思維導圖在高分子化學教學中的應用

霍利軍，倪健領

北京航空航天大學化學學院，北京 100191

高分子化學是理工科類化學、化工和材料類專業(yè)的專業(yè)必修課[1]，是以有機化學、無機化學、物理化學及高等數(shù)學等課程為基礎，研究高分子化合物的合成、化學反應和反應機理等方面的一門綜合性學科[2]。目前，大多數(shù)高校開設的高分子化學課程采用的教材是由浙江大學潘祖仁教授編寫，化工出版社出版的《高分子化學》(第5版)。該教材以聚合反應和聚合物化學反應作主經(jīng)線，適當配以聚合物品種作副緯線，相互交織深化，內容廣度大[1]。但是，對于初次接觸高分子化學領域的學生而言，接二連三出現(xiàn)的知識點讓他們眼花繚亂、無從下手，尤其是對浩如煙海的知識點進行系統(tǒng)化的梳理更是高分子化學課程學習的難點。盡管有課堂筆記，但只是機械地抄寫老師的板書，無法對龐雜的知識進行有效關聯(lián)。有些學生甚至為了完善板書而忽略了老師正在講的內容，課下復習仍然看不懂，事倍功半。因此，我們將“思維導圖”引入高分子化學課程教學中，既可以解決傳統(tǒng)筆記方式中各個知識點之間聯(lián)結和層次性不明顯的問題，也有助于培養(yǎng)學生的發(fā)散性思維，提高學生的綜合化學素養(yǎng)。

1 思維導圖簡介

“思維導圖”概念最早是由英國學者托尼·巴贊提出的，是一種簡單有效的實用性思維工具。思維導圖采用圖文并重的技巧，借助關鍵詞、聯(lián)結線及輔助性文字等將各級主題的關系用相互隸屬與相關的層級圖清晰明確地展現(xiàn)出來，并在中心主題、各級分支主題與色彩、圖像之間建立記憶鏈接，將思維形象化，具有承載信息量大、層次分明的特征。相比于大綱、魚骨圖等其他的關系圖，思維導圖更加符合大腦的思維方式，可以全面調動左腦(邏輯、順序、條理、文字、數(shù)字)和右腦(圖像、想象、顏色、空間)的思維潛能，形成一種圖形化的教學輔助工具[3]。隨著科技的進步，思維導圖不僅可以手繪，還可以利用XMind、MindMaster、MindLine、MindManager、幕布等專業(yè)的思維導圖軟件進行繪制，便于修改與增添新內容。

將思維導圖運用于教學有許多優(yōu)勢。一是教師可以更清晰地展現(xiàn)教學目標，將其逐級鋪展，突出目標的整體性和層次性[4]，再現(xiàn)教學思路，讓學生一目了然，有利于課程開展。二是能夠增強教師和學生之間的互動。教師運用思維導圖將本節(jié)課的內容進行關鍵詞展示，這樣學生就會知道老師的教學思路中知識點之間的關聯(lián)，可以使他們對自己接下來的學習有把控感，預知老師下一步要講什么，從而增強師生之間的互動，構建和諧的師生關系。教師還可借助思維導圖的特征與優(yōu)勢，通過確定各級關鍵詞設置與之對應能引發(fā)學生思考的問題，溫故而知新。三是學生可以利用思維導圖彌補傳統(tǒng)筆記的不足，快速掃描到重點并提取相關記憶，避免重新理解筆記的重復勞動。四是運用思維導圖有助于學生整合零散而孤立的知識點，形成完整的知識體系。學生自主構建思維導圖的過程還可以強化其主體意識，調動其學習熱情，提高其課堂參與感。

2 研究現(xiàn)狀

由于思維導圖具有不可比擬的優(yōu)勢，國內外關于思維導圖的研究與應用也越來越多。例如，英國已經(jīng)把思維導圖作為國民小學必修課程，新加坡為各個學校提供了思維導圖軟件“Inspiration”，力爭讓孩子從小就培養(yǎng)構建思維導圖的學習習慣，并且擁有全球為數(shù)不多的博贊中心之一。除此之外，韓國、日本、德國、美國等國家的教育教學機構也已經(jīng)開始將思維導圖應用于教育教學的研究和探索[5]。而在我國，思維導圖是在1997年由孫易新博士引入華人世界的，雖然起步較晚，但從2006年至今，使用思維導圖的人越來越多，尤其是2017年以后，對該領域的研究呈現(xiàn)飛速躍升趨勢，并逐漸從理論層面轉化為實際應用[6]。

