思维导图在促进学生深度学习中的应用

2019-10-16洪生锋雷范军

教学月刊·中学版（教学参考） 2019年9期

洪生锋雷范军

摘要：简单有机化合物及其应用和常见的无机物及其应用是高中化学必修课程的两大主题。以乙醇的催化氧化教学为例，通过利用思维导图，提出从主动建构、理解学习和有效迁移三环节出发，优化学生知识建构，进行深度学习，提升宏观辨识与微观探析素养。以铝的氧化物教学为例，通过利用思维导图，提出从创设问题情境、科学探究、迁移应用三环节出发，引导学生进行批判性高阶思维、有效迁移知识解决真实问题，提升科学探究与创新意识素养。

关键词：思维导图;深度学习;化学学科核心素养

20世纪70年代初，英国的托尼·博赞（Tony Buzan）最早提出了思维导图。思维导图是一种有效的、能够促进知识联系、加强知识网络构建的可视化教学工具，可以在很大程度上帮助学生高效地构建一种清晰的、整体性的知识框架，并且能够帮助学生表征化学知识，提高左右大脑运作效率，更有效地进行深度学习，进行高阶思维[1]，最终提升学生的化学学科核心素养。

深度学习“是一种主动的、批判性的学习方式”，“要求学习者进行理解性的学习、批判性的高阶思维、主动的知识建构、有效的知识迁移及真实问题的解决”。从纵向看，深度学习是指对某知识点进行深入的探究以达到透彻的理解和深刻的认知;从横向看，深度学习是指综合利用所学过的本学科知识和相关学科知识探究解决学习中遇到的各种具体问题。理解是深度学习的基础，建构是深度学习的核心，而迁移与应用是深度学习的价值所在。[2]

在一线化学教学中，我们发现，由于学生没有将琐碎的化学知识系统化地存储在认知结构中，就使得他们遇到实际问题时找不到切入点，无法形成有效的解题思路。为此，笔者尝试使用思维导图，在乙醇的催化氧化、铝的氧化物的教学中，优化学生的知识建构，促进学生更有效地进行深度学习，进而提高学生宏观辨识与微观探析和科学探究与创新意识。

一、利用思维导图从主动建构到有效迁移

“宏观辨识与微观探析”体现了化学学科的学科思维和核心观念，宏观、微观、符号这三重表征是化学学科的思维特征，见图1。通过观察实验现象了解宏观物质的性质，运用化学基本原理、基本观念从微观角度分析变化的原因和实质，最后利用化学方程式等化学符号解释物质及其变化的本质规律。

以《普通高中化学课程标准（2017年版）》必修课程之主题4：“简单的有机化合物及其应用”中的乙醇的催化氧化的教学为例，利用思维导图进行深度学习，提高学生宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养，见图 2。

环节一：主动建构

通过引导学生进行小组实验、归纳实验现象，让学生初步了解乙醇催化氧化反应的宏观现象，培养学生动手能力和观察能力，实现知识的主动建构。

环节二：理解学习

通过分析实验中铜丝先变黑后变回红色的原因，学生可知铜参与了反应，并且作为催化剂。培养学生辨析宏观实验现象的能力。紧接着教师利用Flash动画向学生展示乙醇催化氧化的断键机理：CH3CH2OH官能团—OH上的H和α-C上的H与CuO中的O结合成H2O。利用信息技术手段，将微观世界的变化过程可视化，以直观形象的方式呈现给学生，从而提高学生的微观探析的能力。最后让学生结合实验现象和断键方式，用化学方程式表示乙醇在Cu的催化下与氧气的反应。

环节三：有效迁移

问题：丙醇、异丙醇、叔丁醇都能发生催化氧化吗？是不是所有的醇都能发生催化氧化呢？

学生分析：丙醇α-C上有2个H，可以发生催化氧化;丙醇α-C上有1个H，可以发生催化氧化;叔丁醇α-C上没有氢，不可以发生催化氧化。

结论：不是所有的醇都能发生催化氧化，醇的α-C上至少有一个H才能发生催化氧化反应。学生的思维导图笔记见图3。

通过思维导图的引导，从主动建构、理解学习和有效迁移三环节出发，幷利用信息技术的手段，研究了乙醇催化氧化的宏观实验现象、微观断键机理和醇发生催化氧化的条件，培养宏观辨识与微观探析相融合的化学学科素养。

二、利用思维导图从主动质疑到迁移应用

科学探究的一般操作流程见图4。创新能力的提升是建立在创新意识培养的基础上。在进行科学探究的过程中，要求学生能对实验过程中出现的异常现象提出质疑，然后提出新的假设和实验方案来证实。因此，学生必须有问题意识和批判精神，敢于提出疑问，利用一定的理论知识，多角度地分析问题。

科学探究是培养学生创新意识的一种有效的方式，而培養创新意识是开展科学探究的目的。在元素及其化合物的教学中，基于科学探究的实验教学模式比对传统实验教学更符合学生的认知规律，更有利于提高学生的化学学科核心素养。因此，我们可以利用思维导图的直观引导，通过科学探究活动来提高学生的探究意识和问题意识，培养学生的创新能力。

以《普通高中化学课程标准（2017年版）》必修课程之主题3：物质结构基础与化学反应规律中的铝的氧化物的教学为例，利用思维导图进行深度学习，提高科学探究与创新意识能力，见图5。

环节一：创设问题情境

工业上利用铝土矿（含Al2O3、Fe2O3和SiO2）冶炼铝的流程，见图6，此过程可以简化为两个过程：1.从铝土矿中分离得到Al2O3;2.电解Al2O3 得到金属铝。

環节二：科学探究

首先教师提出问题：图中①是氢氧化钠溶液，为什么可以用它来溶解铝土矿？再引导学生进行猜想假设、制定方案，学生通过自主实验检验假设。大部分学生得出氧化铝可以与酸和碱反应的结论。教师再引导学生进行反思，提出新的问题：氧化铝是否能与所有的碱反应？学生通过探究氧化铝与氨水的反应，进一步完善实验结论：氧化铝能与酸和强碱反应。

环节三：迁移应用——培养创新意识

问题：既然氧化铝能与酸和强碱反应，那能否将图中①改为稀盐酸？如果可以，请你结合图6，画出新的流程图。通过小组合作、讨论得出新的流程，见图7。

最后利用思维导图总结制备金属铝的两种流程，见图8。

化学是一门以实验为基础的学科，实验探究是学习元素及其化合物内容的重要方法。在元素及其化合物的教学中，借助思维导图，清晰地引导学生通过实验探究，通过具有启发性的引导而不是灌输性的语言，让学生积极思考、进行理解性的学习、自主提出疑问、批判性的高阶思维、主动建构知识、进行深入学习，在实验中理解，在理解后迁移，进而培养学生“科学探究与创新意识”的化学学科核心素养。

在教师引领下，学生围绕核心知识，借用思维导图，通过化学实验进行有效地探究活动，从宏微观结合的视角，运用批判性的高阶思维、主动的知识建构、进行深入学习，解决综合复杂问题，获得结构化的化学核心知识，建立运用化学学科思想解决问题的思路方法，促进学生核心素养的发展。让我们乘上驱动深度学习之舟，成功抵达核心素养的彼岸。