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中学生物学科教学中，经常要用到模式图。本文想就运用模式图进行教学，传授知识和提高学生思维能力过程中的认知心理学问题作一些探讨。
一、进行“模式图”教学中的形象思维
中学生物教学中，无论是初中或是高中，都有不少运用模式图进行教学的实例。有时教学效果不理想，往往驱使教师利用实验代替“图示”来进行教学。还有的同志将运用模式图教学效果不好的原因，归结为“黑板上讲生物”，违背了学生认知规律。但在教学实践中，又确实有许多内容做不了实验或做了实验效果也不好的情况。比如：“叶芽发育成枝条”、“子房发育成果实”这些内容，课堂实验并不能解决问题，非用模式图教学不可，只要运用恰当，完全能取得良好的教学效果。关键在于，对用模式图教学是否有正确的认识，能不能运用这些正确认识指导教学实践。要解决这个问题，就要先讨论一下什么是模式图，分析模式图产生的过程，以及这个过程中的认知心理学原理。
以“子房发育成果实”为例。前人首先是感受到这个事实的现象：先开花后结果。进一步再对花的各部分予以解剖研究（分析）。然后再进行“追踪解剖研究”，也就是选择同时开花的数十朵花，相隔一段时间（一两天）解剖一朵，并绘出相应的解剖图。这样，经过一个较长的时间和数次解剖、通过绘图把数朵花在不同时期的发展变化过程连续记录下来，用以代替一朵花的实际发育过程。在这个研究过程中，先是把具体形象转化成图示形象，再是将图示形象进行比较，找出图示形象所表示的实物各部分结构之间的关系。最后，研究者头脑中产生一个由各时期解剖结构形成的表象相互比较，又由语言符号和图示加以表达的结果：“某种植物花的子房发育成某植物的果实”。各种植物的子房结构形态和果实结构形态大同小异，比较了多种植物花的追踪解剖的结果之后，存大同而去小异，产生的子房发育成果实的图示便失去了它代表具体某植物的品格，而成为具有普遍性品格的子房发育成果实的结构模式图。
由上述过程可知，这个模式图产生的过程是认知过程中，形象思维和抽象思维相互结合的生动体现。明白了这个道理，在教学中，我们不但解剖了花、了解了花的各部分结构，而且向学生介绍“子房发育成果实”的研究过程，有条件的时候，还可以将有关照片连续展示给学生，让学生在具体形象的帮助下，在思维中经历研究“子房发育成果实”的科学实验的全过程。这样，通过形象思维促进抽象概念的把握符合认知规律。
教学过程中，在通过形象思维把握抽象概念的关节处，常常设问质疑，以引起学生的思考。如：在进行根尖的结构和功能教学时，为了使学生对形象背面所隐藏的实质进一步思考得出正确结论，而不是停留在简单的形象比较的水平
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对一粒萌发后，胚根长到一厘米以上的蚕豆种子，从根前端起每隔一毫米做一个标记，根继续生长后，标记间的距离变了，问长成后的根的伸长区在什么位置？对这个问题的回答，绝大部分同学是错误的，他们均指出是图B处括号所指的位置。为什么会产生这种情况呢？这绝不是因为实验做得是否正确，也不是因为学生不了解书本上原模式图对伸长区的认定，而是学生没有动脑子，没有将实验中得到的关于根尖生长的表象，进行思维的加工。伸长区不是指已经伸长了的区域，而是具有细胞伸长的潜在能力而待伸长的那个区域。实验中B图括号处是伸长区伸长结果的形象表达，而伸长区动态功能的表达，只能由再造形象来把握，实验结果只是提供形成静态表象的材料。这就是思维转换过程中的关节点，也是教学中要特别注意设问的地方。设问的意义就在于促使学生积极思考，通过形象思维把握抽象概念。类似的例子，如北京市高中生物实验教材中的关于酶的作用原理的教学；高中生物中细胞有丝分裂的教学等。
二、知识结构形成和发展过程中的形象思维
在植物学教学中，把促进学生尽早形成关于植物学的知识结构，作为教学的首要目标。而整个教学过程，就是帮助学生不断改造知识结构的过程。