在化學教學方面，謝慶仁[7]通過思維導圖梳理繁多復雜的高中化學知識點，改善了學生一邊學習一邊遺忘的情形；張小偉[8]利用思維導圖來豐富學生對高中化學的感性認知，借此夯實學生的學習基礎；孫慧[9]著重分析了如何在初中化學中融入思維導圖來幫助學生聯(lián)系新舊知識以及思維導圖在初中化學實驗中的應用，等等。但思維導圖在化學學科的應用主要集中在高中階段，有關大學化學的內容較少，在高分子化學領域的應用論文更是寥寥無幾，因此本文在對思維導圖在高分子化學課程教學中的應用價值進行分析之后，對其在課程中的應用實踐進行了闡述，希望能對后續(xù)高分子化學的教學探究提供幫助。

3 思維導圖融入高分子化學教學的價值分析

思維導圖有助于促進思維多樣化、延展化、具體化和形象化，使思維產(chǎn)生“裂變效應”，開放式的結構便于學生添加新的子主題，壯大中心主題的知識網(wǎng)絡，體現(xiàn)各章節(jié)之間的內在聯(lián)系，使新知識快速同化到自己的知識體系中。這可以很好地解決高分子化學中概念、原理、公式眾多，難于理解記憶的問題，并可以通過思維導圖讓學生對高分子化學中的重難點問題有個全局把控，明確自己的短板所在，標注重點，在復習時可以加大力度、重點突破。學生在繪制思維導圖過程中不僅產(chǎn)生頓悟、學會了遷移應用，能夠舉一反三，還提高了自己的知識創(chuàng)新能力，培養(yǎng)了創(chuàng)造性思維。

學生反映，將每章幾十頁的內容整合在一張思維導圖上，有利于建立整體概念和局部概念，增強對知識的把控感。應用思維導圖有助于消除學生的畏難情緒，碰到難點第一想法不再是退縮或放棄，而是搜索思維導圖，聯(lián)系難點前后知識，幫助自己梳理不懂之處，做到知其然也知其所以然。由此可見，將思維導圖融入高分子化學教學有助于優(yōu)化教學結構，增強學習效果，激發(fā)學習興趣，構建思維導圖的過程可以幫助學生將所學知識系統(tǒng)化，使其更加清楚每個關鍵詞之間的直接或間接聯(lián)系，并通過聯(lián)想記憶將高分子化學內容融會貫通、知識點熟記于心。總而言之，思維導圖使得學生對高分子化學整體知識脈絡的把握更加得心應手，應用價值顯著。

4 思維導圖在高分子化學教學中的具體應用

4.1 在預習中應用思維導圖

我們在初次接觸一個東西的時候，我們的大腦會將看到的文字、音像等信息轉化為我們自己能夠理解的思維邏輯，尤其對于高分子化學這門理論性較強的學科，傳統(tǒng)的理解背誦記憶的方法效率并不高，很容易搞混一些小概念之間的關系。例如二元共聚部分包括二元共聚物的組成、共聚類型、共聚行為、共聚速率的具體闡述以及前末端效應、共軛效應、極性效應、位阻效應等概念，易混淆難理解，因此先讓學生在課前根據(jù)自己的預習成效，自主繪制一個簡單的思維導圖，如圖1所示，有助于學生理清其間關系，能夠大大提升課上的學習效率。學生在預習時繪制的思維導圖最好在適當位置留白，以便課上對照老師所講內容進行修正。思維導圖以一種我們大腦更習慣的方式來組織這些內容，實現(xiàn)了對大量知識點的分層管理，使學生能夠在短時間內把握知識要點，事半功倍。

