有機(jī)化學(xué)教學(xué)改革中知識(shí)圖譜及思維導(dǎo)圖的應(yīng)用

田 燕*，邢殿香，王 曉

（齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）化學(xué)與化工學(xué)院 山東 濟(jì)南 250353）

有機(jī)化學(xué)作為化學(xué)學(xué)科中的重要分支，一直以來(lái)都是許多學(xué)生感到比較難學(xué)的學(xué)科之一。傳統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)課程往往以大量的有機(jī)反應(yīng)教學(xué)為主，學(xué)生在面對(duì)眾多有機(jī)分子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)理時(shí)感到壓力重重。教師也一直在尋求更有效的教學(xué)手段，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和教育理念的更新，知識(shí)圖譜和思維導(dǎo)圖等概念逐漸進(jìn)入有機(jī)化學(xué)教學(xué)改革的視野。這種新型的教學(xué)手段不僅能夠呈現(xiàn)知識(shí)的結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生建立整體認(rèn)知框架，還能夠通過(guò)圖形化的方式強(qiáng)調(diào)概念之間的關(guān)系，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深度理解。

1 知識(shí)圖譜在有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的作用

1.1 知識(shí)圖譜的優(yōu)點(diǎn)

首先，知識(shí)圖譜以結(jié)構(gòu)清晰、層次分明的方式展示知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系，幫助學(xué)生建立整體認(rèn)知框架。通過(guò)圖形的直觀呈現(xiàn)，知識(shí)圖譜使得抽象的有機(jī)分子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)理等概念更易于理解和記憶。其次，知識(shí)圖譜強(qiáng)調(diào)了不同知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系，包括概念的衍生、依賴(lài)、相互聯(lián)系，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)知識(shí)內(nèi)在聯(lián)系的深入理解。這種關(guān)系明確的特性有助于學(xué)生的綜合性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。最后，知識(shí)圖譜的制作過(guò)程促進(jìn)了學(xué)生之間的合作和討論，為小組學(xué)習(xí)和互動(dòng)提供了機(jī)會(huì)[1]。

1.2 知識(shí)圖譜在整體知識(shí)結(jié)構(gòu)中的作用

教師開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)的過(guò)程中，為了確保知識(shí)圖譜的準(zhǔn)確性和有效性，需要進(jìn)行主題關(guān)鍵詞的提取，例如對(duì)有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的核心概念和主題進(jìn)行深入分析。此外，教師可以嘗試建立知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯聯(lián)系，通過(guò)圖譜的形式清晰地呈現(xiàn)不同知識(shí)點(diǎn)之間的相互依賴(lài)、衍生和關(guān)聯(lián)。為了使學(xué)生更容易理解，還可設(shè)計(jì)圖譜的層次結(jié)構(gòu)，從基本概念逐步展開(kāi)到更為復(fù)雜的有機(jī)反應(yīng)機(jī)理和合成路線。圖譜的圖形化呈現(xiàn)也是十分重要的方式，采用顏色、形狀等元素來(lái)區(qū)分不同類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)，以增強(qiáng)視覺(jué)吸引力。為了滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，有必要開(kāi)發(fā)交互式的學(xué)習(xí)工具，讓學(xué)生可以自主選擇瀏覽圖譜的不同部分，放大縮小特定區(qū)域。

將知識(shí)圖譜與多媒體教學(xué)相結(jié)合，將圖譜中的節(jié)點(diǎn)鏈接到相關(guān)的視頻、實(shí)驗(yàn)演示或模擬實(shí)驗(yàn)，以提供多樣化的學(xué)習(xí)資源。例如，在學(xué)習(xí)“雜化軌道理論與官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)”一課時(shí)，教師運(yùn)用知識(shí)圖譜，加深學(xué)生對(duì)于該知識(shí)點(diǎn)的理解。從“雜化軌道理論”“官能團(tuán)結(jié)構(gòu)”這兩個(gè)主題出發(fā)，提取出相關(guān)的關(guān)鍵概念和理論基礎(chǔ)，如sp、sp2、sp3雜化軌道理論，碳?；⒘u基、氨基等常見(jiàn)官能團(tuán)。利用知識(shí)圖譜的方式將這些概念和理論進(jìn)行關(guān)聯(lián)[2]。例如，節(jié)點(diǎn)可以代表不同類(lèi)型的雜化軌道（如sp2雜化軌道），而邊則表示它們與特定官能團(tuán)結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)，比如sp2雜化軌道與碳?；年P(guān)系（詳見(jiàn)表1）。

