基于思维导图促进学生化学深度学习——以苏教版《有机化学基础》模块“苯酚”教学为例

曲榕，张贤金，吴新建

1.福州市第一中学，福建福州350001；

2.福建教育学院化学教育研究所，福建福州350025

基于思维导图促进学生化学深度学习——以苏教版《有机化学基础》模块“苯酚”教学为例

曲榕1，张贤金2，吴新建2

1.福州市第一中学，福建福州350001；

2.福建教育学院化学教育研究所，福建福州350025

深度学习是善于学习者所拥有的一种学习状态。思维导图作为一种思维工具对深度学习具有促进作用。在“苯酚”的教学实践中将二者相结合：思维导图促进学习者发现问题，追本溯源，实现深度学习；深度学习也有助于学习者绘制出有助于建立良好知识体系的思维导图。

思维导图；深度学习；有机化学

在长期的教学实践中，我们发现，由于学生们没有将繁杂的化学知识以组织化、结构化的形式存储在认知结构中，就使得他们遇到实际问题时找不到切入点，无法形成有效的解题思路。这反映出一个问题：我们当前的高中化学教学很多时候是一种浅层学习，而不是一种深度学习。我们不仅要教给学生知识点，还要帮助学生借助某种思维工具将所学的知识纳入已有的知识体系，并尽可能地系统化和网络化，并由此加深对知识的理解、记忆和运用，从而实现化学深度学习。在教学实践中，笔者尝试使用思维导图来优化学生的知识结构，促进学生更有效地进行深度学习。

一、思维导图和深度学习概述

（一）思维导图的作用

思维导图是一种思维工具。它以图解的形式和网状的结构贮存、组织和优化输出信息。一般从中心主题开始，进行思维发散，建立与其相关的一级主题，一级主题下又包含若干二级主题，以此类推，建立起树状结构［1］。思维导图在创建过程中还可以使用图片、颜色、线条粗细等变化建立联系。

学生在初始学习阶段，通过绘制思维导图可以将零散的知识点按照不同层次呈现出来，通过纵横的串联、对比、差异分析等形成系统、清晰的知识脉络，加深对新旧知识的理解，从而提高学习效率。学生在回忆、反思和练习提升阶段，可以更进一步利用思维导图进行学习，前后对比、摸索、研究知识的特点、应用等。它就好像一把打开学生记忆大门的钥匙，使学生能触类旁通，学习变得轻松、记忆变得自然。

（二）深度学习的特征

深度学习具有以下几个主要的特征：从态度上，学习者对所学知识持有怀疑、批判的态度，这是深入思考的前提；从方法上，学习者能够整合知识，将新知识纳入已有的知识体系中；从学习动力上，学习者有强烈的促进自身发展的需求［2］。

（三）思维导图对深度学习的价值

情境认知理论认为，学习应该是学生在学习的过程中与相关的人和环境之间的相互作用。每一个学生都是在一定的学习情境中，通过教师的传授和与他人的合作探讨中获取知识的。学生在绘制和修改思维导图的过程中，必然将自己置于知识体系和同伴交流中，这正是符合情景认知理论的基本特征。图式是建构主义理论的一个重要概念，图式的形成和变化是认知发展的实质。建构主义认为，学生获取知识的过程是将新知识纳入已有知识体系，更新知识网络的过程。思维导图是一种图示化的思维工具。学生在绘制思维导图建构新的知识网络时，必然要在相关的已有知识之间循网进行信息检索，从已有的组织化的知识结构中获取相应的信息，分辨不同的观点、看法，建立新旧知识网络的关联，形成新的思维导图，进而促使自己的认知得到提高。总之，在情境化的学习环境中，通过绘制、修改和应用思维导图可以用效促进学习化学深度学习。

二、基于思维导图促进学生化学深度学习案例分析

（一）教学内容

教学案例选自苏教版高中化学选修五《有机化学基础》专题三烃的衍生物第二单元酚［3］。

（二）教学目标

知识与技能目标：了解酚类物质结构特点，掌握苯酚的物理性质和化学性质，并能对相应的性质做出简单的解释。

过程与方法目标：通过实验探究和数据分析，培养学生观察能力、分析推理能力；在与同学的探讨中，提高合作能力；通过对苯酚性质的学习，培养思辨能力；通过绘制思维导图，培养学生逻辑思维能力，掌握深度学习的一种方法。