教学知识结构体系的最初层次，是在器官水平上认识绿色开花植物的一生，总的题目是“从种子到新的种子产生”。其中第一部分是：对绿色开花植物的初步认识。对这些内容，刚入学的学生有零碎的、片段的感性认识，头脑中不乏此类知识的表象。教师利用这些表象，用文字将其联系起来，形成最初层次的知识结构：种子→幼苗→成熟的植物体→开花→结果→产生新的种子。这实际上是促进学生将形象联系起来思考，并在此过程中对绿色开花植物的一生，形成整体的联系。教师再通过语言讲述，把这样的知识提高到理性的水平：绿色开花植物的一生，就是从一种状态向另一种状态变化的过程。以后的教学，把这个过程分为：①种子发育成幼苗；②叶芽发育成枝条；③花芽发育成花；④子房发育成果实四个阶段。所有以上四种状态变化均通过：知识→结构→问题→读书、观察、实验、思考→新知识→新结构→新问题→……这样的教学思路来进行，可将其概括成：问题研究知识结构模式转换教学模式。植物学上，这四部分知识，均属于用“解剖追踪观察法”研究的成果，教学方法及其原理如第一节所叙。其形成的知识结构图示如图二：
这幅图的创作过程，发生在80年代一群十一岁的孩子中。学生通过教学完成了“种子发育成幼苗”、“叶芽发育成枝条”、“花芽发育成花”、“子房发育成果实”等模式图（见图二）。然后让学生将这些图，贴在一张大纸上，加上文字说明（名词、定义），然后用箭头表示它们之间的关系。学生往往经过数次剪贴，不断修改用箭头表示的关系，才能正确表示知识结构。这幅图形成的过程，是思维操作和动手操作相互结合的过程：动手画图→思考→图形剪切连接→知识结构模式图。我们把它称为操作内化模式。实际上，这个过程中是形象思维和抽象思维结合，动手和动脑结合，以促使头脑中的知识结构，既是形象地又抽象地变化、改造。把原来用文字表示的“种子→幼苗→成熟的植株→开花→结果→新的种子”的知识结构，变成了如图二这样的知识结构。模式图既是形象思维和抽象思维相互结合的结果，又是改造知识结构过程中新一轮思维的载体，借助模式图，形象把握和深化对知识的理解。图中“生长点”的模式图的引入，是完成整个知识结构图的关键，它把整个知识结构的水平提高到一个新的层次。记得当年学生剪接此图，知识结构雏形初现，就是缺乏联系。我就让学生思考，绿色开花植物地上部分是由种子的哪部分发育来的。学生肯定是胚芽，我又问胚芽与叶芽有什么关系。经热烈讨论后，学生反过来问我：能不能说胚芽就是叶芽？我肯定了这个想法，说明胚芽的生长点是以后整个地上部分所有枝条上芽的生长点的起源，学生很兴奋，在图上加了生长点模式图，用线和箭头表示生长点与胚芽、叶芽的关系。
这段教学中，还有一个问题是，如何让学生理解花芽的起源。我给学生提了一个问题，引导他们实际去察看，花都开在枝条的什么位置？学生经过观察、比较得出了结论：花都开在枝条上原来长叶芽的位置。并由此产生了联想：花芽是不是与叶芽有什么关系呢？我非常高兴地肯定了学生的联想，并且告诉他们，联想往往是有价值的科学思想的“母亲”，当年就是这个联想促使植物学家追踪生长点发育成花芽的过程。在此基础上，用扫描成象照片，向学生展示了小麦生长点分化成小麦穗的过程，确认了花芽是生长点分化发育而来的。用观察、比较等方法促进学生联想，进而产生问题，在此基础上，再介绍研究这个问题的科学过程，就这样形象思维与抽象思维相互结合、相互补充，促进学生在探究问题的过程中，提高思维能力，并获得真知。在这个基础上，我给学生补充了生长点发育成花芽的知识，学生又将花与枝条比较，得出花是变态枝条的结论，完成了从种子到新的种子产生的知识结构流程图。
三、生物教学的特点与形象思维
通过上述两个问题的分析，我们已经可以体会到，生物教学的内容往往要体现出“动”，并且还要体现出动的过程。这样，无论是用挂图、模型、投影或者实验，都有一个以上述手段为载体，形成表象，然后借助再造形象把握生命活动过程的问题。教师的教学艺术，很重要的一点就是把握形象思维的认知心理特点，运用于教学，这是比选择具体教具和手段更重要的事情。模式图教学中，学生由静态表象地把握生物结构变化的起始状态和终结状态，转换到动态形象地把握变化过程，这其中的道理，对于生物教学，有普遍指导意义。
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