魏琳璐 王重力 韩宁
摘 要 以XMind软件为辅助工具构建思维导图，根据高中生学习状况和该学科的特点，将思维导图引入到高中生物教学中。文章将XMind思维导图软件的使用方法用二维码作了具体说明，为其在教学中的应用提供参考。将XMind思维导图应用于高中人教版《生物》必修1第五章第三节“ATP的主要来源—细胞呼吸”第二课时的教学，从而探究XMind思维导图“分支+整合”形式对高中生物教学的影响，进而提高学生思维方式与学科素养。
关键词 高中生物 XMind思维导图 教学设计
中图分类号：G424 文獻标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.09.074
Abstract XMind software was used as an auxiliary tool to construct mind mapping. According to the learning status of high school students and the characteristics of the subject， mind mapping was introduced into high school biology teaching. In this paper， the application method of XMind mind mapping software is illustrated with QR code， which provides reference for its application in teaching. XMind mind mapping was applied to the teaching of the second period of "cellular respiration， the main source of ATP"， chapter 5， section 3， compulsory 1 of biology of senior high school education edition， so as to explore the influence of "branch + integration" form of XMind mapping on biology teaching in senior high school， so as to improve students" thinking mode and discipline literacy.
Keywords high school biology; XMind mind mapping; instructional design
1 关于XMind思维导图
现在市场上流行思维导图很多，易操作的有IMindMap、MindManager、XMind。本文以XMind软件为例，说明其在高中生物教学ATP的主要来源—细胞呼吸一课教学中的应用。[1]
XMind是一款非常实用的思维导图软件，采用了Java语言开发，具备跨平台运行的性质。不仅可以使用XMind绘制思维导图，还可以绘制鱼骨图、二维图、树形图、逻辑图、组织结构图;并且可以方便的从这些展现形式之间进行转换，可以导入MindManager、Freemind数据文件中，灵活的定制节点外观、插入图标。无论是简单的小题目还是复杂的创作，都可以利用XMind来创作，利用XMind绘制思维导图可以事半功倍。[2]不过需要教师提前把所授教学内容列一个提纲，重建知识框架，再把重建的框架利用XMind输出，便于学生更好的理解。
思维导图是一种教学内容的呈现工具，对教学内容进行全导式呈现，使学生轻松掌握当前内容在整体内容中所处位置，有助于学生快速理解知识之间的关系与层次;它也是教学活动的组织工具，通过思维导图板书或课件播放方式，引导学生思维活动和教学进程;可以成为学生学习认知的工具，促进学生深度思考和帮助高效记忆;同时，也是教学效果的评价工具，作为评价对象，主要通过对思维导图所表现出的内容，直接反映了学生对概念的把握，进而形成对学生学习成果评价。