情感、态度价值观目标：体会有机物与生产、生活及环境的广泛联系，确立社会责任感，激发学习动力。

（三）教学主要流程

环节一：准备阶段：课堂交流，了解学生原有认知

本节课开始就与学生们一起回顾了醇类的物理性质：低碳数的醇呈液态及溶于水，并分析原因。化学性质：氧化反应（燃烧、催化氧化的条件及产物）、置换反应、消去反应的条件及产物、取代反应（包括酯化反应、成醚反应、卤化反应）。

设计意图：通过观察学生的参与度可以看出他们对这一部分知识的掌握程度，同时也帮助学生们整理了醇类的知识体系，为后续教学打下基础。

环节二：酚概念的建立

（1）利用身边事实创设情景，引出中心主题

提出茶多酚、双酚A等常见电视广告提示学生生活中常见的一类物质——酚类。引出本节课的中心主题酚。

（2）利用酚的结构特点建立二级主题

教师活动：向学生介绍酚的结构特点，并写出几种物质的结构简式让学生辨别。

学生活动：判断板书中的几种物质是否属于酚。

教师活动：提出二级主题——酚的同分异构体书写（包括官能团的位置异构和类别异构），并从位置异构提出三级主题——酚的简单系统命名。

图1　环节二思维导图

设计意图：以常见的广告引入主题激发学生的学习兴趣。运用课堂练习引入酚的同分异构体和命名，通过总结形成知识网络，为学生提供运用思维导图记笔记的方法，展示思维过程。

环节三：苯酚的物理性质

（1）确立中心主题

教师活动：提示学生研究物质性质的顺序。

学生活动：物质研究的顺序都是先通过五官感受确立研究内容。首先探究苯酚的物理性质——中心主题。

（2）确立二级主题

学生活动：观察苯酚晶体的颜色，闻气味，做苯酚溶于冷水、热水、乙醇系列实验。

（3）引导学生深度学习，探究苯酚所体现的物理性质内在原因，促进持久理解——确立三级主题

教师活动：再次强调苯酚的结构特点：由苯基和羟基直接相连。启发学生“利用结构决定性质”思想进一步思考为什么苯酚常温下是晶体，难溶于水，易溶于有机溶剂。而在温度升高后又能以任意比溶于水。

学生活动：通过回顾氢键对物质性质的影响以及相似相溶原理，结合苯酚结构特点讨论得出结论。

设计意图：本环节的教学中，将学生动手实验与理论解释相结合。如果学生们仅仅动手做了实验，那么留在他们印象中的也只是浅层的知识。学生的学习方法也只是观察、记忆。他们对这部分知识只是机械地、被动地接受。在他们的意识中这些知识点是孤立的，这是一种浅层学习。学生们对这些孤立、零碎的知识很厌烦、缺乏学习的兴趣，自然也就缺乏持久的记忆。我们在教学中要能逐步引导学生深入探讨去发现知识背后所反映的关键原理、观点和方法，将这些知识进行整合，纳入已有的知识体系，不仅可以让学生学会深入思考，更能加深对所学知识的理解。在讲解的同时，运用思维导图逐层次展示思维过程，可以引导学生掌握思考的方向，学会如何思考问题。比如，图2将同一知识点的不同解释分列出来，可以清楚地让学生认识到同一事物可以从不同角度分析。

