思维地图及其在化学教学中的应用展望

2009-05-04 04:48
中国教育信息化·基础教育 2009年4期
关键词:理论基础教学设计

陈 博 陈 凯 龙 琪

摘 要:介绍了思维地图的概念及其八种类型,详细阐述了应用思维地图开展教学活动的理论基础。以具体的化学课堂教学设计为例,展望了思维地图在化学课堂教学中的应用,旨在为国内化学教学中应用思维地图提供参考,并在应用展望的基础上得到反思和启示。

关键词:思维地图;理论基础;教学设计;应用展望

中图分类号:G434 文献标识码:A 文章编号:1673-8454(2009)08-0051-04

随着信息技术的普及推广和工具软件的不断开发,概念图与思维导图已经成为信息时代学科教学中常用的知识可视化工具,它们以图像的形式将知识信息进行组织、建构,加强学习者对内容的理解和记忆。思维地图(Thinking Maps)是继概念图和思维导图之后产生的又一种知识可视化工具,在美国兴起并在许多国家和地区被广泛应用于学科教学。[1] 本文初步应用“思维地图”开展化学教学活动,希望对国内新课程教学有所启示。

一、思维地图简介

思维地图是David Hyerle博士在1988年开发的一种帮助学习的语言工具。[2] 它的开发建立在语义学、认知心理学等理论基础之上。惠特学院的Albert Upton和Richard Samson在语义学和认知心理学的基础上, 共同研究创建了“Upton—Samson”模式,此模式用来促进学生对知识的理解,并提高小组合作解决问题的能力等。David Hyerle以此模式为指导,开发了思维地图。

基于对已有理论基础和大脑接受信息机制的研究,思维地图分为八种类型,它们分别对应人在思考时的八种基本思维过程。每一种思维地图都是以基本的认知能力为基础,正如木匠使用一套工具,八种思维地图就像八种基本的工具,[3] 在不同的情况下选用适用的工具, 可以提高学习者阅读、写作、数学、逻辑思考等方面的能力。这套工具可以适用于任何一种文化、任何一种语言。

因此,更加确切地说,思维地图是用来进行建构知识,发散思维,提高学习能力的一种可视化工具。相对概念图和思维导图而言,思维地图更注重学习能力的培养。

二、思维地图的类型(见表1)

三、应用思维地图开展化学教学活动的理论基础

1.加涅的信息加工模型

美国教育心理学家加涅的信息加工模型指出:“工作记忆”是信息加工过程的一个非常重要的组成部分,“工作记忆”对信息的贮存时间很短,一般只有30秒左右,而且容量极为有限,只有7±2个信息单位,这个数量又称为记忆广度。[5] 由于“工作记忆”的容量有限,显然不利于长时记忆。利用思维地图的八种类型图可将一些零散的知识点构造成相应的知识组块,形成知识网络,降低记忆难度的同时拓展记忆容量,也有利于长时记忆。

2.奥苏伯尔的同化论

建构主义学习理论指出学习是基于学习者的经验进行意义建构的过程。奥苏伯尔的同化论认为,新知识与原有知识可以构成三种关系:第一,原有观念为上位的,新的知识是下位的;第二,原有观念是下位的,新知识是上位的;第三,原有观念和新知识是并列的。新旧知识的三种关系就导致了三种形式的学习,即下位学习、上位学习和并列结合学习。[5]思维地图中的树型图或括号图通过呈现分类或整体与部分之间的关系可帮助学习者实现上、下位形式的学习,而学习者利用桥型图对知识点进行类比、类推,正是有效地实现了并列结合学习。

3.认知心理学派的知识分类

认知心理学家根据知识的不同表征方式和作用,把知识分为三类:陈述性知识、程序性知识和策略性知识。思维地图的应用是为了促进知识的学习,根据知识的分类,思维地图在不同知识类型中起到不同的作用,从而提高学习者对三类知识的习得能力,促进知识的理解、转化等。主要表现在如下三个方面。

(1)加强对陈述性知识的理解

陈述性知识是个人有意识地提取线索,因而能直接陈述的知识。在化学教材中,这类知识主要用来回答某种化学物质有哪些化学性质、某个实验体现哪些反应原理等问题,一般通过理解和记忆获得。思维地图中的圆圈图、起泡图主要用来描述事物、表达概念,说明事物“是什么”,有什么特点。例如学生在学习了氨气的性质之后,即可通过绘制起泡图(如图1)对有关氨气的知识进行优化组织,加强记忆和理解。

(2)增强向程序性知识的转化

程序性知识是个人没有意识地提取线索,只能借助某种作业形式间接推测其存在的知识,它主要用来解决“怎么办”的问题,也称“操作性知识”。除圆圈图、起泡图以外,思维地图的其他类型是促使陈述性知识向程序性知识转化的催化剂。程序性知识的分析、推理、综合等思维方式与思维地图所依据的基本思维过程相符,思维地图能够提高学生对知识的分析、应用能力,从而增强从陈述性知识向程序性知识的转化。例如在化学实验中常会出现一些异常现象,教师可以指导学生绘制“复流程图”对实验中造成异常现象的原因进行分析总结。图2为测定空气里氧气含量的实验装置图。实验时先用弹簧夹夹住乳胶管,点燃红磷,伸入瓶中并塞上瓶塞。待红磷熄灭并冷却后,打开弹簧夹,观察广口瓶内水面变化情况。理论上广口瓶内水面上升应为瓶内空气体积的1/5,但有时实验后却发现广口瓶内水面上升明显小于或大于瓶内空气体积的1/5。对于此异常现象,经过分析,可将造成异常现象的原因及结论总汇于复流程图(如图3)中。

