思维地图在高中化学教学中的应用

林静 陈燕

摘要：对思维地图概念进行介绍，并以铁的化合物教学为例，阐述利用圆圈图拓展知识面、利用双气泡图对比物质异同、利用复流程图分析物质制备方法、利用树形图分析物质检验结果以及利用流程图学习化学反应原理的应用途径：思考并总结合理有效应用思维地图促进教学的要点为认清思维领域概念与功能、一图多用增加图示思维价值、强调图示的实用性而非复杂性、重视学生主体性与创造性。

关键词：元素化合物；思维地图；八大图示：化学教学

文章编号：1008-0546（ 2022 ）11x-0027-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.11x.007

一、背景分析

化学是一门应用和综合性较强的学科，在高中阶段其知识覆盖面广、抽象度高并且实验性强。其中元素化合物知识不仅是氧化还原反应的应用，也是学生学习元素周期律的基础，涉及物质的性质、制备、应用等方面的内容，贯穿整个高中化学的学习。由于知识庞杂、易混淆，且高一学生刚步人高中还尚未获得良好的学习方法，大多数学生在学习时缺乏学习兴趣，甚至以机械学习为主，难以理解元素化合物知识的内在本质，无法及时做到知识的迁移与应用。[1]面对此类困境，如何挖掘新思路来帮助学生减负增效、促进思维发展、实施学生易于接受和理解的教学方式是教师们关注的重点和难点。脑科学和信息传播学研究表明，人类70%的感觉接收器都集中在眼睛并且可以在每0.1 s内获得一个视觉信息，[2]这比通过阅读、消化和理解一段文字来获取信息的效率高得多。在化学教学方面，面对繁杂零碎的知识，思维地图作为构建知识的可视化工具，有望为学生带来更好的学习成果。

二、思维地图概述

思维地图是由美国学者David Hyerle博士在语义学和认知心理学的基础上开发的一款有助于学习者学习的语言工具，[3]它利用八种图形将知识进行组织，以便加强学习者对所学知识的理解和记忆，达到“一图胜千字”的效果。20世纪90年代，思维地图以极快的速度在美国兴起，用来研究学生在解决问题时的思维过程，而后又被新加坡、新西兰等国家引入应用于学科教学之中并取得了良好的成效。[4]思维地图依据人在思考时的基本思维方式，分为八种类型：圆圈图、气泡图、双气泡图、树形图、括号图、流程图、复流程图和桥形图，其表示方式、用途见表1。当面临联想．类比、归纳等具体表征问题时，教师能够直接选择每种思维策略背后对应的图示作为工具帮助学生更好地理解或解决问题，学生也能获得特定思维技能的精细化训练。

三、思維地图在化学课堂的应用

1 利用圆圈图拓展知识面

铁的化合物教学中，在课堂导入环节，教师通常会直接呈现生活中铁元素的各种存在形态图片或是相关新闻报道等，以激发学生学习兴趣。这种导入方式下学生仍处于被动接受地位。如果教师课前鼓励学生查阅搜集铁在生活中的应用信息，课堂上请学生集思广益共同填充图1的外圆“铁元素在生活中的具体用途”，如此不仅将课堂“还给”学生，而且也让更多学生亲身经验或直观感受拓宽自己的常识面从而体会化学知识与实际生活的密切关系。

2．利用双气泡图对比铁的氢氧化物的异同

教师在讲授铁的两种氢氧化物关系时，通常依据教材在该模块的描述而侧重于它们之间最重要的一个连结点，即Fe（OH）2在空气中不稳定，易被氧化成Fe（OH）3。为了让学生构建相似化合物完整的知识体系，在学完两者的知识点后再利用图2的双气泡图进行对比，中间呈现出两物质在属性以及反应类型、结果上的共性，两侧比较它们在颜色、生成条件以及稳定性方面的差异。在师生共同配合下学生对前面所学的知识进行回忆、提取和对比，使他们在课堂上开拓发散性思维来思考问题并抒发己见，调动学生的积极性，鼓励他们延伸出更多的气泡。相较于传统表格，双气泡图能够突出两种物质的共性与差异性，方便学生通过对比达到精准记忆同时深化对知识的巩固。

