思維導(dǎo)圖對(duì)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)方式影響研究
——以化學(xué)能與電能為例

楊菊香,焦寶娟,張 慶,萬(wàn)盈盈

(西安文理學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，西安 710065)

1 研究背景

思維導(dǎo)圖是由托尼·博贊提出的一種將思維可視化的教學(xué)工具，它能促進(jìn)知識(shí)之間的結(jié)構(gòu)化聯(lián)系，加強(qiáng)認(rèn)知模型的表征和構(gòu)建，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)整體性的理解，實(shí)現(xiàn)學(xué)科思維能力和學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展[1]．目前已有研究主要集中在思維導(dǎo)圖的應(yīng)用上，側(cè)重于將思維導(dǎo)圖作為教學(xué)設(shè)計(jì)和高效傳授知識(shí)或者提高學(xué)生的總結(jié)和歸納能力的工具[2-3].比如,基于STS教育理念，李佳等[4]將思維導(dǎo)圖與“化學(xué)能與電能”的教學(xué)設(shè)計(jì)相結(jié)合．梁銳杰等[5]將思維導(dǎo)圖與PPT課件相結(jié)合，均發(fā)現(xiàn)其對(duì)教學(xué)的有效推進(jìn)價(jià)值性．但是整體對(duì)于思維導(dǎo)圖的教學(xué)應(yīng)用以及對(duì)教學(xué)效果的影響等實(shí)證研究較淺．《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(以下簡(jiǎn)稱新課標(biāo))圍繞核心素養(yǎng)的落實(shí)提出了“要以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨、重視以學(xué)科大概念為核心、使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化和情境化”等課程理念，并在教學(xué)實(shí)施與建議部分強(qiáng)調(diào)“要注重引導(dǎo)學(xué)生化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)化的自主建構(gòu)，提升學(xué)生的核心概念和觀念的結(jié)構(gòu)化水平”[6]．可以看到，國(guó)家從教育方針層面對(duì)培養(yǎng)學(xué)生結(jié)構(gòu)化思維的重視．基于對(duì)“思維導(dǎo)圖”的研究現(xiàn)狀分析以及對(duì)新課標(biāo)政策的解讀，本研究以“化學(xué)能與電能”這一節(jié)內(nèi)容為教學(xué)載體，通過(guò)問(wèn)卷、訪談、教學(xué)實(shí)驗(yàn)等方式探究了思維導(dǎo)圖對(duì)高一學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)方式的影響，以期為一線教師開展基于思維導(dǎo)圖的教學(xué)實(shí)踐提供幫助．

2 研究對(duì)象和研究過(guò)程

2.1 研究對(duì)象

本研究選擇了陜西省西安市某一職業(yè)技術(shù)學(xué)校高一年級(jí)作為樣本來(lái)源，以高一年級(jí)教師和學(xué)生為調(diào)查和訪談研究對(duì)象，并隨機(jī)抽取了兩個(gè)由同一名教師授課且成績(jī)相近的普通班級(jí)(15班和16班)作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象，來(lái)保證實(shí)驗(yàn)研究的樣本具有代表性．

2.2 研究過(guò)程

想要了解師生對(duì)思維導(dǎo)圖的認(rèn)識(shí)和運(yùn)用狀況，首先采用訪談和問(wèn)卷的方式對(duì)教師和學(xué)生進(jìn)行調(diào)查．通過(guò)對(duì)調(diào)查結(jié)果的研究，根據(jù)當(dāng)前學(xué)生對(duì)于結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識(shí)水平，同時(shí)考慮到將課程內(nèi)容與思維導(dǎo)圖緊密結(jié)合，選擇了“化學(xué)能與電能”為具體研究案例．選擇這部分內(nèi)容不僅是由于此內(nèi)容是高中“電化學(xué)”知識(shí)版塊的重要組成部分，而且是承載原電池知識(shí)的重要STSE素材，能幫助學(xué)生建立對(duì)原電池工作原理、原電池構(gòu)成要素及其相互關(guān)系的本質(zhì)認(rèn)識(shí)，形成解決電化學(xué)問(wèn)題的結(jié)構(gòu)化分析思路，發(fā)展學(xué)生合理利用化學(xué)反應(yīng)中的能量變化的意識(shí)．基于對(duì)學(xué)生和內(nèi)容分析，用思維導(dǎo)圖模式來(lái)輔助教學(xué)，選擇研究對(duì)象利用思維導(dǎo)圖的方式開展教學(xué)實(shí)踐．最后通過(guò)對(duì)學(xué)生前測(cè)和后測(cè)分?jǐn)?shù)對(duì)比進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析，對(duì)學(xué)生課后問(wèn)卷調(diào)查進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和剖析，從學(xué)生的測(cè)試成績(jī)和學(xué)習(xí)方式得出結(jié)論(具體研究過(guò)程如圖1所示)．

