思維導(dǎo)圖在促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

洪生鋒 雷范軍

摘? ? 要：簡(jiǎn)單有機(jī)化合物及其應(yīng)用和常見的無機(jī)物及其應(yīng)用是高中化學(xué)必修課程的兩大主題。以乙醇的催化氧化教學(xué)為例，通過利用思維導(dǎo)圖，提出從主動(dòng)建構(gòu)、理解學(xué)習(xí)和有效遷移三環(huán)節(jié)出發(fā)，優(yōu)化學(xué)生知識(shí)建構(gòu)，進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，提升宏觀辨識(shí)與微觀探析素養(yǎng)。以鋁的氧化物教學(xué)為例，通過利用思維導(dǎo)圖，提出從創(chuàng)設(shè)問題情境、科學(xué)探究、遷移應(yīng)用三環(huán)節(jié)出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行批判性高階思維、有效遷移知識(shí)解決真實(shí)問題，提升科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：思維導(dǎo)圖;深度學(xué)習(xí);化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

20世紀(jì)70年代初，英國(guó)的托尼·博贊（Tony Buzan）最早提出了思維導(dǎo)圖。思維導(dǎo)圖是一種有效的、能夠促進(jìn)知識(shí)聯(lián)系、加強(qiáng)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的可視化教學(xué)工具，可以在很大程度上幫助學(xué)生高效地構(gòu)建一種清晰的、整體性的知識(shí)框架，并且能夠幫助學(xué)生表征化學(xué)知識(shí)，提高左右大腦運(yùn)作效率，更有效地進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，進(jìn)行高階思維[1]，最終提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

深度學(xué)習(xí)“是一種主動(dòng)的、批判性的學(xué)習(xí)方式”，“要求學(xué)習(xí)者進(jìn)行理解性的學(xué)習(xí)、批判性的高階思維、主動(dòng)的知識(shí)建構(gòu)、有效的知識(shí)遷移及真實(shí)問題的解決”。從縱向看，深度學(xué)習(xí)是指對(duì)某知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入的探究以達(dá)到透徹的理解和深刻的認(rèn)知;從橫向看，深度學(xué)習(xí)是指綜合利用所學(xué)過的本學(xué)科知識(shí)和相關(guān)學(xué)科知識(shí)探究解決學(xué)習(xí)中遇到的各種具體問題。理解是深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，建構(gòu)是深度學(xué)習(xí)的核心，而遷移與應(yīng)用是深度學(xué)習(xí)的價(jià)值所在。[2]

在一線化學(xué)教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)，由于學(xué)生沒有將瑣碎的化學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化地存儲(chǔ)在認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，就使得他們遇到實(shí)際問題時(shí)找不到切入點(diǎn)，無法形成有效的解題思路。為此，筆者嘗試使用思維導(dǎo)圖，在乙醇的催化氧化、鋁的氧化物的教學(xué)中，優(yōu)化學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)，促進(jìn)學(xué)生更有效地進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，進(jìn)而提高學(xué)生宏觀辨識(shí)與微觀探析和科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)。

一、利用思維導(dǎo)圖從主動(dòng)建構(gòu)到有效遷移

“宏觀辨識(shí)與微觀探析”體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科的學(xué)科思維和核心觀念，宏觀、微觀、符號(hào)這三重表征是化學(xué)學(xué)科的思維特征，見圖1。通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象了解宏觀物質(zhì)的性質(zhì)，運(yùn)用化學(xué)基本原理、基本觀念從微觀角度分析變化的原因和實(shí)質(zhì)，最后利用化學(xué)方程式等化學(xué)符號(hào)解釋物質(zhì)及其變化的本質(zhì)規(guī)律。

以《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》必修課程之主題4：“簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物及其應(yīng)用”中的乙醇的催化氧化的教學(xué)為例，利用思維導(dǎo)圖進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，提高學(xué)生宏觀辨識(shí)與微觀探析的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，見圖 2。

環(huán)節(jié)一：主動(dòng)建構(gòu)

通過引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組實(shí)驗(yàn)、歸納實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，讓學(xué)生初步了解乙醇催化氧化反應(yīng)的宏觀現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和觀察能力，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)。

環(huán)節(jié)二：理解學(xué)習(xí)

通過分析實(shí)驗(yàn)中銅絲先變黑后變回紅色的原因，學(xué)生可知銅參與了反應(yīng)，并且作為催化劑。培養(yǎng)學(xué)生辨析宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力。緊接著教師利用Flash動(dòng)畫向?qū)W生展示乙醇催化氧化的斷鍵機(jī)理：CH3CH2OH官能團(tuán)—OH上的H和α-C上的H與CuO中的O結(jié)合成H2O。利用信息技術(shù)手段，將微觀世界的變化過程可視化，以直觀形象的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，從而提高學(xué)生的微觀探析的能力。最后讓學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和斷鍵方式，用化學(xué)方程式表示乙醇在Cu的催化下與氧氣的反應(yīng)。