表1 雜化軌道理論與官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)匯總

教師將知識(shí)圖譜以圖形化的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，通過(guò)節(jié)點(diǎn)和邊的形式展示不同雜化軌道類(lèi)型與特定官能團(tuán)結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)。同時(shí)利用多媒體資源，如圖解、動(dòng)畫(huà)或模擬演示，鏈接到知識(shí)圖譜中的節(jié)點(diǎn)，提供更直觀、生動(dòng)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

2 思維導(dǎo)圖在有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 思維導(dǎo)圖的制作步驟

思維導(dǎo)圖是一種有效的圖形工具，用于整理、表示、呈現(xiàn)信息，幫助人們更清晰地理解復(fù)雜的概念和關(guān)系。首先，教師確定要制作思維導(dǎo)圖的主題，并在中央位置設(shè)置一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)，寫(xiě)下與主題相關(guān)的核心關(guān)鍵詞或短語(yǔ)。其次，從中心節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，拉出若干分支，每個(gè)分支代表主題的一個(gè)子概念或相關(guān)主題，形成一個(gè)層次結(jié)構(gòu)。在繪制思維導(dǎo)圖的過(guò)程中，教師可以進(jìn)一步添加分支的分支，表示更具體的信息，以建立更全面的信息框架，使用關(guān)鍵詞、短語(yǔ)和圖標(biāo)來(lái)增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的表達(dá)力，同時(shí)利用顏色和形狀來(lái)區(qū)分不同的節(jié)點(diǎn)和分支，提高思維導(dǎo)圖的可讀性，確保布局有序，按照邏輯或時(shí)間順序進(jìn)行排列，并添加線條、箭頭等來(lái)表示節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)中添加足夠的細(xì)節(jié)，以便更全面地表達(dá)信息。最后，仔細(xì)檢查思維導(dǎo)圖并進(jìn)行調(diào)整和修訂，確保信息層次清晰、關(guān)系明了。

2.2 思維導(dǎo)圖在有機(jī)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

第一，教師使用思維導(dǎo)圖可以為學(xué)生提供有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的總覽，將其分支和重要的概念以圖形化的方式呈現(xiàn)在課堂上?？梢酝ㄟ^(guò)中心節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)有機(jī)化學(xué)，并從中心節(jié)點(diǎn)延伸出各個(gè)分支，例如有機(jī)反應(yīng)、官能團(tuán)、碳骨架等，以及相應(yīng)的細(xì)分領(lǐng)域。這樣可以幫助學(xué)生了解有機(jī)化學(xué)的結(jié)構(gòu)和組成部分，以及各個(gè)分支之間的關(guān)系。第二，有機(jī)化學(xué)中的官能團(tuán)和反應(yīng)是重要的概念，思維導(dǎo)圖可以用來(lái)展示不同官能團(tuán)及其共有的性質(zhì)和特征。以中心節(jié)點(diǎn)表示官能團(tuán)，并通過(guò)分支節(jié)點(diǎn)展示每個(gè)官能團(tuán)的特點(diǎn)、關(guān)鍵反應(yīng)和典型化合物。同時(shí)，使用線條和箭頭表示不同官能團(tuán)之間的變換關(guān)系和反應(yīng)途徑，幫助學(xué)生理解官能團(tuán)之間相互轉(zhuǎn)化和反應(yīng)的機(jī)理。第三，在有機(jī)化學(xué)中，命名必不可少。通過(guò)思維導(dǎo)圖，以中心節(jié)點(diǎn)表示命名，然后通過(guò)分支節(jié)點(diǎn)展示不同的分類(lèi)和命名規(guī)則，例如烴類(lèi)、醇、醛、酮等。學(xué)生根據(jù)這樣的思維導(dǎo)圖快速查找和理解不同類(lèi)別化合物的命名方法[3]。第四，有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理對(duì)于一些化學(xué)基礎(chǔ)較差的學(xué)生而言具有一定的閱讀和書(shū)寫(xiě)難度，思維導(dǎo)圖可以用于展示反應(yīng)完整的機(jī)理以及其中的關(guān)鍵步驟。中心節(jié)點(diǎn)表示反應(yīng)，然后使用分支節(jié)點(diǎn)表示不同的反應(yīng)步驟、中間體和反應(yīng)條件等。學(xué)生可以通過(guò)這種方式理解反應(yīng)的整體過(guò)程，并將復(fù)雜的反應(yīng)機(jī)理分解為更易理解的步驟。

