思维导图应用于大学有机化学学习_陈博

第24卷　第2期大学化学2009年4月

思维导图应用于大学有机化学学习

陈博　陈凯　薛蒙伟　宋怡

(南京晓庄学院化学系　江苏南京211171)

　　摘要　阐述思维导图应用于有机化学的理论基础, 并以典型的有机合成题为例介绍如何利用

思维导图进行有机化学学习。

　　近年来, 思维导图被广泛应用于教学, 其特色体现在能促进学生进行有意义的学习, 促使他们整合新旧知识, 建构知识网络, 浓缩知识结构, 进而从整体上把握知识。思维导图还可以作为一种元认知策略, 提高学生的自学能力、思维能力和自我反思能力。另外, 由于不同的学生在学习了同一内容后, 所创设的思维导图不同, 因而教师可以通过察看学生所画的思维导图对个人的学习效果进行检查分析。

　　思维导图在化学教学中的应用研究也已起步, 部分中学教师已经开始尝试用思维导图辅助化学教学, 但将思维导图应用于大学化学教学中的实例还很少见。笔者以自身学习大学有机化学的经验为出发点, 尝试将思维导图应用于大学化学学习。

1　思维导图简介

1. 1　思维导图特点

　　思维导图(M i n d M a p p i n g ) 又被译为心智图、心灵图、脑图, 是由英国学者托尼·巴赞(T o n y B u z a n ) 在20世纪60年代初期所创。与其说思维导图是一种笔记型思维方式, 不如说是一种将放射性思考具体化的方法。放射性思考是人类大脑的自然思考方式, 而思维导图是放射性思考的外在体现。大脑惊人的储存能力使我们累积了大量的资料, 经由思维导图的放射性思考方法, 除了加速资料的累积量外, 还能对彼此间有关联的数据进行分层分类管理, 使资料的储存、管理及应用更加系统化, 从而增加大脑运作的效率。同时, 思维导图善用左右脑的功能, 藉由它们各自不同功能倾向的协作, 使脑功能展示出系统的、完整的、各种思维方式有机聚合

[1-2]的作用。

　　思维导图的最大特点在于图形的运用。托尼·巴赞强调, 思维导图的中心主题必须是一个图形, 因为“与词语相比, 大脑更易于接受图形”。思维导图的另一个显著特点是关键词的使用:思维导图除了呈现明显的放射结构外, 每一个分支上是一个简单的关键词, 而不是短语或句子, 关键词的使用能将某个观点简化为所要表现的核心。不同色彩的使用也是思维导图的重要特点之一:一般思维导图主要的分支使用同一种颜色; 在思维导图中使用较浓的颜色、较大的字体绘制主要的分支, 也是为了增强对知识的记忆。

　　托尼·巴赞明确指出“正是这些特点使得思维导图成为知识之间建立联系的有效工具”,

这种联系不仅表现在思维导图放射状的结构上, 应用色彩的变化来表现不同的类别也能增强有效的关联。

1. 2　绘制思维导图的工具

　　绘制思维导图最简单的工具是纸和笔, 但手绘思维导图有一定的局限性。用计算机绘制思维导图不仅能解决手绘思维导图受纸张大小限制的问题, 还便于修改、传播和展示。同时, 由于计算机操作简便、功能强大, 能大大拓展思维导图的使用范围和功能, 特别是能促进思维导图在理科教学方面的应用范围。目前, 用来绘制思维导图的软件很多, 如I n s p i r a t i o n 、M i n d M a n a g e r 、Pe r s o n a l b r a i n 、Br a i n s t o r m 等。这些软件各有特点, 使用方便, 在实际应用中可以根据需要选择。我们所选择的是M i n d M a n a g e r 2007年的新版本(7. 0) , 它不仅适用于教师备课教学, 也可作为大学生自学的优秀信息技术辅助工具。

2　思维导图应用于大学有机化学学习

2. 1　思维导图应用于有机化学的理论基础

　　有机化学的学习者往往抱怨概念多、官能团繁杂、反应条件难记忆、反应机理不易理解。分子构型三维结构的掌握和对竞争反应的分析等更是有机化学的难点。根据个人的学习经验, 在有机化学学习中引入思维导图是一个高效率的学习方法。

