林靜 陳燕

摘要：對(duì)思維地圖概念進(jìn)行介紹，并以鐵的化合物教學(xué)為例，闡述利用圓圈圖拓展知識(shí)面、利用雙氣泡圖對(duì)比物質(zhì)異同、利用復(fù)流程圖分析物質(zhì)制備方法、利用樹形圖分析物質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果以及利用流程圖學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)原理的應(yīng)用途徑：思考并總結(jié)合理有效應(yīng)用思維地圖促進(jìn)教學(xué)的要點(diǎn)為認(rèn)清思維領(lǐng)域概念與功能、一圖多用增加圖示思維價(jià)值、強(qiáng)調(diào)圖示的實(shí)用性而非復(fù)雜性、重視學(xué)生主體性與創(chuàng)造性。

關(guān)鍵詞：元素化合物；思維地圖；八大圖示：化學(xué)教學(xué)

文章編號(hào)：1008-0546（ 2022 ）11x-0027-04

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

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

一、背景分析

化學(xué)是一門應(yīng)用和綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，在高中階段其知識(shí)覆蓋面廣、抽象度高并且實(shí)驗(yàn)性強(qiáng)。其中元素化合物知識(shí)不僅是氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用，也是學(xué)生學(xué)習(xí)元素周期律的基礎(chǔ)，涉及物質(zhì)的性質(zhì)、制備、應(yīng)用等方面的內(nèi)容，貫穿整個(gè)高中化學(xué)的學(xué)習(xí)。由于知識(shí)龐雜、易混淆，且高一學(xué)生剛步人高中還尚未獲得良好的學(xué)習(xí)方法，大多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)缺乏學(xué)習(xí)興趣，甚至以機(jī)械學(xué)習(xí)為主，難以理解元素化合物知識(shí)的內(nèi)在本質(zhì)，無法及時(shí)做到知識(shí)的遷移與應(yīng)用。[1]面對(duì)此類困境，如何挖掘新思路來幫助學(xué)生減負(fù)增效、促進(jìn)思維發(fā)展、實(shí)施學(xué)生易于接受和理解的教學(xué)方式是教師們關(guān)注的重點(diǎn)和難點(diǎn)。腦科學(xué)和信息傳播學(xué)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(nèi)獲得一個(gè)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(xué)教學(xué)方面，面對(duì)繁雜零碎的知識(shí)，思維地圖作為構(gòu)建知識(shí)的可視化工具，有望為學(xué)生帶來更好的學(xué)習(xí)成果。

二、思維地圖概述

思維地圖是由美國學(xué)者David Hyerle博士在語義學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)的基礎(chǔ)上開發(fā)的一款有助于學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的語言工具，[3]它利用八種圖形將知識(shí)進(jìn)行組織，以便加強(qiáng)學(xué)習(xí)者對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和記憶，達(dá)到“一圖勝千字”的效果。20世紀(jì)90年代，思維地圖以極快的速度在美國興起，用來研究學(xué)生在解決問題時(shí)的思維過程，而后又被新加坡、新西蘭等國家引入應(yīng)用于學(xué)科教學(xué)之中并取得了良好的成效。[4]思維地圖依據(jù)人在思考時(shí)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(hào)圖、流程圖、復(fù)流程圖和橋形圖，其表示方式、用途見表1。當(dāng)面臨聯(lián)想．類比、歸納等具體表征問題時(shí)，教師能夠直接選擇每種思維策略背后對(duì)應(yīng)的圖示作為工具幫助學(xué)生更好地理解或解決問題，學(xué)生也能獲得特定思維技能的精細(xì)化訓(xùn)練。

三、思維地圖在化學(xué)課堂的應(yīng)用

1 利用圓圈圖拓展知識(shí)面

鐵的化合物教學(xué)中，在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師通常會(huì)直接呈現(xiàn)生活中鐵元素的各種存在形態(tài)圖片或是相關(guān)新聞報(bào)道等，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。這種導(dǎo)入方式下學(xué)生仍處于被動(dòng)接受地位。如果教師課前鼓勵(lì)學(xué)生查閱搜集鐵在生活中的應(yīng)用信息，課堂上請(qǐng)學(xué)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(xué)生，而且也讓更多學(xué)生親身經(jīng)驗(yàn)或直觀感受拓寬自己的常識(shí)面從而體會(huì)化學(xué)知識(shí)與實(shí)際生活的密切關(guān)系。

