思維導(dǎo)圖在《工科基礎(chǔ)化學(xué)》教學(xué)中的應(yīng)用初探*

嚴(yán)祥輝，薛 同，李 東，房國(guó)麗

(北方民族大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，材料科學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，寧夏 銀川 750021)

工科基礎(chǔ)化學(xué)是高等工科非化工類專業(yè)人才素質(zhì)的一個(gè)組成部分和重要的必修基礎(chǔ)課[1]。本課程能夠培養(yǎng)學(xué)生在工程技術(shù)中以化學(xué)視角和觀點(diǎn)觀察物質(zhì)變化的現(xiàn)象，具有一定的從原理的角度上去分析和解決一些涉及化學(xué)的工程、技術(shù)以及生態(tài)環(huán)境問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生正確的學(xué)習(xí)和研究方法、思維邏輯能力和科學(xué)素養(yǎng)，樹立系統(tǒng)的、全面的辯證唯物主義的世界觀[2-3]。現(xiàn)代學(xué)科發(fā)展呈現(xiàn)出高度綜合的趨勢(shì)，交叉學(xué)科和邊緣學(xué)科層出不窮[4]。俗話說，一個(gè)好的材料科學(xué)家會(huì)被物理學(xué)家認(rèn)為是化學(xué)家，可見化學(xué)對(duì)材料的重要性與緊密性。進(jìn)入21世紀(jì)后，新能源材料的發(fā)展將對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重要影響。為了保障世界經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展以及解決越來越嚴(yán)重的能源短缺、溫室效應(yīng)和大氣污染等能源和環(huán)境問題，新能源材料將引導(dǎo)和促使傳統(tǒng)能源向潔凈能源、可再生能源、分散型能源等多元化能源發(fā)展。毫無疑問，這些使用新能源材料的合成工藝、新能源器件及技術(shù)是屬于化學(xué)學(xué)科物理化學(xué)課程中的知識(shí)內(nèi)容，因此，學(xué)習(xí)工科基礎(chǔ)化學(xué)對(duì)材料科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生來說具有重要的意義。

1 工科基礎(chǔ)化學(xué)課程的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀分析

北方民族大學(xué)招收的學(xué)生很多來自于偏遠(yuǎn)貧困地區(qū)，由于受經(jīng)濟(jì)、文化和教育發(fā)展的限制，大多數(shù)學(xué)生普遍學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差，自主學(xué)習(xí)能力較弱。通過對(duì)《工科基礎(chǔ)化學(xué)》課程近6年的授課，發(fā)現(xiàn)我院材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)非常薄弱，有些化學(xué)前期知識(shí)在高中階段都沒有學(xué)過。另一方面，課程內(nèi)容繁雜、邏輯性強(qiáng)，涉及到大量應(yīng)用條件嚴(yán)格的公式和抽象的概念、原理且課時(shí)較少[5-6]。例如，在講授第二章原子結(jié)構(gòu)和元素周期律時(shí)，由于波函數(shù)、原子軌道、量子數(shù)等非常抽象，學(xué)生理解起來很困難；在講解完第五章熱力學(xué)第一定律后，發(fā)現(xiàn)同學(xué)們記不住本章的公式，對(duì)公式的使用條件、推導(dǎo)和公式間邏輯關(guān)系仍然是一頭霧水。上述窘境導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)壓力大、上課興趣低下、考試不及格率高等系列問題。因此，為了解決此困境，筆者嘗試了將思維導(dǎo)圖嵌入《工科基礎(chǔ)化學(xué)》的課堂教學(xué)中，采用思維導(dǎo)圖法總結(jié)出本章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)框架簡(jiǎn)圖，使學(xué)生能對(duì)本章節(jié)知識(shí)點(diǎn)有全面清晰的了解認(rèn)識(shí)，形成概念地圖，并通過圖中的層級(jí)關(guān)系建立知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，旨在提高教學(xué)效果的同時(shí)，又能培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。

2 思維導(dǎo)圖在《工科基礎(chǔ)化學(xué)》中的應(yīng)用基礎(chǔ)

