有機化學教學改革中知識圖譜及思維導圖的應用

田 燕*，邢殿香，王 曉

（齊魯工業大學（山東省科學院）化學與化工學院 山東 濟南 250353）

有機化學作為化學學科中的重要分支，一直以來都是許多學生感到比較難學的學科之一。傳統的有機化學課程往往以大量的有機反應教學為主，學生在面對眾多有機分子結構和反應機理時感到壓力重重。教師也一直在尋求更有效的教學手段，以提高學生的學習興趣。隨著信息技術的不斷發展和教育理念的更新，知識圖譜和思維導圖等概念逐漸進入有機化學教學改革的視野。這種新型的教學手段不僅能夠呈現知識的結構，幫助學生建立整體認知框架，還能夠通過圖形化的方式強調概念之間的關系，從而促進學生對知識的深度理解。

1 知識圖譜在有機化學教學中的作用

1.1 知識圖譜的優點

首先，知識圖譜以結構清晰、層次分明的方式展示知識點之間的關系，幫助學生建立整體認知框架。通過圖形的直觀呈現，知識圖譜使得抽象的有機分子結構和反應機理等概念更易于理解和記憶。其次，知識圖譜強調了不同知識點之間的關系，包括概念的衍生、依賴、相互聯系，促進了學生對有機化學知識內在聯系的深入理解。這種關系明確的特性有助于學生的綜合性學習，培養學生綜合運用知識的能力。最后，知識圖譜的制作過程促進了學生之間的合作和討論，為小組學習和互動提供了機會[1]。

1.2 知識圖譜在整體知識結構中的作用

教師開展教學活動的過程中，為了確保知識圖譜的準確性和有效性，需要進行主題關鍵詞的提取，例如對有機化學領域的核心概念和主題進行深入分析。此外，教師可以嘗試建立知識點之間的邏輯聯系，通過圖譜的形式清晰地呈現不同知識點之間的相互依賴、衍生和關聯。為了使學生更容易理解，還可設計圖譜的層次結構，從基本概念逐步展開到更為復雜的有機反應機理和合成路線。圖譜的圖形化呈現也是十分重要的方式，采用顏色、形狀等元素來區分不同類型的節點，以增強視覺吸引力。為了滿足不同學生的學習需求，有必要開發交互式的學習工具，讓學生可以自主選擇瀏覽圖譜的不同部分，放大縮小特定區域。

將知識圖譜與多媒體教學相結合，將圖譜中的節點鏈接到相關的視頻、實驗演示或模擬實驗，以提供多樣化的學習資源。例如，在學習“雜化軌道理論與官能團的結構”一課時，教師運用知識圖譜，加深學生對于該知識點的理解。從“雜化軌道理論”“官能團結構”這兩個主題出發，提取出相關的關鍵概念和理論基礎，如sp、sp2、sp3雜化軌道理論，碳酰基、羥基、氨基等常見官能團。利用知識圖譜的方式將這些概念和理論進行關聯[2]。例如，節點可以代表不同類型的雜化軌道（如sp2雜化軌道），而邊則表示它們與特定官能團結構的關聯，比如sp2雜化軌道與碳酰基的關系（詳見表1）。

表1 雜化軌道理論與官能團的結構知識點匯總

教師將知識圖譜以圖形化的方式呈現給學生，通過節點和邊的形式展示不同雜化軌道類型與特定官能團結構的關聯。同時利用多媒體資源，如圖解、動畫或模擬演示，鏈接到知識圖譜中的節點，提供更直觀、生動的學習體驗。

2 思維導圖在有機化學教學中的應用

2.1 思維導圖的制作步驟

思維導圖是一種有效的圖形工具，用于整理、表示、呈現信息，幫助人們更清晰地理解復雜的概念和關系。首先，教師確定要制作思維導圖的主題，并在中央位置設置一個中心節點，寫下與主題相關的核心關鍵詞或短語。其次，從中心節點開始，拉出若干分支，每個分支代表主題的一個子概念或相關主題，形成一個層次結構。在繪制思維導圖的過程中，教師可以進一步添加分支的分支，表示更具體的信息，以建立更全面的信息框架，使用關鍵詞、短語和圖標來增強節點的表達力，同時利用顏色和形狀來區分不同的節點和分支，提高思維導圖的可讀性，確保布局有序，按照邏輯或時間順序進行排列，并添加線條、箭頭等來表示節點之間的關系。在每個節點中添加足夠的細節，以便更全面地表達信息。最后，仔細檢查思維導圖并進行調整和修訂，確保信息層次清晰、關系明了。