　　首先, 有机化学以官能团为线索, 形成比较严谨的知识体系。虽然概念繁多, 但从纵向分析, 上下位概念之间层次感清晰; 从横向分析, 同级概念之间联系紧密。建构主义学习理论认为学习是基于学习者的经验进行意义建构的过程, 根据奥苏伯尔的同化论, 知识的构建和组织遵循以下两条原则:第一, 渐进分化原则。知识在头脑中组成一个有层次的结构, 最具概括性或包摄性的观念处于这个层次结构的顶点, 它下面是包摄范围较小和越来越分化的命题、概念和具体知识。第二, 综合贯通的原则。将学过的知识和当前的学习材料进行比较和分析, 发现彼此间的共同点和不同点, 加深对新材料意义的理解。思维导图所体现的从中心概念出发的放射性思维与上述两个原则是相吻合的。我们一直强调要进行有意义的学习, 意义学习的基本特点是新知识同学习者已有的概念命题框架的整合, 而绘制思维导图的过程恰恰就是将新知识与原有知识进行重新加工整合的过程。绘制一张思维导图不是一两天就能完成的, 而需要一个长期的过程, 是一个边学边做的过程。要将自己每天学到的新知识一点一点地补充到原有的知识图中, 由于新内容的注入, 原图中的知识结构和框架必定要随之做出相应的调整, 而调整的过程正是对新旧知识重新整合的过程。由此可得出结论, 绘制思维导图的工作原理与建构主义学习理论是一致的。正因为有机化学知识的系统性, 使得对有机知识的“纵向学习”和“横向学习”分别适用于上述提到的渐进分化原则和综合贯通原则。因此, 我们认为, 以建构主义学习理论为学习方法进行有机化学学习是可取的, 而思维导图作为一种辅助教学工具, 很适合用于实现这一学习方法。学生通过使用思维导图, 能最终达到对有机化学知识的有意义学习。

　　其次, 在有机化学学习中, 有众多知识点需要记忆, 这使巧妙的记忆方法显得格外重要。现代心理学家一般把人类的学习过程看作是信息加工的过程, 认为人脑可以像计算机一样从外界接收信息, 并对信息进行加工编码, 存储在记忆系统中, 待需要时再进行提取并做出相应

[3]反应。加涅信息加工模型指出:“工作记忆”是信息加工过程的一个非常重要的组成部分。

为了增大工作记忆容量, 应该把散乱的信息组成信息块。这正是思维导图能够做到的。联系[3]

到有机化学学习, 对于繁杂零碎的知识点, 如果采取单个记忆的方式, 由于“工作记忆”的容量有限, 显然不利于长时记忆。而如果能利用思维导图将这些知识点合理地绘制到一张图上, 形成知识网络, 构造成知识组块, 那么记忆起来就方便得多, 同时也有利于长时记忆。

　　通过上述理论分析可知, 将思维导图应用于有机化学学习对于学好有机化学是很有帮助的。

2. 2　思维导图在有机化学学习中的应用实践

　　在有机化学学习中, 学生普遍感到困难的有机化学题型是有机合成题。当题目提供了指定原料和目标分子之后, 学生往往不知道如何分析, 从何下手。虽然脑中存储了大量的有机化学合成知识, 但在瞬间不能有效地进行提取, 导致解决问题时出现种种困难。下面以有机合成为例, 介绍如何运用思维导图对有机化学进行有效的学习。

2. 2. 1　用Mi n d Ma n a g e r P r o 7. 0绘制有机化学思维导图

　　有机合成中最重要的是要会分析原料与目标分子之间碳架的变化, 碳架变化是解决问题的突破口。图1是以“碳架形成”为中心主题, 使用M i n d M a n a g e r P r o 7. 0绘制的一张有机化学思维导图。

　　作图思路:在以“碳架形成”为中心主题的基础上引出两条思路———链状变化和环状变化, 其中链状变化又分为增长碳链和减短碳链, 由此得出“增长碳链”、“减短碳链”和“碳环合成”3个主题。链状变化的第一级副主题分为“1C ”和“2C 以上”,而环状变化的第一级副主题

