大学化学, 2021, 36(7): 2101041-0 doi: 10.3866/PKU.DXHX202101041

 

思维导图在高分子化学教学中的应用

霍利军,, 倪健领

Application of Mind Mapping in the Teaching of Polymer Chemistry

Huo Lijun,, Ni Jianling

通讯作者: 霍利军, Email: huolijun@buaa.edu.cn

收稿日期: 2021-01-22   接受日期: 2021-03-29  

基金资助: 北京航空航天大学“双一流”教育教学改革培育项目

Received: 2021-01-22   Accepted: 2021-03-29  

Fund supported: 北京航空航天大学“双一流”教育教学改革培育项目

Abstract

The content of polymer chemistry itself is complicated, which involves many concepts, principles and formulas. It is complicated and difficult for students to understand comprehensively. This paper analyzes the advantages and application value of mind mapping for teachers and students, and combines the mind mapping with the course learning of polymer chemistry to solve various problems in the teaching process, which is helpful for students to build a complete knowledge framework of polymer chemistry and achieve good teaching results.

Keywords: Polymer chemistry ; Mind mapping ; Teaching reform

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霍利军, 倪健领. 思维导图在高分子化学教学中的应用. 大学化学[J], 2021, 36(7): 2101041-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202101041

Huo Lijun. Application of Mind Mapping in the Teaching of Polymer Chemistry. University Chemistry[J], 2021, 36(7): 2101041-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202101041

高分子化学是理工科类化学、化工和材料类专业的专业必修课[1],是以有机化学、无机化学、物理化学及高等数学等课程为基础,研究高分子化合物的合成、化学反应和反应机理等方面的一门综合性学科[2]。目前,大多数高校开设的高分子化学课程采用的教材是由浙江大学潘祖仁教授编写,化工出版社出版的《高分子化学》(第5版)。该教材以聚合反应和聚合物化学反应作主经线,适当配以聚合物品种作副纬线,相互交织深化,内容广度大[1]。但是,对于初次接触高分子化学领域的学生而言,接二连三出现的知识点让他们眼花缭乱、无从下手,尤其是对浩如烟海的知识点进行系统化的梳理更是高分子化学课程学习的难点。尽管有课堂笔记,但只是机械地抄写老师的板书,无法对庞杂的知识进行有效关联。有些学生甚至为了完善板书而忽略了老师正在讲的内容,课下复习仍然看不懂,事倍功半。因此,我们将“思维导图”引入高分子化学课程教学中,既可以解决传统笔记方式中各个知识点之间联结和层次性不明显的问题,也有助于培养学生的发散性思维,提高学生的综合化学素养。

1 思维导图简介

“思维导图”概念最早是由英国学者托尼∙巴赞提出的,是一种简单有效的实用性思维工具。思维导图采用图文并重的技巧,借助关键词、联结线及辅助性文字等将各级主题的关系用相互隶属与相关的层级图清晰明确地展现出来,并在中心主题、各级分支主题与色彩、图像之间建立记忆链接,将思维形象化,具有承载信息量大、层次分明的特征。相比于大纲、鱼骨图等其他的关系图,思维导图更加符合大脑的思维方式,可以全面调动左脑(逻辑、顺序、条理、文字、数字)和右脑(图像、想象、颜色、空间)的思维潜能,形成一种图形化的教学辅助工具[3]。随着科技的进步,思维导图不仅可以手绘,还可以利用XMind、MindMaster、MindLine、MindManager、幕布等专业的思维导图软件进行绘制,便于修改与增添新内容。

将思维导图运用于教学有许多优势。一是教师可以更清晰地展现教学目标,将其逐级铺展,突出目标的整体性和层次性[4],再现教学思路,让学生一目了然,有利于课程开展。二是能够增强教师和学生之间的互动。教师运用思维导图将本节课的内容进行关键词展示,这样学生就会知道老师的教学思路中知识点之间的关联,可以使他们对自己接下来的学习有把控感,预知老师下一步要讲什么,从而增强师生之间的互动,构建和谐的师生关系。教师还可借助思维导图的特征与优势,通过确定各级关键词设置与之对应能引发学生思考的问题,温故而知新。三是学生可以利用思维导图弥补传统笔记的不足,快速扫描到重点并提取相关记忆,避免重新理解笔记的重复劳动。四是运用思维导图有助于学生整合零散而孤立的知识点,形成完整的知识体系。学生自主构建思维导图的过程还可以强化其主体意识,调动其学习热情,提高其课堂参与感。

