浅谈思维导图改变高中生物教学中的认知负荷
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作者:杨运谦
摘 要：思维导图是基于人类大脑的思考模式，一种学习图式，思维导图之于教师的教，建构的教学设计可以从整体上反映整个教学过程，在新情境中，利用思维导图完整的逻辑架构及全脑思考的方法帮助学生解决实际的生物学问题;思维导图之于学生的学，作为一种学习策略，能促进学生思维发展、创造性学习，使学生学会学习，有效地激发学生的想象力，提高创造性思维，以一种高阶思维，全脑联动，释放学生工作记忆空间，改变了学习的认知负荷。
关键词：思维导图;工作记忆;思维发散;认知负荷
思维导图，又叫心智图，是基于人类大脑的思考模式，立足于心理学、神经生理学的一种表达发射性思维的有效的图形思维工具，是一种革命性的思维工具。思维导图运用图文并茂的技巧，把各级主题的关系用相互隶属与相关的层级图表现出来，把主题关键词与颜色、图形、符号等建立记忆关联，充分调动人的左右脑同步思考，引发人的联想，利用记忆、阅读、思维的规律，从一个中心出发，利用层级和分支相连，使概念结构清晰、层次分明，使注意力集中于关键点上，从而改善记忆力，让学生的学习可见，使教师的教学可见，充分激发学生学习积极性和主动性，发展学生的思维能力，帮助学生学会学习。它是将人类大脑的自然思考方式——放射性思考可视化的图形思维工具。它既可呈现知识网络，是组织陈述性知识的良好工具;也可以呈现思维过程，是组织程序性知识的良好工具。
认知负荷理论认为教学的主要功能就是让信息存储于长期记忆中，在心理学研究方面认为：知识是以图式的形式存储于长期记忆中的。图式组织信息的方法是根据信息元素的使用方式，它提供知识组织和存储的机制，以减少工作记忆的负荷。就图式而言，其内容可以是学习者学到的不分大小的任何内容，均以一个实体存在于记忆中。工作记忆的空间中子元素或低级图式会整合到高一级的图式中。图式的建构可以使工作记忆处理元素数量变得有限，却能让处理的信息量变成无限;图式建构后通过大量的实践可以将其进一步自动化，可以为工作记忆释放出其他活动的空间，当自动化形成后，熟悉的学习任务可以准确流利地操作，不熟悉的学习任务会由于获取大量工作记忆空间，于是效率得以提升，因此图式建构可以降低工作记忆的压力和负荷。
在学生学习的过程中建构图式，让信息先在工作记忆中处理，在形成长期记忆前，借助图式信息的相关内容必定会从工作记忆中提取出来加以操作，经过实践，图式就能形成长期记忆中的一种知识框架，可以降低影响工作记忆负荷程度的因素对学生学习的影响，当学生学习新材料时，图式就发挥中央执行功能的作用。当学生学习新材料时，如果在长期记忆中得到过此类知识框架，材料就可以借助图式提供的方法进行学习或解决问题。
思维导图是一种学习图式，一种知识框架，在教育教学实践中建构思维导图，可以有效降低影响学生学习的认知负荷，使学习有效，使教学有效。以下谈谈思维导图如何改变高中生物教学中的认知负荷：
一、 革新观念，思维导图使教师教而有效
（一） 思维导图之于教师的备课
对于个人备课而言，利用思维导图建构教学设计，教师立足于课时、单元、课程的三级层面，研读课程标准、教材;查阅相关资料，在整体把握情况下，将原有显现在教师头脑中的教学内容、教学理论和教学经验以可视化的形式表现出来，使其建构的教学设计可以从整体上反映整个教学过程。教学中，教师的思维就会整体化，使思维导图与教案相结合，上课的程序性、条理性更为清晰，有利于预设的教学过程顺利完成。对于集体备课而言，教师之间的讨论是提高集体备课有效性的主要方式，在讨论教学中困惑时，人们的思维处于高度集中状态，接受和处理信息的能力强，灵感易于显现，利用思维导图围绕一个中心议题，展开有效的讨论，指定专人将讨论中大家的意见、观点及时地记录下来，可以改变备课过程中因缺乏及时有效记录和整理而效果不佳、容易跑题等缺点，使集体备课做到集思广益、智慧共享。
（二） 思维导图之于教师的教学过程
