思維導圖在初中化學教學設計中的應用
——以“空氣的成分”為例*

馬 蘭，陸國志

(1.吉林師范大學化學學院，吉林 四平 136000；2.吉林師范大學課程與教學研究所，吉林 四平 136000)

化學是一門涵蓋宏觀、微觀、符號三重表征的學科。除傳授基本知識外，初中化學還注重對于學生探索能力、發散思維和創新精神的培養。自開課以來，化學教育呈現出顯著的成果，但隨著時代的進步，原有教學形式也逐步暴露出不足，如：學生的創新思維得不到有效開發，師生課業負擔過重等。這類問題的出現源于兩方面的原因：一方面是教育工作者對中學化學教學缺乏正確的認識；另一方面是中學化學的教學設計和學生的學習方法不能適應時代的需求。隨著時代對創新型人才的要求與日俱增，教育所承擔的責任也越來越重。我們迫切的尋找一種能夠輔助教學設計的工具，以幫助學生提升自身的思維能力。將思維導圖和初中化學相結合，不但可以幫助學生提升學習的興趣和成就感，還可以潛移默化的提升學生的發散思維和創新能力。

1 以素養為導向的初中化學教學設計

隨著《義務教育化學課程標準(2022年版)》的頒布，以發展學生核心素養為標志的義務教育化學教學改革正式啟動[1]。傳統的化學課堂以知識為主，側重于對化學知識的描述和講授，而化學核心素養的精髓在于創新。可見，如何培養學生的學科思維和創新意識是時代賦予化學教師的新挑戰。在教學過程中，教師應引導學生充分發揮自身的聯想，幫助學生從“一”擴展過渡到“三”乃至“百”，并從系統思維角度把握各個知識模塊間的聯系。

2 思維導圖的實質和應用

思維導圖是由著名心理學家、英國大腦基金會總裁東尼·博贊(Tony Buzan)發明的一種思維工具。我國學者趙國慶將其定義為：為促進思維激發和思維整理的可視化、非線性的思維工具[2]。與傳統的筆記方式不同，思維導圖注重以樹狀分布的形式使用不同線條、色彩和圖形，將中心詞和分支詞構建成知識模塊，從而刺激大腦神經、模擬大腦的思維方式，幫助學習者將放射性的思維過程和結果可視化。作為思維表征的工具，思維導圖重視大腦潛能的開發，旨在對中心詞的不斷發散過程中豐富完善知識結構，將抽象的思維用圖示的方法進行連結，最終建立完整的知識網絡。這種對中心詞或主題詞不斷補充和發散的過程是思維導圖創作者對已有知識的抽調和整理。在思維導圖的建立過程中，創作者的思維不受束縛，在激發和碰撞中逐步理清知識層級。

自東尼·博贊提出思維導圖這一工具以來，思維導圖因其堅實的理論基礎和超強的邏輯結構受到各國學者的普遍關注。各國學者的視角逐漸從理論過渡到應用，其中將思維導圖和中學教學相結合也是近年來國內外學者探討研究的重要課題。

在中國知網中搜索以“思維導圖”為主題的文獻，可以發現，自2000年來，我國研究者逐步將視角從思維導圖概念的引入轉變到工具的應用中，其中最主要的研究方向在于將思維導圖作為教學設計的工具。大量研究表明：在明確思維導圖的實質和特點的基礎上對其進行應用有利于培養和開發人們的問題解決能力和知識構建能力，更有助于鍛煉學生的發散思維和創造思維[3]。

3 《空氣的成分》教學設計

3.1 教材和學情分析

本節是在學生掌握了基礎實驗儀器的使用和物理變化、化學變化、物理性質、化學性質等概念后開始學習的全新章節。從本節內容開始，學生將會進入到具體物質的學習。此時，學生剛處于化學的入門階段，他們通過小學科學課的學習，對空氣的組成有大致的了解，但仍缺乏對空氣具體成分的性質和空氣成分測定實驗的掌握。利用思維導圖這一認識工具，可以使學生對驗證空氣存在的方式、空氣中氧氣含量的測定、空氣中各組分的含量及用途、空氣的污染與防護等進行全面系統的認識?；诖耍盟季S導圖這一工具進行教學設計。

3.2 教學與評價目標

教學目標：認識身邊最常見的物質—空氣，通過科學家證明空氣存在的實驗，自行設計證明空氣存在的方法；以思維導圖為工具，了解空氣的組成及各組分的作用，理解純凈物和混合物的概念；掌握測量空氣中氧氣含量的實驗原理，培養學科思維，提高問題解決能力；通過學習測量空氣中氧氣含量的實驗，樹立正確的物質觀；科學的看待實驗過程，樹立正確的科學態度和社會責任。