2 研究现状

由于思维导图具有不可比拟的优势,国内外关于思维导图的研究与应用也越来越多。例如,英国已经把思维导图作为国民小学必修课程,新加坡为各个学校提供了思维导图软件“Inspiration”,力争让孩子从小就培养构建思维导图的学习习惯,并且拥有全球为数不多的博赞中心之一。除此之外,韩国、日本、德国、美国等国家的教育教学机构也已经开始将思维导图应用于教育教学的研究和探索[5]。而在我国,思维导图是在1997年由孙易新博士引入华人世界的,虽然起步较晚,但从2006年至今,使用思维导图的人越来越多,尤其是2017年以后,对该领域的研究呈现飞速跃升趋势,并逐渐从理论层面转化为实际应用[6]

在化学教学方面,谢庆仁[7]通过思维导图梳理繁多复杂的高中化学知识点,改善了学生一边学习一边遗忘的情形;张小伟[8]利用思维导图来丰富学生对高中化学的感性认知,借此夯实学生的学习基础;孙慧[9]着重分析了如何在初中化学中融入思维导图来帮助学生联系新旧知识以及思维导图在初中化学实验中的应用,等等。但思维导图在化学学科的应用主要集中在高中阶段,有关大学化学的内容较少,在高分子化学领域的应用论文更是寥寥无几,因此本文在对思维导图在高分子化学课程教学中的应用价值进行分析之后,对其在课程中的应用实践进行了阐述,希望能对后续高分子化学的教学探究提供帮助。

3 思维导图融入高分子化学教学的价值分析

思维导图有助于促进思维多样化、延展化、具体化和形象化,使思维产生“裂变效应”,开放式的结构便于学生添加新的子主题,壮大中心主题的知识网络,体现各章节之间的内在联系,使新知识快速同化到自己的知识体系中。这可以很好地解决高分子化学中概念、原理、公式众多,难于理解记忆的问题,并可以通过思维导图让学生对高分子化学中的重难点问题有个全局把控,明确自己的短板所在,标注重点,在复习时可以加大力度、重点突破。学生在绘制思维导图过程中不仅产生顿悟、学会了迁移应用,能够举一反三,还提高了自己的知识创新能力,培养了创造性思维。

学生反映,将每章几十页的内容整合在一张思维导图上,有利于建立整体概念和局部概念,增强对知识的把控感。应用思维导图有助于消除学生的畏难情绪,碰到难点第一想法不再是退缩或放弃,而是搜索思维导图,联系难点前后知识,帮助自己梳理不懂之处,做到知其然也知其所以然。由此可见,将思维导图融入高分子化学教学有助于优化教学结构,增强学习效果,激发学习兴趣,构建思维导图的过程可以帮助学生将所学知识系统化,使其更加清楚每个关键词之间的直接或间接联系,并通过联想记忆将高分子化学内容融会贯通、知识点熟记于心。总而言之,思维导图使得学生对高分子化学整体知识脉络的把握更加得心应手,应用价值显著。

4 思维导图在高分子化学教学中的具体应用

4.1 在预习中应用思维导图

我们在初次接触一个东西的时候,我们的大脑会将看到的文字、音像等信息转化为我们自己能够理解的思维逻辑,尤其对于高分子化学这门理论性较强的学科,传统的理解背诵记忆的方法效率并不高,很容易搞混一些小概念之间的关系。例如二元共聚部分包括二元共聚物的组成、共聚类型、共聚行为、共聚速率的具体阐述以及前末端效应、共轭效应、极性效应、位阻效应等概念,易混淆难理解,因此先让学生在课前根据自己的预习成效,自主绘制一个简单的思维导图,如图 1所示,有助于学生理清其间关系,能够大大提升课上的学习效率。学生在预习时绘制的思维导图最好在适当位置留白,以便课上对照老师所讲内容进行修正。思维导图以一种我们大脑更习惯的方式来组织这些内容,实现了对大量知识点的分层管理,使学生能够在短时间内把握知识要点,事半功倍。

