基于發(fā)散思維策略的化工類專業(yè)有機(jī)化學(xué)教學(xué)探索
——以“烯烴”教學(xué)為例

＊鄭衛(wèi)新 鄭輝

（杭州師范大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院 浙江 311121）

1.引言

發(fā)散思維（Divergent Thinking）是指一種擴(kuò)散狀態(tài)的思維模式，表現(xiàn)為思維視野廣闊，思維呈現(xiàn)出多維發(fā)散狀。發(fā)散思維是創(chuàng)造性思維最主要的特點(diǎn)，是測(cè)定創(chuàng)造力的主要標(biāo)志之一[1]。吉爾福特（Guilford）在對(duì)創(chuàng)造力所涉及的思維能力進(jìn)行實(shí)證研究后指出，訓(xùn)練人的發(fā)散思維能力是培養(yǎng)創(chuàng)造力的一種有效方法[2]。思維導(dǎo)圖是一種表達(dá)發(fā)散性思維的有效圖形思維工具，可以把各級(jí)主題的關(guān)系用相互隸屬與相關(guān)的層級(jí)圖表現(xiàn)出來(lái)[3]。近年來(lái)華東師大劉濯源帶領(lǐng)的思維可視化研究團(tuán)隊(duì)基于學(xué)科知識(shí)的特性，把概念圖、知識(shí)樹(shù)、問(wèn)題樹(shù)等圖示方法的優(yōu)勢(shì)特性相結(jié)合[4]，深入知識(shí)本質(zhì)，挖掘規(guī)律，完成“學(xué)科思維導(dǎo)圖”體系的構(gòu)建[5]。“學(xué)科思維導(dǎo)圖”作為一種“基于系統(tǒng)思考的知識(shí)建構(gòu)策略”，更有利于高學(xué)段學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的“理解性記憶”和“結(jié)構(gòu)化思考”。因此，基于學(xué)科思維導(dǎo)圖策略開(kāi)展課程教學(xué)不僅利于學(xué)生加深知識(shí)理解及規(guī)律掌握，同時(shí)也促進(jìn)通過(guò)發(fā)散式思維的多方法、多角度分析與解決問(wèn)題。

2.學(xué)情分析

有機(jī)化學(xué)是高分子材料與工程專業(yè)及其它化工類專業(yè)的基礎(chǔ)理論課程。然而，在教學(xué)過(guò)程中學(xué)生學(xué)習(xí)該課程困難重重，究其原因主要有以下幾個(gè)方面：首先，有相當(dāng)比例的學(xué)生進(jìn)入大學(xué)依然還未形成符合化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)的“理解性記憶”學(xué)習(xí)方法而導(dǎo)致缺乏應(yīng)該具備的“結(jié)構(gòu)化思考”思維與能力，因此無(wú)法適應(yīng)有機(jī)化學(xué)甚至其他大學(xué)課程的學(xué)習(xí)。再者，有機(jī)化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容體系龐大，知識(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。此外，工科類學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論課程的重視程度不夠也是導(dǎo)致學(xué)習(xí)困難的原因之一。而近年來(lái)隨著人才培養(yǎng)目標(biāo)向通識(shí)化教育方向轉(zhuǎn)變，有機(jī)化學(xué)的課程學(xué)時(shí)不斷縮減的情況下教學(xué)要求卻不能降低，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)強(qiáng)度增大。

有機(jī)化學(xué)課程內(nèi)容以有機(jī)化合物的骨架與官能團(tuán)種類為主線組織教學(xué)內(nèi)容，分兩個(gè)學(xué)期講授。與化合物相關(guān)章節(jié)內(nèi)容主要包括化合物結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律。根據(jù)有機(jī)合物之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，不同章節(jié)內(nèi)容之間存在緊密聯(lián)系，學(xué)生即使學(xué)到最后一章也可能會(huì)用到第一章的內(nèi)容。例如“烯烴”是有機(jī)化學(xué)課程第三章內(nèi)容，但是幾乎所有章節(jié)都會(huì)涉及到這部分知識(shí)點(diǎn)。因此，當(dāng)學(xué)生面臨一個(gè)實(shí)際有機(jī)化學(xué)問(wèn)題時(shí)（如合成、性質(zhì)區(qū)別、結(jié)構(gòu)鑒定與推導(dǎo)等），要查閱的內(nèi)容可能會(huì)分散在多個(gè)章節(jié)中，學(xué)生會(huì)感覺(jué)到內(nèi)容多到無(wú)從下手。

