大学化学, 2019, 34(6): 26-32 doi: 10.3866/PKU.DXHX201901018

教学研究与改革

核心素养导向的基于思维导图的分析化学教学实践与探讨

龚静鸣,, 张文华, 李芳, 徐晖, 周燕平, 梁沛, 熊博, 高婷娟, 原弘, 万坚

Studies on the Application of Mind Map in Analytical Chemistry Teaching Oriented by Key Competences Training

GONG Jingming,, ZHANG Wenhua, LI Fang, XU Hui, ZHOU Yanping, LIANG Pei, XIONG Bo, GAO Tingjuan, YUAN Hong, WAN Jian

通讯作者: 龚静鸣, Email: jmgong@mail.ccnu.edu.cn

收稿日期: 2019-01-15  

Received: 2019-01-15  

摘要

运用“思维导图”这一教学策略,引导学生在学习过程中自发有效地对各知识点进行关联,构建完整的知识网络,进而改变学生单纯依靠“机械式”记忆的学习方法,锤炼其对知识点的凝练总结能力,培养学生的自主学习能力,实现基于核心素养培养观导向的以培养具有良好分析化学素养,具备竞争力和创新能力的高端人才培养目标。

关键词: 核心素养 ; 思维导图 ; 分析化学

Abstract

Utilizing the strategy of "mind map" can instruct students to link the different elements, construct the well-defined knowledge web system and enhance the ability to sum up the knowledge. In the present paper, oriented by key competence straining, how to carry out the analytical chemistry teaching based on mind map has been described.

Keywords: Key competences ; Mindmap ; Analytical chemistry

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龚静鸣, 张文华, 李芳, 徐晖, 周燕平, 梁沛, 熊博, 高婷娟, 原弘, 万坚. 核心素养导向的基于思维导图的分析化学教学实践与探讨. 大学化学[J], 2019, 34(6): 26-32 doi:10.3866/PKU.DXHX201901018

GONG Jingming. Studies on the Application of Mind Map in Analytical Chemistry Teaching Oriented by Key Competences Training. University Chemistry[J], 2019, 34(6): 26-32 doi:10.3866/PKU.DXHX201901018

1 引言

核心素养(key competences)被视为21世纪作为一名合格公民“必备的”“起基础和支撑作用的”素质,是现代学校教育的总体目标。它指学生在接受相应学段的教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。从学科教学的角度看,核心素养培养强调不仅是知识与技能等“认知性素养”的习得,更注重对学生的自主发展、归纳总结、合作参与、创新实践等关键能力的培养。

建构主义认为,学习是学习者个人经验的建构。在学习过程中,学习者通过对知识的理解、组织、应用和创造等复杂脑力活动,不断对原有的知识经验进行改造。因此,设计符合学生认知的社会文化环境,帮助学习者主动对新信息进行加工处理,建构有意义的知识过程,是高等教育课程改革的需要。在知识学习过程中,如何有效地激发学生不断改造自己知识结构的能动性,主动完成旧知识与新知识逐渐融合,形成复杂知识网络,乃至综合运用关联构造的特定知识网络来解决实际问题,是一个既困难又重要的教学研究课题。为解决学生学习复杂知识的困难,有很多学习策略,思维导图(mindmap)就是其中一种。

思维导图由英国著名的心理学家巴赞在20世纪60年代初提出,是一种表达发散型的组织性思维工具,以节点和连线为基本元素,像人的神经网络结构,建立表达各节点之间的逻辑关联性,并由此建立系统的、完整的知识网络,目前已在国外被广泛应用在教育及科学研究领域[1]。作为一种发散性思考的方法,它通过模仿脑神经的发散,更好地澄清知识结构,学生用自己的前概念完成新知识的建构,可以降低新知识的学习难度,提高学生的学习兴趣。近年来,我国化学教育界也逐渐开始进行思维导图在教学实践中的研究。研究实践表明,在教学过程中引入思维导图,通过视觉感官刺激的关键词、符号、颜色和联想意象等,使得记忆力增强,教学和学习效率得到提高,同时可以培养学生的自主学习能力和解决问题的能力,也可以作为评估学生学习水平的工具[2-5]

