思维导图在无机化学课程教学中的应用探究*

刘 佳, 严丽君，闫婷婷，周璐颖，孙雯锦，王永超

(云南师范大学职业技术教育学院，云南 昆明 650092)

无机化学是化学、化工、生物、医药、食品、环境等专业的基础必修课，是学生学习其它专业课程的基础。该课程具有理论性强、内容抽象、体系庞杂、知识零散等特点，在课堂教学、学生课后复习等环节容易造成难记、易混、记不牢等情况。因此，系统地梳理无机化学的章节知识，构建形象化的知识体系，对教好、学好无机化学都具有重要意义。

思维导图是由英国记忆大师Tony Buzan于20世纪60年代提出来的一种图形思维工具，是一种能够直接反应信息之间关系的“蛛网图”[1]。思维导图是通过对文字进行归纳、整理、分级，并结合图形进行图文的系统性呈现[2]。通过图文的有效结合，能把抽象、发散的文字用图画和线条清晰地展现出来，将各种复杂分散的碎片化知识点连接起来，便于建立有序记忆，从而更好地记住知识[3]。思维导图作为重要思维工具，也被成功应用于无机化学的教学中，并取得了良好的教学效果。湖南大学尹霞等[4]在无机化学课程教学中采用了启发式教学与思维导图相结合的方法，有效缩短了学生对知识理解与复习的周期；山东大学刘新泳等[5]开展了面向药学专业无机化学教学方法的改良，设计了基于章节的思维导图并实施了“思维导图教学模式”的教学探究；南京医科大学魏明等[6]在无机化学的教学中，结合思维导图能实现学生对“知识群”的整体把握，并激发学生学习的主观能动性；电子科技大学梁锐杰等[7]实施了思维导图结合PPT课件在无机化学教学中的应用实践，能帮助学生在头脑中构建知识全景图；临沂大学郑兴芳[8]以卤族元素、铬和锰为例，对部分元素化学实施了思维导图在教学中的应用研究；河北科技大学孙华[9]等开展了基于图形组织者的深度学习研究与实践，引导学生使用不同图形组织者来整理和激发思维。这些教学方法探究及改革从无机化学学科特点出发，实现了思维导图在无机化学教学中的有效应用，并取得了良好的教学效果。然而，至今仍未见有基于无机化学教材的系统思维导图的研究报道，开展基于教材的思维导图设计及在无机化学教学中应用，能为无机化学的教学准备、组织实施及学生课后巩固等提供参考。

1 在无机化学教学中应用思维导图的作用与意义

1.1 直观化和形象化

无机化学作为大学本科基础专业课程，具有内容抽象、理论深奥、体系庞杂、知识零散等特点，因此学生学习无机化学难度较大。思维导图可以运用图片、颜色、标识等工具，最终形成一个清晰的、系统的知识网络，打破思维的局限性，使整体内容形象立体，直观表达知识点脉络，便于理解和学习。

1.2 化繁为简，简洁明了

无机化学教材中利用大篇幅的文字对复杂知识点进行描述，虽然全面、详细，但容易造成学生视觉上的疲劳和理解上的困难。通过思维导图可以将复杂的知识点简洁、直观地展现给学生，从而帮助学生构建知识结构网络，实现对无机化学知识点的理解和快速记忆，达到改善学习效果的目的。

1.3 制造视觉冲击

思维导图具有主题突出、枝干分散、层次分明、条理清晰等特征。在无机化学教学过程中使用思维导图能带给学生“眼前一亮”的感觉，给学生造成视觉上的冲击。一方面，思维导图通过图形、图像、文字的巧妙结合，能带给学生不一样的呈现方式，达到聚焦学生注意力、提高其课堂专注度的目的；另一方面，通过思维导图逻辑思维的构建，能将碎片化的知识串联起来、形成知识脉络和体系、加强知识点逻辑性，从而达到加强记忆的作用。

