思維導圖在無機化學課程教學中的應用探究*

劉 佳, 嚴麗君，閆婷婷，周璐穎，孫雯錦，王永超

(云南師范大學職業技術教育學院，云南 昆明 650092)

無機化學是化學、化工、生物、醫藥、食品、環境等專業的基礎必修課，是學生學習其它專業課程的基礎。該課程具有理論性強、內容抽象、體系龐雜、知識零散等特點，在課堂教學、學生課后復習等環節容易造成難記、易混、記不牢等情況。因此，系統地梳理無機化學的章節知識，構建形象化的知識體系，對教好、學好無機化學都具有重要意義。

思維導圖是由英國記憶大師Tony Buzan于20世紀60年代提出來的一種圖形思維工具，是一種能夠直接反應信息之間關系的“蛛網圖”[1]。思維導圖是通過對文字進行歸納、整理、分級，并結合圖形進行圖文的系統性呈現[2]。通過圖文的有效結合，能把抽象、發散的文字用圖畫和線條清晰地展現出來，將各種復雜分散的碎片化知識點連接起來，便于建立有序記憶，從而更好地記住知識[3]。思維導圖作為重要思維工具，也被成功應用于無機化學的教學中，并取得了良好的教學效果。湖南大學尹霞等[4]在無機化學課程教學中采用了啟發式教學與思維導圖相結合的方法，有效縮短了學生對知識理解與復習的周期；山東大學劉新泳等[5]開展了面向藥學專業無機化學教學方法的改良，設計了基于章節的思維導圖并實施了“思維導圖教學模式”的教學探究；南京醫科大學魏明等[6]在無機化學的教學中，結合思維導圖能實現學生對“知識群”的整體把握，并激發學生學習的主觀能動性；電子科技大學梁銳杰等[7]實施了思維導圖結合PPT課件在無機化學教學中的應用實踐，能幫助學生在頭腦中構建知識全景圖；臨沂大學鄭興芳[8]以鹵族元素、鉻和錳為例，對部分元素化學實施了思維導圖在教學中的應用研究；河北科技大學孫華[9]等開展了基于圖形組織者的深度學習研究與實踐，引導學生使用不同圖形組織者來整理和激發思維。這些教學方法探究及改革從無機化學學科特點出發，實現了思維導圖在無機化學教學中的有效應用，并取得了良好的教學效果。然而，至今仍未見有基于無機化學教材的系統思維導圖的研究報道，開展基于教材的思維導圖設計及在無機化學教學中應用，能為無機化學的教學準備、組織實施及學生課后鞏固等提供參考。

1 在無機化學教學中應用思維導圖的作用與意義

1.1 直觀化和形象化

無機化學作為大學本科基礎專業課程，具有內容抽象、理論深奧、體系龐雜、知識零散等特點，因此學生學習無機化學難度較大。思維導圖可以運用圖片、顏色、標識等工具，最終形成一個清晰的、系統的知識網絡，打破思維的局限性，使整體內容形象立體，直觀表達知識點脈絡，便于理解和學習。

1.2 化繁為簡，簡潔明了

無機化學教材中利用大篇幅的文字對復雜知識點進行描述，雖然全面、詳細，但容易造成學生視覺上的疲勞和理解上的困難。通過思維導圖可以將復雜的知識點簡潔、直觀地展現給學生，從而幫助學生構建知識結構網絡，實現對無機化學知識點的理解和快速記憶，達到改善學習效果的目的。

1.3 制造視覺沖擊

思維導圖具有主題突出、枝干分散、層次分明、條理清晰等特征。在無機化學教學過程中使用思維導圖能帶給學生“眼前一亮”的感覺，給學生造成視覺上的沖擊。一方面，思維導圖通過圖形、圖像、文字的巧妙結合，能帶給學生不一樣的呈現方式，達到聚焦學生注意力、提高其課堂專注度的目的；另一方面，通過思維導圖邏輯思維的構建，能將碎片化的知識串聯起來、形成知識脈絡和體系、加強知識點邏輯性，從而達到加強記憶的作用。