(3)提高对策略性知识的应用

策略性知识是关于如何学习、如何思维的指示,即如何使用陈述性知识和程序性知识去学习和解决问题的技能、技巧和方法。应用好策略性知识需要解决4个“w”的问题,即所应用的策略是什么(what),它所适用的范围(where)以及怎样(how)和什么时候(when)应用。[5]策略性知识是能力的体现,思维地图是提高学习能力的工具。思维地图的选择和应用是学生掌握策略性知识的缩影,体现学生解决问题的能力。通过提高学生使用思维地图的能力,能够提高学生解决问题的能力,从而提高策略性知识的习得。有机推断题是历年高考的重点题型,近几年的考查模式一般为在题面给出一种物质的有机合成路线,但在路线中有1~2个分子的结构式未知,要求学生结合整个合成路线推断未知物的结构式。对于这种以固定模式出现的试题,教师在平时的教学中可以通过绘制“流程图”(如图4),为学生解此类题提供一定策略和思路,学生经过不断地练习,便会自然地提高策略性知识的应用。

四、思维地图在化学课堂教学设计中的应用展望

目前,思维地图在我国的教学设计中尚未得到应用。笔者以高中化学必修1教材中的内容为例,[6] 尝试将思维地图应用于化学课堂教学设计,旨在抛砖引玉,为国内化学教学中应用思维地图提供参考。

案例(见表2):

胶体内容的教学可采用“K—W—L”教学策略,此策略用于学生进行课程学习时,可以有效地获取学生的反馈。“K”代表确定学生在学习新知识前已经知道了什么,即“Know”;“W”代表学生想知道关于学习主题的什么知识,即“What”;“L”代表知识习得后学生学到了什么,即“Learned”。

1.利用“树型图”(如图5)回忆已学知识,实现“K”阶段

在介绍分散系概念的基础上,借助“树型图”引导学生回忆先前所学溶液、浊液的知识,了解他们的掌握情况。并进而引出胶体的概念。

2.讲述胶体的概念及性质,利用“圆圈图”(如图6)进行知识的发散学习,实现“W”阶段。

通过回忆先前的知识,提出新的问题,引出胶体。激发学生学习的兴趣,了解学生想要获取什么知识。利用“圆圈图”将胶体的性质一一列出,使新知识更加一目了然地呈现在学习者面前。

3.列出氢氧化铁胶体和氯化钠溶液,要求学生绘制“双起泡图”(如图7)进行对比,找出两者的相同点和不同点。检验、巩固所学知识,实现“L”阶段。

学习胶体的概念和性质后,学生对分散系、溶液、胶体等概念有了新的认识。列出液溶胶和溶液,让学生根据两者的特点进行区分,利用“双起泡图”将两者区分开来。

以上是有关胶体内容的一个教学案例,这个案例在“K—W—L”教学策略的基础上借助三种类型的思维地图进行教学,包括复习先前知识、学习新知识、巩固新知识三个阶段。每个阶段用不同类型的思维地图,促进学生在原有认知结构的基础上,将新知识与原有知识建立联系,重新进行知识建构,发散思维,从而提高学习的能力。

五、应用展望的反思与启示

目前,新课程的化学教材中已多处应用到思维地图形式表征知识。比如人教版九年级化学教材中在对“原子构成”进行总结时运用了括号图(如图8);高中人教版《有机化学基础》模块中在对“有机合成过程”进行介绍时插入了流程图(如图9)等。此外,很多教师用书为教师提供教学思路时也常综合运用了几种思维地图。可见思维地图的形式早已不自觉地渗透到我们的教学中,只是我们对其还未上升到理念化的运用。笔者建议中学一线教师进行教学设计时,可以充分参考教材中提供的思维地图并根据教学内容的需要编制一些思维地图及其拓展图,为课堂教学服务,使教学过程更富策略性。

思维地图作为一种用来进行认知的知识可视化工具,每一种类型都是以认知过程和思考技能为基础。[4] 21世纪的教学工具——“思维地图”,将其他可视化工具的理论、实践特征综合到一起,融合了其他教学工具的优点,如思维导图的发散思维特征,概念图的深层认知特点等,成为一种强大的可视化工具。[4] 但它仍不能代替概念图和思维导图,每种图都有其自身的优势而不能被其它取而代之。在教学中需根据不同的教学内容选用合适的可视化工具,选择合适的表征方式,有效地将思维地图、概念图及思维导图等工具实现综合化运用,才能最好地表征知识,使之更高效地为教学服务。

参考文献:

[1]申灵灵,罗立群.思维地图及其在美国的应用[J].上海教育科研,2008,(1):58-61.

[2]History of Thinking Maps[DB/OL].http://www.thinkingmaps.com,2008,8,2.

[3]Explanation of Thinking Maps[DB/OL].http://www.niles-hs.k12.il.us/west/skills/skills/thinkingmaps.pdf,2008,8,2.

[4]David Hyerle.Thinking Maps as a Transformational Language for Leraning[DB/OL].

http://www.paulchapmanpublishing. co.uk /upm-data/6577_hyerle_ch_1.pdf,2008,8,2.

[5]皮连生.学与教的心理学[M].上海:华东师范大学出版社,2006:98-120.

[6]宋心琦,王晶.普通高中课程标准实验教科书化学必修Ⅰ[M].北京:人民教育出版社,2006.

(编辑:刘轩)

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