基于PowerPoint内嵌于思维导图课件的物理化学课堂教学改革实证研究

孙元元，李国辉，宋明烜

（1.海南师范大学化学与化工学院，海南海口 571158；2.琼台师范学院理学院，海南海口 571127）

1 物理化学的学科特点及学习难点

物理化学是以物理的理论和实验技术为基础，研究与化学变化伴生的各种层次的物理现象为学科内容和发展方向，发现并建立化学体系中特殊规律的学科，是化学的理论基础。它涵盖了化学体系的宏观平衡性质、微观结构和性质，以及以时间为核心变量的化学体系动态性质。但因学科交叉性强、公式繁多、逻辑性强等特点，使得学生对物理化学望而生畏。

2 思维导图研究现状

思维导图（Mind map）运用图文并重的技巧，把各级主题的关系用相互隶属与相关的层级图表现出来，把主题关键词与图像、颜色等建立记忆链接。基于思维导图的教学，让学生围绕授课内容展开联想和推理，树状发散式构图表达正好吻合了大脑联想和想象的工作方式，有利于创造性活动的发生，有利于大学生发散思维和创新能力的培养。

国外许多一流大学如哈佛大学、剑桥大学等早已经把思维导图应用在了教学中。相比于国外对思维导图研究的成熟，我国对思维导图的研究起步较晚，自1999年报刊上刊登托尼·博赞系列丛书之后，开始得到少数人的关注。2000年，在《浅析思维导图教学法》中，王功玲首次提出并详细介绍了思维导图用于改变学生传统记笔记的方式以及在课后复习中的应用[1]，这与托尼·博赞开创思维导图的初衷是一致的。近几年来，思维导图的教学模式逐渐向高等教育领域发展。2019年，许妙琼等研究了思维导图在分析化学和无机化学课程中的应用[2]；2020年，张玉龙研究了思维导图在大学有机化学复习中的实践研究[3]。2022年雷雪峰等人思维导图在物理化学知识体系构建中的应用[4]，2022年，李翠林等研究了思维导图在物理化学热力学教学中的应用[5]，冯悦兵研究了思维导图在工科物理化学教学中的应用[6]，彭冰等研究了Xmind思维导图软件在物理化学课程中的运用[7]。

目前应用思维导图对大学教学进行研究是非常少的，且使用范围多数局限于帮助学生建立知识体系框架和帮助学生复习知识。本文致力于突破传统的PowerPoint 教学模式，以Mindmaster 软件为平台制作物理化学思维导图内嵌PowerPoint 课件，以可上可钻的思维导图为上课主要工具进行课堂教学改革，让学生在教学过程中无时无刻不知不觉地感受所学知识处于整个知识架构中的位置，与前面所学知识之间的联系，潜移默化中帮助学生在脑海中建立知识结构框架，再通过教师引导和课后学生采用思维导图进行归纳学习，来提高学生对整个物理化学的认识和理解深度，探索思维导图对学生发散思维和创新能力培养上的应用价值，如图1所示。

图1 热力学部分思维导图课件

3 物理化学思维导图课件的设计及应用

3.1 思维导图课件设计思路

物理化学思维导图课件的设计重点考虑以下几个因素：①利用思维导图的优势，凸显物理化学各章知识的递进性和内在联系，充分展示各知识点间的内在逻辑关系；②利用思维导图可上可钻的特点，融入PowerPoint 插件，兼顾知识点的全面和习题与例题的展示效果。

以物理化学简明教程教材为参考，首先将物理化学的内容分为四个模块，分别为化学热力学、化学动力学、量子力学和统计热力学。以热力学为例（如图1所示），详细介绍思维导图课件的制作思路。从研究双变量系统与环境之间的能量转换关系出发（热力学第一定律），寻找功热转换的不可逆性和方向性，进而找到新的状态函数熵变，由此来判断双变量系统变化的方向和限度（热力学第二定律），即为熵判据。结合热力学第一定律和热力学第二定律推导出吉布斯能和亥姆霍兹能，从而引出只做体积功时，定温定容下的亥姆霍兹判据和定温定压下的吉布斯判据。在此基础上，将双变量系统中学习的热力学函数应用到多组分系统（两个以上变量）中，研究热力学函数在多组分系统中的应用，引出化学势判据，进而学习化学势在化学平衡中和多相系统中的应用。并在热力学知识框架中以附件的形式引入PowerPoint 文件，兼顾每个知识点的详细学习和展示功能，更加有利于知识学习的全面性和深入程度。

3.2 思维导图课件的应用及课堂效果

通过课前问卷调查，发现超过一半的学生在复习时会使用思维导图（50.6%），还没有体验过使用思维导图的课堂教学模式，并且对使用思维导图内嵌PowerPoint 附件上课形式非常受欢迎（57.1%），如图2所示。

图2 学生使用思维导图的场景及对思维导图课件上课的态度（课前）

基于设计好的思维导图课件，以20级化学1班学生作为实验班，开展课堂教学研究。在思维导图展示的知识框架结构中，各知识点之间的逻辑关系清晰直观，学生可以多角度全方位地感知所学知识所处的位置，所起的承前启后的作用。对于课程知识点的详细解释和习题练习可通过打开附件进行详细学习，对于课程的重难点可以融会贯通进一步深入交流和探讨。课后通过作业的形式让学生使用思维导图对所学知识点进行梳理，进一步强化学习效果，增强对知识点的理解深度。使用思维导图内嵌PowerPoint 附件的课件进行课堂教学有助于学生思维发散式成长，快速建立所学的知识点之间的关系，形成知识网络，促进知识间的融会贯通，强化所学知识的迁移能力，为学生解决实际工艺问题打下坚实的理论基础。

对思维导图课件应用一个学期后的上课效果进行调研，如图3所示。发现46.2%的学生认为这种课堂模式让知识点脉络更加清晰，在传授知识的同时更加直观地展示了知识点之间的关系，更容易理解所学知识点的承前启后作用。29.9%的同学反馈这样的课堂模式，让他们课堂上更方便整理笔记，提高学习效率。对于思维导图课件上课更容易使学生进行深度思考，15.2%的学生认为非常认同，因为知识点可视化，脉络更清晰，更易联想和深度思考知识点间的内在联系，57.5%的同学表示基本认同这一观点，27.3%的同学不是很确定使用思维导图课件和深度思考之间是否存在必然联系。对于是否希望将这一模式应用到其他课程的课堂学习中，75.8%的同学表示想，仅有3%的同学不想（如图4所示），这说明相比于传统的PowerPoint 幻灯片授课模式，思维导图课件的上课模式更符合学生的学习需求，更快速地厘清需要掌握的知识点，理清所学知识的相互关系，更容易达到融会贯通水平，提高学生的学习效率。

图3 学生对使用思维导图课件上课效果的反馈及对使用思维导图更容易引发深度思考的观点

图4 学生对将思维导图的课堂模式应用于其他课程学习的反馈

4 结束语

制作了物理化学思维导图课件并应用于课堂教学，研究发现将PowerPoint 内嵌于思维导图内的课件应用于课堂教学改革中，近99%的同学表示欢迎。该上课模式能更加有效的向学生展示整个课程的知识架构，潜移默化中提升学生对知识点内在逻辑关系的理解，促进学生深入思考和融会贯通的能力，同时还兼顾了PowerPoint 的展示功能，帮助学生掌握重难点和解题思路，进而有效提升物理化学的课堂学习效率，同时让学生学会了使用思维导图归纳总结所学内容，培养学生严谨的逻辑思维和自学能力。