概念是生物學科知识的基础，是学生形成生命观念的基础，许多生物学基本概念既是独立的，又有相互联系，学生在学习过程中会因为忽视对概念的外延、内涵的理解，不能形成概念网络、深刻理解概念。（1）在教学过程中，可以以一个重要概念为中心主题，在学生了解基本生物学事实基础上，进行归纳、总结、演绎推理把握次位概念间联系，通过建构思维导图把各种概念及其关系以层状结构形成排列，清晰地揭示意义建构学习的实质，以降低学生学习概念的认知负荷，帮助其对概念的记忆、理解、应用构建知识结构体系。（2）在教学过程中，教师可借助于思维导图，画出基本概念以及概念的关系的思维导图，边分析边层层展示，将基本概念具体化到具体实例，或是教师引导学生自己画思维导图，这样学生就可以更深层次地理解和认识概念的外延、内涵，在新情境中，利用思维导图完整的逻辑架构及全脑思考的方法帮助学生解决实际的生物学问题，大大减少了解决问题的时间，从而达到很好的学习效果。（3）在高三生物复习课教学过程中，教师利用思维导图引导学生自主复习;在课前，教师利用思维导图软件或用希沃5中自带的思维导图设计软件先设计好一个中心主题的思维导图，把学生依据不同思维发展类型分成若干学习小组;课中，以设定好的中心主题推出有层次性的问题串，让学生自主复习围绕中心主题的相关概念，学生以小组为单位进行讨论建构思维导图，然后让各小组派代表展示、交流，最后教师展示自己制作的思维导图进行印证，于是在思维导图的引导下，学生通过发散思维，生生互动、师生互动、相互交流和相互启发，很好地完成中心主题的复习，并激发了学生自主学习主动性和积极性。如下面的思维导图：
（三） 思维导图之于教学评价
新课程标准强调以学生为主，发展学生的核心素养，要求实行可行的评价体系;借助思维导图，教师可以及时地了解学生的学习情况，诊断学生学生基于生命观念的核心素养的发展情况，激发学生及时整理、及时实践，可以检测学生的知识结构体系的建成情况，是形成性评价的好工具;同时思维导图也是学生自我评价的有用工具，学生利用思维导图的反馈信息，能看清自己有没有遗漏关键的概念和概念之间的关系，并以此来检查自己对学习材料的理解情况，这样就能及时激励学生弥补自己的不足;通过问题评价，进行操作释放出工作记忆空间，并将所学知识应用于实践，降低了学生的认知负荷。 二、 发散思维，思维导图使学生学而有效
（一） 思维导图可以改变学生的认知方式
在课堂教学中，教师借助于思维导图把知识整合过程清晰地呈现出来，能改变学生的认知方式，使概念和概念间的关系可视。学生就能掌握整体的知识框架、知识体系，更容易理解前后知识间的联系和区别，学生通过思维导图记忆的知识也必然比简单机械重复记忆更长，利于长期记忆的形成，学生将更善于解决问题。许多学生在生物学科学习过程中往往能够理解某个概念的含义，但是面对真实问题就不知道如何运用自己所学知识来解决问题。
（二） 思维导图可以教会学生学习方法
学生善于运用“思维导图”，并把它作为一种思维习惯可以在学习方式和思维习惯上发生本质性改变。一方面，思维导图可以改变学生记笔记的方式，让其效率高、篇幅小、有重点、有层次、有结构，并且方便以后复习;而且可以让学生在课堂上轻松跟上老师的节奏充分地理解;而且释放的工作记忆空间还可以顺着老师的思路展开联想，联想老师想到的相关知识点，没想到的知识点，思想上又比老师前进了一步。另一方面，学生在学习生物知识形成生命观念，形成规律时往往容易犯些错误，发生认识偏差，思维导图可以引导学生建构生物知识网络体系，发现生物学概念、规律及其之间区别、联系，对本内容了然于心。
综上所述，创意出个性的思维导图，以一种桥梁、一种图式、一种元认知策略，在高中生物教与学中，使思维过程和过程可视，是一种高效思维、高效学习的工具，发展学生系统思维、发散思维、逻辑思维，使知识结构化、系统化、逻辑化;利用思维导图有助于学生建构所学知识之间的联系，形成知识网络体系，以一个重要概念为中心主题，提炼主干概念、增加主干的一個分支，抑或产生新的分类，抑或思维发散产生新的联想、灵感，使学生思维生长;思维导图能够有效地激发学生的想象力，提高创造性思维，有助于学生形成有效的学习策略，使学生学会学习;以一种高阶思维，全脑联动，释放学生工作记忆空间，改变了学习的认知负荷。
参考文献：
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[2]（美）迈克尔.米哈尔科.曲云，译，米哈尔科创意思维9法则[M].北京：中国人民大学出版社，2010.
[3]张珂.思维导图在生物学习中的应用[J].中国教育技术装备，2010（2）.
[4]许孟琴.思维导图在高中生物复习中的应用[J].中国校外教育（理论），2008（11）.
[5]普通高中生物学课程标准（2017年版）
作者简介：杨运谦，福建省福州市，福建省连江尚德中学。
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