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思维导图在新课程化学必修1元素化学模块复习中的应用研究研 究 报 告 一、课题研究的背景与价值“思维导图( Mind Mapping) ”是英国著名脑思维学者、堪称世界记忆之父的托尼布赞(TonyBuzan)在20世纪60年代创立的一种新型笔记方法,它以放射性思考为基础,是一个简单、高效、放射性、形象化的思维工具。思维导图往往是从一个主要概念开始,基于思维的不断深入,逐步建立的一个有序的发散的图,它是对思维过程的导向和记录1。从知识表示的能力看,思维导图呈现的是一个思维过程,是知识和思维过程的图形化表征,学习者可以通过思维导图迅速掌握整个知识架构,从而有利于直觉思维的形成、促进知识的迁移2。如图1所示,思维导图对学生的学习有明显的帮助:(1)注意的焦点清晰地集中在中央图形上,并以分支上的关键词形式有效地帮助学习者加速对内容的整体把握和记忆;(2)图像、色彩的运用有效地刺激了大脑;(3)思维导图呈现的是一个思维过程,学习者能够借助思维导图提高发散思维能力,可以通过思维导图理清思维的脉络,并可供自己或他人回顾整个思维过程。 图1:思维导图对学生学习的帮助基于思维导图的学习过程很好地体现了建构主义学习理论的理念和灵活交互的特征,在国外中小学教育改革实践项目中进行得如火如荼。自思维导图被引进我国以来,已经逐渐引起了许多有识之士的重视,并且已被越来越多的教育工作者所接受和应用。2006年,浙江省进入高中新课程改革,相比于原有教材和大纲背景下的各类复习研究成果丰富的情形,新课程背景下的复习教学方面的研究很少,可借鉴的经验也不多。我省目前高中适用的苏教版教材中,元素化学的知识全部集中在必修1,所涉及的元素化合物知识内容众多。教材编排此块内容时,主要体现了物质的分类、物质的转化、化学实验和定量研究等科学思想。并且元素化学模块复习要点在于:通过对化学主干知识进行归纳、加工、整理,使之规律化、系统化、网络化;通过对化学知识的思考、讨论、总结,让学生进一步夯实基础;通过有效指导和针对性训练,使学生分析问题、解决问题的能力得到提高。基于各类文献的理论研究,并结合教育实践,在化学元素复习中适用思维导图十分必要。二、研究范围的界定(一)“思维导图”的概念思维导图,是表达发射性思维的有效的图形思维工具,它简单却又极其有效,是一种革命性的思维工具。思维导图运用图文并重的技巧,把各级主题的关系用相互隶属与相关的层级图表现出来,把主题关键词与图像、颜色等建立记忆链接,思维导图充分运用左右脑的机能,利用记忆、阅读、思维的规律,协助人们在学科之间平衡发展,从而开启人类大脑的无限潜能。(二)学习理论的概念信息加工理论:格式塔理论的研究表明,组织好的材料比较容易学习和回忆(Katona.1940)。米勒也认为,对信息进行分类和分组,变成组块,能促进学习。记忆表明,即使所学的东西没有经过组织,人们通常也会自己对材料进行组织,以便于回忆(Klatzky.1980)。组织过的材料能够改善记忆,原因就在于把所学的东西建立了彼此之间的系统联系,因此,想起一件事情会立刻想起另一件与之有关的事情。组织对儿童和成人编码产生影响的观点己得到一些研究的支持(Basden,Deveeehio&Anders,1991)。组织材料的一种方式是用层次结构把信息块都整合进去,格式塔理论的实质在于把客体或事件看成是一个有机的整体。思维导图教学策略就是让学生把知识组织成一个整体的网络状。三、研究方法与策略本研究首先采用文献法,查阅了国内外有关思维导图的知识和有关化学学科的教育学、心理学理论。主要应用了实验研究的方法,在实验的过程中。还使用了面谈法、观察法、问卷法等,以进一步充实实验研究内容,完善思维导图教学策略的实验步骤,即整个研究过程采用了定性和定量相结合的办法。四、课题研究的分工与历程课题研究自始至终在各位教育专家的精心指导下,在校领导的高度重视下,在全体课题组教师通力合作下进行的。