思維地圖在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

林靜 陳燕

摘要：對思維地圖概念進行介紹，并以鐵的化合物教學(xué)為例，闡述利用圓圈圖拓展知識面、利用雙氣泡圖對比物質(zhì)異同、利用復(fù)流程圖分析物質(zhì)制備方法、利用樹形圖分析物質(zhì)檢驗結(jié)果以及利用流程圖學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)原理的應(yīng)用途徑：思考并總結(jié)合理有效應(yīng)用思維地圖促進教學(xué)的要點為認(rèn)清思維領(lǐng)域概念與功能、一圖多用增加圖示思維價值、強調(diào)圖示的實用性而非復(fù)雜性、重視學(xué)生主體性與創(chuàng)造性。

關(guān)鍵詞：元素化合物；思維地圖；八大圖示：化學(xué)教學(xué)

文章編號：1008-0546（ 2022 ）11x-0027-04

中圖分類號：G632.41

文獻標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.11x.007

一、背景分析

化學(xué)是一門應(yīng)用和綜合性較強的學(xué)科，在高中階段其知識覆蓋面廣、抽象度高并且實驗性強。其中元素化合物知識不僅是氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用，也是學(xué)生學(xué)習(xí)元素周期律的基礎(chǔ)，涉及物質(zhì)的性質(zhì)、制備、應(yīng)用等方面的內(nèi)容，貫穿整個高中化學(xué)的學(xué)習(xí)。由于知識龐雜、易混淆，且高一學(xué)生剛步人高中還尚未獲得良好的學(xué)習(xí)方法，大多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)時缺乏學(xué)習(xí)興趣，甚至以機械學(xué)習(xí)為主，難以理解元素化合物知識的內(nèi)在本質(zhì)，無法及時做到知識的遷移與應(yīng)用。[1]面對此類困境，如何挖掘新思路來幫助學(xué)生減負(fù)增效、促進思維發(fā)展、實施學(xué)生易于接受和理解的教學(xué)方式是教師們關(guān)注的重點和難點。腦科學(xué)和信息傳播學(xué)研究表明，人類70%的感覺接收器都集中在眼睛并且可以在每0.1 s內(nèi)獲得一個視覺信息，[2]這比通過閱讀、消化和理解一段文字來獲取信息的效率高得多。在化學(xué)教學(xué)方面，面對繁雜零碎的知識，思維地圖作為構(gòu)建知識的可視化工具，有望為學(xué)生帶來更好的學(xué)習(xí)成果。

二、思維地圖概述

思維地圖是由美國學(xué)者David Hyerle博士在語義學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)的基礎(chǔ)上開發(fā)的一款有助于學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的語言工具，[3]它利用八種圖形將知識進行組織，以便加強學(xué)習(xí)者對所學(xué)知識的理解和記憶，達到“一圖勝千字”的效果。20世紀(jì)90年代，思維地圖以極快的速度在美國興起，用來研究學(xué)生在解決問題時的思維過程，而后又被新加坡、新西蘭等國家引入應(yīng)用于學(xué)科教學(xué)之中并取得了良好的成效。[4]思維地圖依據(jù)人在思考時的基本思維方式，分為八種類型：圓圈圖、氣泡圖、雙氣泡圖、樹形圖、括號圖、流程圖、復(fù)流程圖和橋形圖，其表示方式、用途見表1。當(dāng)面臨聯(lián)想．類比、歸納等具體表征問題時，教師能夠直接選擇每種思維策略背后對應(yīng)的圖示作為工具幫助學(xué)生更好地理解或解決問題，學(xué)生也能獲得特定思維技能的精細化訓(xùn)練。

三、思維地圖在化學(xué)課堂的應(yīng)用

1 利用圓圈圖拓展知識面

鐵的化合物教學(xué)中，在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師通常會直接呈現(xiàn)生活中鐵元素的各種存在形態(tài)圖片或是相關(guān)新聞報道等，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。這種導(dǎo)入方式下學(xué)生仍處于被動接受地位。如果教師課前鼓勵學(xué)生查閱搜集鐵在生活中的應(yīng)用信息，課堂上請學(xué)生集思廣益共同填充圖1的外圓“鐵元素在生活中的具體用途”，如此不僅將課堂“還給”學(xué)生，而且也讓更多學(xué)生親身經(jīng)驗或直觀感受拓寬自己的常識面從而體會化學(xué)知識與實際生活的密切關(guān)系。