圖1 二元共聚局部思維導圖

4.2 在課堂教學中應用思維導圖

學生預習時已經(jīng)繪制了初步的思維導圖，并對不理解的知識點做了重點標注，上課聽講更加具有針對性，點對點解決自己的困惑，效果更佳。思維導圖讓知識點以圖形的方式留存在學生的大腦中，充分利用學習時被閑置的大腦區(qū)域。教師設計出多彩、信息多樣的思維導圖以簡寫板書的形式在課堂展示，容易吸引學生的注意力，減少其開小差的機會，使其聚精會神地聽講，從而獲取教師所講的重點，并將自己初繪的思維導圖與教師課上展示出的思維導圖進行對比，以便修改補充。課后學生上交自己修正后的思維導圖，作為作業(yè)考核的一部分，由教師進行評分，下節(jié)課課前可以對優(yōu)秀的思維導圖進行公開展示，既能讓學生互相取長補短，又能激起學生的學習熱情。

課堂筆記采取思維導圖策略，改變了以往知識點的線性堆疊方式，節(jié)約了將線性關系轉化為人腦所熟悉的思維的理解成本，例如將第九章聚合物的化學反應種類繪制成思維導圖，如圖2所示，所有反應類型都清晰地呈現(xiàn)在眼前，避免了每次看筆記都要從頭學的弊端。同時，利用思維導圖不但可以更好地記錄學習中的關鍵點，還可以使學生更全面立體地思考問題，促進其發(fā)散性思維的發(fā)展。

圖2 聚合物的化學反應種類章節(jié)思維導圖

4.3 在復習中應用思維導圖

思維導圖在復習中的運用是十分重要且必要的，有益于學生在較短時間內對高分子化學這門新接觸的學科進行系統(tǒng)學習。但復習與預習所繪制的思維導圖范圍不同，預習時是針對每一節(jié)新授課繪制的局部思維導圖，更加細致具體。而復習時則需要掌握高分子化學整體內容。可以讓學生先分組，組內自行繪制各章思維導圖，每章大概有四五節(jié)新授課，將這四五張局部思維導圖整合到一起，串聯(lián)學習整章知識點。以此類推，把每章內容都歸納整理后，通過各章之間的關聯(lián)再對整本教材進行總體聯(lián)系，完善最終的思維導圖，形成清晰的知識脈絡。復習階段的思維導圖以小組為單位進行評比，教師選取其中優(yōu)秀的進行展示講解，再通過組間討論，讓各組學生補充各自遺漏的關鍵點。隨著學生不斷地運用思維導圖解決問題，經(jīng)過一段時間的累積，學生就會對高分子化學有一個新的認識，更有利于以后問題的解決[8]。思維導圖繪制過程的困難是一時的，但受益卻是長久的。

4.4 在實驗中應用思維導圖

高分子化學實驗課是高分子化學課程的重要組成部分，本校該課程包含四個實驗，分別是乙酸乙烯酯的乳液聚合、酚醛樹脂的合成及其環(huán)保膠合板、聚醋酸乙烯酯的水解和聚乙烯醇縮甲醛的制備、聚甲基丙烯酸甲酯的本體聚合。每個實驗都會牽扯到很多知識點，尤其是實驗安全注意事項。實驗教材采用通篇敘述的方式，詳盡卻難以記憶，利用思維導圖提取其中關鍵點，簡潔明了，能夠快速幫助學生梳理實驗內容，掌握實驗要點。本文以聚甲基丙烯酸甲酯的本體聚合實驗為例繪制思維導圖，如圖3所示，囊括了實驗目的、基本原理、實驗步驟、注意事項以及對實驗結果的討論，學生通過構建這樣的實驗思維導圖，能夠做到心中有數(shù)，動手操作時不至于手忙腳亂。

圖3 聚甲基丙烯酸甲酯的本體聚合實驗思維導圖

4.5 思維導圖在重難點問題上的應用

潘祖仁教授主編的《高分子化學》二到八章主要講的是不同的聚合方法、聚合機理等等，初學者很難弄懂它們之間的區(qū)別和聯(lián)系，甚至分不清這些聚合方法是從屬關系還是并列關系，這是最大的難點。教師可以利用思維導圖將各章內容做一個全局聯(lián)系，首先幫助學生理清高分子化學宏觀層面的各個主題，而后再逐步分解，在每一章內容上添加微觀分支，全部學完后再引導學生進行縱向串聯(lián)，基于這種教學策略，我們對高分子化學涉及到的絕大多數(shù)內容繪制了一張概括性的思維導圖，如圖4所示。

