曲榕，張賢金，吳新建

1.福州市第一中學，福建福州350001；

2.福建教育學院化學教育研究所，福建福州350025

基于思維導圖促進學生化學深度學習——以蘇教版《有機化學基礎》模塊“苯酚”教學為例

曲榕1，張賢金2，吳新建2

1.福州市第一中學，福建福州350001；

2.福建教育學院化學教育研究所，福建福州350025

深度學習是善于學習者所擁有的一種學習狀態(tài)。思維導圖作為一種思維工具對深度學習具有促進作用。在“苯酚”的教學實踐中將二者相結合：思維導圖促進學習者發(fā)現(xiàn)問題，追本溯源，實現(xiàn)深度學習；深度學習也有助于學習者繪制出有助于建立良好知識體系的思維導圖。

思維導圖；深度學習；有機化學

在長期的教學實踐中，我們發(fā)現(xiàn)，由于學生們沒有將繁雜的化學知識以組織化、結構化的形式存儲在認知結構中，就使得他們遇到實際問題時找不到切入點，無法形成有效的解題思路。這反映出一個問題：我們當前的高中化學教學很多時候是一種淺層學習，而不是一種深度學習。我們不僅要教給學生知識點，還要幫助學生借助某種思維工具將所學的知識納入已有的知識體系，并盡可能地系統(tǒng)化和網絡化，并由此加深對知識的理解、記憶和運用，從而實現(xiàn)化學深度學習。在教學實踐中，筆者嘗試使用思維導圖來優(yōu)化學生的知識結構，促進學生更有效地進行深度學習。

一、思維導圖和深度學習概述

（一）思維導圖的作用

思維導圖是一種思維工具。它以圖解的形式和網狀的結構貯存、組織和優(yōu)化輸出信息。一般從中心主題開始，進行思維發(fā)散，建立與其相關的一級主題，一級主題下又包含若干二級主題，以此類推，建立起樹狀結構［1］。思維導圖在創(chuàng)建過程中還可以使用圖片、顏色、線條粗細等變化建立聯(lián)系。

學生在初始學習階段，通過繪制思維導圖可以將零散的知識點按照不同層次呈現(xiàn)出來，通過縱橫的串聯(lián)、對比、差異分析等形成系統(tǒng)、清晰的知識脈絡，加深對新舊知識的理解，從而提高學習效率。學生在回憶、反思和練習提升階段，可以更進一步利用思維導圖進行學習，前后對比、摸索、研究知識的特點、應用等。它就好像一把打開學生記憶大門的鑰匙，使學生能觸類旁通，學習變得輕松、記憶變得自然。

（二）深度學習的特征

深度學習具有以下幾個主要的特征：從態(tài)度上，學習者對所學知識持有懷疑、批判的態(tài)度，這是深入思考的前提；從方法上，學習者能夠整合知識，將新知識納入已有的知識體系中；從學習動力上，學習者有強烈的促進自身發(fā)展的需求［2］。

（三）思維導圖對深度學習的價值

情境認知理論認為，學習應該是學生在學習的過程中與相關的人和環(huán)境之間的相互作用。每一個學生都是在一定的學習情境中，通過教師的傳授和與他人的合作探討中獲取知識的。學生在繪制和修改思維導圖的過程中，必然將自己置于知識體系和同伴交流中，這正是符合情景認知理論的基本特征。圖式是建構主義理論的一個重要概念，圖式的形成和變化是認知發(fā)展的實質。建構主義認為，學生獲取知識的過程是將新知識納入已有知識體系，更新知識網絡的過程。思維導圖是一種圖示化的思維工具。學生在繪制思維導圖建構新的知識網絡時，必然要在相關的已有知識之間循網進行信息檢索，從已有的組織化的知識結構中獲取相應的信息，分辨不同的觀點、看法，建立新舊知識網絡的關聯(lián)，形成新的思維導圖，進而促使自己的認知得到提高?？傊谇榫郴膶W習環(huán)境中，通過繪制、修改和應用思維導圖可以用效促進學習化學深度學習。

二、基于思維導圖促進學生化學深度學習案例分析

（一）教學內容

教學案例選自蘇教版高中化學選修五《有機化學基礎》專題三烴的衍生物第二單元酚［3］。

（二）教學目標

知識與技能目標：了解酚類物質結構特點，掌握苯酚的物理性質和化學性質，并能對相應的性質做出簡單的解釋。

過程與方法目標：通過實驗探究和數(shù)據(jù)分析，培養(yǎng)學生觀察能力、分析推理能力；在與同學的探討中，提高合作能力；通過對苯酚性質的學習，培養(yǎng)思辨能力；通過繪制思維導圖，培養(yǎng)學生邏輯思維能力，掌握深度學習的一種方法。