評價目標：通過對證明空氣存在方法的學習和實驗的設計，診斷并發展學生對于科學探究的思維能力和積極性(基于經驗水平)；通過探究拉瓦錫測量空氣中氧氣含量的實驗，以及紅磷在集氣瓶中燃燒的實驗，判斷并發展學生對物質組成的認識和學科思維能力(綜合水平、定量水平)；通過對空氣各組分的含量及作用和保護空氣的方法的討論和交流過程，判斷并發展學生重視空氣、保護環境的意識(學科和社會價值視角)。

3.3 以思維導圖為工具的四環節教學設計

在備課階段，基于對相應章節內容邏輯的理解，教師可根據自身的思路，形成基于思維導圖的教學流程(如圖1所示)。相較于文字較多的教案，思維導圖更加清晰簡明，可以用最直觀的方式呈現每一步教學環節，幫助教師在課堂上迅速定位教學步驟，讓課堂更高效。

在預習階段，教師可向學生發放思維導圖學案(如圖2所示)，通過思維導圖幫助學生正確高效的梳理本節知識點間的邏輯和層次關系，以便接下來四個教學環節的順利進行。

圖1 以思維導圖為工具的教學流程

圖2 思維導圖學案

1)教學環節1：證明空氣的存在。

教師利用生活常識引出本節課主題，即思維導圖的中心詞—空氣的成分，幫助學生認識空氣的重要性，同時講述古典時代恩培多克勒驗證空氣存在的實驗，給學生以啟迪后引導學生進一步思考：在科學技術高度發達的今天，我如何證明空氣的存在？

學生頭腦風暴，討論后得出多種方案。

設計意圖：證明空氣存在的方法多種多樣，通過對比科技時代和古典時代的實驗方法，增進對科學探究的理解，提升學生的創新意識和對科學的探索欲望。

2)教學環節2：空氣中氧氣含量的測定。

教師幫助學生回憶小學科學課程中有關空氣成分的知識點，完善學生已有知識結構，將零碎的知識系統化。引導學生以思維導圖為工具(如圖3所示)，根據拉瓦錫的實驗裝置逐步思考如何定量的分析空氣中氧氣的含量，在學生討論并總結實驗過程和實驗原理后，客觀分析拉瓦錫的實驗并指出汞作為試驗藥品的利弊；引導學生思考如何利用現有實驗器材和藥品設計一組安全的實驗裝置來測量空氣中氧氣的含量。

學生深入探究教師提出的問題，在課堂中創作思維導圖并完善，待討論結束后，根據繪制的思維導圖回答實驗中應當注意的事項。在教師的指導下中逐步開展實驗并填寫實驗記錄，實驗結束后對實驗進行總結和誤差分析。

設計意圖：基于思維導圖的邏輯結構，利用課本，幫助學生掌握拉瓦錫測量空氣中氧氣含量的實驗原理。在此基礎上引導學生從定量分析的角度自行設計并操作實驗，初步將比較、分類、分析綜合等學習方法建立聯系，提高學生的問題解決能力。在此階段，學生繪制的思維導圖從小學科學課中有關空氣成分的碎片過渡到分析氧氣含量的實驗原理以及操作步驟，最后分步完成操作，實現學習內容維度的跨越。

圖3 教學環節2思維導圖

3)教學環節3：空氣各成分的含量及用途。

教師在多媒體課件中展示空氣成分及用途的思維導圖(如圖4所示)，用多彩的圖標刺激學生的大腦，并引出混合物和純凈物的概念舉例加以區分。

圖4 教學環節3思維導圖

設計意圖：以思維導圖展示空氣成分更加直觀具體，幫助學生將瑣碎的知識點串聯成非線性的圖像從而掌握空氣中各組分的用途并理解空氣的重要性。

4)教學環節4：空氣污染的防治與課堂小結。

教師多媒體展示空氣污染的圖片與危害，引出空氣質量指數這一概念，并指出空氣質量指數的實際意義。引導學生踴躍發言，說出保護空氣提升空氣質量的做法。在課堂的最后鼓勵大家展示本節課所繪制的思維導圖，以此作為本節課的回顧。

設計意圖：在向同學展示思維導圖的過程中，展示者會跟隨思維導圖對本節內容進行系統的層級梳理，也會因思維導圖的逐步完善過程產生成就感。樹立保護環境的意識，增強學生的社會責任感。

