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[摘要]本文以河南大學化學化工學院無機化學實驗教學改革為例，探討了思維導圖在無機化學實驗課和虛擬仿真實驗課程中的應用。相較于傳統線性思維的教學方法，思維導圖可以將不同的知識點以非線性的形式串聯起來，并將學生不熟悉的概念全部呈現在眼前，從而起到“大腦的延伸工具”的效果。合理地使用思維導圖能夠極大地激發學生的學習熱情并提高學生的學習效果。
[關鍵詞]本科化學實驗教學；教改；思維導圖；應用；高等教育
思維導圖又稱“腦圖”、“心智圖”，是一種將抽象思維、知識脈絡、靈感想法等智力活動通過圖像式表達加以呈現的思維工具。思維導圖通常以某一主題概念作為核心，以與該概念相關聯的關鍵詞、圖像作為連接節點，并通過多級網絡進行連接組合。思維導圖通過圖像、節點和多級邏輯連接的方式呈現了學習者思維的過程，能夠讓使用者快速整理、篩選重要信息，方便其加深記憶并提高理解力，因此思維導圖備受發達國家教育界青睞。近年來，隨著中外教育交流的日漸頻繁，思維導圖這一思維工具也開始在我國教育領域受到重視，被廣泛應用于思維、學習、管理等領域。
1思維導圖的興起及其教學應用現狀
人類利用圖形輔助思維過程并將其“可視化”的方法論可以追溯到幾個世紀以前[1]。上世紀八十年代，英國流行心理學作家托尼·巴贊(TonyBuzan)在先人的基礎上提出了“放射性思維導圖”的概念，這種圖像化的思維工具，幫助我們從傳統的線性思維方式過渡到了發散性聯想思維的思考和學習模式上。隨著思維導圖概念的興起，這一思維工具逐漸在教育領域生根發芽，深受教師與學生的喜愛。我國對思維導圖概念的引進，可以追溯到21世紀初期的幾篇教學法學術論文[2,3]。經過二十年發展，思維導圖輔助中小學教學的應用方案已日趨成熟[4–7]。然而，在高等教育領域，思維導圖在教學中的應用相對較少[8]。在這些為數不多的高等教育思維導圖案例中，又以專業理論課的應用為主[8–10]，鮮有本科實驗課應用思維導圖進行教學的文獻報道。受傳統教育思想的掣肘，無論是教師還是學生，對于實驗課的重視程度普遍低于理論課。教師對大學實驗課程的教育理念較為落后，實驗課程教材比較陳舊，學生對于實驗課學習的積極性較低，這些因素嚴重限制了大學實驗課教學水平的提升。實際上，實驗課作為理論聯系實踐的中心環節，對于學生未來的升學深造和就業起著至關重要的作用。以來，隨著人們對新時工科高等教育現代化需求的提高，高校在實驗課教學教法上改革的呼聲越發強烈。本論文以河南大學化學化工學院面向本院一年級本科生開設的《無機化學實驗A》課程為依托，開展了基于思維導圖的實驗課教學改革研究。
2思維導圖在本科化學實驗教學中的實踐
2.1傳統實驗課教學方式的問題與改進
無機化學實驗是面向化學、近化學專業一年級本科生開設的一門必修基礎實驗課，同時也是絕大多數同學第一次接觸的化學類實驗課程。在學習無機化學實驗課程的過程中，學生們主要依賴于初、高中所學習到的基礎化學實驗知識，一些中學甚至從來沒有開設過化學實驗課。大多數學生存在對實驗室安全，實驗操作基本守則等問題輕視的態度。這些情況使得初次接觸無機實驗的一年級學生的學習曲線較為陡峭，不利于無機化學實驗課甚至其他化學相關實驗課的開展，無機化學實驗課教學過程出現了“照方抓藥”的情況?；谏鲜鰡栴}，我院從2017年開始，持續改進無機化學實驗課教學的形式和內容，購置了多媒體教學設備以充實鞏固無機化學實驗課的教學方法，提高學生的學習興趣，將傳統文字板書的實驗內容講解改進為圖文并茂的幻燈片，以視頻內容取代傳統上高危險、高難度的實驗內容，在保證實驗室教學的安全性的同時盡可能地增強學生對實驗內容的理解。與此同時，我院還積極建設虛擬仿真實驗教學內容，將研究生發表的科研論文轉化為了本科生可以在電腦終端操作的《多酸羰基化合物的單晶制備及其催化應用虛擬仿真實驗教學項目》[11]。該項目的開展解決了綜合化學實驗受時空、儀器、安全的限制，免除了本科生進行高溫高壓實驗存在的畏懼感，在2020年疫情流行的背景下，本虛擬仿真教學積極踐行教育部“停課不停學”的精神要求，通過遠程實驗的方式，服務了我院相關專業的本科生的實驗學習。該項目2019年獲批河南省虛擬仿真項目，2020年入選首批國家級一流本科課程[12]。