因此，如何在有限的時(shí)間與精力范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率教學(xué)是我們迫切需要解決的問(wèn)題。具有碳-碳雙鍵的烯烴是合成聚烯烴類高分子材料的重要工業(yè)原料，以“烯烴”教學(xué)為例，開(kāi)展基于發(fā)散思維策略的化工類專業(yè)有機(jī)化學(xué)教學(xué)探索。

3.實(shí)施方案及創(chuàng)新

以“烯烴”教學(xué)為例，在教材章節(jié)以有機(jī)化合物官能團(tuán)教學(xué)體系的基礎(chǔ)上，將知識(shí)點(diǎn)以反應(yīng)類型、試劑功能等為次級(jí)體系進(jìn)行重構(gòu)，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度推進(jìn)，將課程教學(xué)過(guò)程分為初始、中期、后期三個(gè)階段，在不同階段分別開(kāi)展基于矩陣圖、關(guān)聯(lián)圖和思維導(dǎo)圖策略的發(fā)散思維教學(xué)，將有機(jī)化學(xué)知識(shí)以多維度形式表現(xiàn)，針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)困難開(kāi)展有機(jī)化學(xué)教學(xué)。

(1)初始階段—基于矩陣圖的知識(shí)框架

重點(diǎn)掌握烯烴化學(xué)鍵性質(zhì)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在理解結(jié)構(gòu)性質(zhì)的基礎(chǔ)上掌握最基本的化學(xué)反應(yīng)及反應(yīng)機(jī)理。這一階段學(xué)生掌握的知識(shí)在整個(gè)體系中的比重較小，引導(dǎo)學(xué)生逐漸建立起基本學(xué)習(xí)思路，逐漸形成個(gè)性化學(xué)習(xí)方法是最重要的任務(wù)。

由教師指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)、完成課程知識(shí)框架矩陣圖（如圖1），通過(guò)簡(jiǎn)潔表達(dá)方式，幫助學(xué)生理解相同類型與不同類型反應(yīng)的內(nèi)在聯(lián)系與本質(zhì)區(qū)別，旨在掌握“規(guī)律”而非“表象”。

圖1 “烯烴”教學(xué)中的知識(shí)矩陣圖Fig.1 Knowledge matrix diagram in "Alkene" teaching

圖1是教師在課堂教學(xué)中提供的知識(shí)矩陣圖。在該階段，教師以烯烴與炔烴的共同官能團(tuán)碳-碳重鍵為核心，以矩陣圖形式為學(xué)生提供具有類似結(jié)構(gòu)化合物的有機(jī)反應(yīng)要點(diǎn)，該矩陣圖展示的是不飽和化合物中鍵的反應(yīng)。從反應(yīng)機(jī)理來(lái)看，圖中反應(yīng)可分為離子型反應(yīng)（親電加成）、自由基反應(yīng)和協(xié)同反應(yīng)，突出反應(yīng)類型差異的同時(shí)，關(guān)注同為離子型反應(yīng)的親電加成反應(yīng)的共同特征，探尋物質(zhì)轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)有機(jī)反應(yīng)時(shí)應(yīng)關(guān)注共價(jià)鍵斷裂與形成的不同特征及電子轉(zhuǎn)移的不同方式。圖中空白處是該章節(jié)中的關(guān)鍵知識(shí)結(jié)點(diǎn)，部分由教師提供作為示例，其余空格由學(xué)生在學(xué)完新課后填寫(xiě)。表格不僅有助于學(xué)生課后復(fù)習(xí)，更是要引導(dǎo)學(xué)生理解知識(shí)框架與結(jié)點(diǎn)，逐漸形成有機(jī)化學(xué)學(xué)科思維及合理的個(gè)性化學(xué)習(xí)方法。

(2)中期階段—化合物關(guān)聯(lián)圖

有機(jī)化學(xué)課程分兩個(gè)學(xué)期教授，學(xué)生在第一學(xué)期中完成包括烷烴/環(huán)烷烴、烯烴/炔烴、芳烴、鹵代烴等類型化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)學(xué)習(xí)，已經(jīng)具備一定的有機(jī)化學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備，初步建立起多種類型化合物之間的關(guān)聯(lián)，但同時(shí)也會(huì)因龐大的有機(jī)物反應(yīng)體系而感受到學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的巨大挑戰(zhàn)。此時(shí)是學(xué)生建立起有機(jī)化學(xué)學(xué)科思維的關(guān)鍵時(shí)期，若能順利完成將惠及后續(xù)的課程學(xué)習(xí)，反之則無(wú)法適應(yīng)更深層次的學(xué)習(xí)而導(dǎo)致學(xué)習(xí)障礙。因此，在該階段學(xué)生在掌握知識(shí)的同時(shí)，應(yīng)逐步樹(shù)立將知識(shí)融會(huì)貫通的意識(shí)，“有機(jī)化合物關(guān)聯(lián)圖”（圖2）可以幫助學(xué)生在這一階段的學(xué)習(xí)。

