思維地圖在高中化學教學中的應用

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為例，闡述利用圓圈圖拓展知識面、利用雙氣泡圖對比物質異同、利用復流程圖分析物質制備方法、利用樹形圖分析物質檢驗結果以及利用流程圖學習化學反應原理的應用途徑：思考并總結合理有效應用思維地圖促進教學的要點為認清思維領域概念與功能、一圖多用增加圖示思維價值、強調圖示的實用性而非復雜性、重視學生主體性與創造性。

關鍵詞：元素化合物；思維地圖；八大圖示：化學教學

文章編號：1008-0546（ 2022 ）11x-0027-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

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

一、背景分析

化學是一門應用和綜合性較強的學科，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的應用，也是學生學習元素周期律的基礎，涉及物質的性質、制備、應用等方面的內容，貫穿整個高中化學的學習。由于知識龐雜、易混淆，且高一學生剛步人高中還尚未獲得良好的學習方法，大多數學生在學習時缺乏學習興趣，甚至以機械學習為主，難以理解元素化合物知識的內在本質，無法及時做到知識的遷移與應用。[1]面對此類困境，如何挖掘新思路來幫助學生減負增效、促進思維發展、實施學生易于接受和理解的教學方式是教師們關注的重點和難點。腦科學和信息傳播學研究表明，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。在化學教學方面，面對繁雜零碎的知識，思維地圖作為構建知識的可視化工具，有望為學生帶來更好的學習成果。

二、思維地圖概述

思維地圖是由美國學者David Hyerle博士在語義學和認知心理學的基礎上開發的一款有助于學習者學習的語言工具，[3]它利用八種圖形將知識進行組織，以便加強學習者對所學知識的理解和記憶，達到“一圖勝千字”的效果。20世紀90年代，思維地圖以極快的速度在美國興起，用來研究學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用于學科教學之中并取得了良好的成效。[4]思維地圖依據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、復流程圖和橋形圖，其表示方式、用途見表1。當面臨聯想．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的圖示作為工具幫助學生更好地理解或解決問題，學生也能獲得特定思維技能的精細化訓練。

三、思維地圖在化學課堂的應用

1 利用圓圈圖拓展知識面

鐵的化合物教學中，在課堂導入環節，教師通常會直接呈現生活中鐵元素的各種存在形態圖片或是相關新聞報道等，以激發學生學習興趣。這種導入方式下學生仍處于被動接受地位。如果教師課前鼓勵學生查閱搜集鐵在生活中的應用信息，課堂上請學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”學生，而且也讓更多學生親身經驗或直觀感受拓寬自己的常識面從而體會化學知識與實際生活的密切關系。

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

3．利用復流程圖分析制備Fe（OH）2方法

“氫氧化鐵的制備”是《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《化學課程標準》）主題2“常見的無機物及其應用”中的學習活動建議之一。國內三大版本《化學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，會產生白色絮狀沉淀并迅速變成灰綠色，最后變為紅褐色”，實際課堂教學中照此實驗方法，因為氧化速度太快幾乎觀察不到白色沉淀。[5]為發展學生科學探究與創新意識，教師可以讓學生以小組合作的形式討論“如何控制實驗條件、設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的復流程圖，這樣不僅能夠鍛煉學生的邏輯分析能力，還能清晰呈現每一步的實驗步驟及其原理。之后組間再抒發觀點相互討論，也便于學生尋找不足進行針對性地改進。最后教師再選擇優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檢驗結果

《化學課程標準》在主題1的學習活動建議和主題2的情境素材建議里都提到了補血劑，以補血劑創設鐵離子檢驗的問題情境可發展學生核心素養。教師在向學生展示補血劑（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存在？如何檢驗？”學生根據已有知識繪制出圖4的樹形圖，假設鐵離子的兩種存在情況并預想通過檢驗后會出現何種現象，通過分類分析強化學生關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推理的水平，最后通過實驗驗證后發現補血劑與胃酸（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化成化學問題，再利用思維地圖中的樹形圖加以分析解決，促進學生建立系統、有序的思維過程并優化認知結構，從而更好地達到復習鞏固的目的。

5．利用流程圖學習補血劑的服用原理

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+的相互轉換問題。在學生學習完Fe3+和Fe2+相互轉化的原理后，教師為學生展示補血劑說明書中的注意事項：本產品不可與濃茶同服。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化的化學知識，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，學生僅僅依靠眼睛觀察很難理清前后的化學原理，因此教師在做實驗過程中可以板書圖5的流程圖：先呈現上端方框各種顏色出現的階段，再出示下端子方框讓學生思考其中原理進行回答填充，如此一來學生更能直觀理解各個實驗步驟與原理的前后順序，鞏固鐵離子相互轉換的化學知識。