2 在高中生物教学中应用XMind软件的必要性
高中生物知识点多，如果不能构建属于自己的知识框架，很容易遗漏和遗忘知识点并且不能很好地将知识进行迁移，导致在做题时很容易卡顿。如果教师将题型分析时，同学们又恍然大悟、问题迎刃而解。教师要反思教学，转换教学模式和方法，可以利用思维导图作为辅助工具进行授课，将对象、对象属性、对象与对象之间的关系进行可视化。学生在听课时进行模仿和学习，将笔记以原来的照抄PPT改为以思维导图呈现，可以激发思维、拓宽思路，更好理解知识。
3 如何使用XMind思维导图
Xmind软件可供电脑端不同系统下载使用，满足了不同用户的需求。方法：进入XMind官方网站进行下载安装，完成后新建导图，添加分支主题并进行编辑，再修改主题属性，为主题添加可视化工具，最后保存可反复查看。扫描下面二维码可查看具体使用说明（图1）。
4 XMind思维导图在高中生物“ATP的主要来源——细胞呼吸”第二课时的教学设计
4.1 教材分析与设计思路
本节是人教版高中生物必修一第五章第三节的内容，本节内容量大，所以分为两个课时进行讲授。第二课时主要说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量。应用思维导图进行本课的教学设计， 充分调动学生积极性， 让学生肢体与思维都参与课堂， 在讲解每个知识点时以小组为单位， 以思维导图模板为基础， 引导学生小组讨论总结， 绘制完整的思维导图， 有效地建构知识网络。[3]
4.2 教学目标
（1）能用生命的物质与能量观，说明有氧呼吸和无氧呼吸的原理和过程，并解释有氧呼吸和无氧呼吸的异同。（2）通过对比分析有氧呼吸和无氧呼吸的过程，锻炼对比分析问题的能力。（3）通过有氧呼吸和无氧呼吸的实验过程，深化科学探究的思路与方法。（4）联系细胞呼吸原理的应用，举例说明其在生产生活中的应用价值。
4.3 教学重难点
教学重点：有氧呼吸和无氧呼吸的过程。
教学难点：有氧呼吸和无氧呼吸和过程中物质变化及能量变化。
4.4 教学过程
环节一：回顾旧知，建立概念。[4]
【教师讲述】：上节课学习了酵母菌細胞呼吸的方式以及相关实验的探讨，同学们还记得怎样检测有无酒精的产生吗？联系日常生活经验，这一原理还可以干什么？
【学生回答】：橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生了化学反应，变成灰绿色，此现象可检测有无酒精的产生。测酒驾就利用这一原理，具体做法是让司机呼出的气体直接接触到用硫酸处理过的重铬酸钾，如果呼出的气体中含有酒精，重铬酸钾会变成灰绿色的硫酸钾。
【教师讲述】：同学们都记得很牢固，接下来我们系统的回顾整个过程。我们在进行实验探究的过程中用到了一种科学的思维方法，同学们想想看是什么呢？
【学生回答】：对比分析法。
【教师讲述】：是的，设置两个或两个以上的实验组，通过现象与结果的比较分析，来探究某种对象对实验对象的关系叫做对比分析法。在该实验中是比较酵母菌在有氧和无氧条件的呼吸作用，这两组实验互为对照，也称为对比实验。
环节二：问题导入，建立概念。
【教师讲述】：生物体内的糖类、蛋白质、脂质等有机物都富含能量，但这些能量不能直接供给各种生命活动利用。这些有机物在细胞中经过一系列的氧化溶解，释放能量，转移到ATP中，由ATP直接推动各项生命活动的进行，该过程称为细胞呼吸。把有氧参与的氧化分解过程称为有氧呼吸，把无氧参与的氧化分解过程称为无氧呼吸。请读课文有氧呼吸部分，讨论以下问题：
（1）有氧呼吸全过程分为哪几个阶段？说出每一阶段的物质与能量变化。
（2）有氧呼吸进行的场所？有氧呼吸放出的能量变化形式如何？