環(huán)節(jié)三：有效遷移

問題：丙醇、異丙醇、叔丁醇都能發(fā)生催化氧化嗎？是不是所有的醇都能發(fā)生催化氧化呢？

學(xué)生分析：丙醇α-C上有2個(gè)H，可以發(fā)生催化氧化;丙醇α-C上有1個(gè)H，可以發(fā)生催化氧化;叔丁醇α-C上沒有氫，不可以發(fā)生催化氧化。

結(jié)論：不是所有的醇都能發(fā)生催化氧化，醇的α-C上至少有一個(gè)H才能發(fā)生催化氧化反應(yīng)。學(xué)生的思維導(dǎo)圖筆記見圖3。

通過思維導(dǎo)圖的引導(dǎo)，從主動(dòng)建構(gòu)、理解學(xué)習(xí)和有效遷移三環(huán)節(jié)出發(fā)，幷利用信息技術(shù)的手段，研究了乙醇催化氧化的宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、微觀斷鍵機(jī)理和醇發(fā)生催化氧化的條件，培養(yǎng)宏觀辨識(shí)與微觀探析相融合的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

二、利用思維導(dǎo)圖從主動(dòng)質(zhì)疑到遷移應(yīng)用

科學(xué)探究的一般操作流程見圖4。創(chuàng)新能力的提升是建立在創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)的基礎(chǔ)上。在進(jìn)行科學(xué)探究的過程中，要求學(xué)生能對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象提出質(zhì)疑，然后提出新的假設(shè)和實(shí)驗(yàn)方案來證實(shí)。因此，學(xué)生必須有問題意識(shí)和批判精神，敢于提出疑問，利用一定的理論知識(shí)，多角度地分析問題。

科學(xué)探究是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的一種有效的方式，而培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)是開展科學(xué)探究的目的。在元素及其化合物的教學(xué)中，基于科學(xué)探究的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式比對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)更符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，更有利于提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。因此，我們可以利用思維導(dǎo)圖的直觀引導(dǎo)，通過科學(xué)探究活動(dòng)來提高學(xué)生的探究意識(shí)和問題意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

以《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》必修課程之主題3：物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與化學(xué)反應(yīng)規(guī)律中的鋁的氧化物的教學(xué)為例，利用思維導(dǎo)圖進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，提高科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)能力，見圖5。

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)問題情境

工業(yè)上利用鋁土礦（含Al2O3、Fe2O3和SiO2）冶煉鋁的流程，見圖6，此過程可以簡(jiǎn)化為兩個(gè)過程：1.從鋁土礦中分離得到Al2O3;2.電解Al2O3 得到金屬鋁。

環(huán)節(jié)二：科學(xué)探究

首先教師提出問題：圖中①是氫氧化鈉溶液，為什么可以用它來溶解鋁土礦？再引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想假設(shè)、制定方案，學(xué)生通過自主實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)假設(shè)。大部分學(xué)生得出氧化鋁可以與酸和堿反應(yīng)的結(jié)論。教師再引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思，提出新的問題：氧化鋁是否能與所有的堿反應(yīng)？學(xué)生通過探究氧化鋁與氨水的反應(yīng)，進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)結(jié)論：氧化鋁能與酸和強(qiáng)堿反應(yīng)。

環(huán)節(jié)三：遷移應(yīng)用——培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)

問題：既然氧化鋁能與酸和強(qiáng)堿反應(yīng)，那能否將圖中①改為稀鹽酸？如果可以，請(qǐng)你結(jié)合圖6，畫出新的流程圖。通過小組合作、討論得出新的流程，見圖7。

最后利用思維導(dǎo)圖總結(jié)制備金屬鋁的兩種流程，見圖8。

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)探究是學(xué)習(xí)元素及其化合物內(nèi)容的重要方法。在元素及其化合物的教學(xué)中，借助思維導(dǎo)圖，清晰地引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究，通過具有啟發(fā)性的引導(dǎo)而不是灌輸性的語言，讓學(xué)生積極思考、進(jìn)行理解性的學(xué)習(xí)、自主提出疑問、批判性的高階思維、主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)、進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，在實(shí)驗(yàn)中理解，在理解后遷移，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞核心知識(shí)，借用思維導(dǎo)圖，通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有效地探究活動(dòng)，從宏微觀結(jié)合的視角，運(yùn)用批判性的高階思維、主動(dòng)的知識(shí)建構(gòu)、進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，解決綜合復(fù)雜問題，獲得結(jié)構(gòu)化的化學(xué)核心知識(shí)，建立運(yùn)用化學(xué)學(xué)科思想解決問題的思路方法，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。讓我們乘上驅(qū)動(dòng)深度學(xué)習(xí)之舟，成功抵達(dá)核心素養(yǎng)的彼岸。

參考文獻(xiàn)：

[1] 白靜珠. 用思維導(dǎo)圖改進(jìn)學(xué)案導(dǎo)學(xué)的實(shí)踐案例[J]. 化學(xué)教學(xué)，2016（11）：19-23.

[2]王寶斌. 深度學(xué)習(xí)：化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)鍵[J]. 教育研究與評(píng)論（中學(xué)教育教學(xué)），2016（7）：47-51.