基于思维导图的化学实验教学优化模式初探

张曙光

（嘉兴市第一中学 浙江 嘉兴 314000）

在以往化学实验教学实践中，笔者遇到过一些问题，例如：（1）教师不厌其烦的强调实验中很多关键的原理及注意事项，而学生多被动记忆，以致当时明白理解，过后仍会出错。（2）很多学生对熟悉的实验问题能解决，而对实验方案设计等新情况不知所措，缺乏发散性的思维能力。（3）实验教学重视能力的延伸与提升，但实际效果却是简单体验多过创新思维。笔者认为，原因在于很多学生感到化学知识零散繁杂，很难理清知识间的线索以及内在联系。因此，学习变得非常机械，不会灵活的应用知识去解决实验问题。由于缺乏有效的系统组织，知识以杂乱无序的状态贮存于大脑中。于是，教师的反复强调只能把学生脑中的浆糊搅得越来越浑，就更谈不上创新思维了。那么究竟有没有一种教学方法或思维工具能把化学知识有效组织起来，在建构学生知识体系的同时，提高学生实验学习效率，进而提升学生的实验创新思维能力呢？而作为身处一线的化学教师，不缺的是丰富的教学经验和实验能力，这是实验教学设计最宝贵的源泉，他们缺的反而是一种能帮助其汇聚思维、整合灵感的有效工具。这种工具即思维导图。

一、思维导图简介

人类的思维呈放射性，进入大脑的每条信息、每种感觉、记忆或思想都作为一个球体表现出来，呈现放射性立体结构。依据大脑思维放射性特点，英国著名心理学家、教育家托尼·博赞在20世纪60年代提出了“思维导图”概念，它是一种将发散性思维形象化的方法，也是一种非常实用的图形技术。它将进入大脑的某个信息作为思考中心向外延伸与其他主题联系起来，而其他主题又可以成为另一个思考中心并与更多的子主题连结起来，从而形成符合人类思维习惯的思维模式，体现了联想、想象的思想，具有发散思维、启发创造、帮助记忆和清晰思路的功能［l－2］。

笔者力求将思维导图工具应用于探究性化学实验教学的系统化研究，通过具体案例来探讨思维导图与化学实验创新设计的有效融合。即在具体实施过程中，不断挖掘思维导图的潜在应用，最后形成系统化的实验教学模板。

二、实验教学设计中的“思维风暴”［3］

相对于以往填鸭式实验教学中，学生在空间上及心理上都处于被动地位的情况，思维导图教学首先要求学生放弃依赖的想法，对自己的主体角色有一个全新认识，并承担起以下角色：做一个积极的参与者，做一个自己行为的反思者，做一个改善自我学习的求知者，做一个善于交流的合作者。

我们一直强调要进行有意义的学习，所谓意义学习就是新知识同学生已有的概念命题框架的有效整合［4］，而绘制思维导图的过程恰恰就是将新知识与原有知识进行重新整合的过程。笔者利用软件MindManager Pro7．0来绘制实验思维导图。在此，以苏教版选修模块《有机化学基础》专题四第二单元“苯酚的性质和应用”为例来阐述教学设计。即以苯酚作为系列实验思路的思维起点，在图中作为中心主题，联系其典型结构、性质、制备及在特定化学实验中的应用等作为下一级子主题，使得思路随着学生实验探究的深入而得以拓展，同时不断完善能体现实验思路进程的图像。教师是整个进程的“导航仪”，是运用思维导图教学的引领者与推动者。具体教学设计如下：

1．课前预习

在教师指导下，学生根据各层次学习目标先画一张个性的思维导图，勾画出所要建构知识模块的主要知识点，以便对于将要学习的实验内容有整体性的了解。笔者课前抽查了部分学生的个性思维导图并加以综合归纳。

图1 某学生课前所做思维导图

如图1为一学生预习所画导图。我们可以清晰看出该学生关于苯酚知识的储备水平，同时发现一些问题：

a．了解研究有机物的一般思路（结构－性质－应用），但进一步的子主题内容的拓展不明确。

b．化学性质中的反应类型没有进行有效归类。

c．实验思维的条理性不是很清晰，而且不注重各个思维点的整体联系。

d．图上关于重难点任务完成度不明确，而且整张图单调乏味，不能有效激发学习热情。据此，教师快速找到学生有关该内容的思维盲点和误区，以此作为备课的出发点和依据，来确定教学的重难点，从而使课堂教学更有针对性和实效性。

2．课上探究

首先，如图2所示，实验思维由中心主题“苯酚”开始，依次引出五个一级子主题（结构－性质－制备－活学活用－拓展应用）。学生通过课前预习已基本掌握苯酚类的命名，教师可分多支链型与多芳香环型两种结构并辅以例题强化命名训练。苯酚学习是建立在醇类知识的基础上的，因此要善于引导学生从结构分析，苯酚和乙醇的结构有何相似和不同之处（即相同点：它们都有羟基，都由烃基和羟基组成。而不同点：烃基不同，乙醇分子里是链烃基，苯酚分子里是芳烃基）。与此同时，学生仔细观察手中苯酚球棍模型中的键长、键角及原子共平面情况，增强对苯酚结构的感官认识。然后进一步生疑：根据化学常识，苯酚的特性结构是否会催生出不同于乙醇的化学性质呢？换言之，官能团中苯环相比于普通链烃基与酚羟基之间的影响效应如何呢？我们可以通过后续的性质探究实验得到答案。