3．利用复流程图分析制备Fe（OH）2方法

“氢氧化铁的制备”是《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称《化学课程标准》）主题2“常见的无机物及其应用”中的学习活动建议之一。国内三大版本《化学1（必修）》教材中对这个制备实验的描述为“在FeSO4溶液中加入NaOH溶液时，会产生白色絮状沉淀并迅速变成灰绿色，最后变为红褐色”，实际课堂教学中照此实验方法，因为氧化速度太快几乎观察不到白色沉淀。[5]为发展学生科学探究与创新意识，教师可以让学生以小组合作的形式讨论“如何控制实验条件、设计实验方案防止氧化，从而制备出纯净的Fe（OH）2”，并鼓励他们制作如图3的复流程图，这样不仅能够锻炼学生的逻辑分析能力，还能清晰呈现每一步的实验步骤及其原理。之后组间再抒发观点相互讨论，也便于学生寻找不足进行针对性地改进。最后教师再选择优化后的方案进行实验验证。

4．利用树形图分析补血剂中铁的价态检验结果

《化学课程标准》在主题1的学习活动建议和主题2的情境素材建议里都提到了补血剂，以补血剂创设铁离子检验的问题情境可发展学生核心素养。教师在向学生展示补血剂（又名硫酸亚铁片）的外观和主要成分后可提出质疑：“既然人体血红蛋白所需的铁元素是Fe2+，那么补血剂与人体胃酸作用之后铁元素究竟以何种价态存在？如何检验？”学生根据已有知识绘制出图4的树形图，假设铁离子的两种存在情况并预想通过检验后会出现何种现象，通过分类分析强化学生关于铁离子的检验方法和氧化还原知识的综合运用并提升证据推理的水平，最后通过实验验证后发现补血剂与胃酸（HCl溶液代替）作用后是以Fe2+和Fe3+存在。整个过程将实际问题转化成化学问题，再利用思维地图中的树形图加以分析解决，促进学生建立系统、有序的思维过程并优化认知结构，从而更好地达到复习巩固的目的。

5．利用流程图学习补血剂的服用原理

补血剂的情境不仅能够强化铁离子的检验知识，还能引出Fe3+和Fe2+的相互转换问题。在学生学习完Fe3+和Fe2+相互转化的原理后，教师为学生展示补血剂说明书中的注意事项：本产品不可与浓茶同服。为了揭示补血剂的奥秘并利用此问题巩固氧化还原和铁离子相互转化的化学知识，教师可以进行“变色的茶叶水”实验。由于实验步骤、原理较多且颜色变化多样，学生仅仅依靠眼睛观察很难理清前后的化学原理，因此教师在做实验过程中可以板书图5的流程图：先呈现上端方框各种颜色出现的阶段，再出示下端子方框让学生思考其中原理进行回答填充，如此一来学生更能直观理解各个实验步骤与原理的前后顺序，巩固铁离子相互转换的化学知识。

四、思维地图的应用要点

1．认清思维领域概念与功能

随着思维可视化工具引入国内，越来越多的教师将其应用于课堂教学中，其中以思维地图和思维导图最为常见。但由于一些教师尚未接触过有关思维可视化工具的一手资料或是将这些工具的名称翻译错误，对可视化工具的理解存在偏差，将思维地图与其他多种可视化工具混为一谈，尤其认为思维地图和思维导图就是同一种思维工具，导致在教学设计与实施过程中，对于工具的选用较为随意。思维导图能够将多种思维技能综合为一体，但各个节点之间却未将具体的思维方式清晰标识出来，[6]在教学中适用于对复杂知识进行结构整理或思维激发。思维导图注重利用连接词对各个概念之间的关系做出描述，适用于帮助学生理清某一大单元主题下各个概念之间的内在关系。思维地图结合了思维导图发散思维的特征，也融合了思维导图深层认知的特点，[7]在教学中面对复杂的问题时可以使用多个图示完成知识构建。例如利用圆圈图或气泡图对新知识进行发散学习，或是利用双气泡图或桥型图进行知识对比来检验并巩固原有知识。因此教师应当对思维工具的概念有所区分并认清它们的功能着力点，以充分发挥其在教学中的成效。

