思維導(dǎo)圖在高分子化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

霍利軍，倪健領(lǐng)

北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院，北京 100191

高分子化學(xué)是理工科類化學(xué)、化工和材料類專業(yè)的專業(yè)必修課[1]，是以有機化學(xué)、無機化學(xué)、物理化學(xué)及高等數(shù)學(xué)等課程為基礎(chǔ)，研究高分子化合物的合成、化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)機理等方面的一門綜合性學(xué)科[2]。目前，大多數(shù)高校開設(shè)的高分子化學(xué)課程采用的教材是由浙江大學(xué)潘祖仁教授編寫，化工出版社出版的《高分子化學(xué)》(第5版)。該教材以聚合反應(yīng)和聚合物化學(xué)反應(yīng)作主經(jīng)線，適當(dāng)配以聚合物品種作副緯線，相互交織深化，內(nèi)容廣度大[1]。但是，對于初次接觸高分子化學(xué)領(lǐng)域的學(xué)生而言，接二連三出現(xiàn)的知識點讓他們眼花繚亂、無從下手，尤其是對浩如煙海的知識點進行系統(tǒng)化的梳理更是高分子化學(xué)課程學(xué)習(xí)的難點。盡管有課堂筆記，但只是機械地抄寫老師的板書，無法對龐雜的知識進行有效關(guān)聯(lián)。有些學(xué)生甚至為了完善板書而忽略了老師正在講的內(nèi)容，課下復(fù)習(xí)仍然看不懂，事倍功半。因此，我們將“思維導(dǎo)圖”引入高分子化學(xué)課程教學(xué)中，既可以解決傳統(tǒng)筆記方式中各個知識點之間聯(lián)結(jié)和層次性不明顯的問題，也有助于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維，提高學(xué)生的綜合化學(xué)素養(yǎng)。

1 思維導(dǎo)圖簡介

“思維導(dǎo)圖”概念最早是由英國學(xué)者托尼·巴贊提出的，是一種簡單有效的實用性思維工具。思維導(dǎo)圖采用圖文并重的技巧，借助關(guān)鍵詞、聯(lián)結(jié)線及輔助性文字等將各級主題的關(guān)系用相互隸屬與相關(guān)的層級圖清晰明確地展現(xiàn)出來，并在中心主題、各級分支主題與色彩、圖像之間建立記憶鏈接，將思維形象化，具有承載信息量大、層次分明的特征。相比于大綱、魚骨圖等其他的關(guān)系圖，思維導(dǎo)圖更加符合大腦的思維方式，可以全面調(diào)動左腦(邏輯、順序、條理、文字、數(shù)字)和右腦(圖像、想象、顏色、空間)的思維潛能，形成一種圖形化的教學(xué)輔助工具[3]。隨著科技的進步，思維導(dǎo)圖不僅可以手繪，還可以利用XMind、MindMaster、MindLine、MindManager、幕布等專業(yè)的思維導(dǎo)圖軟件進行繪制，便于修改與增添新內(nèi)容。

將思維導(dǎo)圖運用于教學(xué)有許多優(yōu)勢。一是教師可以更清晰地展現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，將其逐級鋪展，突出目標(biāo)的整體性和層次性[4]，再現(xiàn)教學(xué)思路，讓學(xué)生一目了然，有利于課程開展。二是能夠增強教師和學(xué)生之間的互動。教師運用思維導(dǎo)圖將本節(jié)課的內(nèi)容進行關(guān)鍵詞展示，這樣學(xué)生就會知道老師的教學(xué)思路中知識點之間的關(guān)聯(lián)，可以使他們對自己接下來的學(xué)習(xí)有把控感，預(yù)知老師下一步要講什么，從而增強師生之間的互動，構(gòu)建和諧的師生關(guān)系。教師還可借助思維導(dǎo)圖的特征與優(yōu)勢，通過確定各級關(guān)鍵詞設(shè)置與之對應(yīng)能引發(fā)學(xué)生思考的問題，溫故而知新。三是學(xué)生可以利用思維導(dǎo)圖彌補傳統(tǒng)筆記的不足，快速掃描到重點并提取相關(guān)記憶，避免重新理解筆記的重復(fù)勞動。四是運用思維導(dǎo)圖有助于學(xué)生整合零散而孤立的知識點，形成完整的知識體系。學(xué)生自主構(gòu)建思維導(dǎo)圖的過程還可以強化其主體意識，調(diào)動其學(xué)習(xí)熱情，提高其課堂參與感。