1.4 提高教师的备课效率及质量

教师是课堂的组织者及学生学习的引导者，起着传道授业解惑的重要作用。作为无机化学的授课教师，必须能宏观把握课程的定位、目标、内容、授课方式、重难点、学生情况等。思维导图能帮助教师理清课程中的知识脉络，形成具体的知识框架，做好宏观设计。在备课过程中，教师基于思维导图能形成清晰的授课思路，预设教学情境，选择辅助教学的教学资源，制定合理的教学计划，有效提高了教师备课的效率与质量。

1.5 有助于学生查缺补漏

教师在教学过程中可通过对所构成的思维导图框架进行适当总结，应用知识的“衔接点”进行串联，编写顺口溜等，可将枯燥知识趣味化，加深知识与知识的联系。课堂上，学生能够根据教师呈现的思维导图，明确知识结构、掌握知识脉络和体系，明确重、难点，提高了记笔记及掌握知识的效率。课后，学生能够根据思维导图，做好知识点的系统梳理，盘查知识漏点并进行有针对性的查漏补缺，达到提高学习效率的目的。

2 基于无机化学教材的思维导图探究

基于无机化学的学科特点及思维导图的应用现状，以张天蓝和姜凤超主编的无机化学(第7版)为基础，开展基于教材的思维导图设计。本教材共有九章，从第一章至第九章依次为原子结构、分子结构、溶解与沉淀、酸与碱、氧化与还原、配位化合物、s区元素、d区(含ds区)与f区元素、p区元素。通过对九个章节知识点的梳理，把这本教材的内容归纳为三大版块，分别为物质结构、四大平衡及元素化学(图1)。

图1 无机化学的知识导图

2.1 物质结构知识板块思维导图设计

物质结构包括原子结构、分子结构和配合物结构三个内容(图2)。在原子结构部分，首先利用量子力学理论来解释氢原子光谱，引入波函数和薛定谔方程，从而得到四个量子数。随后结合徐光宪规则和鲍林原子轨道近似能级图，讨论了多电子原子的核外电子排布。根据电子排布，结合能级组的划分，介绍了元素周期表的周期、族和分区，并在此基础上讨论了元素基本性质的周期性变化规律。其核心内容是四个量子数的取值及物理意义，以及多电子原子的核外电子排布及其应用。

图2 物质结构思维导图

分子结构部分包括离子键、共价键、分子的形状与极性、分子间作用力、晶体结构。该部分内容涉及理论较多，共价键是本章的重点和难点。首先讨论了离子键的形成及特点、离子键的强度及影响因素、离子极化现象及其应用。随后，依次介绍了经典共价键理论、杂化轨道理论、分子轨道理论、价层电子对互斥理论及其应用，在此基础上讨论了共价键参数和分子的形状与极性。此外本章还介绍了两类重要的分子间作用力以及晶体结构。

配合物结构部分主要介绍了配合物的组成、命名和异构现象，以及配合物的化学键理论，其中组成和命名是基础，配合物的价键理论(杂化轨道理论)和晶体场理论是重点和难点，要求会用价键理论判断配合物的内外轨型、磁性和相对稳定性等，掌握晶体场理论、晶体场稳定化能的计算及配合物稳定性的判断、高低自旋、及晶体场理论的应用。

2.2 四大平衡知识板块思维导图设计

四大平衡包括溶解-沉淀平衡、酸碱平衡、氧化还原平衡、配位平衡(图3)。四大平衡原理相似，都包括基本理论，平衡常数K(含Ksp、Ka、Kb、Ks)的意义、计算及应用，平衡的影响因素、平衡移动以及在药物中应用等内容。各章内容的基本理论是学习的基础，平衡常数的计算及应用是学习的重点，各类公式及应用是该部分内容的难点。将平衡理论应用于解决生活、生产、健康、科学研究等领域中的实际问题是学习的最终目标。

