思维导图在《工科基础化学》教学中的应用初探*

严祥辉，薛 同，李 东，房国丽

(北方民族大学材料科学与工程学院，材料科学国家级实验教学示范中心，宁夏 银川 750021)

工科基础化学是高等工科非化工类专业人才素质的一个组成部分和重要的必修基础课[1]。本课程能够培养学生在工程技术中以化学视角和观点观察物质变化的现象，具有一定的从原理的角度上去分析和解决一些涉及化学的工程、技术以及生态环境问题的能力，培养学生正确的学习和研究方法、思维逻辑能力和科学素养，树立系统的、全面的辩证唯物主义的世界观[2-3]。现代学科发展呈现出高度综合的趋势，交叉学科和边缘学科层出不穷[4]。俗话说，一个好的材料科学家会被物理学家认为是化学家，可见化学对材料的重要性与紧密性。进入21世纪后，新能源材料的发展将对社会经济产生重要影响。为了保障世界经济的可持续发展以及解决越来越严重的能源短缺、温室效应和大气污染等能源和环境问题，新能源材料将引导和促使传统能源向洁净能源、可再生能源、分散型能源等多元化能源发展。毫无疑问，这些使用新能源材料的合成工艺、新能源器件及技术是属于化学学科物理化学课程中的知识内容，因此，学习工科基础化学对材料科学与工程专业的学生来说具有重要的意义。

1 工科基础化学课程的学习现状分析

北方民族大学招收的学生很多来自于偏远贫困地区，由于受经济、文化和教育发展的限制，大多数学生普遍学习基础较差，自主学习能力较弱。通过对《工科基础化学》课程近6年的授课，发现我院材料科学与工程专业学生的化学基础非常薄弱，有些化学前期知识在高中阶段都没有学过。另一方面，课程内容繁杂、逻辑性强，涉及到大量应用条件严格的公式和抽象的概念、原理且课时较少[5-6]。例如，在讲授第二章原子结构和元素周期律时，由于波函数、原子轨道、量子数等非常抽象，学生理解起来很困难；在讲解完第五章热力学第一定律后，发现同学们记不住本章的公式，对公式的使用条件、推导和公式间逻辑关系仍然是一头雾水。上述窘境导致学生学习压力大、上课兴趣低下、考试不及格率高等系列问题。因此，为了解决此困境，笔者尝试了将思维导图嵌入《工科基础化学》的课堂教学中，采用思维导图法总结出本章节的知识点框架简图，使学生能对本章节知识点有全面清晰的了解认识，形成概念地图，并通过图中的层级关系建立知识点之间的内在联系，旨在提高教学效果的同时，又能培养学生的逻辑思维能力。

2 思维导图在《工科基础化学》中的应用基础

思维导图由世界著名的英国学者东尼·博赞发明，是表达发散性思维的有效图形思维工具，在此非线性的思考方式下，激发人的整理思维，从而使零散琐碎的信息形成结构化、系统化的网络框架[7-8]。其核心思想就是把形象思维与抽象思维很好地结合起来，让你的左右脑同时运作，利用记忆、阅读、思维的规律，协助人们在科学与艺术、逻辑与想象之间平衡发展，从而开启人类大脑的无限潜能，极大地提高你的智力技能和智慧水准。简单地说，思维导图所要做的工作就是更加有效地将信息“放入”你的大脑，或者将信息从你的大脑中“取出来”。作为21世纪全球革命性思维工具、学习工具、管理工具，思维导图已经应用于生活和工作的各个方面，具体包括学习，写作、沟通、家庭、教育、演讲、管理、会议等，运用思维导图所带来的学习能力和清晰的思维方式已经成功改变了数亿人的思维习惯。因此，思维导图可以引导学生梳理各知识点之间的关联，使知识由点到线再到面的组块化，强化认知，加强理解程度，待复习时还能够唤起记忆，从而提高学习效率。目前，思维导图在国内小学、初中及高中阶段的英语、语文、物理和化学等学科中的应用及相关研究已非常广泛和系统，而将思维导图与大学教学相结合的应用研究才初步展开[9-10]。这些研究已经表明，通过思维导图的学习，有利于学生考试成绩和理解能力的提高及在后期专业课中的学习。

3 思维导图在公式总结中的运用

在《工科基础化学》课程中，公式特别多，尤其是热力学部分的内容，并且公式之间的转换和计算还涉及很多特定的条件，非常容易混淆出错，这对于本来基础就薄弱的同学来说，更是难上加难，因而产生畏难情绪甚至失去学习兴趣。针对此问题，尝试了在章节复习中引入思维导图，以帮助同学们克服学习困难提高理解能力。本论文的思维导图的制作思路如下：以“热力学第一定律”的数学表达式为中心节点，然后以“热Q”、“功W”和“热力学能变ΔU”等关键词作为主节点，将第五章前五节的主要公式包罗在这三部分组成的分支上。基本按照各公式与ΔU、Q、W的逻辑关系以及课程内容先后顺序，绘制了前五节公式总结的思维导图(图1)。

图1 “热力学第一定律”公式总结的思维导图

4 结 语

本文从提高教学和学习效果出发，探讨了以“热力学第一定律”公式脉络图的构建和制作为例，尝试将思维导图引入到《工科基础化学》的教学中，给学生们提供逻辑性思维的学习方法。将思维导图法辅助性地嵌入到教学中去，一是使章节内容简单化、结构化和条理化，便于老师讲解也有益于学生理解和掌握抽象难懂的概念、公式和原理等知识；二是通过对知识点的分析总结、归纳整理，巩固了所学知识，使学生能够对教材内容建立起系统的知识脉络体系，有助于章节和总复习；三是还可以锻炼和培养学生的逻辑性思维和知识抽提概括能力，促进其自主学习能力的形成，拓展专业知识。确实，通过思维导图法将各知识点和公式进行串联后，学生的课堂反映效果明显要好，期末考试卷面及格率明显提高。诚然，仅仅引入思维导图法还是不够的，仍需进一步结合专业绘制思维导图的软件以及各种现代信息化教学手段，在师生共同参与创造下，深入研究大幅度提升教学和学习效果的各种高效途径和方法。