分析化学是一门研究物质组成、含量和结构性能等信息的分析方法和有关理论的综合性、实用性的学科。它是高校化学专业低年级学生的专业基础课,既承担着引导大学新生适应高等教育模式的任务,又肩负着为有机化学、物理化学和结构化学等课程的学习奠定良好扎实的理论学习基础的责任。它有承上启下的桥梁作用,在整个化学专业的学习中举足轻重。其学习内容涉及无机化学、物理化学、数理统计、计算机科学等诸多学科,其研究对象涵盖了环境、生命、能源、食品、生物等多个领域。因而,学生在学习分析化学的过程中面临着信息量大、知识点多的障碍,更困难的是如何利用所学的分析化学相关知识,来分析并解决实际问题。这就要求在分析化学教学实施过程中,要注重培养学生凝练总结、独立思考、分析问题及解决问题的能力,可以驾驭所学知识,实现学生由单纯的认知性学习到进行科学研究的初步转变,进而增强学生的创新意识。

为了更好地帮助学生主动建构分析化学各个知识点之间的相互联系,点、线、面联系,形成一个立体的整合知识网络体系,本文以培养学生的核心素养为导向,旨在探讨如何在分析化学教学实践中实施“思维导图”教学,引导学生进行有效学习,增强学生自主学习的能力,提高其对知识的总结凝练,乃至灵活应用,培养其分析问题、解决问题的能力。

2 基于思维导图的分析化学教学研究

2.1 建构分析化学教材整体知识体系框架图

分析化学是发展和应用各种理论、方法、仪器和策略以获取有关物质在相对时空内的组成和性质的信息的一门科学。其学习内容和研究对象均涉及诸多学科和多个领域。因而,学生在学习分析化学的过程中面临着信息量大、知识点多的障碍。而如何从繁多复杂的知识点之间理出各个知识点之间的相互关联,形成一个点线面联系交织的立体网状的分析化学整体知识体系框架显得尤为重要,从而使得零星的分析化学知识在其中变得有序并具有逻辑关联性。

本教研组采用的教材是高等教育出版社出版的第4版《分析化学》(上册)和《分析化学》(下册)。首先结合分析化学学科的发展史,让学生对分析化学的发展有一条较为清晰的脉络,即从传统经典的化学分析(即《分析化学》上册),如何随着科学技术的进步,顺应时代的发展需求,进入仪器分析的时代(即《分析化学》下册)。采用MindMaster等为思维导图制作软件,绘制出分析化学整个知识体系的框架,从而把握教材编排的整体思路(如图1所示)。

图1

图1   《分析化学》教材整体框架


2.2 建构定量分析方法关联图

《分析化学》(上册)涉及内容是经典的化学分析内容,它是以化学反应为基础而展开定量分析的方法。结合滴定和称量两种途径,化学分析包括滴定分析法和沉淀重量分析法。而依据具体的反应类型,滴定分析又可以分为四大滴定反应类型(即酸碱滴定、络合滴定、氧化还原滴定和沉淀滴定法)。滴定分析的核心是利用已知的标准物质与待测物质之间存在的有严格计量比关系的化学反应,而进行定量分析,并可以对分析结果做出误差分析,对实验数据做出评估的方法。看似零散的知识点之间,其实有共性的相关性。可以利用思维导图对分析化学知识点进行梳理,找到共性的规律,使繁复的内容变得简明扼要、清晰化,有利于学生在脑海中进行知识的再加工和总结凝练,对所学知识模块化,从而有利于形成清晰的网络结构图(如图2所示)。

图2

图2   滴定分析知识网络总图


利用思维导图既可以对分析化学整体学习体系进行归纳凝练,也可以精确到具体的某章节或某个知识点(如各种类型溶液的pH计算公式)。图3为酸碱滴定主要知识点关联图。

图3

图3   酸碱滴定主要知识点关联图


同时,不仅可进行各平行知识点的串联(如酸碱滴定或络合滴定等),还可以纵向进行各知识点之间的异同点分析(如图4所示),为络合滴定和酸碱滴定的主要异同点比较。有利于从多角度、多维度加深学生对所学知识的理解,形成一个发散式、逐级展开的思维导图式知识网络,达到提高学生凝练总结、独立思考、分析问题及解决问题的能力,驾驭所学知识,实现学生由单纯的认知性学习到进行科学研究的初步转变的目的。在教学过程中,笔者发现通过应用基于思维导图设计的教学及反馈方式能有效提高学生对分析化学知识进行再加工的能力,且对各知识点之间的理解具有更高的层次性和逻辑感。