圖2的關(guān)聯(lián)圖包含有機(jī)化學(xué)I所學(xué)的章節(jié)內(nèi)容。在該階段，學(xué)生已經(jīng)掌握化合物之間的互相轉(zhuǎn)化方法不是唯一的，即使無(wú)法直接轉(zhuǎn)化，如從烯烴至炔烴，可以通過(guò)鹵代烴的合成與反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，箭頭的疏密亦可反映出化合物的反應(yīng)活性。該關(guān)聯(lián)圖可以隨著教學(xué)進(jìn)度推進(jìn)而不斷擴(kuò)充，不僅可以作為課堂教學(xué)提綱通過(guò)板書(shū)展示，學(xué)生在課外通過(guò)完成關(guān)聯(lián)圖中的反應(yīng)路線，對(duì)不同物質(zhì)的相同類型反應(yīng)進(jìn)行橫向比較，脫離教材結(jié)構(gòu)而以發(fā)散式思維方式加深理解式記憶，有利于進(jìn)一步深入思考、掌握物質(zhì)轉(zhuǎn)化的規(guī)律并將知識(shí)應(yīng)用于解決問(wèn)題。在不同教學(xué)進(jìn)度中，關(guān)聯(lián)圖中部分物質(zhì)間轉(zhuǎn)化是單向，可以激發(fā)部分程度較好的學(xué)生在課外進(jìn)行探究與自主學(xué)習(xí)，超越課程教學(xué)進(jìn)度。

(3)后期階段—基于解決問(wèn)題的發(fā)散式思維導(dǎo)圖

圖2 有機(jī)化合物關(guān)聯(lián)圖（有機(jī)化學(xué)l）Fig.2 Association diagram of organic compounds (Organic Chemistry l)

當(dāng)學(xué)生完成羰基化合物及含氮化合物學(xué)習(xí)后，學(xué)生已經(jīng)掌握并熟悉以發(fā)散式思維理解導(dǎo)向知識(shí)運(yùn)用的課程多級(jí)體系及知識(shí)體系的橫向重構(gòu)，可以完成脫離教學(xué)進(jìn)度的次級(jí)知識(shí)體系的思維導(dǎo)圖，將有機(jī)化學(xué)知識(shí)應(yīng)用于解決問(wèn)題中。以烯烴類化合物合成為例（圖3），碳-碳雙鍵的選擇性構(gòu)建是合成烯烴的關(guān)鍵步驟。根據(jù)碳骨架構(gòu)建的基本思路，碳鏈?zhǔn)欠裨鲩L(zhǎng)是形成不飽和碳-碳鍵的核心問(wèn)題。因此，以解決這一問(wèn)題為導(dǎo)向，可繪制如圖3的關(guān)于碳-碳雙鍵形成的思維導(dǎo)圖。

圖3 “碳-碳雙鍵形成”思維導(dǎo)圖Fig.3 Mind map of“Formation of carbon-carbon double bond"

圖3中構(gòu)建碳-碳雙鍵有兩種方式，分別是碳原子數(shù)不變與碳原子數(shù)增加（即形成雙鍵的同時(shí)有新的碳-碳鍵生成）。其中除了季銨堿熱解，其余碳原子數(shù)不變的方法學(xué)生在中學(xué)階段就有所接觸，先入為主的深刻記憶在一定程度上阻礙對(duì)其他方法的掌握。尤其是碳原子數(shù)增加的反應(yīng)，由于涉及到不同化合物的分子間反應(yīng)，學(xué)生往往較難掌握并運(yùn)用。通過(guò)“碳-碳雙鍵形成”這一合成目標(biāo)為導(dǎo)向，以發(fā)散思維模式梳理所有關(guān)于該專題反應(yīng)，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行次級(jí)橫向重構(gòu)，學(xué)生可以在理解式記憶的基礎(chǔ)上開(kāi)展基于結(jié)構(gòu)化思考，激發(fā)潛在的創(chuàng)造力，在多維思維模式中不斷提高創(chuàng)新能力。

發(fā)散思維可以為解決某一具體問(wèn)題的收斂思維提供盡可能多的解決方案，與傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)教學(xué)相比，在不同階段基于發(fā)散思維教學(xué)不盡相同，主要有以下特點(diǎn)：