4 教學效果分析

4.1 調查問卷的設計與內容

基于本文的研究，筆者以“空氣的成分”為教學案例，將思維導圖應用到教學實踐中，并利用問卷星平臺以教學實驗點的8名化學教師和357名學生為對象分別進行問卷調查。調查問卷共分為兩套：試卷1針對的對象是教師，問卷內容包括5道選擇和2道簡答，主要調查教師對于本次教學實驗的心得體會，以及教師視角下學生的行為表現；試卷2針對的對象是學生，問卷內容包括7道選擇和1道簡答，主要調查學生使用思維導圖的切實體會和態度。在問卷2中，我們取消了“思維導圖”這類字眼，轉而使用“圖表”以規避陌生詞匯對于調查結果的影響，具體兩套調查問卷如表1、2。

表1 調查問卷1

表2 調查問卷2

4.2 調查結果分析

針對調查試題進行了信度和效度的檢驗，確定該問卷具有一定的信效度結構。將調查問卷進行回收和篩選，最終確定回收的問卷1 (共8份)全部有效，問卷2(共357份)中有效卷數為352份。

問卷1調查結果顯示：①新入職不滿3年的4名年輕教師和1名成熟教師表示在備課中會存在思路不清晰的情況，其中4名教師認為運用思維導圖進行備課可以讓自己更有條理，更好的把握教學流程，其余3名成熟教師表示自己備課時雖然很少存在思路不清晰的情況但明顯感覺思維導圖可以讓自己的備課更高效；②對于思維導圖的制作過程：8名教師中有5名認為雖然剛開始繪制思維導圖會有一點麻煩，但是真正制作起來很好上手，其余3名教師表示思維導圖的制作過程對于他們來說很輕松；③對于學生的課堂表現：有3名教師認為使用思維導圖后學生對于實驗原理的把握更精確，有7名教師發現學生做實驗時用時更短；④分析教師對于教學實驗的體會我們發現：教師們大多使用了諸如“課堂氣氛更好”“學生更愿意互動”“更貼近生活”“課堂內容更連貫”“學生學起來更輕松”“課堂更有調理”等積極正向的短語。綜合總結教師對于在教學過程中應用思維導圖的建議我們不難發現：此次教學實驗讓自己對于化學教學有了全新的認識，教學過程中教師潛移默化的從關注知識轉移到關注學生。教師們也認識到了新時代背景下教育對于化學教師的新要求，這讓化學教師更有自我提高的動力與責任，他們希望學校能對于思維導圖的使用進行系統的培訓，以便幫助自身掌握此工具。

調查問卷2結果顯示：①約67%的學生表示自己在本節課的學習過程中思路清晰，約79%的學生表示教師使用的“新圖表”讓自己更容易記住知識點，也有約88%的學生表示使用圖表后，知識點不再抽象了反而更具體更貼近生活。約47%的學生對于本節課非常滿意，約27%的學生表示對本節課的教學效果比較滿意；②在思維導圖的繪制方面：約85%的學生認為繪制圖表讓自己的思路更清晰，也讓自己更有成就感；約38%的學生希望在日后的教學中教師經常使用這類圖表；約77%的學生對如何繪制這類圖表表現出興趣，并表示愿意學習這類圖表的繪制；約77%的學生表示在日后的學習中自己會主動繪制這類圖表。③在心得體會方面：有超過半數的同學表示這堂課與以往的課程有明顯不同，他們提到教師的這種教學方式讓自己不自覺的跟著教師的思路走，自己好像很容易就聯想起來以前學過的知識，自己學起來更輕松，在課堂上也沒那么壓抑。

將兩套問卷綜合來看，我們不難發現，無論是對于教師還是對于學生來說，思維導圖的影響都是正面的積極的。對于教師尤其是年輕教師來講，思維導圖可以讓他們講課思路更清晰，我們也可以從教師的建議中感受到化學教師對于思維導圖的認可和需要，而且學生對于思維導圖的接受程度和評價也普遍較高，這樣的調查結果是令人欣慰的。

5 結語

思維導圖作為一種以圖形、顏色、關鍵詞為主的工具，將傳統的線性知識轉換為易被大腦接受的圖像，可以刺激學生大腦的多種感官。學生將抽象的思維以具體可視的方式呈現出來，在思維導圖的繪制過程中提高學生學習的興趣，改變原有枯燥的課堂的同時提升學生的記憶力，充分發揮學生的想象，提升創造性。

思維導圖作為一種創新型思維工具可以幫助教師和學生提升課堂效果。在課堂開始之前，教師拋出中心詞，學生按照教材內容由中心詞新穎的，靈活的逐漸擴散知識點，由點到線將瑣碎的內容串聯。在課堂教學過程中，學生在教師的引導下按照思維導圖預習學案的思路將小節內容逐一攻破由線到面把握知識整體。在課后，學生也可以將完善過的思維導圖作為重要的復習工具，以便形成自身知識結構，建立完整的知識體系。