2 研究現(xiàn)狀

由于思維導(dǎo)圖具有不可比擬的優(yōu)勢，國內(nèi)外關(guān)于思維導(dǎo)圖的研究與應(yīng)用也越來越多。例如，英國已經(jīng)把思維導(dǎo)圖作為國民小學(xué)必修課程，新加坡為各個學(xué)校提供了思維導(dǎo)圖軟件“Inspiration”，力爭讓孩子從小就培養(yǎng)構(gòu)建思維導(dǎo)圖的學(xué)習(xí)習(xí)慣，并且擁有全球為數(shù)不多的博贊中心之一。除此之外，韓國、日本、德國、美國等國家的教育教學(xué)機構(gòu)也已經(jīng)開始將思維導(dǎo)圖應(yīng)用于教育教學(xué)的研究和探索[5]。而在我國，思維導(dǎo)圖是在1997年由孫易新博士引入華人世界的，雖然起步較晚，但從2006年至今，使用思維導(dǎo)圖的人越來越多，尤其是2017年以后，對該領(lǐng)域的研究呈現(xiàn)飛速躍升趨勢，并逐漸從理論層面轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用[6]。

在化學(xué)教學(xué)方面，謝慶仁[7]通過思維導(dǎo)圖梳理繁多復(fù)雜的高中化學(xué)知識點，改善了學(xué)生一邊學(xué)習(xí)一邊遺忘的情形；張小偉[8]利用思維導(dǎo)圖來豐富學(xué)生對高中化學(xué)的感性認知，借此夯實學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)；孫慧[9]著重分析了如何在初中化學(xué)中融入思維導(dǎo)圖來幫助學(xué)生聯(lián)系新舊知識以及思維導(dǎo)圖在初中化學(xué)實驗中的應(yīng)用，等等。但思維導(dǎo)圖在化學(xué)學(xué)科的應(yīng)用主要集中在高中階段，有關(guān)大學(xué)化學(xué)的內(nèi)容較少，在高分子化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用論文更是寥寥無幾，因此本文在對思維導(dǎo)圖在高分子化學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用價值進行分析之后，對其在課程中的應(yīng)用實踐進行了闡述，希望能對后續(xù)高分子化學(xué)的教學(xué)探究提供幫助。

3 思維導(dǎo)圖融入高分子化學(xué)教學(xué)的價值分析

思維導(dǎo)圖有助于促進思維多樣化、延展化、具體化和形象化，使思維產(chǎn)生“裂變效應(yīng)”，開放式的結(jié)構(gòu)便于學(xué)生添加新的子主題，壯大中心主題的知識網(wǎng)絡(luò)，體現(xiàn)各章節(jié)之間的內(nèi)在聯(lián)系，使新知識快速同化到自己的知識體系中。這可以很好地解決高分子化學(xué)中概念、原理、公式眾多，難于理解記憶的問題，并可以通過思維導(dǎo)圖讓學(xué)生對高分子化學(xué)中的重難點問題有個全局把控，明確自己的短板所在，標(biāo)注重點，在復(fù)習(xí)時可以加大力度、重點突破。學(xué)生在繪制思維導(dǎo)圖過程中不僅產(chǎn)生頓悟、學(xué)會了遷移應(yīng)用，能夠舉一反三，還提高了自己的知識創(chuàng)新能力，培養(yǎng)了創(chuàng)造性思維。

學(xué)生反映，將每章幾十頁的內(nèi)容整合在一張思維導(dǎo)圖上，有利于建立整體概念和局部概念，增強對知識的把控感。應(yīng)用思維導(dǎo)圖有助于消除學(xué)生的畏難情緒，碰到難點第一想法不再是退縮或放棄，而是搜索思維導(dǎo)圖，聯(lián)系難點前后知識，幫助自己梳理不懂之處，做到知其然也知其所以然。由此可見，將思維導(dǎo)圖融入高分子化學(xué)教學(xué)有助于優(yōu)化教學(xué)結(jié)構(gòu)，增強學(xué)習(xí)效果，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，構(gòu)建思維導(dǎo)圖的過程可以幫助學(xué)生將所學(xué)知識系統(tǒng)化，使其更加清楚每個關(guān)鍵詞之間的直接或間接聯(lián)系，并通過聯(lián)想記憶將高分子化學(xué)內(nèi)容融會貫通、知識點熟記于心?？偠灾季S導(dǎo)圖使得學(xué)生對高分子化學(xué)整體知識脈絡(luò)的把握更加得心應(yīng)手，應(yīng)用價值顯著。

