基于思維導圖的化學實驗教學優(yōu)化模式初探

張曙光

（嘉興市第一中學 浙江 嘉興 314000）

在以往化學實驗教學實踐中，筆者遇到過一些問題，例如：（1）教師不厭其煩的強調實驗中很多關鍵的原理及注意事項，而學生多被動記憶，以致當時明白理解，過后仍會出錯。（2）很多學生對熟悉的實驗問題能解決，而對實驗方案設計等新情況不知所措，缺乏發(fā)散性的思維能力。（3）實驗教學重視能力的延伸與提升，但實際效果卻是簡單體驗多過創(chuàng)新思維。筆者認為，原因在于很多學生感到化學知識零散繁雜，很難理清知識間的線索以及內在聯系。因此，學習變得非常機械，不會靈活的應用知識去解決實驗問題。由于缺乏有效的系統組織，知識以雜亂無序的狀態(tài)貯存于大腦中。于是，教師的反復強調只能把學生腦中的漿糊攪得越來越渾，就更談不上創(chuàng)新思維了。那么究竟有沒有一種教學方法或思維工具能把化學知識有效組織起來，在建構學生知識體系的同時，提高學生實驗學習效率，進而提升學生的實驗創(chuàng)新思維能力呢？而作為身處一線的化學教師，不缺的是豐富的教學經驗和實驗能力，這是實驗教學設計最寶貴的源泉，他們缺的反而是一種能幫助其匯聚思維、整合靈感的有效工具。這種工具即思維導圖。

一、思維導圖簡介

人類的思維呈放射性，進入大腦的每條信息、每種感覺、記憶或思想都作為一個球體表現出來，呈現放射性立體結構。依據大腦思維放射性特點，英國著名心理學家、教育家托尼·博贊在20世紀60年代提出了“思維導圖”概念，它是一種將發(fā)散性思維形象化的方法，也是一種非常實用的圖形技術。它將進入大腦的某個信息作為思考中心向外延伸與其他主題聯系起來，而其他主題又可以成為另一個思考中心并與更多的子主題連結起來，從而形成符合人類思維習慣的思維模式，體現了聯想、想象的思想，具有發(fā)散思維、啟發(fā)創(chuàng)造、幫助記憶和清晰思路的功能［l－2］。

筆者力求將思維導圖工具應用于探究性化學實驗教學的系統化研究，通過具體案例來探討思維導圖與化學實驗創(chuàng)新設計的有效融合。即在具體實施過程中，不斷挖掘思維導圖的潛在應用，最后形成系統化的實驗教學模板。

二、實驗教學設計中的“思維風暴”［3］

相對于以往填鴨式實驗教學中，學生在空間上及心理上都處于被動地位的情況，思維導圖教學首先要求學生放棄依賴的想法，對自己的主體角色有一個全新認識，并承擔起以下角色：做一個積極的參與者，做一個自己行為的反思者，做一個改善自我學習的求知者，做一個善于交流的合作者。

我們一直強調要進行有意義的學習，所謂意義學習就是新知識同學生已有的概念命題框架的有效整合［4］，而繪制思維導圖的過程恰恰就是將新知識與原有知識進行重新整合的過程。筆者利用軟件MindManager Pro7．0來繪制實驗思維導圖。在此，以蘇教版選修模塊《有機化學基礎》專題四第二單元“苯酚的性質和應用”為例來闡述教學設計。即以苯酚作為系列實驗思路的思維起點，在圖中作為中心主題，聯系其典型結構、性質、制備及在特定化學實驗中的應用等作為下一級子主題，使得思路隨著學生實驗探究的深入而得以拓展，同時不斷完善能體現實驗思路進程的圖像。教師是整個進程的“導航儀”，是運用思維導圖教學的引領者與推動者。具體教學設計如下：

1．課前預習

在教師指導下，學生根據各層次學習目標先畫一張個性的思維導圖，勾畫出所要建構知識模塊的主要知識點，以便對于將要學習的實驗內容有整體性的了解。筆者課前抽查了部分學生的個性思維導圖并加以綜合歸納。

圖1 某學生課前所做思維導圖

如圖1為一學生預習所畫導圖。我們可以清晰看出該學生關于苯酚知識的儲備水平，同時發(fā)現一些問題：

a．了解研究有機物的一般思路（結構－性質－應用），但進一步的子主題內容的拓展不明確。

b．化學性質中的反應類型沒有進行有效歸類。

c．實驗思維的條理性不是很清晰，而且不注重各個思維點的整體聯系。

d．圖上關于重難點任務完成度不明確，而且整張圖單調乏味，不能有效激發(fā)學習熱情。據此，教師快速找到學生有關該內容的思維盲點和誤區(qū)，以此作為備課的出發(fā)點和依據，來確定教學的重難點，從而使課堂教學更有針對性和實效性。

2．課上探究

首先，如圖2所示，實驗思維由中心主題“苯酚”開始，依次引出五個一級子主題（結構－性質－制備－活學活用－拓展應用）。學生通過課前預習已基本掌握苯酚類的命名，教師可分多支鏈型與多芳香環(huán)型兩種結構并輔以例題強化命名訓練。苯酚學習是建立在醇類知識的基礎上的，因此要善于引導學生從結構分析，苯酚和乙醇的結構有何相似和不同之處（即相同點：它們都有羥基，都由烴基和羥基組成。而不同點：烴基不同，乙醇分子里是鏈烴基，苯酚分子里是芳烴基）。與此同時，學生仔細觀察手中苯酚球棍模型中的鍵長、鍵角及原子共平面情況，增強對苯酚結構的感官認識。然后進一步生疑：根據化學常識，苯酚的特性結構是否會催生出不同于乙醇的化學性質呢？換言之，官能團中苯環(huán)相比于普通鏈烴基與酚羥基之間的影響效應如何呢？我們可以通過后續(xù)的性質探究實驗得到答案。