情感、態(tài)度價值觀目標：體會有機物與生產、生活及環(huán)境的廣泛聯(lián)系，確立社會責任感，激發(fā)學習動力。

（三）教學主要流程

環(huán)節(jié)一：準備階段：課堂交流，了解學生原有認知

本節(jié)課開始就與學生們一起回顧了醇類的物理性質：低碳數(shù)的醇呈液態(tài)及溶于水，并分析原因?；瘜W性質：氧化反應（燃燒、催化氧化的條件及產物）、置換反應、消去反應的條件及產物、取代反應（包括酯化反應、成醚反應、鹵化反應）。

設計意圖：通過觀察學生的參與度可以看出他們對這一部分知識的掌握程度，同時也幫助學生們整理了醇類的知識體系，為后續(xù)教學打下基礎。

環(huán)節(jié)二：酚概念的建立

（1）利用身邊事實創(chuàng)設情景，引出中心主題

提出茶多酚、雙酚A等常見電視廣告提示學生生活中常見的一類物質——酚類。引出本節(jié)課的中心主題酚。

（2）利用酚的結構特點建立二級主題

教師活動：向學生介紹酚的結構特點，并寫出幾種物質的結構簡式讓學生辨別。

學生活動：判斷板書中的幾種物質是否屬于酚。

教師活動：提出二級主題——酚的同分異構體書寫（包括官能團的位置異構和類別異構），并從位置異構提出三級主題——酚的簡單系統(tǒng)命名。

圖1　環(huán)節(jié)二思維導圖

設計意圖：以常見的廣告引入主題激發(fā)學生的學習興趣。運用課堂練習引入酚的同分異構體和命名，通過總結形成知識網絡，為學生提供運用思維導圖記筆記的方法，展示思維過程。

環(huán)節(jié)三：苯酚的物理性質

（1）確立中心主題

教師活動：提示學生研究物質性質的順序。

學生活動：物質研究的順序都是先通過五官感受確立研究內容。首先探究苯酚的物理性質——中心主題。

（2）確立二級主題

學生活動：觀察苯酚晶體的顏色，聞氣味，做苯酚溶于冷水、熱水、乙醇系列實驗。

（3）引導學生深度學習，探究苯酚所體現(xiàn)的物理性質內在原因，促進持久理解——確立三級主題

教師活動：再次強調苯酚的結構特點：由苯基和羥基直接相連。啟發(fā)學生“利用結構決定性質”思想進一步思考為什么苯酚常溫下是晶體，難溶于水，易溶于有機溶劑。而在溫度升高后又能以任意比溶于水。

學生活動：通過回顧氫鍵對物質性質的影響以及相似相溶原理，結合苯酚結構特點討論得出結論。

設計意圖：本環(huán)節(jié)的教學中，將學生動手實驗與理論解釋相結合。如果學生們僅僅動手做了實驗，那么留在他們印象中的也只是淺層的知識。學生的學習方法也只是觀察、記憶。他們對這部分知識只是機械地、被動地接受。在他們的意識中這些知識點是孤立的，這是一種淺層學習。學生們對這些孤立、零碎的知識很厭煩、缺乏學習的興趣，自然也就缺乏持久的記憶。我們在教學中要能逐步引導學生深入探討去發(fā)現(xiàn)知識背后所反映的關鍵原理、觀點和方法，將這些知識進行整合，納入已有的知識體系，不僅可以讓學生學會深入思考，更能加深對所學知識的理解。在講解的同時，運用思維導圖逐層次展示思維過程，可以引導學生掌握思考的方向，學會如何思考問題。比如，圖2將同一知識點的不同解釋分列出來，可以清楚地讓學生認識到同一事物可以從不同角度分析。

圖2　環(huán)節(jié)三思維導圖

環(huán)節(jié)四：苯酚的化學性質

（1）按照物質研究順序確立苯酚的化學性質這一中心主題

（2）根據(jù)有機的學習方法確立二級主題

教師活動：（過渡）苯酚是由苯基和羥基直接相連構成的，所以研究苯酚的化學性質可以從苯基、羥基、苯基和羥基共同作用這三個角度進行。

（3）從三個角度探究苯酚的性質

角度一：苯基

這一部分苯基作為三級結構探索其性質，對苯酚溴代實驗的探討是四級結構。

教師活動：苯的主要化學性質有苯易取代（溴代和硝化），難加成（與氫氣）。

學生活動：按照課本要求逐滴將濃溴水滴入苯酚，觀察現(xiàn)象。出現(xiàn)白色沉淀生成——沉淀溶解——白色沉淀再次出現(xiàn)——白色沉淀變黃色這一異常實驗現(xiàn)象。