2.2 思維導圖在有機化學教學中的應用

第一，教師使用思維導圖可以為學生提供有機化學領域的總覽，將其分支和重要的概念以圖形化的方式呈現在課堂上。可以通過中心節點標識有機化學，并從中心節點延伸出各個分支，例如有機反應、官能團、碳骨架等，以及相應的細分領域。這樣可以幫助學生了解有機化學的結構和組成部分，以及各個分支之間的關系。第二，有機化學中的官能團和反應是重要的概念，思維導圖可以用來展示不同官能團及其共有的性質和特征。以中心節點表示官能團，并通過分支節點展示每個官能團的特點、關鍵反應和典型化合物。同時，使用線條和箭頭表示不同官能團之間的變換關系和反應途徑，幫助學生理解官能團之間相互轉化和反應的機理。第三，在有機化學中，命名必不可少。通過思維導圖，以中心節點表示命名，然后通過分支節點展示不同的分類和命名規則，例如烴類、醇、醛、酮等。學生根據這樣的思維導圖快速查找和理解不同類別化合物的命名方法[3]。第四，有機化學反應的機理對于一些化學基礎較差的學生而言具有一定的閱讀和書寫難度，思維導圖可以用于展示反應完整的機理以及其中的關鍵步驟。中心節點表示反應，然后使用分支節點表示不同的反應步驟、中間體和反應條件等。學生可以通過這種方式理解反應的整體過程，并將復雜的反應機理分解為更易理解的步驟。

例如，在學習“烷經的化學性質”一課的時候，教師采用思維導圖輔助課堂教學活動：①概念總覽。通過思維導圖，教師得以系統地展示烷烴的分類和基本性質。這一過程始于中心節點，它代表著烷烴的整體內容。從這個中心節點開始，教師可以展開不同的支鏈，延伸至不同的取代飽和烷烴。這種結構性的可視化方法有助于學生更直觀地理解不同個數不同支鏈的烷烴是如何命名以及它們的基本化學性質。②關聯性分析。教師通過節點之間的連接，具體闡述分支鏈長度與碳氫鍵斷裂反應之間的緊密關系。通過比較不同分支鏈長度的烷烴，教師能夠深入分析和展示裂解反應中碳氫鍵斷裂反應生成產物的異同，包括反應性的差異以及可能生成的產物的變化。這種關聯性分析的方式有助于學生更深層次地理解烷烴的性質。③反應機理理解。節點和分支節點的詳細描述能夠呈現碳氫鍵斷裂反應的整個機理過程。通過這種可視化的方式，學生可以更清晰地理解反應的步驟和各個中間產物之間的關系，提高對反應機理的整體理解。④示例展示與總結性節點。比如甲烷和乙烷的碳氫鍵斷裂反應，可以用來生動展示前述討論的理論知識。通過總結性節點，教師能夠對整個烷烴的化學性質進行概括和總結，鞏固學生對所學知識的理解，并為后續學習提供一個清晰的框架。這一過程使學生更容易回顧和應用已學的知識。

3 知識圖譜和思維導圖的整合策略

3.1 教學設計中的整合

基于教學設計層面，教師著眼于知識圖譜與思維導圖的融合，旨在提供更為綜合和有機的學習體驗。教師將知識圖譜視為整體教學框架的核心，其中涵蓋了主要概念和關鍵知識點，這種全局性的概念架構能培養學生的大局意識，使其能更全面地把握課程內容[4]。與此同時，教師巧妙地運用思維導圖，以圖形化的方式展示知識圖譜中的關鍵內容，著重呈現重要概念之間的內在聯系，從而引導學生深入思考并更好地理解知識的結構。而在任務型教學設計方面，教師更為注重學生在實際問題解決和項目完成中運用知識圖譜和思維導圖的能力。教師設計有明確任務目標的學習活動，學生在這一過程中靈活應用他們從知識圖譜和思維導圖中獲取的信息，從而實現對所學概念的深度理解。為了更好地將抽象的概念與實際情境相連接，教師特意整合了具體案例和實際應用，使學生在解決問題的同時能夠體現其對理論知識的實際運用能力。

3.2 學生參與和互動

在學生參與和互動方面，教師采取了多層次的策略，旨在激發學生的主動學習和合作精神。通過合作學習，教師將學生有機地組織成小組，每個小組負責深入研究知識圖譜中的一個特定模塊。這種團隊合作的方式不僅促進了學生之間的相互協作，還令他們能夠深入探討和理解特定領域的知識點。為了更具體地呈現他們的研究成果，教師引導學生通過小組合作的方式繪制思維導圖，以圖形化的形式分別展示他們所研究的部分，從而進一步促使學生之間的知識共享和合作。在課堂討論和分享方面，教師應鼓勵學生分享他們制作的思維導圖，并積極參與討論。通過引導學生討論不同的學習策略和觀點，教師創造了一個開放的學習環境，使每個學生都有機會表達他們對整體知識結構的理解。為確保討論有序進行，教師巧妙地運用知識圖譜作為引導，以確保討論始終與整體課程內容緊密相連。在反饋機制方面，教師設立專門的反饋環節，鼓勵學生對其他小組的思維導圖進行評論和評估[5]。這種學生間的相互反饋不僅有助于鞏固所學知識，還培養了學生的批判性思維和評價能力。教師在這一過程中發揮著重要的指導作用，通過回饋引導學生更好地理解知識圖譜和思維導圖，推動他們進行深度思考。

4 結語

在有機化學教學改革中，知識圖譜與思維導圖應用策略的探究為教學帶來了新的思路和方法。將知識圖譜作為整體教學框架，教師成功地構建了一個清晰系統的學科結構，為學生提供了更全面的學科認知，為未來的教學改革提供了有益的經驗，引領著有機化學教學朝著更為有效、學生參與度更高的方向邁進。