首先，在初期的“矩陣圖”階段，學(xué)生剛剛開(kāi)始有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)，首次接觸到大量的有機(jī)反應(yīng)與機(jī)理，將知識(shí)框架用矩陣圖的方式進(jìn)行表達(dá)非常有利于學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)重點(diǎn)的把握，大部分學(xué)生愿意這種簡(jiǎn)潔方式對(duì)知識(shí)進(jìn)行梳理，也利于學(xué)生發(fā)現(xiàn)同類化合物不同反應(yīng)的共性與個(gè)體差異。

其次，“矩陣圖”的方式針對(duì)每章節(jié)的同類型化合物的教學(xué)具有優(yōu)勢(shì)，但是在體現(xiàn)不同化合物之間的相互關(guān)系卻略顯不足，多種有機(jī)化合物相互之間的“網(wǎng)狀”轉(zhuǎn)化關(guān)系無(wú)法體現(xiàn)。因此在學(xué)生完成五種以上化合物的學(xué)習(xí)后，應(yīng)該進(jìn)入相應(yīng)的“關(guān)聯(lián)圖階段”。與傳統(tǒng)教學(xué)相比，在這一階段能繼續(xù)參與的學(xué)生數(shù)量有所下降，部分學(xué)生開(kāi)始為不同類型反應(yīng)的選擇性所困擾。但是這階段能堅(jiān)持思維導(dǎo)圖的學(xué)生開(kāi)始在學(xué)習(xí)能力與學(xué)習(xí)深度上開(kāi)始與其他學(xué)生拉開(kāi)距離。以化學(xué)類182班（共34人）有機(jī)化學(xué)I為例，期中考試90分以上的學(xué)生僅1人，但是期末考試為8人。有機(jī)化學(xué)I、Ⅱ兩個(gè)學(xué)期共有四次全年級(jí)平行考試，每次考試內(nèi)容均會(huì)覆蓋之前的所有教學(xué)內(nèi)容，因此越往后難度會(huì)越大。分析這些明顯進(jìn)步的學(xué)生，大部分是能夠用圖表或思維導(dǎo)圖方式進(jìn)行學(xué)習(xí)與知識(shí)梳理的學(xué)生。由此可知，發(fā)散思維策略在有機(jī)化學(xué)教學(xué)中是有效的。

以“烯烴”內(nèi)容為例，同樣可將發(fā)散思維教學(xué)策略應(yīng)用于羰基化合物、含氮化合物等以官能團(tuán)分類的常見(jiàn)有機(jī)化學(xué)教材體系知識(shí)點(diǎn)教學(xué)。更重要的是，發(fā)散思維還可以反應(yīng)類型（如親核加成、親電加成等）、試劑功能（如還原劑、氧化劑等）、有機(jī)合成砌塊（如C1、C2、C3合成砌塊及等當(dāng)體等）為核心主題對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行次級(jí)知識(shí)體系梳理，為學(xué)生在解決具體有機(jī)化學(xué)問(wèn)題時(shí)尋求多種創(chuàng)造性方案提供思路與依據(jù)，在解決問(wèn)題的同時(shí)不斷加深對(duì)知識(shí)的理解，實(shí)現(xiàn)理解性記憶-結(jié)構(gòu)化思考-多方案解決問(wèn)題的良性學(xué)習(xí)循環(huán)，逐漸在學(xué)習(xí)與思考中形成學(xué)科思維，具備良好的基本學(xué)科素養(yǎng)、自主學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)造力。

4.結(jié)語(yǔ)

在互聯(lián)網(wǎng)與信息技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)代，課堂不再是學(xué)生獲得新知識(shí)的唯一途徑，大學(xué)課堂除了傳授學(xué)科知識(shí)，更要注意培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科思維與綜合素養(yǎng)。引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中形成符合學(xué)科特征的個(gè)性化學(xué)習(xí)方法與思路，在獲得自我成長(zhǎng)的過(guò)程中樹(shù)立學(xué)習(xí)自信，具備自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新能力并逐漸形成終身成長(zhǎng)能力，是當(dāng)前高等教育在新時(shí)代關(guān)注的重要培養(yǎng)目標(biāo)。開(kāi)展基于發(fā)散思維策略的化工類專業(yè)有機(jī)化學(xué)課程教學(xué)可以使學(xué)生在大學(xué)低年級(jí)階段理論課程學(xué)習(xí)中逐漸養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)意識(shí)，通過(guò)“理解性記憶”掌握理論課程學(xué)習(xí)方法與基礎(chǔ)知識(shí)，為開(kāi)展具有化工學(xué)科特色的“結(jié)構(gòu)化思考”以解決實(shí)際問(wèn)題打下扎實(shí)基礎(chǔ)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中激發(fā)潛在的創(chuàng)造力，提升創(chuàng)新意識(shí)與綜合素養(yǎng)。