圖2 苯酚性質實驗思維導圖

作為重點，二級子主題化學性質安排實驗設計計劃如下表所示：學生分成三個實驗小組來分別進行相關探究實驗。

教師分別引導每個小組成員自由探討，以找到最契合的反應實例來論證實驗目的。具體實驗過程中強調實驗規(guī)范操作，同時按照表中項目全面做好實驗記錄工作。實驗自主探究的重點要關注由于操作、試劑滴加量或滴加順序不同、反應條件改變等因素引起的意外實驗現象。而這便是我們實驗創(chuàng)新思維的源頭。針對表1分組實驗中出現的新情況或疑問，各小組內分別展開討論，并咨詢老師，以尋求實驗手段來證明自己的相關論斷（如表2）。

在上述實驗探究基礎上，各實驗小組不斷完善原有的思維導圖，即在圖中由一級子主題衍生出二級、三級等子主題，導圖級別隨著探究實驗的深入而不斷拓展。如由重點子主題化學性質出發(fā)，我們在不斷發(fā)散、衍生實驗思維的同時還要注重各反應的歸納分類。在圖2中，弱酸性、與氯化鐵反應、成醚反應、酯化反應與鹵代、硝化、磺化、傅-克反應可分別歸于三級子主題酚羥基性質和苯環(huán)上性質之內，都成為四級實驗子主題。而其中的像酸性探究實驗又可通過空白實驗發(fā)散出第五級子主題（表2）。另外，我們用虛線連接相關聯的思維點，例如由氯化鐵顏色反應、溴代聯想到苯酚的定性鑒定，甚至可由此聯想到苯酚的分離與提純 （苯酚與醇類混合，苯酚與芳香烴混合等），而苯酚的這幾個特性又都可以反映官能團苯基與酚羥基間的相互影響。

表1 學生分組實驗情況（四級子主題）

表2 實驗探究（五級子主題）

再者，我們通過網絡搜尋到關于苯酚的工業(yè)制備方法，可適時引導學生探討怎樣利用化學平衡理論來改變反應條件以進一步提高產率。當然，教師課前組織學生查閱的關于生活中酚類應用實例也可以拿到小組里去共享（如圖2所示）。

指導期間，筆者運用投影儀，適時投影各個實驗小組的進程思維導圖，并演示如何不斷完善。被展示的作品存在不完善的部分，可及時得到其他同學們的建議。當發(fā)現通過全班學生共同討論仍然有個別不到位的部分，作為教師要及時給出理論支持。

綜上所述，學生以實驗小組為單位，圍繞自主選擇的實驗內容確立下一級實驗子主題，展開自由討論，提出支持論點的實驗實例，同時建立知識之間豐富且廣闊的聯系，集思廣益創(chuàng)作思維導圖。而教師在這個過程中通過巡視的方式，作為指導者和參與者及時給予學生各種方式的指導，并與學生交流討論，調動每個學生都積極參與。于是，在這種開放性的實驗教學模式下，教學目標不再是教師唱獨角戲、填鴨式的乏味過程，而是把舞臺還給學生，讓其以自己的理解方式去完善思維導圖，并且?guī)熒餐瑓⑴c思維創(chuàng)新的過程。整個過程下來，教師只是與學生一起在感受學生正在經歷的一切。

3.課后反思與評價

學生深刻體會課堂實驗成果，對自己的思維導圖進一步完善，為思維導圖上色，用特殊符號突出重難點以及任務完成度等。如圖2中，指導學生用全紅星代表重點探究內容，而半紅星來表示僅需了解的內容；另外，用對號表示實驗探究的完成度等等。教師跟進抽查學生完善后的思維導圖，確保學生能做必要的自我反思與評價，并回填入思維導圖內，得到更利于自己后續(xù)實驗復習的思維導圖。

這一過程主要是交流、評價學習成果，是利用思維導圖實施實驗教學的最后一個階段。一方面在教師引導下，展開基于思維導圖作品的對話，在對話交流的互動中引導學生積極主動探究；另一方面，要引導學生總結在整個學習過程中的體會，反思在實驗解決問題的過程中存在的思維上的不足，以便于后續(xù)實驗能力的有效提升。

結論

思維導圖因其促進知識點之間的聯系，以及對特定實驗主題的創(chuàng)新性理解，而被運用到日常的教學過程中，對提高教學效果是有益的。筆者認為，思維導圖在教學中應用的前景并不依賴于它是一種更完善的教學方法，而在于利用思維導圖的教學有效提升了課堂中學生的興趣性、合作性以及創(chuàng)新性。在實際教學活動中，學生都能積極地參與到思維導圖創(chuàng)作的各個階段，充分體現其主體地位。

總之，我們所做的工作，是在實驗教學設計過程中，善于挖掘思維導圖的作用，形成系統化的教學模板，以便更好地服務于實驗教學和科研，體現信息技術在化學實驗研究中滲透、應用的新思路。

［1］ ［英］托尼·博贊．（張鼎昆譯）．思維導圖——大腦使用說明書［M］．北京： 外語教學與研究出版社，2005： 10－35

［2］ ［英］托尼·博贊著．李斯譯．思維導圖——放射性思維［M］．北京： 北京作家出版社，1999．3： 39－58

［3］ 陳凱．基于思維導圖的微型化學實驗設計［J］．化學教育，2010，（4）：11－14

［4］ 梁曉康．思維導圖在高中化學教學中的應用研究［J］．中學化學教學參考，2008，（5）：5－7