圖1 思維導(dǎo)圖教學(xué)模式研究過(guò)程

3 研究結(jié)果與分析

3.1 測(cè)評(píng)工具信效度分析

3.1.1 后測(cè)試卷信效度

本實(shí)驗(yàn)研究廣泛咨詢?nèi)握n教師的意見和想法后進(jìn)行整理．采納部分的意見后決定以該校自主出題的高中化學(xué)學(xué)科試卷為后測(cè)卷．該試卷按照中學(xué)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，以相應(yīng)的化學(xué)教材作為依托，依據(jù)課程內(nèi)容“化學(xué)能與電能”本節(jié)課程知識(shí)點(diǎn)編寫，開展知識(shí)測(cè)試檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)已學(xué)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度．

從內(nèi)容效度的分析來(lái)看，本試卷考點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班的教學(xué)中均有涉及，采用的教學(xué)方法也不盡相同，得到了所測(cè)學(xué)校的化學(xué)組教師的肯定，具有較高的內(nèi)容效度(具體的測(cè)評(píng)細(xì)目如表1所示)．

表1 測(cè)評(píng)表格雙向細(xì)目表

測(cè)評(píng)試卷的克隆巴赫信度系數(shù)值達(dá)到0.735(>0.7)，表明該測(cè)評(píng)試卷具有可靠的信度．從上述兩方面分析來(lái)看，該試卷的信度和效度良好，可用于實(shí)驗(yàn)研究的考察．

3.1.2 調(diào)查問(wèn)卷信效度

想更好地探究思維導(dǎo)圖進(jìn)入化學(xué)課堂對(duì)學(xué)生有何影響，以及學(xué)生對(duì)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)秉持的態(tài)度和自己的想法，從學(xué)生對(duì)思維導(dǎo)圖教學(xué)方式的認(rèn)可程度、運(yùn)用程度、小組交流、構(gòu)圖掌握程度，以及學(xué)生對(duì)于課堂中的部分環(huán)節(jié)能否運(yùn)用思維導(dǎo)圖、運(yùn)用思維導(dǎo)圖之后的學(xué)習(xí)效果和想法建議等方面也設(shè)置了學(xué)生問(wèn)卷，對(duì)實(shí)驗(yàn)班學(xué)生進(jìn)行調(diào)查問(wèn)卷．

表2 調(diào)查問(wèn)卷信度統(tǒng)計(jì)

從內(nèi)容效度來(lái)說(shuō)，本研究參照課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，并且依據(jù)所要求達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)置習(xí)題，測(cè)試題都是由該校教師共同完成編制，具有一定的效度．對(duì)信度而言，分析結(jié)果如表2所示．一方面是從橫向進(jìn)行信度分析，問(wèn)卷包括15道題，6個(gè)維度，使用SPSS對(duì)測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，調(diào)查問(wèn)卷的克隆巴赫系數(shù)是0.831(>0.7)，此數(shù)值表明問(wèn)卷具有一定的信度．另一方面對(duì)15個(gè)題目進(jìn)行縱向維度的信度分析，通過(guò)表2可知每一個(gè)維度的克隆巴赫系數(shù)都大于0.7．綜合可以得出，此問(wèn)卷具有良好信度．

3.2 測(cè)評(píng)工具結(jié)果分析

3.2.1 后測(cè)試卷結(jié)果及分析

(1)總體成績(jī)分析

因變量為高一年級(jí)“原電池”這一章節(jié)內(nèi)容的測(cè)評(píng)試卷得分，影響因變量的因素是：傳統(tǒng)方式教學(xué)與引入思維導(dǎo)圖方式的教學(xué)．在思維導(dǎo)圖的教學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行了測(cè)試，表3是后測(cè)測(cè)評(píng)成績(jī)統(tǒng)計(jì)．從表3分析得出，實(shí)驗(yàn)班運(yùn)用思維導(dǎo)圖的方式進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生的測(cè)試平均成績(jī)比對(duì)照班學(xué)生的測(cè)試平均成績(jī)要高，表明思維導(dǎo)圖對(duì)高一學(xué)生的學(xué)習(xí)方式有一定積極的影響，從而促進(jìn)了學(xué)生對(duì)化學(xué)能與電能知識(shí)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用．由分析可知，學(xué)生對(duì)于思維導(dǎo)圖教學(xué)的認(rèn)可度較高，并且在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)于對(duì)照班學(xué)生的學(xué)習(xí)能力．