[4]分为“三元”、“四元”和“五、六元”。每一个第一级副主题下面是具体的典型合成方法。图1　有机化学思维导图

2. 2. 2　应用举例

　　下面将以典型的有机合成题目为例, 介绍如何利用所作的思维导图快速解答有机合成题目。

C O O H

　　例:由丙二酸二乙酯合成O O H 。C 2以下的有机原料自选。

　　分析:丙二酸二乙酯是一个链状结构, 而1, 4-环己二甲酸含有环状结构。脑海中浮现出有机合成思维导图, 既然目标分子有环状结构,

思维就应向成环的方向发展, 脑中这时闪现的应该是导图的碳环合成部分(图2) 。

图2　思维导图的碳环合成部分

　　将原料分子与目标分子的结构联系起来, 思维进一步深入, 使脑中图像关注的范围得以进一步缩小(图3) 。图3中丙二酸二乙酯上方的分子结构简式插图为解题提供了有用的信息, 让我们立刻联想到目标分子中有两个与插图中弧线右边完全相同的结构

丙二酸二乙酯。

　　在图3上方有一根关联线, 沿着关联线的指向将思维迁移到整幅图(图1) 的右边(图4) 。　　由图4可知丙二酸二乙酯形成碳负离子与卤代烃(R X ) 反应是增长碳链的重要方法之一。要合成的六元环中与两个羧基相连的环上碳原子都是由丙二酸二乙酯提供的, 因此还需要增加4个碳。既然要成环, 那么所用的卤代烃必须与两个丙二酸二乙酯分子都相连, 也就是要用二卤代烃。结合以上分析, 并观察目标分子的结构, 很容易得出这样的结论:在合成的过程中需要两分子X C (图5) 。2H 4X C O O H 　, 这正是丙二酸二乙酯提供的特征结构。由于目标分子中有两个这样的结构, 在合成时就需要用两分子

图3　

丙二酸二乙酯提供的特征结构图图4　丙二酸二乙酯关联线指向图

H H (C O O C B r C r C 2C 2H 5) 22H 4B

H H (C O O C 2C 2H 5) 2

C O O H

(1)O H -

+(2) H 3O , ■　　　　2C H C O O C 2(2H 5) 22C N a 2H 5O 2N a C H (C O O C 2H 5) 2E t O O C 2C N a 2H 5O C O O E t -C H C O O C 2C (2H 5) 2-H C O O C 2C (2H 5) 2B r C H B r 24

E t O O C C O O E t O O H

图5　由丙二酸二乙酯合成1, 4-环己二甲酸的合成路线

　　通过对以上例题的分析可知, 借助思维导图在头脑中呈现知识体系图并适当地产生联想, 对于迅速、准确地从大脑数据库中提取我们所需的有机化学合成知识, 从而解决有机化学合成题是非常有效的。学习都是触类旁通的, 思维导图并不仅仅适用于解决有机合成题, 更能在有机化学学习的各方面给予我们特别的收益。

3　研究反思

　　学生自己绘制思维导图, 能促进将所学化学知识加以整理、归纳、演绎并建立网络关系图, 并特别适合在小组合作解决问题时使用。思维导图可以帮助小组理清知识线索、理解和表征问题、寻找解答办法, 最后提出解决方案。在大学有机化学学习上的应用只是一个方面。笔者已于2006年将思维导图应用于无机化学学习, 并在本校2005级化学(师范) 班推广, 还将在物理化学、结构化学等化学专业课学习中应用这种工具辅助学习, 并开展相应的研究。

　　通过以上的作图、解题、研究过程, 我们发现思维导图在化学教学中, 可用简明扼要的形式把课程内容的主要概念和原理表示出来, 其层级组织结构足以提供不同章节知识点呈现的顺序与彼此的联系, 非常适合作为化学课程与教学设计的有效工具。化学系教师可以利用M i n d M a n a g e r 方便地组织新知识以及自己的思想, 整体展示知识框架并能有效地标示出学习内容的重点和难点。

　　虽然本文的主题偏重于化学, 但思维导图的多维发散性思考方式并不仅仅局限于学习化学, 它可以超越学科界限, 在各科教学研究和实践中都有实用价值。

参　考　文　献

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[1]2]3]4]　托尼·巴赞. 大脑使用说明书. 张鼎昆译. 北京:外语教学与研究出版社, 2005　齐伟. 概念图/思维导图导论. 教育技术导刊, 2005(5) :9　皮连生. 学与教的心理学. 第4版. 上海:华东师范大学出版社, 2006　曾昭琼. 有机化学. 第4版. 北京:高等教育出版社, 2004