2．利用雙氣泡圖對比鐵的氫氧化物的異同

教師在講授鐵的兩種氫氧化物關(guān)系時，通常依據(jù)教材在該模塊的描述而側(cè)重于它們之間最重要的一個連結(jié)點，即Fe（OH）2在空氣中不穩(wěn)定，易被氧化成Fe（OH）3。為了讓學(xué)生構(gòu)建相似化合物完整的知識體系，在學(xué)完兩者的知識點后再利用圖2的雙氣泡圖進行對比，中間呈現(xiàn)出兩物質(zhì)在屬性以及反應(yīng)類型、結(jié)果上的共性，兩側(cè)比較它們在顏色、生成條件以及穩(wěn)定性方面的差異。在師生共同配合下學(xué)生對前面所學(xué)的知識進行回憶、提取和對比，使他們在課堂上開拓發(fā)散性思維來思考問題并抒發(fā)己見，調(diào)動學(xué)生的積極性，鼓勵他們延伸出更多的氣泡。相較于傳統(tǒng)表格，雙氣泡圖能夠突出兩種物質(zhì)的共性與差異性，方便學(xué)生通過對比達到精準(zhǔn)記憶同時深化對知識的鞏固。

3．利用復(fù)流程圖分析制備Fe（OH）2方法

“氫氧化鐵的制備”是《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》）主題2“常見的無機物及其應(yīng)用”中的學(xué)習(xí)活動建議之一。國內(nèi)三大版本《化學(xué)1（必修）》教材中對這個制備實驗的描述為“在FeSO4溶液中加入NaOH溶液時，會產(chǎn)生白色絮狀沉淀并迅速變成灰綠色，最后變?yōu)榧t褐色”，實際課堂教學(xué)中照此實驗方法，因為氧化速度太快幾乎觀察不到白色沉淀。[5]為發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，教師可以讓學(xué)生以小組合作的形式討論“如何控制實驗條件、設(shè)計實驗方案防止氧化，從而制備出純凈的Fe（OH）2”，并鼓勵他們制作如圖3的復(fù)流程圖，這樣不僅能夠鍛煉學(xué)生的邏輯分析能力，還能清晰呈現(xiàn)每一步的實驗步驟及其原理。之后組間再抒發(fā)觀點相互討論，也便于學(xué)生尋找不足進行針對性地改進。最后教師再選擇優(yōu)化后的方案進行實驗驗證。

4．利用樹形圖分析補血劑中鐵的價態(tài)檢驗結(jié)果

《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》在主題1的學(xué)習(xí)活動建議和主題2的情境素材建議里都提到了補血劑，以補血劑創(chuàng)設(shè)鐵離子檢驗的問題情境可發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)。教師在向?qū)W生展示補血劑（又名硫酸亞鐵片）的外觀和主要成分后可提出質(zhì)疑：“既然人體血紅蛋白所需的鐵元素是Fe2+，那么補血劑與人體胃酸作用之后鐵元素究竟以何種價態(tài)存在？如何檢驗？”學(xué)生根據(jù)已有知識繪制出圖4的樹形圖，假設(shè)鐵離子的兩種存在情況并預(yù)想通過檢驗后會出現(xiàn)何種現(xiàn)象，通過分類分析強化學(xué)生關(guān)于鐵離子的檢驗方法和氧化還原知識的綜合運用并提升證據(jù)推理的水平，最后通過實驗驗證后發(fā)現(xiàn)補血劑與胃酸（HCl溶液代替）作用后是以Fe2+和Fe3+存在。整個過程將實際問題轉(zhuǎn)化成化學(xué)問題，再利用思維地圖中的樹形圖加以分析解決，促進學(xué)生建立系統(tǒng)、有序的思維過程并優(yōu)化認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從而更好地達到復(fù)習(xí)鞏固的目的。