4 思維導(dǎo)圖在高分子化學(xué)教學(xué)中的具體應(yīng)用

4.1 在預(yù)習(xí)中應(yīng)用思維導(dǎo)圖

我們在初次接觸一個東西的時候，我們的大腦會將看到的文字、音像等信息轉(zhuǎn)化為我們自己能夠理解的思維邏輯，尤其對于高分子化學(xué)這門理論性較強的學(xué)科，傳統(tǒng)的理解背誦記憶的方法效率并不高，很容易搞混一些小概念之間的關(guān)系。例如二元共聚部分包括二元共聚物的組成、共聚類型、共聚行為、共聚速率的具體闡述以及前末端效應(yīng)、共軛效應(yīng)、極性效應(yīng)、位阻效應(yīng)等概念，易混淆難理解，因此先讓學(xué)生在課前根據(jù)自己的預(yù)習(xí)成效，自主繪制一個簡單的思維導(dǎo)圖，如圖1所示，有助于學(xué)生理清其間關(guān)系，能夠大大提升課上的學(xué)習(xí)效率。學(xué)生在預(yù)習(xí)時繪制的思維導(dǎo)圖最好在適當(dāng)位置留白，以便課上對照老師所講內(nèi)容進行修正。思維導(dǎo)圖以一種我們大腦更習(xí)慣的方式來組織這些內(nèi)容，實現(xiàn)了對大量知識點的分層管理，使學(xué)生能夠在短時間內(nèi)把握知識要點，事半功倍。

圖1 二元共聚局部思維導(dǎo)圖

4.2 在課堂教學(xué)中應(yīng)用思維導(dǎo)圖

學(xué)生預(yù)習(xí)時已經(jīng)繪制了初步的思維導(dǎo)圖，并對不理解的知識點做了重點標(biāo)注，上課聽講更加具有針對性，點對點解決自己的困惑，效果更佳。思維導(dǎo)圖讓知識點以圖形的方式留存在學(xué)生的大腦中，充分利用學(xué)習(xí)時被閑置的大腦區(qū)域。教師設(shè)計出多彩、信息多樣的思維導(dǎo)圖以簡寫板書的形式在課堂展示，容易吸引學(xué)生的注意力，減少其開小差的機會，使其聚精會神地聽講，從而獲取教師所講的重點，并將自己初繪的思維導(dǎo)圖與教師課上展示出的思維導(dǎo)圖進行對比，以便修改補充。課后學(xué)生上交自己修正后的思維導(dǎo)圖，作為作業(yè)考核的一部分，由教師進行評分，下節(jié)課課前可以對優(yōu)秀的思維導(dǎo)圖進行公開展示，既能讓學(xué)生互相取長補短，又能激起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

課堂筆記采取思維導(dǎo)圖策略，改變了以往知識點的線性堆疊方式，節(jié)約了將線性關(guān)系轉(zhuǎn)化為人腦所熟悉的思維的理解成本，例如將第九章聚合物的化學(xué)反應(yīng)種類繪制成思維導(dǎo)圖，如圖2所示，所有反應(yīng)類型都清晰地呈現(xiàn)在眼前，避免了每次看筆記都要從頭學(xué)的弊端。同時，利用思維導(dǎo)圖不但可以更好地記錄學(xué)習(xí)中的關(guān)鍵點，還可以使學(xué)生更全面立體地思考問題，促進其發(fā)散性思維的發(fā)展。