2．利用雙氣泡圖對(duì)比鐵的氫氧化物的異同

教師在講授鐵的兩種氫氧化物關(guān)系時(shí)，通常依據(jù)教材在該模塊的描述而側(cè)重于它們之間最重要的一個(gè)連結(jié)點(diǎn)，即Fe（OH）2在空氣中不穩(wěn)定，易被氧化成Fe（OH）3。為了讓學(xué)生構(gòu)建相似化合物完整的知識(shí)體系，在學(xué)完兩者的知識(shí)點(diǎn)后再利用圖2的雙氣泡圖進(jìn)行對(duì)比，中間呈現(xiàn)出兩物質(zhì)在屬性以及反應(yīng)類型、結(jié)果上的共性，兩側(cè)比較它們?cè)陬伾?、生成條件以及穩(wěn)定性方面的差異。在師生共同配合下學(xué)生對(duì)前面所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行回憶、提取和對(duì)比，使他們?cè)谡n堂上開拓發(fā)散性思維來思考問題并抒發(fā)己見，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，鼓勵(lì)他們延伸出更多的氣泡。相較于傳統(tǒng)表格，雙氣泡圖能夠突出兩種物質(zhì)的共性與差異性，方便學(xué)生通過對(duì)比達(dá)到精準(zhǔn)記憶同時(shí)深化對(duì)知識(shí)的鞏固。

3．利用復(fù)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(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》）主題2“常見的無機(jī)物及其應(yīng)用”中的學(xué)習(xí)活動(dòng)建議之一。國內(nèi)三大版本《化學(xué)1（必修）》教材中對(duì)這個(gè)制備實(shí)驗(yàn)的描述為“在FeSO4溶液中加入NaOH溶液時(shí)，會(huì)產(chǎn)生白色絮狀沉淀并迅速變成灰綠色，最后變?yōu)榧t褐色”，實(shí)際課堂教學(xué)中照此實(shí)驗(yàn)方法，因?yàn)檠趸俣忍鞄缀跤^察不到白色沉淀。[5]為發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)，教師可以讓學(xué)生以小組合作的形式討論“如何控制實(shí)驗(yàn)條件、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案防止氧化，從而制備出純凈的Fe（OH）2”，并鼓勵(lì)他們制作如圖3的復(fù)流程圖，這樣不僅能夠鍛煉學(xué)生的邏輯分析能力，還能清晰呈現(xiàn)每一步的實(shí)驗(yàn)步驟及其原理。之后組間再抒發(fā)觀點(diǎn)相互討論，也便于學(xué)生尋找不足進(jìn)行針對(duì)性地改進(jìn)。最后教師再選擇優(yōu)化后的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

4．利用樹形圖分析補(bǔ)血?jiǎng)┲需F的價(jià)態(tài)檢驗(yàn)結(jié)果

《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》在主題1的學(xué)習(xí)活動(dòng)建議和主題2的情境素材建議里都提到了補(bǔ)血?jiǎng)?，以補(bǔ)血?jiǎng)﹦?chuàng)設(shè)鐵離子檢驗(yàn)的問題情境可發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)。教師在向?qū)W生展示補(bǔ)血?jiǎng)ㄓ置蛩醽嗚F片）的外觀和主要成分后可提出質(zhì)疑：“既然人體血紅蛋白所需的鐵元素是Fe2+，那么補(bǔ)血?jiǎng)┡c人體胃酸作用之后鐵元素究竟以何種價(jià)態(tài)存在？如何檢驗(yàn)？”學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)繪制出圖4的樹形圖，假設(shè)鐵離子的兩種存在情況并預(yù)想通過檢驗(yàn)后會(huì)出現(xiàn)何種現(xiàn)象，通過分類分析強(qiáng)化學(xué)生關(guān)于鐵離子的檢驗(yàn)方法和氧化還原知識(shí)的綜合運(yùn)用并提升證據(jù)推理的水平，最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)補(bǔ)血?jiǎng)┡c胃酸（HCl溶液代替）作用后是以Fe2+和Fe3+存在。整個(gè)過程將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化成化學(xué)問題，再利用思維地圖中的樹形圖加以分析解決，促進(jìn)學(xué)生建立系統(tǒng)、有序的思維過程并優(yōu)化認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從而更好地達(dá)到復(fù)習(xí)鞏固的目的。

