20世纪60年代美国康奈尔大学诺瓦克教授根据有意义学习和概念同化理论开发出概念图教学策略。概念图最初仅用于教学评价,后来教育学家研究发现,学生在学习的过程中通过绘制概念图可以将复杂的知识结构简单化,从而深化对生物概念的理解。人教版高中生物必修一《分子与细胞》因概念繁多、复杂,于学生的学习而言,具有一定难度。但是教材内概念之间关系清晰明确,易于形成知识框架。因此,本研究在教材分析和应用现状调查的基础上,分析存在的问题,提出相应对策,开展概念图教学应用案例的优化设计,并进一步通过教学实验对其可行性和有效性进行验证,以期为促进概念图在高中生物教学中的应用提供参考和借鉴。本论文以认知主义学习理论、建构主义学习理论以及有意义接受学习理论为理论基础,并且在研究过程中运用了文献法、调查法、实验法、教材分析法和案例分析法等多种方法。在研究过程中,笔者首先对概念图的概念及其理论基础进行了系统的整合,并且详细的分析了概念图在国内外的研究现状,以期为之后的调查和实验提供理论基础。然后又系统的对人教版高中生物必修一《分子与细胞》进行了教材分析,为概念图在高中生物中的教学提供了素材来源,也很好的为之后的调查、实验打下了基础。本次研究选取了山东省10所高中的生物学科教师和学生作为调查对象。系统的调查了高中生物教学中概念图应用的现状,并且归纳出了存在的六大问题:教师对教材中有关的概念图资源的利用重视不够;概念图教学策略应用频率较少;师生绘制概念图的技能水平有待提高;概念图作为评价手段应用频率较少;学生本身的知识体系有待于优化;学生本身对概念图功能的认识有待于提升。随后针对存在的问题,提出了六大对策,并分别从新授课、复习课和教学评价三个方面进行了教学案例的优化设计,力图为教师有效实施概念图提供借鉴。紧接着对优化之后的概念图教学设计进行了实验研究。将概念图优化设计模式运用于实践,检验概念图优化设计在教学中的可行性和有效性,并且证实实施概念图优化设计教学对学生的学习主体性、学习兴趣、学习成绩方面均起到促进的作用。最后对本研究的成果进行了总结,并展望了概念图在未来教学过程中将发挥的巨大作用及其教学意义。