实验自2012年4月开始至2013年4月结题,历时一年,经历了三个阶段。1、准备阶段(2012.42012.5)依靠前期教学实践经验的积累,进行课题定位,目标内容框架规划;确定研究思路,搜集相关资料,进行理论学习。2、实施阶段(2012.52012.12)文献资料研究,开展课堂实例教学与研究;课题组成员结合教学实践,深入研讨,不断反思总结,收集经典案例,反复进行实验,并撰写论文与体会,形成阶段性成果报告。3、总结阶段(2013.12013.4)课题组成员完成教学实验报告;讨论并完成结题报告;向市教育局申请结题验收。五、课题研究的主要内容(一)“思维导图”在中学教育体系的现状笔者从大量的问题中甄选出思维导图复习策略后,便着手进行了实际的调查工作。调查主要针对是否在实践中有必要研究该问题。笔者对本校220名一线教师进行了问卷调查,结果表明,一线教师对思维导图的了解还很少,很多教师都表现出对这一先进复习策略的浓厚兴趣,并渴望能学习思维导图,对调查结果的分析见下表。由此,更加坚定了我对思维导图复习策略进行研究的信心(调查问卷见附录)。题号题目A百分比B百分比C百分比D百分比1你听说过有关思维导图的知识和理论吗?39.55%(87)60.45%(133)2您认为周围一线老师中有多少人了解过思维导图,听说过思维导图的理论?10.45%(23)15.91%(35)42.73%(94)30.91%(68)3您曾经在文献、杂志或书籍中见过思维导图吗?34.54%7665.45%1444您认为周围一线老师中有多少人曾经在杂志或书籍中见过思维导图,并学习过思维导图的相关知识?17.27%(38)32.73%(72)37.73%(83)12.27%(27)5您是否知道思维导图的制作方法和教学策略?10.00%(22)90.00%(192)6您认为周围老师中有多少人知道思维导图的制作方法和教学策略?20.45%(45)25.91%(57)35.91%(79)17.73%(39)7你深入了解过思维导图,模仿过别人的思维导图吗?12.27%(27)87.73%(193)8你能模仿别人的思维导图的样子制作思维导图,并用于教学吗?15.45%(34)84.55%(186)9你认为通过模仿,你制作的思维导图会比别人做得更好吗?19.09%(42)28.64%(63)36.82%(81)15.45%(34)10叶老师在自己所教学时,经常利用思维导图来备课和看书,你也经常用思维导图吗?6.81%(15)93.18%(205)(二)利用软件绘制“思维导图”1、利用MindManager绘制思维导图MindManager 是一款思维导图制作软件,其直观、友好的用户界面和丰富的功能可以非常形象地表达抽象的思维及复杂概念之间的关系,帮助我们有序地组织思维、整理资料和安排工作进程。同时,MindManager也是一个易于使用的项目管理软件,能很好提高项目组 的工作效率和小组成员之间的协作性。如图2、图3所示,“钠”、“碳酸钠及碳酸氢钠性质的比较”的思维导图就是利用MindManager绘制的。 图2:“钠”的思维导图 图3碳酸钠及碳酸氢钠性质的比较下面就来介绍利用 MindManager制作思维导图的具体步骤。(1) 确 定中心主题,也就是绘制思维导图要解决的主要问题,本例的中心主题就是“探析MindManager在教学中的应用技巧”。(2)选择模板。打开“Learning”任务面板,在“Map Gallery”列表中提供了5种版式可供选择,另外可以在 Map Library 网页上下载适合于自己的模板。模板的使用非常简 单,类似于PPT 模板的使用 。当然也可以根据自己的实际情况随意绘制思维导图而无需模 板的提示和帮助。本例中选择的是“Map Gallery”中 提 供 的“Sample Decision Making”版式。(3)资料整理。