图4

图4   络合滴定/酸碱滴定异同点思维导图


2.3 思维导图在教学实践中的应用

思维导图是一种视觉组织工具,可以让学生更容易掌握知识结构,理解其抽象概念,提升逻辑思维能力,加强学生对知识的记忆能力。因此,在教学实践中,教学活动中的教师和学生均要思考并实践如何应用思维导图来提升“教”和“学”的效果。

针对分析化学概念多、易混淆的特点,一方面要求教师在整体把握教材内容的基础上,以基于思维导图的教学设计形式和教学环节,来呈现教学的相关内容,结合板书和多媒体教学形式,充分体现一个知识点与其他知识点之间的关联,逐步衍生和联结,使得各知识点之间脉络清晰易懂,构建知识点之间的逻辑线条和网络,促进学生对知识体系的整体把握,可以从点到面,丰盈整个知识网络;同时,引导帮助学生学会正确使用思维导图,通过师生之间、生生之间的交流与评价,为学生提供一个建构知识体系的大环境。并且在每个章节学习完毕后,将要求学生独立绘制相关的思维导图变成一个常规性的作业,这样不仅可以使学生及时复习巩固,从宏观上对章节内容进行梳理;而且可发挥潜移默化塑造学生的良好学习习惯的重要作用。

而学生在绘制思维导图的过程中,能够将自己每天所学的新知识通过比较、归类不断地补充到原有的知识图中,由于新知识的注入,对原图做出相应的调整,而这个过程正是对新旧知识的整合。同时,学生根据自己的回忆和理解绘图,不断挖掘自己对知识的理解,遇到有疑惑或是有遗忘不确定的情况,可以再次打开书本进行阅读,理解后再继续画图,如此反复的过程正是对信息不断地提取并努力建构信息之间的关联,这便形成了不断往复的、有意义的学习。而学生自发地进行每一章节、或几个章节,甚至整本教材内容的思维导图绘制,对学生的分析、归纳、演绎和对比等逻辑思维能力的训练及提高必将大有裨益。

2.4 教学效果总结与反思

我们将思维导图的教学应用到化学专业(A班)的分析化学教学课堂中,并对学生的学习成绩进行了分析和总结。从一个学期的教学反馈情况来看,应用基于思维导图设计的教学模式能更加有效地提高学生对分析化学知识点的理解与掌握,提高了其对知识的总结凝练和自主学习的能力,且对各知识点之间的理解具有更高的层次性和逻辑感。

学生大体经历了从最初的新奇茫然到后来的逐渐适应并可熟练应用乃至升华延伸的过程。考虑到思维导图的普及性有限及授课对象的特点(大学低年级学生),要求教师须事先提供有关思维导图的参考书籍,并给出相应的制作思维导图的软件(如Mindmaster或Mindmanager等)以便学生可以课后下载进行自学。同时,为使基于思维导图的学习模式潜移默化转成学生的良好学习习惯和行为模式,我们要求思维导图的绘制简洁清晰,能梳理出各知识点之间的逻辑关联,不注重形式,不苛求美观,避免学生耗时太多,因噎废食。绝大部分学生都能积极主动完成思维导图的作业,甚至在后期养成了每章学习结束后必有思维导图章节小结的学习习惯。有部分学生还以绘制的思维导图为逻辑线条,加以配音串讲章节内容,极大加深了对所学知识的理解和相关知识之间的融会贯通,彼此关联。另外,让学生把思维导图上传至班级群,彼此共享、互评留言,在课堂上分配一定的时间公开展示部分学生的优秀作品等举措均起到了很好的鼓励和示范作用。

在学期末,我们对采用思维导图教学模式的化学专业A班(44人,2017级)及采用传统教学模式的化学专业B班(48人,2017级)和C班(54人,2016级)的学生学习成绩进行了分析和总结。三个班级均无人缺考。针对各班学生的期末考试成绩进行了汇总和分析,如表1所示。

表1   不同班级成绩统计情况

分数分布2017级化学专业A班
(思维导图教学)
2017级化学专业B班
(传统教学)
2016级化学专业C班
(传统教学)
90分以上8人(18.2%)2人(4.2%)3人(5.5%)
80–89分10人(22.7%)6人(12.5%)6人(11%)
70–79分15人(34.1%)18人(37.5)19人(35.2%)
60–69分8人(18.2%)13人(27.1%)11人(20.4%)
60分以下3人(6.8%)9人(18.8%)10人(18.5%)
合计44人(100%)48人(100%)54人(100%)
平均成绩77分69分62分