2．一图多用增加图示思维价值

高中化学具有丰富的知识体系，思维地图的每种图示背后隐藏的思维策略可以与多种知识特征相互匹配，教师应学会巧妙地利用图形结构承载多元化的知识内容。例如，圆圈图不仅可以用来收集电解质与生活关联的案例，还可以将电解质定义中的“熔融”“溶于水”以及“化合物”等关键词呈现于圆圈图中实现对电解质概念的全面掌握。再如，树形图不仅可以用来对实验操作结果进行分类，还可以用于归纳化学物质结构组成来优化学生的知识结构。总之，每种图示各有侧重的思维策略，教师应当根据具体的化学知识引导学生学会思考并选择合适的表征方式，实现一图多用的效果，提升学生的思维含量。

3．强调图示实用性而非复杂性

呈现思维地图比起罗列分散的知识点更便于学生进行全面、精准地记忆，也利于学生迅速搜索相关知识点。[8]但如果图示过于复杂，不仅影响绘图速度，对于学生来说也会眼花缭乱，很难在短时间内理清知识脉络也无法减轻记忆负擔。因此，在绘制树形图、括号图或圆圈图时，无须填充太多文字做细节描述，只要做到心中有数即可；在绘制气泡图和双气泡图时也要删除不重要的内容，而且不宜延伸出过多的气泡，否则容易造成气泡庞大臃肿抓不住记忆重点。总之，教师应该强调思维地图的实用性，绘制出简单明了、能够着重呈现思路并突出知识重点的实用型思维地图，使学生将大部分精力放在对内容的整合、记忆之上，才能真正发挥出思维地图在教学中的作用。

4．重视学生主体性与创造性

思维地图中的每种图示可以清晰呈现其特有的思维模式，绘制各种思维地图能够让学生的思维得到训练。然而教学中教师通常重视思维地图的整理思维、总结知识的作用而轻视其在思维训练、意义建构以及激发思维方面的功能。教学中习惯于将已绘制好的思维地图直接完整地呈现给学生，学生也形成了对教师的依赖，缺少对知识进行整合、分类、归纳的意识，倾向于不假思索地全盘接受教师出示的思维地图，很难提高发现、分析并解决问题的思维能力，从而失去思考的机会。

在教学中要充分发挥思维地图的作用，尽量将绘制工作交由学生完成，以发挥学生的主体性和创造性。如：师生合作绘制思维地图锻炼学生的知识总结和思维发散能力；学生分小组合作讨论绘制思维地图，并通过组间讨论在思维碰撞中对自己的成果查缺补漏。也可以鼓励学生在课前或课后选择八大图示中的一个或多个进行自主学习或知识总结，课上让学生分享自己的绘制经验，以此帮助学生梳理知识点，回顾自己的思维过程，提升元认知能力。

五、结语

思维地图包含的八种基本图示对应着特有的功能和使用方法，为化学学科提供了新的教学与学习的工具。将思维地图融入化学教学中，能够提升学生的学习兴趣、促进知识的高效建构。只有结合所讲、所学知识的特点绘制适宜的图示来表征知识并重视绘图策略和学生的主体性，才能更好发挥思维地图在教学中的成效。

参考文献

[1]王冬梅，曹军霞，李芸芸，张晓梅，基于学科素养的元素化合物知识难点成因及策略分析[J]．广东化工，2020，47（14）：211-212.

[2]

Liu W. The Application of Mind Map in the Teaching of Or-ganic Chemistry and Chemical Technology[J].InternationalJournal of Social Science and Education Research， 2021，4 （10）：428-434.

[3]张梦针，王耿新，李海燕，柏．思维地图在优化初中化学教学中的应用——以“我们周围的空气”复习课为例[J]．教育观察，2020，9（39）：120-122，130.

[4]刘玉荣，王媛培，基于思维地图构建高中化学习题解题模型[J].化学教育（中英文），2017，38（13）：33-39.

[5]张元双，许九奎，马薇．氢氧化亚铁的制备与氧化方法实验创新[J]．中学化学教学参考，2020（21）：47-48.

[6]赵国庆，杨宣洋，熊雅雯．论思维可视化工具教学应用的原则和着力点[J]．电化教育研究，2019，40（09）：59-66，82.

[7] 周利君，左博文．思维可视化工具认知误区与对策研究[J].湖北成人教育学院学报，2020，26（04）：88-91.

[8] 吴晓红，李奕霖．思维可视化工具在化学阶段性复习中的应用[J]．中国教育技术装备，2020（ 21）：39-41.