圖2 聚合物的化學(xué)反應(yīng)種類章節(jié)思維導(dǎo)圖

4.3 在復(fù)習(xí)中應(yīng)用思維導(dǎo)圖

思維導(dǎo)圖在復(fù)習(xí)中的運用是十分重要且必要的，有益于學(xué)生在較短時間內(nèi)對高分子化學(xué)這門新接觸的學(xué)科進行系統(tǒng)學(xué)習(xí)。但復(fù)習(xí)與預(yù)習(xí)所繪制的思維導(dǎo)圖范圍不同，預(yù)習(xí)時是針對每一節(jié)新授課繪制的局部思維導(dǎo)圖，更加細致具體。而復(fù)習(xí)時則需要掌握高分子化學(xué)整體內(nèi)容?？梢宰寣W(xué)生先分組，組內(nèi)自行繪制各章思維導(dǎo)圖，每章大概有四五節(jié)新授課，將這四五張局部思維導(dǎo)圖整合到一起，串聯(lián)學(xué)習(xí)整章知識點。以此類推，把每章內(nèi)容都歸納整理后，通過各章之間的關(guān)聯(lián)再對整本教材進行總體聯(lián)系，完善最終的思維導(dǎo)圖，形成清晰的知識脈絡(luò)。復(fù)習(xí)階段的思維導(dǎo)圖以小組為單位進行評比，教師選取其中優(yōu)秀的進行展示講解，再通過組間討論，讓各組學(xué)生補充各自遺漏的關(guān)鍵點。隨著學(xué)生不斷地運用思維導(dǎo)圖解決問題，經(jīng)過一段時間的累積，學(xué)生就會對高分子化學(xué)有一個新的認識，更有利于以后問題的解決[8]。思維導(dǎo)圖繪制過程的困難是一時的，但受益卻是長久的。

4.4 在實驗中應(yīng)用思維導(dǎo)圖

高分子化學(xué)實驗課是高分子化學(xué)課程的重要組成部分，本校該課程包含四個實驗，分別是乙酸乙烯酯的乳液聚合、酚醛樹脂的合成及其環(huán)保膠合板、聚醋酸乙烯酯的水解和聚乙烯醇縮甲醛的制備、聚甲基丙烯酸甲酯的本體聚合。每個實驗都會牽扯到很多知識點，尤其是實驗安全注意事項。實驗教材采用通篇敘述的方式，詳盡卻難以記憶，利用思維導(dǎo)圖提取其中關(guān)鍵點，簡潔明了，能夠快速幫助學(xué)生梳理實驗內(nèi)容，掌握實驗要點。本文以聚甲基丙烯酸甲酯的本體聚合實驗為例繪制思維導(dǎo)圖，如圖3所示，囊括了實驗?zāi)康摹⒒驹?、實驗步驟、注意事項以及對實驗結(jié)果的討論，學(xué)生通過構(gòu)建這樣的實驗思維導(dǎo)圖，能夠做到心中有數(shù)，動手操作時不至于手忙腳亂。

圖3 聚甲基丙烯酸甲酯的本體聚合實驗思維導(dǎo)圖

4.5 思維導(dǎo)圖在重難點問題上的應(yīng)用

潘祖仁教授主編的《高分子化學(xué)》二到八章主要講的是不同的聚合方法、聚合機理等等，初學(xué)者很難弄懂它們之間的區(qū)別和聯(lián)系，甚至分不清這些聚合方法是從屬關(guān)系還是并列關(guān)系，這是最大的難點。教師可以利用思維導(dǎo)圖將各章內(nèi)容做一個全局聯(lián)系，首先幫助學(xué)生理清高分子化學(xué)宏觀層面的各個主題，而后再逐步分解，在每一章內(nèi)容上添加微觀分支，全部學(xué)完后再引導(dǎo)學(xué)生進行縱向串聯(lián)，基于這種教學(xué)策略，我們對高分子化學(xué)涉及到的絕大多數(shù)內(nèi)容繪制了一張概括性的思維導(dǎo)圖，如圖4所示。

圖4 高分子化學(xué)全局性思維導(dǎo)圖

對全局性思維導(dǎo)圖中包含的次級主題進行細化，完善細枝末節(jié)的知識點，截取示例思維導(dǎo)圖如圖5所示。圖4將縮聚和逐步聚合、自由基聚合、離子聚合、配位聚合、開環(huán)聚合等幾章內(nèi)容通過其間內(nèi)在聯(lián)系繪制在一張思維導(dǎo)圖上，構(gòu)建了高分子化學(xué)宏觀知識網(wǎng)。自由基聚合機理在圖4中只是簡單敘述為鏈引發(fā)、鏈增長、鏈轉(zhuǎn)移、鏈終止，但在圖5的局部思維導(dǎo)圖上鏈引發(fā)延伸出了不同的引發(fā)方式和多種引發(fā)劑，鏈增長增加了鍵接方式和幾何構(gòu)型的分支，鏈終止包括歧化終止和偶合終止兩種方式，鏈轉(zhuǎn)移又分為向單體轉(zhuǎn)移、向引發(fā)劑轉(zhuǎn)移、向溶劑或鏈轉(zhuǎn)移劑轉(zhuǎn)移、向大分子轉(zhuǎn)移四種形式，內(nèi)容更加詳實具體。這樣“由大到小”再“由小到大”的學(xué)習(xí)過程，更容易調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強其學(xué)習(xí)信心，有助于其全面掌握高分子化學(xué)知識點。

