思维导图在初中化学教学设计中的应用——以“空气的成分”为例*

马 兰，陆国志

(1.吉林师范大学化学学院，吉林 四平 136000；2.吉林师范大学课程与教学研究所，吉林 四平 136000)

化学是一门涵盖宏观、微观、符号三重表征的学科。除传授基本知识外，初中化学还注重对于学生探索能力、发散思维和创新精神的培养。自开课以来，化学教育呈现出显著的成果，但随着时代的进步，原有教学形式也逐步暴露出不足，如：学生的创新思维得不到有效开发，师生课业负担过重等。这类问题的出现源于两方面的原因：一方面是教育工作者对中学化学教学缺乏正确的认识；另一方面是中学化学的教学设计和学生的学习方法不能适应时代的需求。随着时代对创新型人才的要求与日俱增，教育所承担的责任也越来越重。我们迫切的寻找一种能够辅助教学设计的工具，以帮助学生提升自身的思维能力。将思维导图和初中化学相结合，不但可以帮助学生提升学习的兴趣和成就感，还可以潜移默化的提升学生的发散思维和创新能力。

1 以素养为导向的初中化学教学设计

随着《义务教育化学课程标准(2022年版)》的颁布，以发展学生核心素养为标志的义务教育化学教学改革正式启动[1]。传统的化学课堂以知识为主，侧重于对化学知识的描述和讲授，而化学核心素养的精髓在于创新。可见，如何培养学生的学科思维和创新意识是时代赋予化学教师的新挑战。在教学过程中，教师应引导学生充分发挥自身的联想，帮助学生从“一”扩展过渡到“三”乃至“百”，并从系统思维角度把握各个知识模块间的联系。

2 思维导图的实质和应用

思维导图是由著名心理学家、英国大脑基金会总裁东尼·博赞(Tony Buzan)发明的一种思维工具。我国学者赵国庆将其定义为：为促进思维激发和思维整理的可视化、非线性的思维工具[2]。与传统的笔记方式不同，思维导图注重以树状分布的形式使用不同线条、色彩和图形，将中心词和分支词构建成知识模块，从而刺激大脑神经、模拟大脑的思维方式，帮助学习者将放射性的思维过程和结果可视化。作为思维表征的工具，思维导图重视大脑潜能的开发，旨在对中心词的不断发散过程中丰富完善知识结构，将抽象的思维用图示的方法进行连结，最终建立完整的知识网络。这种对中心词或主题词不断补充和发散的过程是思维导图创作者对已有知识的抽调和整理。在思维导图的建立过程中，创作者的思维不受束缚，在激发和碰撞中逐步理清知识层级。

自东尼·博赞提出思维导图这一工具以来，思维导图因其坚实的理论基础和超强的逻辑结构受到各国学者的普遍关注。各国学者的视角逐渐从理论过渡到应用，其中将思维导图和中学教学相结合也是近年来国内外学者探讨研究的重要课题。

在中国知网中搜索以“思维导图”为主题的文献，可以发现，自2000年来，我国研究者逐步将视角从思维导图概念的引入转变到工具的应用中，其中最主要的研究方向在于将思维导图作为教学设计的工具。大量研究表明：在明确思维导图的实质和特点的基础上对其进行应用有利于培养和开发人们的问题解决能力和知识构建能力，更有助于锻炼学生的发散思维和创造思维[3]。

3 《空气的成分》教学设计

3.1 教材和学情分析

本节是在学生掌握了基础实验仪器的使用和物理变化、化学变化、物理性质、化学性质等概念后开始学习的全新章节。从本节内容开始，学生将会进入到具体物质的学习。此时，学生刚处于化学的入门阶段，他们通过小学科学课的学习，对空气的组成有大致的了解，但仍缺乏对空气具体成分的性质和空气成分测定实验的掌握。利用思维导图这一认识工具，可以使学生对验证空气存在的方式、空气中氧气含量的测定、空气中各组分的含量及用途、空气的污染与防护等进行全面系统的认识。基于此，利用思维导图这一工具进行教学设计。

3.2 教学与评价目标

教学目标：认识身边最常见的物质—空气，通过科学家证明空气存在的实验，自行设计证明空气存在的方法；以思维导图为工具，了解空气的组成及各组分的作用，理解纯净物和混合物的概念；掌握测量空气中氧气含量的实验原理，培养学科思维，提高问题解决能力；通过学习测量空气中氧气含量的实验，树立正确的物质观；科学的看待实验过程，树立正确的科学态度和社会责任。

