基于PowerPoint內(nèi)嵌于思維導(dǎo)圖課件的物理化學(xué)課堂教學(xué)改革實證研究

孫元元，李國輝，宋明烜

（1.海南師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，海南?？?571158；2.瓊臺師范學(xué)院理學(xué)院，海南?？?571127）

1 物理化學(xué)的學(xué)科特點及學(xué)習(xí)難點

物理化學(xué)是以物理的理論和實驗技術(shù)為基礎(chǔ)，研究與化學(xué)變化伴生的各種層次的物理現(xiàn)象為學(xué)科內(nèi)容和發(fā)展方向，發(fā)現(xiàn)并建立化學(xué)體系中特殊規(guī)律的學(xué)科，是化學(xué)的理論基礎(chǔ)。它涵蓋了化學(xué)體系的宏觀平衡性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以及以時間為核心變量的化學(xué)體系動態(tài)性質(zhì)。但因?qū)W科交叉性強、公式繁多、邏輯性強等特點，使得學(xué)生對物理化學(xué)望而生畏。

2 思維導(dǎo)圖研究現(xiàn)狀

思維導(dǎo)圖（Mind map）運用圖文并重的技巧，把各級主題的關(guān)系用相互隸屬與相關(guān)的層級圖表現(xiàn)出來，把主題關(guān)鍵詞與圖像、顏色等建立記憶鏈接?；谒季S導(dǎo)圖的教學(xué)，讓學(xué)生圍繞授課內(nèi)容展開聯(lián)想和推理，樹狀發(fā)散式構(gòu)圖表達正好吻合了大腦聯(lián)想和想象的工作方式，有利于創(chuàng)造性活動的發(fā)生，有利于大學(xué)生發(fā)散思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

國外許多一流大學(xué)如哈佛大學(xué)、劍橋大學(xué)等早已經(jīng)把思維導(dǎo)圖應(yīng)用在了教學(xué)中。相比于國外對思維導(dǎo)圖研究的成熟，我國對思維導(dǎo)圖的研究起步較晚，自1999年報刊上刊登托尼·博贊系列叢書之后，開始得到少數(shù)人的關(guān)注。2000年，在《淺析思維導(dǎo)圖教學(xué)法》中，王功玲首次提出并詳細介紹了思維導(dǎo)圖用于改變學(xué)生傳統(tǒng)記筆記的方式以及在課后復(fù)習(xí)中的應(yīng)用[1]，這與托尼·博贊開創(chuàng)思維導(dǎo)圖的初衷是一致的。近幾年來，思維導(dǎo)圖的教學(xué)模式逐漸向高等教育領(lǐng)域發(fā)展。2019年，許妙瓊等研究了思維導(dǎo)圖在分析化學(xué)和無機化學(xué)課程中的應(yīng)用[2]；2020年，張玉龍研究了思維導(dǎo)圖在大學(xué)有機化學(xué)復(fù)習(xí)中的實踐研究[3]。2022年雷雪峰等人思維導(dǎo)圖在物理化學(xué)知識體系構(gòu)建中的應(yīng)用[4]，2022年，李翠林等研究了思維導(dǎo)圖在物理化學(xué)熱力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[5]，馮悅兵研究了思維導(dǎo)圖在工科物理化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[6]，彭冰等研究了Xmind思維導(dǎo)圖軟件在物理化學(xué)課程中的運用[7]。

目前應(yīng)用思維導(dǎo)圖對大學(xué)教學(xué)進行研究是非常少的，且使用范圍多數(shù)局限于幫助學(xué)生建立知識體系框架和幫助學(xué)生復(fù)習(xí)知識。本文致力于突破傳統(tǒng)的PowerPoint 教學(xué)模式，以Mindmaster 軟件為平臺制作物理化學(xué)思維導(dǎo)圖內(nèi)嵌PowerPoint 課件，以可上可鉆的思維導(dǎo)圖為上課主要工具進行課堂教學(xué)改革，讓學(xué)生在教學(xué)過程中無時無刻不知不覺地感受所學(xué)知識處于整個知識架構(gòu)中的位置，與前面所學(xué)知識之間的聯(lián)系，潛移默化中幫助學(xué)生在腦海中建立知識結(jié)構(gòu)框架，再通過教師引導(dǎo)和課后學(xué)生采用思維導(dǎo)圖進行歸納學(xué)習(xí)，來提高學(xué)生對整個物理化學(xué)的認識和理解深度，探索思維導(dǎo)圖對學(xué)生發(fā)散思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)上的應(yīng)用價值，如圖1所示。

圖1 熱力學(xué)部分思維導(dǎo)圖課件

3 物理化學(xué)思維導(dǎo)圖課件的設(shè)計及應(yīng)用

3.1 思維導(dǎo)圖課件設(shè)計思路

物理化學(xué)思維導(dǎo)圖課件的設(shè)計重點考慮以下幾個因素：①利用思維導(dǎo)圖的優(yōu)勢，凸顯物理化學(xué)各章知識的遞進性和內(nèi)在聯(lián)系，充分展示各知識點間的內(nèi)在邏輯關(guān)系；②利用思維導(dǎo)圖可上可鉆的特點，融入PowerPoint 插件，兼顧知識點的全面和習(xí)題與例題的展示效果。