图2 苯酚性质实验思维导图

作为重点，二级子主题化学性质安排实验设计计划如下表所示：学生分成三个实验小组来分别进行相关探究实验。

教师分别引导每个小组成员自由探讨，以找到最契合的反应实例来论证实验目的。具体实验过程中强调实验规范操作，同时按照表中项目全面做好实验记录工作。实验自主探究的重点要关注由于操作、试剂滴加量或滴加顺序不同、反应条件改变等因素引起的意外实验现象。而这便是我们实验创新思维的源头。针对表1分组实验中出现的新情况或疑问，各小组内分别展开讨论，并咨询老师，以寻求实验手段来证明自己的相关论断（如表2）。

在上述实验探究基础上，各实验小组不断完善原有的思维导图，即在图中由一级子主题衍生出二级、三级等子主题，导图级别随着探究实验的深入而不断拓展。如由重点子主题化学性质出发，我们在不断发散、衍生实验思维的同时还要注重各反应的归纳分类。在图2中，弱酸性、与氯化铁反应、成醚反应、酯化反应与卤代、硝化、磺化、傅-克反应可分别归于三级子主题酚羟基性质和苯环上性质之内，都成为四级实验子主题。而其中的像酸性探究实验又可通过空白实验发散出第五级子主题（表2）。另外，我们用虚线连接相关联的思维点，例如由氯化铁颜色反应、溴代联想到苯酚的定性鉴定，甚至可由此联想到苯酚的分离与提纯 （苯酚与醇类混合，苯酚与芳香烃混合等），而苯酚的这几个特性又都可以反映官能团苯基与酚羟基间的相互影响。

表1 学生分组实验情况（四级子主题）

表2 实验探究（五级子主题）

再者，我们通过网络搜寻到关于苯酚的工业制备方法，可适时引导学生探讨怎样利用化学平衡理论来改变反应条件以进一步提高产率。当然，教师课前组织学生查阅的关于生活中酚类应用实例也可以拿到小组里去共享（如图2所示）。

指导期间，笔者运用投影仪，适时投影各个实验小组的进程思维导图，并演示如何不断完善。被展示的作品存在不完善的部分，可及时得到其他同学们的建议。当发现通过全班学生共同讨论仍然有个别不到位的部分，作为教师要及时给出理论支持。

综上所述，学生以实验小组为单位，围绕自主选择的实验内容确立下一级实验子主题，展开自由讨论，提出支持论点的实验实例，同时建立知识之间丰富且广阔的联系，集思广益创作思维导图。而教师在这个过程中通过巡视的方式，作为指导者和参与者及时给予学生各种方式的指导，并与学生交流讨论，调动每个学生都积极参与。于是，在这种开放性的实验教学模式下，教学目标不再是教师唱独角戏、填鸭式的乏味过程，而是把舞台还给学生，让其以自己的理解方式去完善思维导图，并且师生共同参与思维创新的过程。整个过程下来，教师只是与学生一起在感受学生正在经历的一切。

3.课后反思与评价

学生深刻体会课堂实验成果，对自己的思维导图进一步完善，为思维导图上色，用特殊符号突出重难点以及任务完成度等。如图2中，指导学生用全红星代表重点探究内容，而半红星来表示仅需了解的内容；另外，用对号表示实验探究的完成度等等。教师跟进抽查学生完善后的思维导图，确保学生能做必要的自我反思与评价，并回填入思维导图内，得到更利于自己后续实验复习的思维导图。

这一过程主要是交流、评价学习成果，是利用思维导图实施实验教学的最后一个阶段。一方面在教师引导下，展开基于思维导图作品的对话，在对话交流的互动中引导学生积极主动探究；另一方面，要引导学生总结在整个学习过程中的体会，反思在实验解决问题的过程中存在的思维上的不足，以便于后续实验能力的有效提升。

结论

思维导图因其促进知识点之间的联系，以及对特定实验主题的创新性理解，而被运用到日常的教学过程中，对提高教学效果是有益的。笔者认为，思维导图在教学中应用的前景并不依赖于它是一种更完善的教学方法，而在于利用思维导图的教学有效提升了课堂中学生的兴趣性、合作性以及创新性。在实际教学活动中，学生都能积极地参与到思维导图创作的各个阶段，充分体现其主体地位。

总之，我们所做的工作，是在实验教学设计过程中，善于挖掘思维导图的作用，形成系统化的教学模板，以便更好地服务于实验教学和科研，体现信息技术在化学实验研究中渗透、应用的新思路。

［1］ ［英］托尼·博赞．（张鼎昆译）．思维导图——大脑使用说明书［M］．北京： 外语教学与研究出版社，2005： 10－35

［2］ ［英］托尼·博赞著．李斯译．思维导图——放射性思维［M］．北京： 北京作家出版社，1999．3： 39－58

［3］ 陈凯．基于思维导图的微型化学实验设计［J］．化学教育，2010，（4）：11－14

［4］ 梁晓康．思维导图在高中化学教学中的应用研究［J］．中学化学教学参考，2008，（5）：5－7