5．利用流程圖學(xué)習(xí)補(bǔ)血?jiǎng)┑姆迷?/p>

補(bǔ)血?jiǎng)┑那榫巢粌H能夠強(qiáng)化鐵離子的檢驗(yàn)知識(shí)，還能引出Fe3+和Fe2+的相互轉(zhuǎn)換問題。在學(xué)生學(xué)習(xí)完Fe3+和Fe2+相互轉(zhuǎn)化的原理后，教師為學(xué)生展示補(bǔ)血?jiǎng)┱f明書中的注意事項(xiàng)：本產(chǎn)品不可與濃茶同服。為了揭示補(bǔ)血?jiǎng)┑膴W秘并利用此問題鞏固氧化還原和鐵離子相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)知識(shí)，教師可以進(jìn)行“變色的茶葉水”實(shí)驗(yàn)。由于實(shí)驗(yàn)步驟、原理較多且顏色變化多樣，學(xué)生僅僅依靠眼睛觀察很難理清前后的化學(xué)原理，因此教師在做實(shí)驗(yàn)過程中可以板書圖5的流程圖：先呈現(xiàn)上端方框各種顏色出現(xiàn)的階段，再出示下端子方框讓學(xué)生思考其中原理進(jìn)行回答填充，如此一來學(xué)生更能直觀理解各個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟與原理的前后順序，鞏固鐵離子相互轉(zhuǎn)換的化學(xué)知識(shí)。

四、思維地圖的應(yīng)用要點(diǎn)

1．認(rèn)清思維領(lǐng)域概念與功能

隨著思維可視化工具引入國內(nèi)，越來越多的教師將其應(yīng)用于課堂教學(xué)中，其中以思維地圖和思維導(dǎo)圖最為常見。但由于一些教師尚未接觸過有關(guān)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(cuò)誤，對(duì)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(rèn)為思維地圖和思維導(dǎo)圖就是同一種思維工具，導(dǎo)致在教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施過程中，對(duì)于工具的選用較為隨意。思維導(dǎo)圖能夠?qū)⒍喾N思維技能綜合為一體，但各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間卻未將具體的思維方式清晰標(biāo)識(shí)出來，[6]在教學(xué)中適用于對(duì)復(fù)雜知識(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)整理或思維激發(fā)。思維導(dǎo)圖注重利用連接詞對(duì)各個(gè)概念之間的關(guān)系做出描述，適用于幫助學(xué)生理清某一大單元主題下各個(gè)概念之間的內(nèi)在關(guān)系。思維地圖結(jié)合了思維導(dǎo)圖發(fā)散思維的特征，也融合了思維導(dǎo)圖深層認(rèn)知的特點(diǎn)，[7]在教學(xué)中面對(duì)復(fù)雜的問題時(shí)可以使用多個(gè)圖示完成知識(shí)構(gòu)建。例如利用圓圈圖或氣泡圖對(duì)新知識(shí)進(jìn)行發(fā)散學(xué)習(xí)，或是利用雙氣泡圖或橋型圖進(jìn)行知識(shí)對(duì)比來檢驗(yàn)并鞏固原有知識(shí)。因此教師應(yīng)當(dāng)對(duì)思維工具的概念有所區(qū)分并認(rèn)清它們的功能著力點(diǎn)，以充分發(fā)揮其在教學(xué)中的成效。