图2　环节三思维导图

环节四：苯酚的化学性质

（1）按照物质研究顺序确立苯酚的化学性质这一中心主题

（2）根据有机的学习方法确立二级主题

教师活动：（过渡）苯酚是由苯基和羟基直接相连构成的，所以研究苯酚的化学性质可以从苯基、羟基、苯基和羟基共同作用这三个角度进行。

（3）从三个角度探究苯酚的性质

角度一：苯基

这一部分苯基作为三级结构探索其性质，对苯酚溴代实验的探讨是四级结构。

教师活动：苯的主要化学性质有苯易取代（溴代和硝化），难加成（与氢气）。

学生活动：按照课本要求逐滴将浓溴水滴入苯酚，观察现象。出现白色沉淀生成——沉淀溶解——白色沉淀再次出现——白色沉淀变黄色这一异常实验现象。

教师活动：即时抓住这一契机告知学生不可迷信课本知识，要根据实际现象进行思考，鼓励学生质疑和追问，激发学生的怀疑精神。

师生共同活动：教师提示学生生成的三溴苯酚仍然属于有机物，有机物之间存在相似相溶现象。学生们互相启发得出结论

教师活动：（趁热打铁，启发学生学习兴趣）如何能得到课本所描述的实验现象？

学生活动：根据已经得出的结论改变苯酚的浓度，控制滴加的速率，再次做实验。

设计意图：引导学生根据实践对课本所讲述的新知识产生怀疑，并在怀疑的基础上去分析出产生的原因，发现了知识的内在联系。正是这种批判的态度促使学生能够深度学习，培养学生的思辨能力。同时，引导学生们积极参加研讨、实验，促使他们能够全身心地投入，激发他们积极参与和学习热情，以及获得成功后的喜悦。这些情感和实践体验将为他们进一步深入学习提供支持。

角度二：羟基

这一部分羟基作为三级结构探索其性质，对苯酚弱酸性的探讨是四级结构。

教师活动：请学生回顾已经学过的带有羟基的物质（乙醇和水）的性质，并据此猜想苯酚的性质。

学生活动：给学生们留下印象最深的就是这两种物质与金属钠的反应，他们猜测苯酚是否也会与钠反应呢？观看苯酚、乙醇、水分别与金属钠反应的视频，发现苯酚的水溶液与钠反应要比水和乙醇反应剧烈得多。猜测既然水是中性的，那么苯酚就是呈酸性的。

教师活动：激发学生进一步思考苯酚的酸性到底有多强？同样是羟基，为什么苯酚就有酸性？请学生们讨论：通过哪些事实可以证明苯酚有酸性。

学生活动：调用以往的知识网络——酸的五条通性。在此基础上提出苯酚能使酸碱指示剂变色的假设。并动手操作进行实验验证：将紫色石蕊试液滴入苯酚溶液中。观察到的实验现象是苯酚没有使紫色石蕊变色。

教师活动：这又是一个令人惊诧的实验事实，那么我们能否根据苯酚的电离平衡常数和苯酚饱和液的浓度，通过数据进行分析。

学生活动：根据教师所提供数据算出饱和苯酚溶液的pH约等于5，而石蕊的变色范围是5—8。

设计意图：这一内容并没有根据以往教学经验直接告诉学生苯酚酸性很弱，弱到不能使指示剂变色。学生们也就会觉得苯酚确实弱，并记下来。这只是属于知道和记忆的浅层学习。那么，他们所获得的知识也是游离于知识系统之外，学习效果有限，学习的动力不足。实际教学过程中把握住实验事实与学生的已有知识发生冲突的良机，通过提供数据让学生运用在化学反应原理中学到的知识进行分析。在此过程中，学生们对已有信息进行加工，已有知识进行迁移，有效地实现了知识的转化，解决了实际问题。有效地促进学生进入分析和综合应用的深度学习。

教师活动：引导学生继续回顾酸的通性中的与碱、碱、碱性氧化物、氢前金属反应的3种表现形式。

学生活动：边回忆，边根据桌面上的药品做验证性实验。

设计意图：对苯酚的弱酸性按照已有的知识网络进行加工讨论。从而将新知识直接纳入旧网络，体现了思维导图的知识网络在推测物质性质及信息检索方面的功用，有利于学生对新知识的掌握和建构。