评价目标：通过对证明空气存在方法的学习和实验的设计，诊断并发展学生对于科学探究的思维能力和积极性(基于经验水平)；通过探究拉瓦锡测量空气中氧气含量的实验，以及红磷在集气瓶中燃烧的实验，判断并发展学生对物质组成的认识和学科思维能力(综合水平、定量水平)；通过对空气各组分的含量及作用和保护空气的方法的讨论和交流过程，判断并发展学生重视空气、保护环境的意识(学科和社会价值视角)。

3.3 以思维导图为工具的四环节教学设计

在备课阶段，基于对相应章节内容逻辑的理解，教师可根据自身的思路，形成基于思维导图的教学流程(如图1所示)。相较于文字较多的教案，思维导图更加清晰简明，可以用最直观的方式呈现每一步教学环节，帮助教师在课堂上迅速定位教学步骤，让课堂更高效。

在预习阶段，教师可向学生发放思维导图学案(如图2所示)，通过思维导图帮助学生正确高效的梳理本节知识点间的逻辑和层次关系，以便接下来四个教学环节的顺利进行。

图1 以思维导图为工具的教学流程

图2 思维导图学案

1)教学环节1：证明空气的存在。

教师利用生活常识引出本节课主题，即思维导图的中心词—空气的成分，帮助学生认识空气的重要性，同时讲述古典时代恩培多克勒验证空气存在的实验，给学生以启迪后引导学生进一步思考：在科学技术高度发达的今天，我如何证明空气的存在？

学生头脑风暴，讨论后得出多种方案。

设计意图：证明空气存在的方法多种多样，通过对比科技时代和古典时代的实验方法，增进对科学探究的理解，提升学生的创新意识和对科学的探索欲望。

2)教学环节2：空气中氧气含量的测定。

教师帮助学生回忆小学科学课程中有关空气成分的知识点，完善学生已有知识结构，将零碎的知识系统化。引导学生以思维导图为工具(如图3所示)，根据拉瓦锡的实验装置逐步思考如何定量的分析空气中氧气的含量，在学生讨论并总结实验过程和实验原理后，客观分析拉瓦锡的实验并指出汞作为试验药品的利弊；引导学生思考如何利用现有实验器材和药品设计一组安全的实验装置来测量空气中氧气的含量。

学生深入探究教师提出的问题，在课堂中创作思维导图并完善，待讨论结束后，根据绘制的思维导图回答实验中应当注意的事项。在教师的指导下中逐步开展实验并填写实验记录，实验结束后对实验进行总结和误差分析。

设计意图：基于思维导图的逻辑结构，利用课本，帮助学生掌握拉瓦锡测量空气中氧气含量的实验原理。在此基础上引导学生从定量分析的角度自行设计并操作实验，初步将比较、分类、分析综合等学习方法建立联系，提高学生的问题解决能力。在此阶段，学生绘制的思维导图从小学科学课中有关空气成分的碎片过渡到分析氧气含量的实验原理以及操作步骤，最后分步完成操作，实现学习内容维度的跨越。

图3 教学环节2思维导图

3)教学环节3：空气各成分的含量及用途。

教师在多媒体课件中展示空气成分及用途的思维导图(如图4所示)，用多彩的图标刺激学生的大脑，并引出混合物和纯净物的概念举例加以区分。

图4 教学环节3思维导图

设计意图：以思维导图展示空气成分更加直观具体，帮助学生将琐碎的知识点串联成非线性的图像从而掌握空气中各组分的用途并理解空气的重要性。

4)教学环节4：空气污染的防治与课堂小结。

教师多媒体展示空气污染的图片与危害，引出空气质量指数这一概念，并指出空气质量指数的实际意义。引导学生踊跃发言，说出保护空气提升空气质量的做法。在课堂的最后鼓励大家展示本节课所绘制的思维导图，以此作为本节课的回顾。

设计意图：在向同学展示思维导图的过程中，展示者会跟随思维导图对本节内容进行系统的层级梳理，也会因思维导图的逐步完善过程产生成就感。树立保护环境的意识，增强学生的社会责任感。