思維導(dǎo)圖由世界著名的英國(guó)學(xué)者東尼·博贊發(fā)明，是表達(dá)發(fā)散性思維的有效圖形思維工具，在此非線性的思考方式下，激發(fā)人的整理思維，從而使零散瑣碎的信息形成結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化的網(wǎng)絡(luò)框架[7-8]。其核心思想就是把形象思維與抽象思維很好地結(jié)合起來，讓你的左右腦同時(shí)運(yùn)作，利用記憶、閱讀、思維的規(guī)律，協(xié)助人們?cè)诳茖W(xué)與藝術(shù)、邏輯與想象之間平衡發(fā)展，從而開啟人類大腦的無限潛能，極大地提高你的智力技能和智慧水準(zhǔn)。簡(jiǎn)單地說，思維導(dǎo)圖所要做的工作就是更加有效地將信息“放入”你的大腦，或者將信息從你的大腦中“取出來”。作為21世紀(jì)全球革命性思維工具、學(xué)習(xí)工具、管理工具，思維導(dǎo)圖已經(jīng)應(yīng)用于生活和工作的各個(gè)方面，具體包括學(xué)習(xí)，寫作、溝通、家庭、教育、演講、管理、會(huì)議等，運(yùn)用思維導(dǎo)圖所帶來的學(xué)習(xí)能力和清晰的思維方式已經(jīng)成功改變了數(shù)億人的思維習(xí)慣。因此，思維導(dǎo)圖可以引導(dǎo)學(xué)生梳理各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，使知識(shí)由點(diǎn)到線再到面的組塊化，強(qiáng)化認(rèn)知，加強(qiáng)理解程度，待復(fù)習(xí)時(shí)還能夠喚起記憶，從而提高學(xué)習(xí)效率。目前，思維導(dǎo)圖在國(guó)內(nèi)小學(xué)、初中及高中階段的英語(yǔ)、語(yǔ)文、物理和化學(xué)等學(xué)科中的應(yīng)用及相關(guān)研究已非常廣泛和系統(tǒng)，而將思維導(dǎo)圖與大學(xué)教學(xué)相結(jié)合的應(yīng)用研究才初步展開[9-10]。這些研究已經(jīng)表明，通過思維導(dǎo)圖的學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生考試成績(jī)和理解能力的提高及在后期專業(yè)課中的學(xué)習(xí)。

3 思維導(dǎo)圖在公式總結(jié)中的運(yùn)用

在《工科基礎(chǔ)化學(xué)》課程中，公式特別多，尤其是熱力學(xué)部分的內(nèi)容，并且公式之間的轉(zhuǎn)換和計(jì)算還涉及很多特定的條件，非常容易混淆出錯(cuò)，這對(duì)于本來基礎(chǔ)就薄弱的同學(xué)來說，更是難上加難，因而產(chǎn)生畏難情緒甚至失去學(xué)習(xí)興趣。針對(duì)此問題，嘗試了在章節(jié)復(fù)習(xí)中引入思維導(dǎo)圖，以幫助同學(xué)們克服學(xué)習(xí)困難提高理解能力。本論文的思維導(dǎo)圖的制作思路如下：以“熱力學(xué)第一定律”的數(shù)學(xué)表達(dá)式為中心節(jié)點(diǎn)，然后以“熱Q”、“功W”和“熱力學(xué)能變?chǔ)”等關(guān)鍵詞作為主節(jié)點(diǎn)，將第五章前五節(jié)的主要公式包羅在這三部分組成的分支上。基本按照各公式與ΔU、Q、W的邏輯關(guān)系以及課程內(nèi)容先后順序，繪制了前五節(jié)公式總結(jié)的思維導(dǎo)圖(圖1)。

圖1 “熱力學(xué)第一定律”公式總結(jié)的思維導(dǎo)圖

4 結(jié) 語(yǔ)

本文從提高教學(xué)和學(xué)習(xí)效果出發(fā)，探討了以“熱力學(xué)第一定律”公式脈絡(luò)圖的構(gòu)建和制作為例，嘗試將思維導(dǎo)圖引入到《工科基礎(chǔ)化學(xué)》的教學(xué)中，給學(xué)生們提供邏輯性思維的學(xué)習(xí)方法。將思維導(dǎo)圖法輔助性地嵌入到教學(xué)中去，一是使章節(jié)內(nèi)容簡(jiǎn)單化、結(jié)構(gòu)化和條理化，便于老師講解也有益于學(xué)生理解和掌握抽象難懂的概念、公式和原理等知識(shí)；二是通過對(duì)知識(shí)點(diǎn)的分析總結(jié)、歸納整理，鞏固了所學(xué)知識(shí)，使學(xué)生能夠?qū)滩膬?nèi)容建立起系統(tǒng)的知識(shí)脈絡(luò)體系，有助于章節(jié)和總復(fù)習(xí)；三是還可以鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的邏輯性思維和知識(shí)抽提概括能力，促進(jìn)其自主學(xué)習(xí)能力的形成，拓展專業(yè)知識(shí)。確實(shí)，通過思維導(dǎo)圖法將各知識(shí)點(diǎn)和公式進(jìn)行串聯(lián)后，學(xué)生的課堂反映效果明顯要好，期末考試卷面及格率明顯提高。誠(chéng)然，僅僅引入思維導(dǎo)圖法還是不夠的，仍需進(jìn)一步結(jié)合專業(yè)繪制思維導(dǎo)圖的軟件以及各種現(xiàn)代信息化教學(xué)手段，在師生共同參與創(chuàng)造下，深入研究大幅度提升教學(xué)和學(xué)習(xí)效果的各種高效途徑和方法。