2．一圖多用增加圖示思維價(jià)值

高中化學(xué)具有豐富的知識(shí)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(shí)特征相互匹配，教師應(yīng)學(xué)會(huì)巧妙地利用圖形結(jié)構(gòu)承載多元化的知識(shí)內(nèi)容。例如，圓圈圖不僅可以用來收集電解質(zhì)與生活關(guān)聯(lián)的案例，還可以將電解質(zhì)定義中的“熔融”“溶于水”以及“化合物”等關(guān)鍵詞呈現(xiàn)于圓圈圖中實(shí)現(xiàn)對(duì)電解質(zhì)概念的全面掌握。再如，樹形圖不僅可以用來對(duì)實(shí)驗(yàn)操作結(jié)果進(jìn)行分類，還可以用于歸納化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)組成來優(yōu)化學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)?？傊糠N圖示各有側(cè)重的思維策略，教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的化學(xué)知識(shí)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)思考并選擇合適的表征方式，實(shí)現(xiàn)一圖多用的效果，提升學(xué)生的思維含量。

3．強(qiáng)調(diào)圖示實(shí)用性而非復(fù)雜性

呈現(xiàn)思維地圖比起羅列分散的知識(shí)點(diǎn)更便于學(xué)生進(jìn)行全面、精準(zhǔn)地記憶，也利于學(xué)生迅速搜索相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。[8]但如果圖示過于復(fù)雜，不僅影響繪圖速度，對(duì)于學(xué)生來說也會(huì)眼花繚亂，很難在短時(shí)間內(nèi)理清知識(shí)脈絡(luò)也無法減輕記憶負(fù)擔(dān)。因此，在繪制樹形圖、括號(hào)圖或圓圈圖時(shí)，無須填充太多文字做細(xì)節(jié)描述，只要做到心中有數(shù)即可；在繪制氣泡圖和雙氣泡圖時(shí)也要?jiǎng)h除不重要的內(nèi)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(diǎn)。總之，教師應(yīng)該強(qiáng)調(diào)思維地圖的實(shí)用性，繪制出簡(jiǎn)單明了、能夠著重呈現(xiàn)思路并突出知識(shí)重點(diǎn)的實(shí)用型思維地圖，使學(xué)生將大部分精力放在對(duì)內(nèi)容的整合、記憶之上，才能真正發(fā)揮出思維地圖在教學(xué)中的作用。

4．重視學(xué)生主體性與創(chuàng)造性

思維地圖中的每種圖示可以清晰呈現(xiàn)其特有的思維模式，繪制各種思維地圖能夠讓學(xué)生的思維得到訓(xùn)練。然而教學(xué)中教師通常重視思維地圖的整理思維、總結(jié)知識(shí)的作用而輕視其在思維訓(xùn)練、意義建構(gòu)以及激發(fā)思維方面的功能。教學(xué)中習(xí)慣于將已繪制好的思維地圖直接完整地呈現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生也形成了對(duì)教師的依賴，缺少對(duì)知識(shí)進(jìn)行整合、分類、歸納的意識(shí)，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(fā)現(xiàn)、分析并解決問題的思維能力，從而失去思考的機(jī)會(huì)。

在教學(xué)中要充分發(fā)揮思維地圖的作用，盡量將繪制工作交由學(xué)生完成，以發(fā)揮學(xué)生的主體性和創(chuàng)造性。如：師生合作繪制思維地圖鍛煉學(xué)生的知識(shí)總結(jié)和思維發(fā)散能力；學(xué)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(duì)自己的成果查缺補(bǔ)漏。也可以鼓勵(lì)學(xué)生在課前或課后選擇八大圖示中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)或知識(shí)總結(jié)，課上讓學(xué)生分享自己的繪制經(jīng)驗(yàn)，以此幫助學(xué)生梳理知識(shí)點(diǎn)，回顧自己的思維過程，提升元認(rèn)知能力。

五、結(jié)語

思維地圖包含的八種基本圖示對(duì)應(yīng)著特有的功能和使用方法，為化學(xué)學(xué)科提供了新的教學(xué)與學(xué)習(xí)的工具。將思維地圖融入化學(xué)教學(xué)中，能夠提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)知識(shí)的高效建構(gòu)。只有結(jié)合所講、所學(xué)知識(shí)的特點(diǎn)繪制適宜的圖示來表征知識(shí)并重視繪圖策略和學(xué)生的主體性，才能更好發(fā)揮思維地圖在教學(xué)中的成效。

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