四、思維地圖的應用要點

1．認清思維領域概念與功能

隨著思維可視化工具引入國內，越來越多的教師將其應用于課堂教學中，其中以思維地圖和思維導圖最為常見。但由于一些教師尚未接觸過有關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，尤其認為思維地圖和思維導圖就是同一種思維工具，導致在教學設計與實施過程中，對于工具的選用較為隨意。思維導圖能夠將多種思維技能綜合為一體，但各個節點之間卻未將具體的思維方式清晰標識出來，[6]在教學中適用于對復雜知識進行結構整理或思維激發。思維導圖注重利用連接詞對各個概念之間的關系做出描述，適用于幫助學生理清某一大單元主題下各個概念之間的內在關系。思維地圖結合了思維導圖發散思維的特征，也融合了思維導圖深層認知的特點，[7]在教學中面對復雜的問題時可以使用多個圖示完成知識構建。例如利用圓圈圖或氣泡圖對新知識進行發散學習，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。因此教師應當對思維工具的概念有所區分并認清它們的功能著力點，以充分發揮其在教學中的成效。

2．一圖多用增加圖示思維價值

高中化學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，教師應學會巧妙地利用圖形結構承載多元化的知識內容。例如，圓圈圖不僅可以用來收集電解質與生活關聯的案例，還可以將電解質定義中的“熔融”“溶于水”以及“化合物”等關鍵詞呈現于圓圈圖中實現對電解質概念的全面掌握。再如，樹形圖不僅可以用來對實驗操作結果進行分類，還可以用于歸納化學物質結構組成來優化學生的知識結構。總之，每種圖示各有側重的思維策略，教師應當根據具體的化學知識引導學生學會思考并選擇合適的表征方式，實現一圖多用的效果，提升學生的思維含量。

3．強調圖示實用性而非復雜性

呈現思維地圖比起羅列分散的知識點更便于學生進行全面、精準地記憶，也利于學生迅速搜索相關知識點。[8]但如果圖示過于復雜，不僅影響繪圖速度，對于學生來說也會眼花繚亂，很難在短時間內理清知識脈絡也無法減輕記憶負擔。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描述，只要做到心中有數即可；在繪制氣泡圖和雙氣泡圖時也要刪除不重要的內容，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。總之，教師應該強調思維地圖的實用性，繪制出簡單明了、能夠著重呈現思路并突出知識重點的實用型思維地圖，使學生將大部分精力放在對內容的整合、記憶之上，才能真正發揮出思維地圖在教學中的作用。

4．重視學生主體性與創造性

思維地圖中的每種圖示可以清晰呈現其特有的思維模式，繪制各種思維地圖能夠讓學生的思維得到訓練。然而教學中教師通常重視思維地圖的整理思維、總結知識的作用而輕視其在思維訓練、意義建構以及激發思維方面的功能。教學中習慣于將已繪制好的思維地圖直接完整地呈現給學生，學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，很難提高發現、分析并解決問題的思維能力，從而失去思考的機會。

在教學中要充分發揮思維地圖的作用，盡量將繪制工作交由學生完成，以發揮學生的主體性和創造性。如：師生合作繪制思維地圖鍛煉學生的知識總結和思維發散能力；學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習或知識總結，課上讓學生分享自己的繪制經驗，以此幫助學生梳理知識點，回顧自己的思維過程，提升元認知能力。

五、結語

思維地圖包含的八種基本圖示對應著特有的功能和使用方法，為化學學科提供了新的教學與學習的工具。將思維地圖融入化學教學中，能夠提升學生的學習興趣、促進知識的高效建構。只有結合所講、所學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生的主體性，才能更好發揮思維地圖在教學中的成效。

參考文獻

[1]王冬梅，曹軍霞，李蕓蕓，張曉梅，基于學科素養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.

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[3]張夢針，王耿新，李海燕，柏．思維地圖在優化初中化學教學中的應用——以“我們周圍的空氣”復習課為例[J]．教育觀察，2020，9（39）：120-122，130.

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[8] 吳曉紅，李奕霖．思維可視化工具在化學階段性復習中的應用[J]．中國教育技術裝備，2020（ 21）：39-41.