仔细阅读搜集到的资料,选取对撰写文章有用的资料,利用 MindManager 将其添加到中心主题下的不同分支上,提取资料中有价值的观点并将资料中 论证该观点的相关内容拷贝到该分支的“Note”中,如果自己对该观点有不同于原文 的 见 解或产生了创作灵感,可以把自己的见解或灵感简要地记录在“Topic Comments”中,这样 便于以后创作时调用而不至于丢失灵感。再者,由于创作时需要查阅大量的资料,为了简化 后期参考文献的整理工作,最好在图上建立相应分支资料的链接关系。(4)资料归类。资料整理结束后,为了理清思路,要调整各分支的级别、位置,同时要将近似分支内容合并。(5)修饰。利 用 MindManager 的各种图例、图形、颜色、线形等表现形式,丰富图 的外观,增加可读性和趣味性,提高吸引力,刺激大脑思维,同时也更便于和他人进行交流, 得到新的启发。(6)输出。为了便于在 Word 中写作,可以将制好的图输出为 Word 格式。输出前要设置各分支上的字体、字号、缩进等,还要设置好“Export Options”面板里“Note”和“Topic Comments”等选项内容,如果在资料的整理归类时对自己的思路、观点、事例等记录得比较详细的话,此时输出的word 文件直接就是一个很好的文章草稿,然后在草稿基础上进一步修改即可成文。2、利用word绘制思维导图我们也可以利用日常工作中最常用文字处理软件word画图工具绘制思维导图,发现利用word画图工具绘制出来的思维导图更加方便快捷,图像艺术效果也非常好。如图4所示,利用word绘制的“钠及其化合物的转化图”Na2O2HCl=2NaClH2O 2Na2HCl=2NaClH2Na2O2H=2NaH2O 2Na2H=2NaH22Na2O24HCl=4NaClO22H2O 4NaO2=2Na2O2Na2O24H+=4Na+O22H2O 2Na2H2O=2NaOHH22NaO2Na2O2 2Na2H2O=2Na+2OHH2Na2OH2O=2NaOH 2Na2O22H2O=4NaOHO2 Na2OH2O=2Na2OH 2Na2O22H2O=4Na4OHO2Na2OCO2=Na2CO3 2Na2O22CO2=2Na2CO3O22NaOHCO2=Na2CO3H2O Na2CO3Ca(OH)2=CaCO3+2NaOH 2OHCO2=CO32H2O CO32Ca2=CaCO3NaOHCO2=NaHCO3 Na2CO3H2OCO2=2NaHCO3 OHCO2=HCO3 CO32H2OCO2=2HCO32NaHCO3Na2CO3H2OCO2 或 NaHCO3NaOH=Na2CO3H2O HCO3OH=CO32H2ONa2CO32HCl=2NaClH2OCO2 NaHCO3HCl=NaClH2OCO2 CO322H=H2OCO2 HCO3H=H2OCO2补充:石灰水中加入少量NaHCO3 : Ca(OH)2NaHCO3=CaCO3NaOHH2O Ca2OHHCO3=CaCO3H2O石灰水中加入过量NaHCO3 : Ca(OH)22NaHCO3=CaCO3Na2CO32H2O Ca22OH2HCO3=CaCO3CO32+2H2O图4:钠及其化合物的转化图打开word操作界面,在工具区点击 “自选图形”“更多自选图形”,在工作区右侧出现绘图区。绘图区包括:线条、连接符、基本形状、箭头总汇、流程图、星与旗帜、标注、动作按钮。图标艺术加工包括:线条加工、颜色填充、透明处理。作法是:鼠标右键点击图标设置对象格式颜色线条。图标经常要附加文字 (关键词)说明,因此涉及有关文字的添加与加工。文字的加工处理包括:文字输入、一般处理、艺术加工。作法是:鼠标右键点击图标添加文字输入文字字体设置艺术加工。不同的图标连接组合,实现知识的图形网络化,就必须要通过 “连接符”将图标有机组合。图标连接组合加工包括:图标连接、线条箭头、变形处理。作法是:鼠标左键选取连接符连接图标设置对象格式颜色线条变形加工。