图1

图1   二元共聚局部思维导图


4.2 在课堂教学中应用思维导图

学生预习时已经绘制了初步的思维导图,并对不理解的知识点做了重点标注,上课听讲更加具有针对性,点对点解决自己的困惑,效果更佳。思维导图让知识点以图形的方式留存在学生的大脑中,充分利用学习时被闲置的大脑区域。教师设计出多彩、信息多样的思维导图以简写板书的形式在课堂展示,容易吸引学生的注意力,减少其开小差的机会,使其聚精会神地听讲,从而获取教师所讲的重点,并将自己初绘的思维导图与教师课上展示出的思维导图进行对比,以便修改补充。课后学生上交自己修正后的思维导图,作为作业考核的一部分,由教师进行评分,下节课课前可以对优秀的思维导图进行公开展示,既能让学生互相取长补短,又能激起学生的学习热情。

课堂笔记采取思维导图策略,改变了以往知识点的线性堆叠方式,节约了将线性关系转化为人脑所熟悉的思维的理解成本,例如将第九章聚合物的化学反应种类绘制成思维导图,如图 2所示,所有反应类型都清晰地呈现在眼前,避免了每次看笔记都要从头学的弊端。同时,利用思维导图不但可以更好地记录学习中的关键点,还可以使学生更全面立体地思考问题,促进其发散性思维的发展。

图2

图2   聚合物的化学反应种类章节思维导图


4.3 在复习中应用思维导图

思维导图在复习中的运用是十分重要且必要的,有益于学生在较短时间内对高分子化学这门新接触的学科进行系统学习。但复习与预习所绘制的思维导图范围不同,预习时是针对每一节新授课绘制的局部思维导图,更加细致具体。而复习时则需要掌握高分子化学整体内容。可以让学生先分组,组内自行绘制各章思维导图,每章大概有四五节新授课,将这四五张局部思维导图整合到一起,串联学习整章知识点。以此类推,把每章内容都归纳整理后,通过各章之间的关联再对整本教材进行总体联系,完善最终的思维导图,形成清晰的知识脉络。复习阶段的思维导图以小组为单位进行评比,教师选取其中优秀的进行展示讲解,再通过组间讨论,让各组学生补充各自遗漏的关键点。随着学生不断地运用思维导图解决问题,经过一段时间的累积,学生就会对高分子化学有一个新的认识,更有利于以后问题的解决[8]。思维导图绘制过程的困难是一时的,但受益却是长久的。

4.4 在实验中应用思维导图

高分子化学实验课是高分子化学课程的重要组成部分,本校该课程包含四个实验,分别是乙酸乙烯酯的乳液聚合、酚醛树脂的合成及其环保胶合板、聚醋酸乙烯酯的水解和聚乙烯醇缩甲醛的制备、聚甲基丙烯酸甲酯的本体聚合。每个实验都会牵扯到很多知识点,尤其是实验安全注意事项。实验教材采用通篇叙述的方式,详尽却难以记忆,利用思维导图提取其中关键点,简洁明了,能够快速帮助学生梳理实验内容,掌握实验要点。本文以聚甲基丙烯酸甲酯的本体聚合实验为例绘制思维导图,如图 3所示,囊括了实验目的、基本原理、实验步骤、注意事项以及对实验结果的讨论,学生通过构建这样的实验思维导图,能够做到心中有数,动手操作时不至于手忙脚乱。

图3

图3   聚甲基丙烯酸甲酯的本体聚合实验思维导图


4.5 思维导图在重难点问题上的应用

潘祖仁教授主编的《高分子化学》二到八章主要讲的是不同的聚合方法、聚合机理等等,初学者很难弄懂它们之间的区别和联系,甚至分不清这些聚合方法是从属关系还是并列关系,这是最大的难点。教师可以利用思维导图将各章内容做一个全局联系,首先帮助学生理清高分子化学宏观层面的各个主题,而后再逐步分解,在每一章内容上添加微观分支,全部学完后再引导学生进行纵向串联,基于这种教学策略,我们对高分子化学涉及到的绝大多数内容绘制了一张概括性的思维导图,如图 4所示。