图3 四大平衡思维导图

2.3 元素化学知识板块思维导图设计

元素化学具有内容多、反应多、知识零碎、记忆困难、易混淆等特点，也是很多学生在学习无机化学时比较困难的原因之一。根据元素分区，元素化学包括s区元素、p区元素、d区(含ds区)和f区三个部分(图4)。每章内容主要从该区元素原子结构出发，介绍该区元素的通性，代表性单质及化合物的性质(物理性质及化学性质)、制备、鉴定、保存方法、应用，以及元素的生物学效应及常用药物等。在元素化学中，结构是基础，我们常说“结构决定性质”；性质是重点，是物质发生一系列反应及变化的本质原因；元素的应用是目的。掌握好元素的通性、个别的特性，秉承“结构-性质-应用”的主线，在学习该部分内容时能起到事半功倍的效果。

图4 元素化学思维导图

3 实施建议

3.1 巧用思维导图，助力无机化学课堂的“教”与“学”

教师在备课环节应用好思维导图，有助于教师对课堂准备、知识脉络把握、教学计划及方法等环节做到宏观把握，能起到统领全局的作用。

在教学过程中，直观、有效的思维导图能将课堂内容、知识体系、重难点、教师的教学理念及逻辑思维等直观地呈现给学生，让学生能够快速地掌握课堂知识、做好课堂笔记，并有助于深化学生的发散性思维、培养学生分析问题与解决问题的能力，同时能营造活跃的课堂气氛，提高课堂教学质量。

此外，思维导图还能有效地将课堂学习延续到学生的课后复习环节。通过有效的思维导图，学生能够实现课堂的再现，高效地开展知识体系的梳理及巩固，帮助学生进行系统地查漏补缺，将课堂内容内化于心。

3.2 以学生为中心，探究启发式思维导图

当代的教学理念追求以学生为中心，强调学生在课堂中的主体地位。首先，要求教师在课堂设计时要考虑学生的实际情况，将教学目标与学生的实际情况相结合，做到因材施教；其次，思维导图的设计要符合时代的需要、符合课程的需求；最后，鼓励教师引导学生自己设计思维导图，转变学生在课堂中的角色，启发学生从被动接受转变为主动学习，成为课堂的主体。

3.3 巧秒结合思维导图与现代信息技术

在思维导图的制作过程中，要充分利用现代化的信息手段，应用MindMaster、MindManager、iMindMap、NovaMind、FreeMind、Xmind等思维导图制作软件进行思维导图的制作，并注重知识、结构、色彩、美观等方面的特点，给学生展示直观、丰富、多彩的思维导图。另外，还要充分利用一流的网络课程资源，学习国内外的先进方法及优秀的教学模式。此外，学习通、雨课堂、微信、QQ等教学辅助工具的巧妙利用也能为思维导图在无机化学中的应用提供必要的补充，在交流、反馈、答疑等方面能发挥重要的作用。

3.4 结合思维导图开展课程思政教育

无机化学中蕴含着丰富的课程思政元素，在传授无机化学理论知识的同时，恰到好处地开展课程思政教育，有助于培养学生正确的三观。在无机化学课程思维导图的设计及应用过程中，授课教师要实时引入恰当的思政元素，开展课堂思政教育。

3.5 注重评价过程化和考核多元化

无机化学内容多、学时长，容易造成学生的学习懈怠情绪。因此，在无机化学的思维导图应用及教学过程中应重视过程性评价，结合作业、线上学习、学习小组、单元测试、讨论等环节来督促学生的平时学习，达到加强、巩固和外延化课堂知识的目的。另一方面，教师可根据思维导图上的内容，来全面设计和制作过程性评价和期末考核中的问题或习题，并结合过程性评价与期末考核，综合考察学生知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观，做到综合评定，有效提高学生的学科综合素养。

4 小结与展望

无机化学作为化学、化工、生物等专业的基础必修课，是学生学习其他专业课程的重要基础课程，具有内容抽象、理论深奥、体系庞杂、知识零散等特点。开展基于教材的思维导图构建有助于实现无机化学知识体系的直观化、形象化、趣味化和简明化，对教师备课、课堂组织及实施、学生课后巩固复习等都能起到事半功倍的作用。本文基于无机化学教材开展了思维导图设计，并对思维导图在无机化学课程教学中的作用和实施建议等进行深入探究，为教师在无机化学的课程设计、教学准备、组织实施及学生的课堂学习及课后知识巩固复习等提供参考。