此阶段教师告知学生学习目标，将有氧呼吸的过程（如图2）展开作为范例进行讲解，进一步明确教学目标，为下个环节做铺垫。
【教师补充】：在整个过程中，同学们要清楚原子的去向，生成物中水的氧原子来自反应物中的氧气，生成物中二氧化碳的氧原子来自反应物中的葡萄糖和水。三个反应过程中都有能量的释放，但是少部分转移到ATP中，大部分以热能形式散失。所以呼吸作用在一切生物的生命活动过程中一刻也不能停止，呼吸作用一旦停止，意味着生命的结束。
通过思维导图引导学生系统建构有氧呼吸的物质与能量变化过程后，教师让学生独立思考完成课前发放的思维导图框架导学案（如图3），将思维导图中有氧呼吸的实质、概念、应用情况等补充完整。
学生分组互评交流，通过对个人的思维导图点评与修改，更加清晰认识到自己存在问题，推进对有氧呼吸物质与能量变化的理解，进一步完善了对生命的认知。经过师生讨论后，最终呈现如下完整思维导图（图4）。
环节三：师生探究，深化概念。
【教师讲述】：上节课我们学过酵母菌在无氧条件下可以进行无氧呼吸，同学们思考除了酵母菌还有哪些细胞可以进行无氧呼吸，无氧呼吸的过程又中又发生了怎样的物质能量变化呢？细读无氧呼吸部分，分组合作完成课前发放的思维导图导学案（图5），总结并分析不同生物无氧呼吸的产物。（分组协作利于学生主动复习，建立知识间联系，在合作中培养学生协作学习能力）
【教师补充】：葡萄糖在酶的催化作用下生成酒精、二氧化碳和少量能量，酵母菌和大多数植物的无氧呼吸属于此类型;葡萄糖在酶的催化作用下生成乳酸和少量能量，乳酸菌和动物细胞及马铃薯块茎、甜菜块根和玉米胚细胞缺氧时属于此类型。
小组内修改思维导图，最后每一小组选出代表呈现并讲解导图结构。这不仅锻炼了学生的逻辑思维能力与表达能力，而且体现了“教师主导、学生主体”的理念。最终师生共同完成完整无氧呼吸的思维导图（如图6）。
【教师讲述】：同学们想一想我们生活中还有哪些实例是应用了细胞呼吸原理？老师提示一下，从氧浓度层面进行考虑。
【学生回答】：有时候手指受伤妈妈就会用透气纱布和创可贴包扎伤口，我觉得应该是它们都有通气的效果，来抑制一些细菌的无氧呼吸。稻田需要定期排水，是因为如果稻田中的氧气不足，水稻根部会因为细胞无氧呼吸产生大量的酒精，出现烂根现象。
【教师回答】：大家都回答的非常好，看来你们个个都是生活小能手。这也反映出了同学们留心观察生活中的现象，像有些事情并非只有专业人士才能做，我们学过此类知识，就要尝试协助他们解决问题。生物与生活密不可分，当某一现象引起了你的好奇，你不妨试试带着科学家们探究的精神去探索未知，想必这一过程会非常有意思。
【教师讲述】：既然同学们课上表现的这么棒，不知道在课下没有老师的帮助能否独自完成高质量的思维导图呢？同学们将今天所学有氧呼吸与无氧呼吸的内容，自己尝试在课后用思维导图的方式构建，可以将相同点与不同点串联起来，也可以将其他与细胞呼吸相关的知识点都一并加进来 。下次课我们大家一同选出做的最好的同学！
环节四：课堂小结，强化巩固。
根据思维导图引导学生复习回顾本节课内容。
5 XMind思维导图为教学设计提供支持
（1）有助于师范生和教师提高教学设计水平。教学设计是师范生以及教师必备技能，它要求解决问题经过系统的思考，通过思维导图可以获得一个完整的框架。（2）思维导图强调关键词，言简意赅，图形分支，结构清晰。教师利用思维导图进行发散思维和联想，把零散的知识列在图上，构建联系，梳理脉络。[5]在设计过程中，前后对照方便，反思各个环节的设置是否合理，提高教学设计的质量。（3）传统教学设计是自上而下的线性设计，局限性是各个组块的联系不易看出，易被忽视。而采用思维导图进行教学设计，呈现的是一张多线条、多色彩，从中央向四周发散的逻辑强结构清晰的教学设计全景图。且在设计过程中，教师充分的表现了发散思维，在教学过程中就能根据设计的思维较好的掌控教学环节，以达到教学目标。
6 思维导图在高中生物课应用中应注意的问题