圖5 自由基聚合機理局部思維導(dǎo)圖

5 思維導(dǎo)圖使用成效

思維導(dǎo)圖借助圖像、顏色、符號等將抽象的知識形象化，通過關(guān)鍵詞對內(nèi)容進行連接和標(biāo)注，使零散的知識條理化。利用思維導(dǎo)圖二次展示學(xué)習(xí)過程，能夠及時高效復(fù)習(xí)鞏固所學(xué)知識，加深對知識的理解，并對后續(xù)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生正遷移[10]。我們對學(xué)生做了課后回訪調(diào)查，以期了解思維導(dǎo)圖融入高分子化學(xué)課程教學(xué)的成效。部分問題如表1–3所示。從調(diào)查結(jié)果來看，絕大多數(shù)學(xué)生對思維導(dǎo)圖在高分子化學(xué)方面的應(yīng)用都是認可的，88%的同學(xué)認為思維導(dǎo)圖對自己的學(xué)習(xí)十分有幫助，通過進一步了解，這88%的同學(xué)多是中等生，側(cè)面表明思維導(dǎo)圖對中等生的成績提高有更明顯的作用；93%的同學(xué)更喜歡在復(fù)習(xí)階段使用思維導(dǎo)圖，詢問之后得知原因是在全部學(xué)完后能夠更輕松地搭建高分子化學(xué)整體框架，而87%的同學(xué)也喜歡在課上使用思維導(dǎo)圖，原因是可以節(jié)省做筆記的時間，喜歡用思維導(dǎo)圖預(yù)習(xí)的同學(xué)相對較少，原因是對新的知識很陌生，需要花費大量的時間來完成思維導(dǎo)圖，這也是今后我們要繼續(xù)改進的重點。表3截取的是學(xué)生對于“思維導(dǎo)圖帶來的改變”的開放性回答，可以看出，大多數(shù)學(xué)生還是對思維導(dǎo)圖的應(yīng)用持積極態(tài)度。

表1 思維導(dǎo)圖對學(xué)習(xí)的助益程度

表2 思維導(dǎo)圖使用階段選擇

表3 思維導(dǎo)圖帶來的改變

思維導(dǎo)圖不僅對學(xué)生各方面能力的發(fā)展起到促進作用，還使得學(xué)生成績得到全面提高，如圖6所示。85分以上的學(xué)生人數(shù)達到總?cè)藬?shù)的82%，75–84分數(shù)段人數(shù)占13%，60–74分數(shù)段僅占總?cè)藬?shù)的5%，沒有不及格的學(xué)生。與去年的學(xué)生成績相比85分以上分數(shù)段的學(xué)生增加了24%，75–84分數(shù)段的學(xué)生減少了18%，60–74分數(shù)段的學(xué)生減少了4%，60分以下分數(shù)段的人數(shù)減少了2%。總之，運用思維導(dǎo)圖是正確的決定，其效果也是顯而易見的。

圖6 今年和去年學(xué)生成績占比情況對比

6 結(jié)語

綜上所述，思維導(dǎo)圖作為一種簡單有效的可視化思維輔助工具，以其圖文并茂、直觀形象的優(yōu)勢，將細小零碎的知識點歸納整合，并建立各級關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生進行多向性聯(lián)想記憶，極大地提高了學(xué)習(xí)效率。在預(yù)習(xí)課、新授課、復(fù)習(xí)課、實驗課、課堂筆記以及重難點問題解決等諸多方面融入思維導(dǎo)圖都取得了良好的成效，思維導(dǎo)圖的應(yīng)用價值由此可見一斑。構(gòu)建思維導(dǎo)圖的過程能夠最大限度地發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性和主觀能動性，促進學(xué)生形成良好的思維品質(zhì)，掌握了思維導(dǎo)圖的原理和方法后，還可將其遷移應(yīng)用到其他學(xué)科中，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不斷產(chǎn)生新想法，激發(fā)其靈感和創(chuàng)意，提高其創(chuàng)新能力。隨著科技的進步，教師也要將高分子化學(xué)前沿知識引入課堂，不斷改進和完善已經(jīng)建立的思維導(dǎo)圖。筆者相信，只要與時俱進、不斷創(chuàng)新，思維導(dǎo)圖一定能夠在高分子化學(xué)課堂教學(xué)中大放異彩。