于思维导图的3大特点:重点突出、联想丰富、结构清晰;结合思维导图的5个要素:词汇、符号、图像、线条、颜色;以及思维导图的结构:主题分层排布、概念并列隶属。确定思维导图的整体结构框架明确思维导图的绘制步骤,如表2。 表2思维导图的绘制步骤(三)利用“思维导图”的复习策略利用思维导图,有效地整合元素化合物重视是本课题研究的核心。必修1元素化学知识主要可以分为以下几个小模块:(1)活泼金属(钠、镁)及其化合物;(2)铁、铜及其化合物;(3)金属铝及其化合物;(4)卤族元素单质及其化合物;(5)硅及其化合物与信息技术;(6)硫、氮及其化合物与环境保护。为了加强知识间的联系,在元素化学复习中,我们可以采用“一线”、“一网”、“重要元素及其化合物之间的相互转化”进行梳理的方法,从纵向将知识进一步系统化,网络化。“一线”是指建立金属和非金属元素学习的知识线,从纵向对单质及其化合物知识有一个大致的了解。如:金属氧化物碱盐。“一网”是指在复习中将各元素化合物的知识有机结合,并用基本理论分析它们之间的联系。在形成知识网络的基础上,提高知识的正向迁移能力,使元素及其化合物知识得到升华,更大程度地提高解决问题的能力。“重要元素及其化合物之间的相互转化”是指以具体的八种元素钠、铝、铁(铜)、硅、氯、硫、氮为线索,在用“一线”的方法形成知识线的基础上,突出典型物质的性质之间内在的逻辑联系。而我们可以利用思维导图来绘制这“一线”和“一网”,因此思维导图绘制的科学性和合理性就极为重要。第一轮教学复习思维导图的绘制:在绘制思维导图时,要做到脉络清晰、主干知识突出、内容详实,将该小模块中的知识有序地囊括。根据化学学科特点和化学研究基本方法,化学基本理论,物质的来源等分类方式构建思维导图。第二轮问题式思维导图的启发与讨论:在第一轮思维导图的分析基础上,采用“问题式”和“讨论式”,注重模块和知识整合,建立交叉式的思维导图,多维度强化学生脑海中的元素化学知识体系。第三轮思维导图的实践应用,在实际解题的过程中贯彻思维导图的模式,将所需要的问题分解,分析所涉及的元素化合物知识,然后在所建立的思维导图中来调取我们解决该问题所需要的相关知识,通过训练-评价-分析-巩固的模式来推进。并且制作“学生自评表”,学生在各专题复习前后进行自评,把复习内容分为“基本要求”和“发展要求”两个方面,制成“学生自评表”提供给学生,帮助学生了解自己的学习状况。通过学生复习前后的自评情况的反馈,为教师备课提供参考,有利于教师在教学中分类指导、分层推进,提高教学的针对性。如下表3所示为“钠及其化合物”的学生自评表:复习内容基本要求学生自评发展要求学生自评习前习后习前习后钠及其化合物1.钠的物理性质2.钠与氧气、水反应3. 氧化钠、氧化钙、氧化铜与水、酸反应4.过氧化钠与水、二氧化碳反应5.碳酸钠、碳酸氢钠溶解性、碱性、热稳定性、与酸反应钠及其化合物之间的转化关系(包括碳酸钠和碳酸氢钠溶液之间的转化)表3:“钠及其化合物”学生自评表(四)利用“思维导图”的学法指导(1)指导学生运用“思维导图”进行模块知识复习思维导图的应用可以灵活多变,可以采用探究性教学模式,进行意义建构。布置家庭复习作业,先让学生通过自己对整节或整章知识点进行总结,并依自己的理解画出思维导图。教师批阅学生交上来的作品,把握学生在整个章节中的思维难点和知识重点,同时对其在思维导图中体现的思维错误进行一定程度的修改。进而在复习课堂上对抽取的几幅典型的作品,先让其作者依图介绍复习,然后大家讨论该思维导图的优劣。最后教师进行总结,并同时展示自己所作的思维导图。而学生可以根据课堂复习情况和教师制作的思维导图,对自己的思维导图进行修改或重新制作,并适当地在图中插入一些事例,以帮助自己加强记忆,从而形成个人的复习资料。通过这种方式,可以帮助学生弄清楚一些更详细的内容是在何处以何种方式连接起来的,加强对课程内容整体认识。这样把整节、整章甚至整本书的内容浓缩为一张思维导图,从而逐步达到“把书读薄”的目标。