教師活動：即時抓住這一契機告知學生不可迷信課本知識，要根據(jù)實際現(xiàn)象進行思考，鼓勵學生質疑和追問，激發(fā)學生的懷疑精神。

師生共同活動：教師提示學生生成的三溴苯酚仍然屬于有機物，有機物之間存在相似相溶現(xiàn)象。學生們互相啟發(fā)得出結論

教師活動：（趁熱打鐵，啟發(fā)學生學習興趣）如何能得到課本所描述的實驗現(xiàn)象？

學生活動：根據(jù)已經得出的結論改變苯酚的濃度，控制滴加的速率，再次做實驗。

設計意圖：引導學生根據(jù)實踐對課本所講述的新知識產生懷疑，并在懷疑的基礎上去分析出產生的原因，發(fā)現(xiàn)了知識的內在聯(lián)系。正是這種批判的態(tài)度促使學生能夠深度學習，培養(yǎng)學生的思辨能力。同時，引導學生們積極參加研討、實驗，促使他們能夠全身心地投入，激發(fā)他們積極參與和學習熱情，以及獲得成功后的喜悅。這些情感和實踐體驗將為他們進一步深入學習提供支持。

角度二：羥基

這一部分羥基作為三級結構探索其性質，對苯酚弱酸性的探討是四級結構。

教師活動：請學生回顧已經學過的帶有羥基的物質（乙醇和水）的性質，并據(jù)此猜想苯酚的性質。

學生活動：給學生們留下印象最深的就是這兩種物質與金屬鈉的反應，他們猜測苯酚是否也會與鈉反應呢？觀看苯酚、乙醇、水分別與金屬鈉反應的視頻，發(fā)現(xiàn)苯酚的水溶液與鈉反應要比水和乙醇反應劇烈得多。猜測既然水是中性的，那么苯酚就是呈酸性的。

教師活動：激發(fā)學生進一步思考苯酚的酸性到底有多強？同樣是羥基，為什么苯酚就有酸性？請學生們討論：通過哪些事實可以證明苯酚有酸性。

學生活動：調用以往的知識網絡——酸的五條通性。在此基礎上提出苯酚能使酸堿指示劑變色的假設。并動手操作進行實驗驗證：將紫色石蕊試液滴入苯酚溶液中。觀察到的實驗現(xiàn)象是苯酚沒有使紫色石蕊變色。

教師活動：這又是一個令人驚詫的實驗事實，那么我們能否根據(jù)苯酚的電離平衡常數(shù)和苯酚飽和液的濃度，通過數(shù)據(jù)進行分析。

學生活動：根據(jù)教師所提供數(shù)據(jù)算出飽和苯酚溶液的pH約等于5，而石蕊的變色范圍是5—8。

設計意圖：這一內容并沒有根據(jù)以往教學經驗直接告訴學生苯酚酸性很弱，弱到不能使指示劑變色。學生們也就會覺得苯酚確實弱，并記下來。這只是屬于知道和記憶的淺層學習。那么，他們所獲得的知識也是游離于知識系統(tǒng)之外，學習效果有限，學習的動力不足。實際教學過程中把握住實驗事實與學生的已有知識發(fā)生沖突的良機，通過提供數(shù)據(jù)讓學生運用在化學反應原理中學到的知識進行分析。在此過程中，學生們對已有信息進行加工，已有知識進行遷移，有效地實現(xiàn)了知識的轉化，解決了實際問題。有效地促進學生進入分析和綜合應用的深度學習。

教師活動：引導學生繼續(xù)回顧酸的通性中的與堿、堿、堿性氧化物、氫前金屬反應的3種表現(xiàn)形式。

學生活動：邊回憶，邊根據(jù)桌面上的藥品做驗證性實驗。

設計意圖：對苯酚的弱酸性按照已有的知識網絡進行加工討論。從而將新知識直接納入舊網絡，體現(xiàn)了思維導圖的知識網絡在推測物質性質及信息檢索方面的功用，有利于學生對新知識的掌握和建構。

教師活動：酸的通性的最后一項是與鹽反應生成新酸和新鹽。，那么苯酚與碳酸鈉反應的新鹽是苯酚鈉，新酸到底是碳酸還是碳酸氫鈉？根據(jù)苯酚和碳酸的電離平衡常數(shù)進行分析。