例如，在學(xué)習(xí)“烷經(jīng)的化學(xué)性質(zhì)”一課的時(shí)候，教師采用思維導(dǎo)圖輔助課堂教學(xué)活動(dòng)：①概念總覽。通過(guò)思維導(dǎo)圖，教師得以系統(tǒng)地展示烷烴的分類(lèi)和基本性質(zhì)。這一過(guò)程始于中心節(jié)點(diǎn)，它代表著烷烴的整體內(nèi)容。從這個(gè)中心節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，教師可以展開(kāi)不同的支鏈，延伸至不同的取代飽和烷烴。這種結(jié)構(gòu)性的可視化方法有助于學(xué)生更直觀地理解不同個(gè)數(shù)不同支鏈的烷烴是如何命名以及它們的基本化學(xué)性質(zhì)。②關(guān)聯(lián)性分析。教師通過(guò)節(jié)點(diǎn)之間的連接，具體闡述分支鏈長(zhǎng)度與碳?xì)滏I斷裂反應(yīng)之間的緊密關(guān)系。通過(guò)比較不同分支鏈長(zhǎng)度的烷烴，教師能夠深入分析和展示裂解反應(yīng)中碳?xì)滏I斷裂反應(yīng)生成產(chǎn)物的異同，包括反應(yīng)性的差異以及可能生成的產(chǎn)物的變化。這種關(guān)聯(lián)性分析的方式有助于學(xué)生更深層次地理解烷烴的性質(zhì)。③反應(yīng)機(jī)理理解。節(jié)點(diǎn)和分支節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)描述能夠呈現(xiàn)碳?xì)滏I斷裂反應(yīng)的整個(gè)機(jī)理過(guò)程。通過(guò)這種可視化的方式，學(xué)生可以更清晰地理解反應(yīng)的步驟和各個(gè)中間產(chǎn)物之間的關(guān)系，提高對(duì)反應(yīng)機(jī)理的整體理解。④示例展示與總結(jié)性節(jié)點(diǎn)。比如甲烷和乙烷的碳?xì)滏I斷裂反應(yīng)，可以用來(lái)生動(dòng)展示前述討論的理論知識(shí)。通過(guò)總結(jié)性節(jié)點(diǎn)，教師能夠?qū)φ麄€(gè)烷烴的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行概括和總結(jié)，鞏固學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，并為后續(xù)學(xué)習(xí)提供一個(gè)清晰的框架。這一過(guò)程使學(xué)生更容易回顧和應(yīng)用已學(xué)的知識(shí)。