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2017级化学专业A班和B班为同一学期的平行班级,分别由两位教师执教,采用同一份试卷。而A班和C班由同一位教师执教,授课对象为不同学期的学生,采用不同试卷。从表1可以明显看出,采用思维导图教学模式的班级比传统模式的班级期末成绩分布在高分段均有提高。90分以上,A班有8人(约占18%)比B班(4.2%)和C班(5.5%)均有明显提高;80–89分数段,A班有10人(占22.7%)也高于B班(12.5%)和C班(11%)。尽管以上分析对比也有不同授课教师和不同试题等因素带来的差异,但可以看出,采用了思维导图教学模式班级的不及格率比B班和C班(约18%)有所降低(6.8%),平均成绩也有提升。这些均不同程度反映出采用思维导图模式授课有利于学生对知识的把握理解,有助于提高学生的归纳总结能力,提高学生的学习效率。

为进一步了解采用思维导图教学模式后的教学效果,学期末我们还在A班(44人)采用问卷调查的形式以了解教学应用效果,共收集了38个样本,统计结果见表2

表2   思维导图在分析化学教学中应用效果的问卷调查

问题同意/基本同意/非常同意不同意
1.使用思维导图提高了学习分析化学的兴趣81%19%
2.课堂上使用思维导图有利于对学习内容的理解与关联97%3%
3.课后绘制思维导图有利于复习总结学习内容96%4%
4.思维导图有助于整合梳理知识96%4%
5.思维导图有助于自主独立学习92%8%
6.我喜欢基于思维导图的学习方法93%7%
7.思维导图可以运用到新授课和复习课环节78%22%
8.思维导图是一种值得推广的学习方法97%3%
9.在此之前,我未使用过思维导图进行课程学习72%28%
10.在后续其他课程学习中将继续使用思维导图86%14%

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经分析发现,有81%的学生认同使用思维导图提高了学习兴趣;96%以上的学生认为思维导图对知识有整合梳理的作用,有助于对课堂内容的理解复习,可以提高自主独立学习的能力;另外,有93%以上的学生喜欢基于思维导图的学习方法,并赞同思维导图是一种值得推广的学习方法;但是,从统计结果来看,不容忽视的是,有28%的学生是第一次用思维导图方法进行课程学习,表明思维导图在教学方面的应用还需要进一步推广和加强,也说明在大学低年级尽早将思维导图引入教学中的必要性和重要性;同时,仍然有14%的学生缺乏在今后继续学习中主动应用思维导图的兴趣。究其原因分析,可能是因为部分学生在学习内容的重难点把握上不够精准,对核心知识点的提炼不到位,而无法以关键词为提示有效进行相关知识点的回忆与联想,不利于在绘制思维导图时进行归纳总结和逻辑思维的梳理。为此,教师在课堂教学中要突出重难点,注重基本概念和基础知识的讲解,进一步强调知识的关联性,加强学生对重难点的把握,提高其逻辑思维和归纳总结的能力。而且,思维导图作为一种革命性的思维辅助工具,学生间思维导图的交流是非常有意义的。交流对同一事物的不同理解有助于开拓一个人思考问题的思路,能够更好地帮助学生把握重难点,掌握知识之间的联系与本质规律,使得制作的思维导图具有一定的包容性。由于课时有限,学生间的思维导图交流开展不够充分,在今后教学中教师需要充分利用网络资源,有意引导并开展学生进行线上线下交流。

整体而言,学生对思维导图在分析化学课堂教学中的应用是满意的,将思维导图应用到高校分析化学乃至其他理科教学课堂是可行的,有助于引导学生进行有效学习,增强学生自主学习的能力,提高其对知识的总结凝练,培养其分析问题、解决问题的能力。

3 结语

总而言之,思维导图呈现的是一个可视化和可操作的思维过程,将学习过程中对知识的理解、组织、应用和创造这一复杂的脑力活动,通过思维导图形式展现出来。其结构清晰、层次分明,有利于构建完整的知识框架,便于对信息的组织管理,促进学生对所学知识的理解和关联,实现有意义的学习;变被动学习为主动学习,增强学习的兴趣和信心。在今后分析化学的教与学过程中,仍将继续开展基于思维导图的分析化学教学实践活动,拓展其应用空间,甚至可以利用思维导图,完成对整个大学阶段四大化学知识点之间的逻辑关联,构成更大的知识网络,促进学生对分析化学乃至化学学科知识的掌握领悟,获取更高层次的学习体验,为发展培养具有良好分析化学素养、具备竞争力和创新能力的高端人才发挥作用。

参考文献

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