學生活動：注意到苯酚的酸性介于碳酸和碳酸氫根離子之間，得出產物應當是碳酸氫鈉。

教師活動：讓學生進一步通過數(shù)據(jù)說明該反應是可逆反應。思考苯酚鈉與碳酸反應的方程式。

設計意圖：不斷引導學生運用數(shù)據(jù)分析解決化學問題，體現(xiàn)理科的學習方法，各版塊知識的相互聯(lián)系。在整個過程中，采取對以往的知識網絡進行不斷補充修訂的方法，在類比中尋找不同，進一步探索。這種教學方法有助于學生在學習過程中整合知識，將新知識納入舊知識體系中，形成完整的知識體系。

角度三：羥基與苯基相互作用

作為三級結構的一部分，這里主要根據(jù)實驗事實進行教學，鑒于學生的能力和教學要求，只要求學生進行淺層學習即可。

圖3　環(huán)節(jié)四思維導圖

三、基于思維導圖促進化學深度學習的思考

（一）課堂教學中運用思維導圖促進深度學習

在整個教學過程中，筆者的板書就是用思維導圖的形式逐級展現(xiàn)出來。在繪制思維導圖時，把相似、相混淆、相聯(lián)通的知識點及其邏輯關系清晰地展現(xiàn)在學生面前。思維導圖能夠使學生已有的知識和體驗成為學生學習的“支架”，充分調動學生學習的積極性和主動性，提高學生的課堂參與度。比如，對苯酚物理性質和苯酚酸性的探討，由于使用到《物質結構與性質》模塊知識和《化學反應原理》模塊知識，學生們表現(xiàn)出極大的熱情，產生深入學習的欲望。

通過繪制思維導圖有助于幫助學生建立新舊知識之間的聯(lián)系。比如，以酸的通性來學習苯酚的化學性質就是借用初三的化學知識學習新知，將新知識納入舊知識體系。這就將所學知識系統(tǒng)化和網絡化，使零散的知識得到整合，不再是把課程材料當做無關的知識片段或模塊。達到了舉一反三的學習效果，加深對所學知識的認識。同時，通過繪制思維導圖能夠促使學生學會學習，養(yǎng)成對知識溯本求源的學習習慣。學生根據(jù)導圖進行逐級理解，掌握知識的邏輯依據(jù)，探求知識的基本原理和模式，并建立起從具體知識向抽象知識的轉換，加深了對知識的理解和記憶。

（二）運用思維導圖將課堂教學延伸到課外

課后，學生們通過對思維導圖的再閱讀、再構造可以從整體上對知識進行更深層次地理解，也可以促使學生通過進一步批判性地審視而自主發(fā)現(xiàn)問題，促進深度學習。比如，課后就有學生提出苯酚的酸性很弱，能與氫氧化鈉反應，那么能不能與氫氧化銅這類弱堿反應等問題。這些問題雖然有的已經不是中學化學能解決的問題，但是這張圖激發(fā)了他們深入學習的興趣。提高了他們的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

思維導圖能夠促進深度學習。繪制思維導圖的前后學生們能夠批判性地看待新知識，并進行深入的研究與分析思考。在他們對每一個現(xiàn)象進行深度思考時又不自覺地調用了已有的思維導圖和曾經學過的知識、抽象的原理，并把它們運用到解決實際問題中，從而納入原有的認知結構中。他們的學習超越了學科的表層內容，在各種觀點之間建立起多元鏈接，擴大知識的應用廣度和深度，加深對深層知識和復雜概念的理解，將單純的學科內容的學習引向對學科本質和知識內核的深層學習中去。

［1］楊季冬.概念圖和思維導圖在化學教學中的比較及運用［J］.現(xiàn)代中小學教育，2015（2）.

［2］孫天山.深度學習：核心要素及案例呈現(xiàn)［J］.教育研究與評論，2011（8）.

［3］王祖浩.普通高中課程標準實驗用書·有機化學基礎［M］.南京：江蘇教育出版社，2009.

（責任編輯：張華偉）

本文系福建省教育科學“十三五”規(guī)劃2016年度立項課題“高中化學學科核心素養(yǎng)培育研究”（課題編號：FJJKCG16-453）階段性研究成果之一。

曲榕（1971-），女，山東煙臺人，中學高級教師，大學本科。研究方向：中學化學教育教學研究；張賢金（1985-），男，福建南安人，福建教育學院化學教育研究所講師，碩士。研究方向：中學化學教育教學研究；吳新建（1966-），男，福建永定人，福建教育學院化學教育研究所所長，教授，碩士。研究方向：中學化學教育教學研究。