5．利用流程圖學(xué)習(xí)補血劑的服用原理

補血劑的情境不僅能夠強化鐵離子的檢驗知識，還能引出Fe3+和Fe2+的相互轉(zhuǎn)換問題。在學(xué)生學(xué)習(xí)完Fe3+和Fe2+相互轉(zhuǎn)化的原理后，教師為學(xué)生展示補血劑說明書中的注意事項：本產(chǎn)品不可與濃茶同服。為了揭示補血劑的奧秘并利用此問題鞏固氧化還原和鐵離子相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)知識，教師可以進行“變色的茶葉水”實驗。由于實驗步驟、原理較多且顏色變化多樣，學(xué)生僅僅依靠眼睛觀察很難理清前后的化學(xué)原理，因此教師在做實驗過程中可以板書圖5的流程圖：先呈現(xiàn)上端方框各種顏色出現(xiàn)的階段，再出示下端子方框讓學(xué)生思考其中原理進行回答填充，如此一來學(xué)生更能直觀理解各個實驗步驟與原理的前后順序，鞏固鐵離子相互轉(zhuǎn)換的化學(xué)知識。

四、思維地圖的應(yīng)用要點

1．認(rèn)清思維領(lǐng)域概念與功能

隨著思維可視化工具引入國內(nèi)，越來越多的教師將其應(yīng)用于課堂教學(xué)中，其中以思維地圖和思維導(dǎo)圖最為常見。但由于一些教師尚未接觸過有關(guān)思維可視化工具的一手資料或是將這些工具的名稱翻譯錯誤，對可視化工具的理解存在偏差，將思維地圖與其他多種可視化工具混為一談，尤其認(rèn)為思維地圖和思維導(dǎo)圖就是同一種思維工具，導(dǎo)致在教學(xué)設(shè)計與實施過程中，對于工具的選用較為隨意。思維導(dǎo)圖能夠?qū)⒍喾N思維技能綜合為一體，但各個節(jié)點之間卻未將具體的思維方式清晰標(biāo)識出來，[6]在教學(xué)中適用于對復(fù)雜知識進行結(jié)構(gòu)整理或思維激發(fā)。思維導(dǎo)圖注重利用連接詞對各個概念之間的關(guān)系做出描述，適用于幫助學(xué)生理清某一大單元主題下各個概念之間的內(nèi)在關(guān)系。思維地圖結(jié)合了思維導(dǎo)圖發(fā)散思維的特征，也融合了思維導(dǎo)圖深層認(rèn)知的特點，[7]在教學(xué)中面對復(fù)雜的問題時可以使用多個圖示完成知識構(gòu)建。例如利用圓圈圖或氣泡圖對新知識進行發(fā)散學(xué)習(xí)，或是利用雙氣泡圖或橋型圖進行知識對比來檢驗并鞏固原有知識。因此教師應(yīng)當(dāng)對思維工具的概念有所區(qū)分并認(rèn)清它們的功能著力點，以充分發(fā)揮其在教學(xué)中的成效。

2．一圖多用增加圖示思維價值

高中化學(xué)具有豐富的知識體系，思維地圖的每種圖示背后隱藏的思維策略可以與多種知識特征相互匹配，教師應(yīng)學(xué)會巧妙地利用圖形結(jié)構(gòu)承載多元化的知識內(nèi)容。例如，圓圈圖不僅可以用來收集電解質(zhì)與生活關(guān)聯(lián)的案例，還可以將電解質(zhì)定義中的“熔融”“溶于水”以及“化合物”等關(guān)鍵詞呈現(xiàn)于圓圈圖中實現(xiàn)對電解質(zhì)概念的全面掌握。再如，樹形圖不僅可以用來對實驗操作結(jié)果進行分類，還可以用于歸納化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)組成來優(yōu)化學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)?？傊?，每種圖示各有側(cè)重的思維策略，教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的化學(xué)知識引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會思考并選擇合適的表征方式，實現(xiàn)一圖多用的效果，提升學(xué)生的思維含量。