以物理化學(xué)簡明教程教材為參考，首先將物理化學(xué)的內(nèi)容分為四個模塊，分別為化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)、量子力學(xué)和統(tǒng)計熱力學(xué)。以熱力學(xué)為例（如圖1所示），詳細介紹思維導(dǎo)圖課件的制作思路。從研究雙變量系統(tǒng)與環(huán)境之間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系出發(fā)（熱力學(xué)第一定律），尋找功熱轉(zhuǎn)換的不可逆性和方向性，進而找到新的狀態(tài)函數(shù)熵變，由此來判斷雙變量系統(tǒng)變化的方向和限度（熱力學(xué)第二定律），即為熵判據(jù)。結(jié)合熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律推導(dǎo)出吉布斯能和亥姆霍茲能，從而引出只做體積功時，定溫定容下的亥姆霍茲判據(jù)和定溫定壓下的吉布斯判據(jù)。在此基礎(chǔ)上，將雙變量系統(tǒng)中學(xué)習(xí)的熱力學(xué)函數(shù)應(yīng)用到多組分系統(tǒng)（兩個以上變量）中，研究熱力學(xué)函數(shù)在多組分系統(tǒng)中的應(yīng)用，引出化學(xué)勢判據(jù)，進而學(xué)習(xí)化學(xué)勢在化學(xué)平衡中和多相系統(tǒng)中的應(yīng)用。并在熱力學(xué)知識框架中以附件的形式引入PowerPoint 文件，兼顧每個知識點的詳細學(xué)習(xí)和展示功能，更加有利于知識學(xué)習(xí)的全面性和深入程度。

3.2 思維導(dǎo)圖課件的應(yīng)用及課堂效果

通過課前問卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)超過一半的學(xué)生在復(fù)習(xí)時會使用思維導(dǎo)圖（50.6%），還沒有體驗過使用思維導(dǎo)圖的課堂教學(xué)模式，并且對使用思維導(dǎo)圖內(nèi)嵌PowerPoint 附件上課形式非常受歡迎（57.1%），如圖2所示。

圖2 學(xué)生使用思維導(dǎo)圖的場景及對思維導(dǎo)圖課件上課的態(tài)度（課前）

基于設(shè)計好的思維導(dǎo)圖課件，以20級化學(xué)1班學(xué)生作為實驗班，開展課堂教學(xué)研究。在思維導(dǎo)圖展示的知識框架結(jié)構(gòu)中，各知識點之間的邏輯關(guān)系清晰直觀，學(xué)生可以多角度全方位地感知所學(xué)知識所處的位置，所起的承前啟后的作用。對于課程知識點的詳細解釋和習(xí)題練習(xí)可通過打開附件進行詳細學(xué)習(xí)，對于課程的重難點可以融會貫通進一步深入交流和探討。課后通過作業(yè)的形式讓學(xué)生使用思維導(dǎo)圖對所學(xué)知識點進行梳理，進一步強化學(xué)習(xí)效果，增強對知識點的理解深度。使用思維導(dǎo)圖內(nèi)嵌PowerPoint 附件的課件進行課堂教學(xué)有助于學(xué)生思維發(fā)散式成長，快速建立所學(xué)的知識點之間的關(guān)系，形成知識網(wǎng)絡(luò)，促進知識間的融會貫通，強化所學(xué)知識的遷移能力，為學(xué)生解決實際工藝問題打下堅實的理論基礎(chǔ)。

對思維導(dǎo)圖課件應(yīng)用一個學(xué)期后的上課效果進行調(diào)研，如圖3所示。發(fā)現(xiàn)46.2%的學(xué)生認為這種課堂模式讓知識點脈絡(luò)更加清晰，在傳授知識的同時更加直觀地展示了知識點之間的關(guān)系，更容易理解所學(xué)知識點的承前啟后作用。29.9%的同學(xué)反饋這樣的課堂模式，讓他們課堂上更方便整理筆記，提高學(xué)習(xí)效率。對于思維導(dǎo)圖課件上課更容易使學(xué)生進行深度思考，15.2%的學(xué)生認為非常認同，因為知識點可視化，脈絡(luò)更清晰，更易聯(lián)想和深度思考知識點間的內(nèi)在聯(lián)系，57.5%的同學(xué)表示基本認同這一觀點，27.3%的同學(xué)不是很確定使用思維導(dǎo)圖課件和深度思考之間是否存在必然聯(lián)系。對于是否希望將這一模式應(yīng)用到其他課程的課堂學(xué)習(xí)中，75.8%的同學(xué)表示想，僅有3%的同學(xué)不想（如圖4所示），這說明相比于傳統(tǒng)的PowerPoint 幻燈片授課模式，思維導(dǎo)圖課件的上課模式更符合學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，更快速地厘清需要掌握的知識點，理清所學(xué)知識的相互關(guān)系，更容易達到融會貫通水平，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

圖3 學(xué)生對使用思維導(dǎo)圖課件上課效果的反饋及對使用思維導(dǎo)圖更容易引發(fā)深度思考的觀點

圖4 學(xué)生對將思維導(dǎo)圖的課堂模式應(yīng)用于其他課程學(xué)習(xí)的反饋

4 結(jié)束語

制作了物理化學(xué)思維導(dǎo)圖課件并應(yīng)用于課堂教學(xué)，研究發(fā)現(xiàn)將PowerPoint 內(nèi)嵌于思維導(dǎo)圖內(nèi)的課件應(yīng)用于課堂教學(xué)改革中，近99%的同學(xué)表示歡迎。該上課模式能更加有效的向?qū)W生展示整個課程的知識架構(gòu)，潛移默化中提升學(xué)生對知識點內(nèi)在邏輯關(guān)系的理解，促進學(xué)生深入思考和融會貫通的能力，同時還兼顧了PowerPoint 的展示功能，幫助學(xué)生掌握重難點和解題思路，進而有效提升物理化學(xué)的課堂學(xué)習(xí)效率，同時讓學(xué)生學(xué)會了使用思維導(dǎo)圖歸納總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)倪壿嬎季S和自學(xué)能力。