表3 后測(cè)測(cè)評(píng)成績(jī)統(tǒng)計(jì)

為了探究表3中兩個(gè)班級(jí)學(xué)生的測(cè)評(píng)成績(jī)是否具有顯著性差異，選取SPSS軟件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從而可知兩個(gè)班成績(jī)是否有顯著的差異性．

從表4看出，將思維導(dǎo)圖引進(jìn)課堂教學(xué)之后，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的成績(jī)比對(duì)照班的學(xué)生好，實(shí)驗(yàn)班的平均成績(jī)高出對(duì)照班4.41分．從統(tǒng)計(jì)結(jié)果得出，實(shí)驗(yàn)班的后測(cè)成績(jī)漸進(jìn)顯著性(雙側(cè))數(shù)值為0.839，對(duì)照班的后測(cè)成績(jī)漸進(jìn)顯著性(雙側(cè))數(shù)值為0.795，均大于0.05[7]．因此，兩個(gè)班的后測(cè)測(cè)試成績(jī)結(jié)果均符合正態(tài)分布．

表4 后測(cè)成績(jī)單樣本K-S檢驗(yàn)

想要探求兩個(gè)班的后測(cè)成績(jī)有無(wú)顯著性差異，根據(jù)余佳星[7]的統(tǒng)計(jì)方式選取SPSS軟件，對(duì)兩個(gè)班的成績(jī)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果如表5所示．

表5 測(cè)評(píng)成績(jī)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)

根據(jù)表5中的數(shù)據(jù)分析，兩個(gè)班后測(cè)成績(jī)進(jìn)行獨(dú)立樣本t值檢驗(yàn)，可以得出P值小于0.05，所以兩個(gè)班的學(xué)生測(cè)試成績(jī)具有顯著性差異，并且實(shí)驗(yàn)班的后測(cè)成績(jī)更好．可得出以下結(jié)論，實(shí)驗(yàn)班用思維導(dǎo)圖進(jìn)行教學(xué)，既清晰又高效，同時(shí)也對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)方式有積極影響，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)也產(chǎn)生了顯著效果，即實(shí)驗(yàn)班學(xué)生成績(jī)要高于對(duì)照班．采用思維導(dǎo)圖教學(xué)策略對(duì)學(xué)生提高成績(jī)影響是非常明顯的，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果起到促進(jìn)作用．這也說(shuō)明了思維導(dǎo)圖授課方式具有一定的可行性和有效性．

(2)測(cè)試成績(jī)對(duì)比分析

研究思維導(dǎo)圖對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)影響，以便深入掌握思維導(dǎo)圖的功能，將試題的類型分為綜合應(yīng)用型、知識(shí)理解型和基礎(chǔ)識(shí)記型三種題型．采取數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，將實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班學(xué)生試題的分布進(jìn)行整合，如表6所示.

表6 后測(cè)試卷各個(gè)題型及分值情況

通過(guò)對(duì)試卷的分析，可以看出在理解與應(yīng)用部分習(xí)題所占比例較大，主要考察學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握與運(yùn)用能力．對(duì)兩個(gè)班級(jí)的得分情況進(jìn)行結(jié)果統(tǒng)計(jì)，計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)差，通過(guò)SPSS軟件能夠檢驗(yàn)出兩個(gè)班級(jí)的得分是否有顯著性差異，結(jié)果如表7所示．

表7 前后測(cè)成績(jī)對(duì)比情況

從表7中可以看出，對(duì)照班的后測(cè)成績(jī)相比較于前測(cè)成績(jī)，平均成績(jī)有所下降，對(duì)于這個(gè)現(xiàn)象，有可能是學(xué)生在接觸到化學(xué)能與電能部分知識(shí)點(diǎn)時(shí)較難理解，知識(shí)體系不夠清晰．實(shí)驗(yàn)班前測(cè)與后測(cè)成績(jī)對(duì)比，可以清楚看出后測(cè)成績(jī)有明顯提升．

總體來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生可以較快地接受思維導(dǎo)圖教學(xué)模式，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生成績(jī)較對(duì)照班相比明顯較高，以上可見實(shí)驗(yàn)班學(xué)生更好地掌握了化學(xué)能與電能中第一節(jié)原電池的化學(xué)知識(shí)．思維導(dǎo)圖的教學(xué)模式在化學(xué)能與電能這一節(jié)教學(xué)過(guò)程中達(dá)到了預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果，對(duì)高一學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)成績(jī)與能力提升起到了積極作用，在化學(xué)能與電能教學(xué)中實(shí)施思維導(dǎo)圖的教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)具有一定的可行性，從而為高一學(xué)生提供了新的化學(xué)學(xué)習(xí)方式．