圖4 高分子化學全局性思維導圖

對全局性思維導圖中包含的次級主題進行細化，完善細枝末節(jié)的知識點，截取示例思維導圖如圖5所示。圖4將縮聚和逐步聚合、自由基聚合、離子聚合、配位聚合、開環(huán)聚合等幾章內容通過其間內在聯(lián)系繪制在一張思維導圖上，構建了高分子化學宏觀知識網(wǎng)。自由基聚合機理在圖4中只是簡單敘述為鏈引發(fā)、鏈增長、鏈轉移、鏈終止，但在圖5的局部思維導圖上鏈引發(fā)延伸出了不同的引發(fā)方式和多種引發(fā)劑，鏈增長增加了鍵接方式和幾何構型的分支，鏈終止包括歧化終止和偶合終止兩種方式，鏈轉移又分為向單體轉移、向引發(fā)劑轉移、向溶劑或鏈轉移劑轉移、向大分子轉移四種形式，內容更加詳實具體。這樣“由大到小”再“由小到大”的學習過程，更容易調動學生的學習積極性，增強其學習信心，有助于其全面掌握高分子化學知識點。

圖5 自由基聚合機理局部思維導圖

5 思維導圖使用成效

思維導圖借助圖像、顏色、符號等將抽象的知識形象化，通過關鍵詞對內容進行連接和標注，使零散的知識條理化。利用思維導圖二次展示學習過程，能夠及時高效復習鞏固所學知識，加深對知識的理解，并對后續(xù)的學習產(chǎn)生正遷移[10]。我們對學生做了課后回訪調查，以期了解思維導圖融入高分子化學課程教學的成效。部分問題如表1–3所示。從調查結果來看，絕大多數(shù)學生對思維導圖在高分子化學方面的應用都是認可的，88%的同學認為思維導圖對自己的學習十分有幫助，通過進一步了解，這88%的同學多是中等生，側面表明思維導圖對中等生的成績提高有更明顯的作用；93%的同學更喜歡在復習階段使用思維導圖，詢問之后得知原因是在全部學完后能夠更輕松地搭建高分子化學整體框架，而87%的同學也喜歡在課上使用思維導圖，原因是可以節(jié)省做筆記的時間，喜歡用思維導圖預習的同學相對較少，原因是對新的知識很陌生，需要花費大量的時間來完成思維導圖，這也是今后我們要繼續(xù)改進的重點。表3截取的是學生對于“思維導圖帶來的改變”的開放性回答，可以看出，大多數(shù)學生還是對思維導圖的應用持積極態(tài)度。

表1 思維導圖對學習的助益程度

表2 思維導圖使用階段選擇

表3 思維導圖帶來的改變

思維導圖不僅對學生各方面能力的發(fā)展起到促進作用，還使得學生成績得到全面提高，如圖6所示。85分以上的學生人數(shù)達到總人數(shù)的82%，75–84分數(shù)段人數(shù)占13%，60–74分數(shù)段僅占總人數(shù)的5%，沒有不及格的學生。與去年的學生成績相比85分以上分數(shù)段的學生增加了24%，75–84分數(shù)段的學生減少了18%，60–74分數(shù)段的學生減少了4%，60分以下分數(shù)段的人數(shù)減少了2%。總之，運用思維導圖是正確的決定，其效果也是顯而易見的。

圖6 今年和去年學生成績占比情況對比

6 結語

綜上所述，思維導圖作為一種簡單有效的可視化思維輔助工具，以其圖文并茂、直觀形象的優(yōu)勢，將細小零碎的知識點歸納整合，并建立各級關鍵詞之間的聯(lián)系，幫助學生進行多向性聯(lián)想記憶，極大地提高了學習效率。在預習課、新授課、復習課、實驗課、課堂筆記以及重難點問題解決等諸多方面融入思維導圖都取得了良好的成效，思維導圖的應用價值由此可見一斑。構建思維導圖的過程能夠最大限度地發(fā)揮學生的創(chuàng)造性和主觀能動性，促進學生形成良好的思維品質，掌握了思維導圖的原理和方法后，還可將其遷移應用到其他學科中，使學生在學習過程中不斷產(chǎn)生新想法，激發(fā)其靈感和創(chuàng)意，提高其創(chuàng)新能力。隨著科技的進步，教師也要將高分子化學前沿知識引入課堂，不斷改進和完善已經(jīng)建立的思維導圖。筆者相信，只要與時俱進、不斷創(chuàng)新，思維導圖一定能夠在高分子化學課堂教學中大放異彩。