3 知識(shí)圖譜和思維導(dǎo)圖的整合策略

3.1 教學(xué)設(shè)計(jì)中的整合

基于教學(xué)設(shè)計(jì)層面，教師著眼于知識(shí)圖譜與思維導(dǎo)圖的融合，旨在提供更為綜合和有機(jī)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。教師將知識(shí)圖譜視為整體教學(xué)框架的核心，其中涵蓋了主要概念和關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，這種全局性的概念架構(gòu)能培養(yǎng)學(xué)生的大局意識(shí)，使其能更全面地把握課程內(nèi)容[4]。與此同時(shí)，教師巧妙地運(yùn)用思維導(dǎo)圖，以圖形化的方式展示知識(shí)圖譜中的關(guān)鍵內(nèi)容，著重呈現(xiàn)重要概念之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而引導(dǎo)學(xué)生深入思考并更好地理解知識(shí)的結(jié)構(gòu)。而在任務(wù)型教學(xué)設(shè)計(jì)方面，教師更為注重學(xué)生在實(shí)際問(wèn)題解決和項(xiàng)目完成中運(yùn)用知識(shí)圖譜和思維導(dǎo)圖的能力。教師設(shè)計(jì)有明確任務(wù)目標(biāo)的學(xué)習(xí)活動(dòng)，學(xué)生在這一過(guò)程中靈活應(yīng)用他們從知識(shí)圖譜和思維導(dǎo)圖中獲取的信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所學(xué)概念的深度理解。為了更好地將抽象的概念與實(shí)際情境相連接，教師特意整合了具體案例和實(shí)際應(yīng)用，使學(xué)生在解決問(wèn)題的同時(shí)能夠體現(xiàn)其對(duì)理論知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用能力。

3.2 學(xué)生參與和互動(dòng)

在學(xué)生參與和互動(dòng)方面，教師采取了多層次的策略，旨在激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和合作精神。通過(guò)合作學(xué)習(xí)，教師將學(xué)生有機(jī)地組織成小組，每個(gè)小組負(fù)責(zé)深入研究知識(shí)圖譜中的一個(gè)特定模塊。這種團(tuán)隊(duì)合作的方式不僅促進(jìn)了學(xué)生之間的相互協(xié)作，還令他們能夠深入探討和理解特定領(lǐng)域的知識(shí)點(diǎn)。為了更具體地呈現(xiàn)他們的研究成果，教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)小組合作的方式繪制思維導(dǎo)圖，以圖形化的形式分別展示他們所研究的部分，從而進(jìn)一步促使學(xué)生之間的知識(shí)共享和合作。在課堂討論和分享方面，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生分享他們制作的思維導(dǎo)圖，并積極參與討論。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生討論不同的學(xué)習(xí)策略和觀點(diǎn)，教師創(chuàng)造了一個(gè)開(kāi)放的學(xué)習(xí)環(huán)境，使每個(gè)學(xué)生都有機(jī)會(huì)表達(dá)他們對(duì)整體知識(shí)結(jié)構(gòu)的理解。為確保討論有序進(jìn)行，教師巧妙地運(yùn)用知識(shí)圖譜作為引導(dǎo)，以確保討論始終與整體課程內(nèi)容緊密相連。在反饋機(jī)制方面，教師設(shè)立專(zhuān)門(mén)的反饋環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)其他小組的思維導(dǎo)圖進(jìn)行評(píng)論和評(píng)估[5]。這種學(xué)生間的相互反饋不僅有助于鞏固所學(xué)知識(shí)，還培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維和評(píng)價(jià)能力。教師在這一過(guò)程中發(fā)揮著重要的指導(dǎo)作用，通過(guò)回饋引導(dǎo)學(xué)生更好地理解知識(shí)圖譜和思維導(dǎo)圖，推動(dòng)他們進(jìn)行深度思考。

4 結(jié)語(yǔ)

在有機(jī)化學(xué)教學(xué)改革中，知識(shí)圖譜與思維導(dǎo)圖應(yīng)用策略的探究為教學(xué)帶來(lái)了新的思路和方法。將知識(shí)圖譜作為整體教學(xué)框架，教師成功地構(gòu)建了一個(gè)清晰系統(tǒng)的學(xué)科結(jié)構(gòu)，為學(xué)生提供了更全面的學(xué)科認(rèn)知，為未來(lái)的教學(xué)改革提供了有益的經(jīng)驗(yàn)，引領(lǐng)著有機(jī)化學(xué)教學(xué)朝著更為有效、學(xué)生參與度更高的方向邁進(jìn)。