1.4 提高教師的備課效率及質量

教師是課堂的組織者及學生學習的引導者，起著傳道授業解惑的重要作用。作為無機化學的授課教師，必須能宏觀把握課程的定位、目標、內容、授課方式、重難點、學生情況等。思維導圖能幫助教師理清課程中的知識脈絡，形成具體的知識框架，做好宏觀設計。在備課過程中，教師基于思維導圖能形成清晰的授課思路，預設教學情境，選擇輔助教學的教學資源，制定合理的教學計劃，有效提高了教師備課的效率與質量。

1.5 有助于學生查缺補漏

教師在教學過程中可通過對所構成的思維導圖框架進行適當總結，應用知識的“銜接點”進行串聯，編寫順口溜等，可將枯燥知識趣味化，加深知識與知識的聯系。課堂上，學生能夠根據教師呈現的思維導圖，明確知識結構、掌握知識脈絡和體系，明確重、難點，提高了記筆記及掌握知識的效率。課后，學生能夠根據思維導圖，做好知識點的系統梳理，盤查知識漏點并進行有針對性的查漏補缺，達到提高學習效率的目的。

2 基于無機化學教材的思維導圖探究

基于無機化學的學科特點及思維導圖的應用現狀，以張天藍和姜鳳超主編的無機化學(第7版)為基礎，開展基于教材的思維導圖設計。本教材共有九章，從第一章至第九章依次為原子結構、分子結構、溶解與沉淀、酸與堿、氧化與還原、配位化合物、s區元素、d區(含ds區)與f區元素、p區元素。通過對九個章節知識點的梳理，把這本教材的內容歸納為三大版塊，分別為物質結構、四大平衡及元素化學(圖1)。

圖1 無機化學的知識導圖

2.1 物質結構知識板塊思維導圖設計

物質結構包括原子結構、分子結構和配合物結構三個內容(圖2)。在原子結構部分，首先利用量子力學理論來解釋氫原子光譜，引入波函數和薛定諤方程，從而得到四個量子數。隨后結合徐光憲規則和鮑林原子軌道近似能級圖，討論了多電子原子的核外電子排布。根據電子排布，結合能級組的劃分，介紹了元素周期表的周期、族和分區，并在此基礎上討論了元素基本性質的周期性變化規律。其核心內容是四個量子數的取值及物理意義，以及多電子原子的核外電子排布及其應用。

圖2 物質結構思維導圖

分子結構部分包括離子鍵、共價鍵、分子的形狀與極性、分子間作用力、晶體結構。該部分內容涉及理論較多，共價鍵是本章的重點和難點。首先討論了離子鍵的形成及特點、離子鍵的強度及影響因素、離子極化現象及其應用。隨后，依次介紹了經典共價鍵理論、雜化軌道理論、分子軌道理論、價層電子對互斥理論及其應用，在此基礎上討論了共價鍵參數和分子的形狀與極性。此外本章還介紹了兩類重要的分子間作用力以及晶體結構。

配合物結構部分主要介紹了配合物的組成、命名和異構現象，以及配合物的化學鍵理論，其中組成和命名是基礎，配合物的價鍵理論(雜化軌道理論)和晶體場理論是重點和難點，要求會用價鍵理論判斷配合物的內外軌型、磁性和相對穩定性等，掌握晶體場理論、晶體場穩定化能的計算及配合物穩定性的判斷、高低自旋、及晶體場理論的應用。

2.2 四大平衡知識板塊思維導圖設計

四大平衡包括溶解-沉淀平衡、酸堿平衡、氧化還原平衡、配位平衡(圖3)。四大平衡原理相似，都包括基本理論，平衡常數K(含Ksp、Ka、Kb、Ks)的意義、計算及應用，平衡的影響因素、平衡移動以及在藥物中應用等內容。各章內容的基本理論是學習的基礎，平衡常數的計算及應用是學習的重點，各類公式及應用是該部分內容的難點。將平衡理論應用于解決生活、生產、健康、科學研究等領域中的實際問題是學習的最終目標。