教师活动：酸的通性的最后一项是与盐反应生成新酸和新盐。，那么苯酚与碳酸钠反应的新盐是苯酚钠，新酸到底是碳酸还是碳酸氢钠？根据苯酚和碳酸的电离平衡常数进行分析。

学生活动：注意到苯酚的酸性介于碳酸和碳酸氢根离子之间，得出产物应当是碳酸氢钠。

教师活动：让学生进一步通过数据说明该反应是可逆反应。思考苯酚钠与碳酸反应的方程式。

设计意图：不断引导学生运用数据分析解决化学问题，体现理科的学习方法，各版块知识的相互联系。在整个过程中，采取对以往的知识网络进行不断补充修订的方法，在类比中寻找不同，进一步探索。这种教学方法有助于学生在学习过程中整合知识，将新知识纳入旧知识体系中，形成完整的知识体系。

角度三：羟基与苯基相互作用

作为三级结构的一部分，这里主要根据实验事实进行教学，鉴于学生的能力和教学要求，只要求学生进行浅层学习即可。

图3　环节四思维导图

三、基于思维导图促进化学深度学习的思考

（一）课堂教学中运用思维导图促进深度学习

在整个教学过程中，笔者的板书就是用思维导图的形式逐级展现出来。在绘制思维导图时，把相似、相混淆、相联通的知识点及其逻辑关系清晰地展现在学生面前。思维导图能够使学生已有的知识和体验成为学生学习的“支架”，充分调动学生学习的积极性和主动性，提高学生的课堂参与度。比如，对苯酚物理性质和苯酚酸性的探讨，由于使用到《物质结构与性质》模块知识和《化学反应原理》模块知识，学生们表现出极大的热情，产生深入学习的欲望。

通过绘制思维导图有助于帮助学生建立新旧知识之间的联系。比如，以酸的通性来学习苯酚的化学性质就是借用初三的化学知识学习新知，将新知识纳入旧知识体系。这就将所学知识系统化和网络化，使零散的知识得到整合，不再是把课程材料当做无关的知识片段或模块。达到了举一反三的学习效果，加深对所学知识的认识。同时，通过绘制思维导图能够促使学生学会学习，养成对知识溯本求源的学习习惯。学生根据导图进行逐级理解，掌握知识的逻辑依据，探求知识的基本原理和模式，并建立起从具体知识向抽象知识的转换，加深了对知识的理解和记忆。

（二）运用思维导图将课堂教学延伸到课外

课后，学生们通过对思维导图的再阅读、再构造可以从整体上对知识进行更深层次地理解，也可以促使学生通过进一步批判性地审视而自主发现问题，促进深度学习。比如，课后就有学生提出苯酚的酸性很弱，能与氢氧化钠反应，那么能不能与氢氧化铜这类弱碱反应等问题。这些问题虽然有的已经不是中学化学能解决的问题，但是这张图激发了他们深入学习的兴趣。提高了他们的发现问题、分析问题和解决问题的能力。

思维导图能够促进深度学习。绘制思维导图的前后学生们能够批判性地看待新知识，并进行深入的研究与分析思考。在他们对每一个现象进行深度思考时又不自觉地调用了已有的思维导图和曾经学过的知识、抽象的原理，并把它们运用到解决实际问题中，从而纳入原有的认知结构中。他们的学习超越了学科的表层内容，在各种观点之间建立起多元链接，扩大知识的应用广度和深度，加深对深层知识和复杂概念的理解，将单纯的学科内容的学习引向对学科本质和知识内核的深层学习中去。

［1］杨季冬.概念图和思维导图在化学教学中的比较及运用［J］.现代中小学教育，2015（2）.

［2］孙天山.深度学习：核心要素及案例呈现［J］.教育研究与评论，2011（8）.

［3］王祖浩.普通高中课程标准实验用书·有机化学基础［M］.南京：江苏教育出版社，2009.

（责任编辑：张华伟）

本文系福建省教育科学“十三五”规划2016年度立项课题“高中化学学科核心素养培育研究”（课题编号：FJJKCG16-453）阶段性研究成果之一。

曲榕（1971-），女，山东烟台人，中学高级教师，大学本科。研究方向：中学化学教育教学研究；张贤金（1985-），男，福建南安人，福建教育学院化学教育研究所讲师，硕士。研究方向：中学化学教育教学研究；吴新建（1966-），男，福建永定人，福建教育学院化学教育研究所所长，教授，硕士。研究方向：中学化学教育教学研究。