(2)指导学生运用“思维导图”进行化学探究问题解决方案设计有不少的学生说自己平时知识掌握得不错,每天及时完成作业,也能听懂老师的讲课,可是一到考试成绩就不理想。很多题难度一上去,分数就下来。 可以说,一道试题考查的知识点数量越多、跨度越大、综合性越强,试题的难度就越高。 因此,所谓的难题,就是考查的知识点多、考查跨度大、综合性强的试题。想要破解这些难题,这就必须让在学生在大脑中“绘制”一张虚拟的知识网络图,这张知识网络必须能够体现各知识点之间的有机联系,并且能够把所有重要的知识点涵盖于其中 就如在理解难题时找出需要用到的知识点,在纸上标出来,理清它们的关系,用线条加以连接,这样就可以找出解题思路。多个知识点的难题出现也同样处理,难题必然会不攻自破。(3)指导学生运用“思维导图”进行课前预习,课堂笔记通过第一学期实验,学生基本掌握用“思维导图”进行知识小结的技能,第二学期扩展课题研究内容,开展指导学生在化学学习中应用思维导图进行课前预习、课堂笔记和每节课的课后复习的教学试验。 例如:让学生先进行课前预习,对知识形成感知的基础上再画成思维导图,然后要求学生在课堂上用“思维导图”工具记笔记,记录下老师讲解的知识内容来,并且将这些核心内容之间的联系用线条连接起来,使思维重点、思维过程以及不同思路之间的联系清晰地呈现在图中。 这样的课堂笔记不仅能够迅速帮学生进行归纳总结,而且整堂课的授课过程也被形象地记录在图中,以便于课后复习,从而大大提高学习效率。思维导图教学策略的实施,学生能直观表达思想,提高学习效率。学生会把与学科内容有关的资源整合到思维导图中,建立完整的知识体系,因为有了图表的帮助,学生就不需要阅读长篇大论的文字,可以边听讲解边对照思维导图进行思考,在整体上体会讲解内容的同时,集中注意力于感兴趣的节点上,把内容直观地表达出来,从而提高学生的学习效率。学会运用思维导图,会形成以思维导图为工具的信息加工的思维方式。思维导图的优点之一是层次隶属关系十分清晰,可以帮助学生进行信息加工和整理。师生在收集和整理学习资料的过程中,可以使用思维导图把多个零散的知识点集合在一起,从纷繁复杂的信息中找到信息之间的内在联系。根据建构主义的学习理论,每个学生在学习的过程中都会构建自己的认知图式,完成知识的意义的建构,这个过程也是学生个体内部的信息加工过程。在用思维导图绘制出各个概念间的关系进行信息加工的过程中,学生会经常使用总结、归纳、分析、分类等思维方式,形成信息加工和意义建构的思维方式,可提高学生进行逻辑分析的效率和速度,让学生把更多的时间和精力放在关注节点之间的横向联接上,有利于完成新旧知识之间的同化和顺应,,形成有序的认知图式。六、研究反思在新课程理念的指引下,课题组本着“从教学中来,到教学中去”的研究思路,以行动研究为主,经过实验教师的协同努力,绘制了元素化学部分的思维导图,归纳总结了思维导图的复习策略和量化评价体系,基本实现了预期的研究目标,取得了如下一些成效。(一)激发了广大教师的科研热情,形成了以科研促教学的氛围通过此次课题研究,广大参与实验的教师群策群力,集思广益,形成了良好的科研氛围,有多位老师发表论文并获奖(二)有效地提高了元素化学模块复习效果基于思维导图课题的实施,学生对于元素化学部分知识形成了系统的网络知识体系,并能够自己画出相关知识体系,并且能迁移运用到其他学科的学习中。笔者所任教的学生,进入高二有机化学学习后,能利用思维导图构建其体系。 (三)在反思中提高在实施思维导图教学策略时,时时和学生交流,并根据学生的状况随时记下教学心得,这样能及时进行反思,发现自己的不足,及时改进自己的教学策略。因为现在的孩子知识面广,求知欲强,策略实施的不好会直接影响授课效果,甚至引起学生的逆反心理。如果缺乏自我反思意识和自我调整能力,一不留神就会陷入“用昨天的知识教今天的学生,让他们面对明

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