圖3 四大平衡思維導圖

2.3 元素化學知識板塊思維導圖設計

元素化學具有內容多、反應多、知識零碎、記憶困難、易混淆等特點，也是很多學生在學習無機化學時比較困難的原因之一。根據元素分區，元素化學包括s區元素、p區元素、d區(含ds區)和f區三個部分(圖4)。每章內容主要從該區元素原子結構出發，介紹該區元素的通性，代表性單質及化合物的性質(物理性質及化學性質)、制備、鑒定、保存方法、應用，以及元素的生物學效應及常用藥物等。在元素化學中，結構是基礎，我們常說“結構決定性質”；性質是重點，是物質發生一系列反應及變化的本質原因；元素的應用是目的。掌握好元素的通性、個別的特性，秉承“結構-性質-應用”的主線，在學習該部分內容時能起到事半功倍的效果。

圖4 元素化學思維導圖

3 實施建議

3.1 巧用思維導圖，助力無機化學課堂的“教”與“學”

教師在備課環節應用好思維導圖，有助于教師對課堂準備、知識脈絡把握、教學計劃及方法等環節做到宏觀把握，能起到統領全局的作用。

在教學過程中，直觀、有效的思維導圖能將課堂內容、知識體系、重難點、教師的教學理念及邏輯思維等直觀地呈現給學生，讓學生能夠快速地掌握課堂知識、做好課堂筆記，并有助于深化學生的發散性思維、培養學生分析問題與解決問題的能力，同時能營造活躍的課堂氣氛，提高課堂教學質量。

此外，思維導圖還能有效地將課堂學習延續到學生的課后復習環節。通過有效的思維導圖，學生能夠實現課堂的再現，高效地開展知識體系的梳理及鞏固，幫助學生進行系統地查漏補缺，將課堂內容內化于心。

3.2 以學生為中心，探究啟發式思維導圖

當代的教學理念追求以學生為中心，強調學生在課堂中的主體地位。首先，要求教師在課堂設計時要考慮學生的實際情況，將教學目標與學生的實際情況相結合，做到因材施教；其次，思維導圖的設計要符合時代的需要、符合課程的需求；最后，鼓勵教師引導學生自己設計思維導圖，轉變學生在課堂中的角色，啟發學生從被動接受轉變為主動學習，成為課堂的主體。

3.3 巧秒結合思維導圖與現代信息技術

在思維導圖的制作過程中，要充分利用現代化的信息手段，應用MindMaster、MindManager、iMindMap、NovaMind、FreeMind、Xmind等思維導圖制作軟件進行思維導圖的制作，并注重知識、結構、色彩、美觀等方面的特點，給學生展示直觀、豐富、多彩的思維導圖。另外，還要充分利用一流的網絡課程資源，學習國內外的先進方法及優秀的教學模式。此外，學習通、雨課堂、微信、QQ等教學輔助工具的巧妙利用也能為思維導圖在無機化學中的應用提供必要的補充，在交流、反饋、答疑等方面能發揮重要的作用。

3.4 結合思維導圖開展課程思政教育

無機化學中蘊含著豐富的課程思政元素，在傳授無機化學理論知識的同時，恰到好處地開展課程思政教育，有助于培養學生正確的三觀。在無機化學課程思維導圖的設計及應用過程中，授課教師要實時引入恰當的思政元素，開展課堂思政教育。

3.5 注重評價過程化和考核多元化

無機化學內容多、學時長，容易造成學生的學習懈怠情緒。因此，在無機化學的思維導圖應用及教學過程中應重視過程性評價，結合作業、線上學習、學習小組、單元測試、討論等環節來督促學生的平時學習，達到加強、鞏固和外延化課堂知識的目的。另一方面，教師可根據思維導圖上的內容，來全面設計和制作過程性評價和期末考核中的問題或習題，并結合過程性評價與期末考核，綜合考察學生知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀，做到綜合評定，有效提高學生的學科綜合素養。

4 小結與展望

無機化學作為化學、化工、生物等專業的基礎必修課，是學生學習其他專業課程的重要基礎課程，具有內容抽象、理論深奧、體系龐雜、知識零散等特點。開展基于教材的思維導圖構建有助于實現無機化學知識體系的直觀化、形象化、趣味化和簡明化，對教師備課、課堂組織及實施、學生課后鞏固復習等都能起到事半功倍的作用。本文基于無機化學教材開展了思維導圖設計，并對思維導圖在無機化學課程教學中的作用和實施建議等進行深入探究，為教師在無機化學的課程設計、教學準備、組織實施及學生的課堂學習及課后知識鞏固復習等提供參考。