图4

图4   高分子化学全局性思维导图


对全局性思维导图中包含的次级主题进行细化,完善细枝末节的知识点,截取示例思维导图如图 5所示。图 4将缩聚和逐步聚合、自由基聚合、离子聚合、配位聚合、开环聚合等几章内容通过其间内在联系绘制在一张思维导图上,构建了高分子化学宏观知识网。自由基聚合机理在图 4中只是简单叙述为链引发、链增长、链转移、链终止,但在图 5的局部思维导图上链引发延伸出了不同的引发方式和多种引发剂,链增长增加了键接方式和几何构型的分支,链终止包括歧化终止和偶合终止两种方式,链转移又分为向单体转移、向引发剂转移、向溶剂或链转移剂转移、向大分子转移四种形式,内容更加详实具体。这样“由大到小”再“由小到大”的学习过程,更容易调动学生的学习积极性,增强其学习信心,有助于其全面掌握高分子化学知识点。

图5

图5   自由基聚合机理局部思维导图


5 思维导图使用成效

思维导图借助图像、颜色、符号等将抽象的知识形象化,通过关键词对内容进行连接和标注,使零散的知识条理化。利用思维导图二次展示学习过程,能够及时高效复习巩固所学知识,加深对知识的理解,并对后续的学习产生正迁移[10]。我们对学生做了课后回访调查,以期了解思维导图融入高分子化学课程教学的成效。部分问题如表 13所示。从调查结果来看,绝大多数学生对思维导图在高分子化学方面的应用都是认可的,88%的同学认为思维导图对自己的学习十分有帮助,通过进一步了解,这88%的同学多是中等生,侧面表明思维导图对中等生的成绩提高有更明显的作用;93%的同学更喜欢在复习阶段使用思维导图,询问之后得知原因是在全部学完后能够更轻松地搭建高分子化学整体框架,而87%的同学也喜欢在课上使用思维导图,原因是可以节省做笔记的时间,喜欢用思维导图预习的同学相对较少,原因是对新的知识很陌生,需要花费大量的时间来完成思维导图,这也是今后我们要继续改进的重点。表 3截取的是学生对于“思维导图带来的改变”的开放性回答,可以看出,大多数学生还是对思维导图的应用持积极态度。

表1   思维导图对学习的助益程度

问题选项
十分有帮助较有帮助无帮助
你认为思维导图的运用对学习高分子化学课程有帮助吗?88% 12%

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表2   思维导图使用阶段选择

问题选项(可多选)
预习课堂教学复习
你喜欢在哪个阶段使用思维导图?58% 87% 93%

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表3   思维导图带来的改变

问题开放性回答
你觉得思维导图的运用给你带来哪些改变?对知识的整合能力增强了,会寻找知识点之间的联系了
习惯使用思维导图后,将其迁移运用到其他学科成绩也有所提高
觉得自己的想法好像更多了,并且愿意将其记录到思维导图上
……

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思维导图不仅对学生各方面能力的发展起到促进作用,还使得学生成绩得到全面提高,如图 6所示。85分以上的学生人数达到总人数的82%,75–84分数段人数占13%,60–74分数段仅占总人数的5%,没有不及格的学生。与去年的学生成绩相比85分以上分数段的学生增加了24%,75–84分数段的学生减少了18%,60–74分数段的学生减少了4%,60分以下分数段的人数减少了2%。总之,运用思维导图是正确的决定,其效果也是显而易见的。

图6

图6   今年和去年学生成绩占比情况对比

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6 结语

综上所述,思维导图作为一种简单有效的可视化思维辅助工具,以其图文并茂、直观形象的优势,将细小零碎的知识点归纳整合,并建立各级关键词之间的联系,帮助学生进行多向性联想记忆,极大地提高了学习效率。在预习课、新授课、复习课、实验课、课堂笔记以及重难点问题解决等诸多方面融入思维导图都取得了良好的成效,思维导图的应用价值由此可见一斑。构建思维导图的过程能够最大限度地发挥学生的创造性和主观能动性,促进学生形成良好的思维品质,掌握了思维导图的原理和方法后,还可将其迁移应用到其他学科中,使学生在学习过程中不断产生新想法,激发其灵感和创意,提高其创新能力。随着科技的进步,教师也要将高分子化学前沿知识引入课堂,不断改进和完善已经建立的思维导图。笔者相信,只要与时俱进、不断创新,思维导图一定能够在高分子化学课堂教学中大放异彩。

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