4 教学效果分析

4.1 调查问卷的设计与内容

基于本文的研究，笔者以“空气的成分”为教学案例，将思维导图应用到教学实践中，并利用问卷星平台以教学实验点的8名化学教师和357名学生为对象分别进行问卷调查。调查问卷共分为两套：试卷1针对的对象是教师，问卷内容包括5道选择和2道简答，主要调查教师对于本次教学实验的心得体会，以及教师视角下学生的行为表现；试卷2针对的对象是学生，问卷内容包括7道选择和1道简答，主要调查学生使用思维导图的切实体会和态度。在问卷2中，我们取消了“思维导图”这类字眼，转而使用“图表”以规避陌生词汇对于调查结果的影响，具体两套调查问卷如表1、2。

表1 调查问卷1

表2 调查问卷2

4.2 调查结果分析

针对调查试题进行了信度和效度的检验，确定该问卷具有一定的信效度结构。将调查问卷进行回收和筛选，最终确定回收的问卷1 (共8份)全部有效，问卷2(共357份)中有效卷数为352份。

问卷1调查结果显示：①新入职不满3年的4名年轻教师和1名成熟教师表示在备课中会存在思路不清晰的情况，其中4名教师认为运用思维导图进行备课可以让自己更有条理，更好的把握教学流程，其余3名成熟教师表示自己备课时虽然很少存在思路不清晰的情况但明显感觉思维导图可以让自己的备课更高效；②对于思维导图的制作过程：8名教师中有5名认为虽然刚开始绘制思维导图会有一点麻烦，但是真正制作起来很好上手，其余3名教师表示思维导图的制作过程对于他们来说很轻松；③对于学生的课堂表现：有3名教师认为使用思维导图后学生对于实验原理的把握更精确，有7名教师发现学生做实验时用时更短；④分析教师对于教学实验的体会我们发现：教师们大多使用了诸如“课堂气氛更好”“学生更愿意互动”“更贴近生活”“课堂内容更连贯”“学生学起来更轻松”“课堂更有调理”等积极正向的短语。综合总结教师对于在教学过程中应用思维导图的建议我们不难发现：此次教学实验让自己对于化学教学有了全新的认识，教学过程中教师潜移默化的从关注知识转移到关注学生。教师们也认识到了新时代背景下教育对于化学教师的新要求，这让化学教师更有自我提高的动力与责任，他们希望学校能对于思维导图的使用进行系统的培训，以便帮助自身掌握此工具。

调查问卷2结果显示：①约67%的学生表示自己在本节课的学习过程中思路清晰，约79%的学生表示教师使用的“新图表”让自己更容易记住知识点，也有约88%的学生表示使用图表后，知识点不再抽象了反而更具体更贴近生活。约47%的学生对于本节课非常满意，约27%的学生表示对本节课的教学效果比较满意；②在思维导图的绘制方面：约85%的学生认为绘制图表让自己的思路更清晰，也让自己更有成就感；约38%的学生希望在日后的教学中教师经常使用这类图表；约77%的学生对如何绘制这类图表表现出兴趣，并表示愿意学习这类图表的绘制；约77%的学生表示在日后的学习中自己会主动绘制这类图表。③在心得体会方面：有超过半数的同学表示这堂课与以往的课程有明显不同，他们提到教师的这种教学方式让自己不自觉的跟着教师的思路走，自己好像很容易就联想起来以前学过的知识，自己学起来更轻松，在课堂上也没那么压抑。

将两套问卷综合来看，我们不难发现，无论是对于教师还是对于学生来说，思维导图的影响都是正面的积极的。对于教师尤其是年轻教师来讲，思维导图可以让他们讲课思路更清晰，我们也可以从教师的建议中感受到化学教师对于思维导图的认可和需要，而且学生对于思维导图的接受程度和评价也普遍较高，这样的调查结果是令人欣慰的。

5 结语

思维导图作为一种以图形、颜色、关键词为主的工具，将传统的线性知识转换为易被大脑接受的图像，可以刺激学生大脑的多种感官。学生将抽象的思维以具体可视的方式呈现出来，在思维导图的绘制过程中提高学生学习的兴趣，改变原有枯燥的课堂的同时提升学生的记忆力，充分发挥学生的想象，提升创造性。

思维导图作为一种创新型思维工具可以帮助教师和学生提升课堂效果。在课堂开始之前，教师抛出中心词，学生按照教材内容由中心词新颖的，灵活的逐渐扩散知识点，由点到线将琐碎的内容串联。在课堂教学过程中，学生在教师的引导下按照思维导图预习学案的思路将小节内容逐一攻破由线到面把握知识整体。在课后，学生也可以将完善过的思维导图作为重要的复习工具，以便形成自身知识结构，建立完整的知识体系。