图的特征和绘制方法，以及绘制软件的正确使用。本次课我们使用的是Inspiration软件。通过具体的操作演示和清晰的讲解，学生很快就学会了软件的基本使用。此过程中，学生对概念图工具表现出来浓厚的兴趣。2．教学过程(1)第一阶段：用概念图导入课程，呈现教学内容。为激发学生的学习兴趣，可以展示几张有关染色体和染色体变异的图片，接下来教师让学生搜索有关染色体变异的知识，并引导他们按照自己的理解将搜索到的内容进行整理归纳。通过大家共同协作，确定本次课的学习内容。随后，教师将已经准备好的染色体变异基本知识概念图呈现给大家，如图1所示。(2)第二阶段：用概念图进行知识关联，培养学生的发散思维能力。学生学习染色体变异的相关内容，在学习过程中联想回顾先前习得的与染色体相关的概念，利用概念图将这些概念进行关联，形成系统化的知识体系（如图2所示）。(3)第三阶段：用概念图进行交流，共享学习成果。学生在学习过程中绘制完染色体知识关联概念图，然后把它上传到教学服务器，同时可以看到其他同学绘制的概念图，通过比较图与图之间的不同进行反思、交流，实现学习成果共享。(4)第四阶段：用概念图进行成果汇总和教学评价。为了检查学生掌握内容的情况，教师在染色体内容呈现概念图中漏出几个空格，让学生进行填充，依据学生的完成情况判断学生学习的效果（如图3所示）。3．教学反思整个教学过程，概念图作为教学工具贯穿始终。一方面，教师应用概念图进行教学设计、呈现教学内容，提高了教师备课的效率。另一方面，学生在学习时，可以通过概念图进行知识关联，进行发散性思维训练，不仅有利于记忆掌握所学习的新知识，还培养了团队合作的意识。五、结论教学实践表明，概念图作为一种可视化的表征知识的工具，适合生物学的教学过程，有助于充分调动学生学习的积极性和主动性，也有助于培养学生的协同合作能力，真正改变了学生对生物学课程那种“纯理论性、死记硬背”的观念，是一种值得推广的教学工具。