（1）注意提升学生的认知水平。由于初中阶段学生对细胞呼吸的认识只停留在感性阶段。知道呼吸作用场所在细胞体，都能进行细胞呼吸消耗氧气产生二氧化碳，并放出能量供生命体使用。产生能量的反应是在线粒体里进行的。而高中阶段，学生需要从分子水平和亚显微结构上，理解对比有氧呼吸和无氧呼吸的过程，从物质与能量的转换方面提升对生命的认知与理解。学生从初中過渡到高中，对生命的关注需要从感性认知上升到理性认知。这一部分教学内容抽象，学习难度较大，教师在课堂上呈现思维导图时，可以只呈现部分内容，将未呈现的内容在课堂上引导学生补充。一方面让学生参与互动积极思考，另一方面也可以活跃课堂气氛。将上述方式多次呈现以后，学生对思维导图制作过程以及注意要点已有了解，教师可以适当的转变方式，让学生独立完成，最后加以补充和指导。
（2）突出重点，分散难点。从思维导图的应用情况来看，教师不需要每个课时都以思维导图方式呈现。在一些较难的课中，教师只需要将本节课的重难点绘制成思维导图，分成不同的模块。教师先通过语言讲解，学生形成一定的认知基础，接着教师呈现思维导图，从语言水平转化到图像概念，逐级深化，使得学生更好的理解。
（3）循序渐进锻炼绘制思维导图的技能。在学生初次接触时，教师应该将第一个教学片段作为范例展开来讲，让学生了解并掌握思维导图的作用与要点。随着教学过程的进行，教师可以将思维导图以“工作单”或者导学案形式呈现，学生在一定基础上模仿老师的思路对思维导图进行补充，这也遵循了教学中的循序渐进原则。在教学阶段最后，教师可以让学生单独完成，如果学生单独完成困难也可以小组合作完成整节课思维导图绘制。这不仅锻炼了学生的思维能力，也让学生学会了科学的思维方法。由此渗透出一个重要的概念：学会思考比获得知识更重要。
（4）动员学生积极参与，用集体的智慧克服认知障碍。教师呈现思维导图时，将导图中的重难点留出空白，让学生分组讨论，最后教师进行整合。不仅使学生参与到课堂中的热情增加，而且小组讨论还可以促进思维的发散和反思自己的不足，最终小组合作共同克服认知障碍。
（5）强化小组评价，增强凝聚力和归属感。小组将交流讨论后的结果分享，对于表现较好的小组可以进行口头鼓励表扬，也可以标志强化。使学生不仅能够得到教师及时的肯定，又能取得学习上的进步。
7 研究展望
思维导图作为一种新的教学策略可以很大程度增强学生的积极性，提高课堂教学效率，要想这种教学策略发挥优势需要老师和学生共同努力。[6]但在本研究中，笔者发现XMind8 update8版本思维导图存在以下不足：（1）不支持输入上下标功能。（2）输入文字时，某些文字颜色凸显不出来，这在制作时存在很大的局限性。目前可行的办法是将带有上下标的方程式以及化学式在Word或者画图软件中编辑完成，再以图片的形式粘贴到导图中。（3）思维导图有图像记忆和发散记忆两大特点，而不同学科有不同特点，同一学科每一章节设计思路也不同;男女生思维方式也不同，在制作思维导图时，将展开内容放在中心主题的同一侧还是不同侧更有利于教学效果，这些问题有待进一步研究。
参考文献
[1] 韩莉.思维导图在高中生物教学中的应用研究[J].科学咨询（教育科研），2019（10）：148.
[2] 周有文.MindManager思维导图软件在高中生物教学中的应用[J].基础教育论坛，2019（28）：75-76.
[3] 潘龙龙，辛光珠.基于思维导图的“能量之源——光与光合作用”（第二课时）的教学设计[J].生物学教学，2018.43（09）：36-38.
[4] 章莹.思维导图在《化学1》第三章教学中的应用[D].安庆师范大学，2019.
[5] 詹志娟，谢淑敏.思维导图应用于教学设计的研究综述[J].软件导刊（教育技术），2014.13（09）：89-90.
[6] 张菊莲.思维导图策略在初中生物教学中的应用实践研究[J].课程教育研究，2019（40）：186.
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