3.2.2 學(xué)生訪談結(jié)果與分析

在紙筆測(cè)驗(yàn)、問(wèn)卷調(diào)查的基礎(chǔ)上，為了對(duì)調(diào)查結(jié)果有更深入的分析，對(duì)于不同學(xué)習(xí)程度的同學(xué)進(jìn)行針對(duì)性交流，交流的內(nèi)容側(cè)重于以下幾方面：學(xué)生對(duì)課堂整體的看法、課上的學(xué)習(xí)表現(xiàn)以及對(duì)于如何對(duì)思維導(dǎo)圖進(jìn)行設(shè)計(jì).本次交流的目的是了解不同學(xué)生對(duì)于思維導(dǎo)圖教學(xué)的意見與看法．

如表8所示，根據(jù)訪談內(nèi)容來(lái)看，大部分學(xué)生對(duì)思維導(dǎo)圖教學(xué)方式很感興趣也能快速接受，對(duì)思維導(dǎo)圖了解非常深入，學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)興趣都得到了很大的提升，少數(shù)學(xué)生有一定的將思維導(dǎo)圖應(yīng)用到其他學(xué)科的意識(shí)和想法，同時(shí)其他學(xué)科的成績(jī)也得到了提升．還有一小部分學(xué)生態(tài)度較為消極，他們認(rèn)為思維導(dǎo)圖的繪制弊大于利，浪費(fèi)了寶貴的學(xué)習(xí)時(shí)間．這也從側(cè)面體現(xiàn)出學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)掌握不熟練，未形成完整的知識(shí)脈絡(luò)，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的本質(zhì)理解得不夠深入，不能將已學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到未學(xué)習(xí)的知識(shí)上來(lái)減少學(xué)習(xí)過(guò)程中的困難．教師在教學(xué)實(shí)踐中需要特別關(guān)注這部分學(xué)生，有耐心的教導(dǎo)，同時(shí)適當(dāng)增加課本知識(shí)的趣味性，吸引學(xué)生注意力并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情．首先從簡(jiǎn)單的思維導(dǎo)圖繪制開始，幫助他們進(jìn)一步理清知識(shí)脈絡(luò)，完善化學(xué)知識(shí)框架，及時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行鼓勵(lì)和啟發(fā)引導(dǎo)，讓他們?cè)诶L制思維導(dǎo)圖成功的喜悅感中，產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)．

表8 思維導(dǎo)圖教學(xué)方法對(duì)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的影響研究

4 研究結(jié)論

(1)思維導(dǎo)圖教學(xué)可有效提高高一學(xué)生化學(xué)成績(jī).對(duì)比學(xué)生卷面分?jǐn)?shù)，顯而易見，通過(guò)課堂中思維導(dǎo)圖啟發(fā)引導(dǎo)式教學(xué)，實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生成績(jī)較對(duì)照班的學(xué)生相比明顯較高．另一方面從知識(shí)的整體掌握水平上來(lái)看，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生比對(duì)照班的學(xué)生，知識(shí)掌握更牢固，得分較高．思維導(dǎo)圖教學(xué)方式能夠協(xié)助學(xué)生理解知識(shí)本質(zhì)，建立知識(shí)框架，輔助學(xué)生理清知識(shí)的聯(lián)系與區(qū)別，更高效地發(fā)散思維．

(2)思維導(dǎo)圖教學(xué)對(duì)高一學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)方式產(chǎn)生了積極影響.從問(wèn)卷調(diào)查和訪談結(jié)果可知，思維導(dǎo)圖教學(xué)可以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，增加學(xué)生對(duì)知識(shí)獲取的渴望，對(duì)高一學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)方式具有積極的影響，有效地幫助了學(xué)生建立知識(shí)體系之間的區(qū)別與聯(lián)系.因此，思維導(dǎo)圖教學(xué)模式有助于學(xué)生掌握科學(xué)知識(shí)，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)．調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生對(duì)思維導(dǎo)圖教學(xué)十分贊同，并且在學(xué)會(huì)運(yùn)用思維導(dǎo)圖之后，大部分學(xué)生表示會(huì)將思維導(dǎo)圖運(yùn)用到其他科目幫助完成學(xué)習(xí)．