3．強調(diào)圖示實用性而非復(fù)雜性

呈現(xiàn)思維地圖比起羅列分散的知識點更便于學(xué)生進行全面、精準(zhǔn)地記憶，也利于學(xué)生迅速搜索相關(guān)知識點。[8]但如果圖示過于復(fù)雜，不僅影響繪圖速度，對于學(xué)生來說也會眼花繚亂，很難在短時間內(nèi)理清知識脈絡(luò)也無法減輕記憶負(fù)擔(dān)。因此，在繪制樹形圖、括號圖或圓圈圖時，無須填充太多文字做細節(jié)描述，只要做到心中有數(shù)即可；在繪制氣泡圖和雙氣泡圖時也要刪除不重要的內(nèi)容，而且不宜延伸出過多的氣泡，否則容易造成氣泡龐大臃腫抓不住記憶重點?？傊?，教師應(yīng)該強調(diào)思維地圖的實用性，繪制出簡單明了、能夠著重呈現(xiàn)思路并突出知識重點的實用型思維地圖，使學(xué)生將大部分精力放在對內(nèi)容的整合、記憶之上，才能真正發(fā)揮出思維地圖在教學(xué)中的作用。

4．重視學(xué)生主體性與創(chuàng)造性

思維地圖中的每種圖示可以清晰呈現(xiàn)其特有的思維模式，繪制各種思維地圖能夠讓學(xué)生的思維得到訓(xùn)練。然而教學(xué)中教師通常重視思維地圖的整理思維、總結(jié)知識的作用而輕視其在思維訓(xùn)練、意義建構(gòu)以及激發(fā)思維方面的功能。教學(xué)中習(xí)慣于將已繪制好的思維地圖直接完整地呈現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生也形成了對教師的依賴，缺少對知識進行整合、分類、歸納的意識，傾向于不假思索地全盤接受教師出示的思維地圖，很難提高發(fā)現(xiàn)、分析并解決問題的思維能力，從而失去思考的機會。

在教學(xué)中要充分發(fā)揮思維地圖的作用，盡量將繪制工作交由學(xué)生完成，以發(fā)揮學(xué)生的主體性和創(chuàng)造性。如：師生合作繪制思維地圖鍛煉學(xué)生的知識總結(jié)和思維發(fā)散能力；學(xué)生分小組合作討論繪制思維地圖，并通過組間討論在思維碰撞中對自己的成果查缺補漏。也可以鼓勵學(xué)生在課前或課后選擇八大圖示中的一個或多個進行自主學(xué)習(xí)或知識總結(jié)，課上讓學(xué)生分享自己的繪制經(jīng)驗，以此幫助學(xué)生梳理知識點，回顧自己的思維過程，提升元認(rèn)知能力。

五、結(jié)語

思維地圖包含的八種基本圖示對應(yīng)著特有的功能和使用方法，為化學(xué)學(xué)科提供了新的教學(xué)與學(xué)習(xí)的工具。將思維地圖融入化學(xué)教學(xué)中，能夠提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、促進知識的高效建構(gòu)。只有結(jié)合所講、所學(xué)知識的特點繪制適宜的圖示來表征知識并重視繪圖策略和學(xué)生的主體性，才能更好發(fā)揮思維地圖在教學(xué)中的成效。

參考文獻

[1]王冬梅，曹軍霞，李蕓蕓，張曉梅，基于學(xué)科素養(yǎng)的元素化合物知識難點成因及策略分析[J]．廣東化工，2020，47（14）：211-212.

[2]

Liu W. The Application of Mind Map in the Teaching of Or-ganic Chemistry and Chemical Technology[J].InternationalJournal of Social Science and Education Research， 2021，4 （10）：428-434.

[3]張夢針，王耿新，李海燕，柏．思維地圖在優(yōu)化初中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用——以“我們周圍的空氣”復(fù)習(xí)課為例[J]．教育觀察，2020，9（39）：120-122，130.

[4]劉玉榮，王媛培，基于思維地圖構(gòu)建高中化學(xué)習(xí)題解題模型[J].化學(xué)教育（中英文），2017，38（13）：33-39.

[5]張元雙，許九奎，馬薇．氫氧化亞鐵的制備與氧化方法實驗創(chuàng)新[J]．中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2020（21）：47-48.

[6]趙國慶，楊宣洋，熊雅雯．論思維可視化工具教學(xué)應(yīng)用的原則和著力點[J]．電化教育研究，2019，40（09）：59-66，82.

[7] 周利君，左博文．思維可視化工具認(rèn)知誤區(qū)與對策研究[J].湖北成人教育學(xué)院學(xué)報，2020，26（04）：88-91.

[8] 吳曉紅，李奕霖．思維可視化工具在化學(xué)階段性復(fù)習(xí)中的應(yīng)用[J]．中國教育技術(shù)裝備，2020（ 21）：39-41.