2.2思維導圖在實驗課中的應用思路及實踐
盡管我院從硬件和軟件等層面為無機化學實驗的教學提供了良好的條件，但是在教學過程中，我們發現受限于一年級本科生對于化學試劑、實驗基本操作的不熟悉，以及實驗課本編排陳舊等原因，學生在實驗預習、實驗過程以及實驗報告撰寫中存在對實驗流程認識不清晰、實驗原理理解不深刻、同系列實驗邏輯關系模糊等問題，這些問題必須依靠實驗課教學教法上的改進才能得以解決。根據上文提出的思維導圖在教學中應用的種種優點，我們計劃在本科無機化學實驗教學中引入思維導圖的概念，并嘗試用這一實踐改善我院當前無機化學實驗課程中存在的弊端。針對每一次實驗課所涉及內容相對較多，學生難以全局掌握的問題，我們為每一次實驗課設計了針對性的知識網絡思維導圖。以《無機化學實驗》[13]第五部分元素性質實驗《p區非金屬元素(一)(鹵素、氧、硫)》為例，由于本實驗涉及鹵素、氧族共五種元素數十種藥品，學生預習實驗時難以從全局把控實驗內容和實驗目的。我們將課本內容經過整合，整合為一張思維導圖(圖1)。對于實驗內容結構上的把握，有助于學生理解實驗之間的聯系，也使得實驗內容更加清晰易懂。同學們普遍反映思維導圖的呈現方式相較于傳統幻燈片的講授能更容易的理解實驗的內容。除了實驗概要外，我們在講授具體實驗內容的時候，也應用了思維導圖幫助授課。仍以《p區非金屬元素(一)(鹵素、氧、硫)》“硫的化合物的性質”中的實驗3“硫代硫酸鹽的性質”為例。本小節實驗主要驗證了硫代硫酸鹽的“不穩定性”、“還原性”和“配位性”，需要做5個小實驗。而課本對這5個實驗的詳細描述占據了整張紙三分之一左右的篇幅，且描述相對枯燥。在以往的教學過程中，我們發現學生對實驗的理解存在一定局限性，而對實驗理解的不深入又導致學生在實驗過程中手忙腳亂或者“照方抓藥”。這是由于課本中的實驗描述是單向線性的，而一年級學生剛開始接觸化學實驗，對實驗操作、藥品等問題的理解不夠且無法在短時間內記住過多要素，從而只能以“照方抓藥”的方式進行實驗操作，無暇思考實驗設計、實驗思路等問題。若將實驗操作以圖形、模塊、流程圖的方式呈現出來，知識點和操作步驟不再是線性的，而是在邏輯完整的前提下相互關聯的，這將大大提高學生對實驗的理解程度、提高實驗的可操作性(圖2)。除了在傳統實驗課教學中應用思維導圖外，我們還在虛擬仿真實驗教學的過程中使用了思維導圖輔助學生理解實驗內容。如前文所述，我院建設的《多酸羰基化合物的單晶制備及其催化應用虛擬仿真實驗教學項目》是基于碩士研究生所發表的科研論文的完整實驗開發的。與實驗課包含的無機化學實驗相比，虛擬仿真實驗所包含的實驗內容更加復雜：包括“多酸羰基化合物單晶的制備”、“多酸羰基化合物晶體的結構和表征”、“多酸羰基化合物單晶的二氧化碳環加成催化實驗”三大部分，且每一部分均需要多個實驗步驟。鑒于該實驗體系的復雜性，我們專門在該虛擬仿真實驗中設置了一個“理論學習模塊”，本模塊除了包含該虛擬仿真實驗所參照的科研論文、相關理論知識和基本安全守則外，還添加了該虛擬仿真實驗的全流程思維導圖(圖3)。這樣的思維導圖猶如一張地圖，使得學生對該實驗的過程了然于胸。根據學生反饋，思維導圖對于這樣復雜實驗的理解和學習，具有較大幫助。
3總結與展望
隨著科技的進步，人類生活的方方面面越來越依賴信息技術。以教師的視角觀察當今教學的趨勢，多媒體幻燈片的教學方式把教師從板書中解放出來的同時，也在一定程度上禁錮了學生的思維。思維導圖在教學中的應用，在一定程度上緩解了線性思維對學習效率的影響，提升了學習者對知識體系構建的速度。從手繪思維導圖到思維導圖計算機軟件、手機app的出現，體現了人們對思維導圖應用的重視程度越來越高。我們期待更多思維導圖在教學，特別是在實驗課程教學中的應用。
作者:朱建平 張超 單位:河南大學化學化工學院
