宁清茹陈亚芍

（陕西师范大学化学化工学院陕西西安710119）

信息技术支持下的思维可视化教学∗
——以人教版《化学2》第三章为例

宁清茹陈亚芍∗∗

（陕西师范大学化学化工学院陕西西安710119）

尝试将思维导图以及iPad同屏技术引入到高中化学课堂教学中去，改进现有的多媒体教学。探讨了思维导图、iPad同屏技术应用于化学教学方面的可行性，并以“有机化合物”一章为例，分别介绍思维导图在知识系统化、iPad同屏技术协同下在学生作品互评中的应用。

高中化学；思维导图；iPad同屏技术；有机化合物

根据《2015年中国青少年上网行为研究报告》显示，“本年度我国青少年网民数量达到2.87亿，占全国青少年人口总数85.3%，其中12-18岁占青少年网民总数40%，而他们上网的主要动机在于信息获取和网络娱乐［1］。”从上述的统计数据不难发现信息技术已成为新一代青少年的生活、学习中必不可少的一部分。随着信息技术在教育领域的推广与深入，不少教育工作者企图通过互联网或信息化学习终端获取有效资源或是开展教学工作［2］，顺应时代发展要求，更好地促进新一代青年的学习。为此，不少中小学选用多媒体教学，然而，调查发现，教师使用多媒体最多的操作是PPT演示课件以及利用实物展示台进行作业反馈［3］。换言之，学校教育并没有因为信息技术的介入发生根本性的改变，教学方法较之前也相差无几。

随着新课改的实施，教师不再是“教书匠”，而是从注重知识的传授转向注重学生能力培养、思维发展，是教学中的引导者和启发者。学习过程是思维在同化和顺应交替的过程中构建和发展原有认知结构，换言之，思维是促进学习发生的先决条件。本文立足于思维可视化技术在教学中的运用，尝试将思维导图教学法和iPad同屏技术应用于高中化学教学中，希望能为一线教师探究信息技术与化学教学相融合提供一些新思路。

一、思维导图和iPad同屏技术应用于高中化学教学的可行性

近几年，思维导图作为一种可视化的信息呈现工具在教育领域应用逐渐普及，在导图制作时，师生可以高效地整理和归纳所学内容，使知识层次分明，便于理解。另外，在隐性思维显性化的过程中，通过展示导图，师生交流互动，可以提高学生整理信息的能力、反思的能力、与人交流的能力。iPad同屏技术因其设备成本低、操作便捷、互动性好、时效性强，在课堂评价、学习反馈等方面深受教师的喜爱。

1.思维导图在高中化学教学中应用的优势

托尼·巴赞（Tony Buzan）发明思维导图（Mind Map⁃ping）的初衷只是为了对线性笔记的改造，随着思维导图潜能的不断挖掘，直至今日，人们更多地将其看作是一种思维具体化的展示与交流工具。思维导图的绘制模拟人脑自身的思维模式——以一个中心主题展开，由内及外发散形成新的关节点，从新的关节点出发又可形成更多的子主题……以此形成中心主题-关节点-子主题的关联放射性立体结构［4］。

从高一化学（人教版）课程设置分析，每一章都可看作是一个独立的中心主题，每一节内容又可看作是中心主题的一个分支，各节内容相对独立又相互联系，为中心主题服务。这种课程设置方式与思维导图中所体现的由中心向外发散的思考方式是相适应的。纵观整个高中化学的课程设置，不难发现，必修部分的内容不单是在初中化学基础上的巩固和提高，同时，它也是学习选修模块以及后续提高化学知识水平的基石，具有螺旋式上升的特点。这样的设置决定了学生学习时应注重新旧知识之间的连接与扩充，做到及时复习。将思维导图引入高中化学的教学中，利用文字、符号、图像、线条、色彩等直观性的载体，将抽象、复杂的概念、定律、公式系统化、结构化，便于学生记忆，提高他们化学学习的兴趣。另外，学生在绘制思维导图的过程中，由于个体之间的差异，每个人的思考方式不同，所绘出的导图便会形式多样，不同的导图体现着学生的个性和创造性。

2.iPad同屏技术及其实现条件

iPad同屏技术仅是无线同屏技术的一种。所谓无线同屏，就是借助手持设备中相关软件（如苹果录屏大师、Miracast Player、MirrorOp、EZcast），利用无线网络连接，将手持设备上的内容镜像到另一个屏幕上［5］。通过同屏技术，可以将手持设备（手机、iPad等）上的文档、照片、音乐以及视频、网页等同步到多媒体教室的屏幕上进行演示。由于iPad的显示屏较大，便于书写，这里仅以iPad作为移动终端介绍其同屏技术的具体实现条件。

硬件设备：作为接收端，要求教室中的电脑应连接投影仪。

软件安装：要求教室电脑和iPad上都安装iTools软件，并在iTools中下载“苹果录屏大师”软件，在iPad中施行同屏就是借助“苹果录屏大师”将iPad上要展示的东西传送给计算机，再由投影仪放大，投影在幕布上。为了方便编辑、批注，可在iPad中下载“CS扫描全能王”软件。

运行环境：设置计算机和iPad在同一局域网内，可用无线路由器或者相关WiFi软件提供网络环境。

借助同屏技术，教师可以利用iPad的相机功能对学生在课堂上的习题解答即时拍照生成图片或在实验课上将学生的操作进行录像，实现课堂同步点评，这样，便于学生发现自身的问题及时纠错，相互交流学习。

二、思维导图和iPad同屏技术在高中化学中的应用实例

1.思维导图，实现零散知识系统化

“有机化合物”这一章是高一学生初步接触有机化学，由于这一章是学好《有机化学基础》的前提，所以掌握扎实的基本知识显得尤为重要。但在教学中，时常听到学生抱怨这部分内容新名词多、理论性强、化学反应多变、习题灵活，上课感觉内容简单，一做题却像“丈二和尚”。“易学难用”的现状，让不少学生感到焦躁，学习兴趣也随之降低。学习中，及时的复习，通过对知识的回顾以及练习，加深其理解是最基本的巩固知识的方式。对此，教师通过教授学生思维导图学习法，利用它向外发散的特性，激发他们的多维度思考，通过回忆、联想，建立起知识点群之间的关联，使得零散知识系统化。下面以人教版《化学2》第三章“有机化合物”内容为例，分析思维导图在组建知识点群中的应用。

“有机化合物”一章中，烃类主要介绍了三种物质：甲烷、乙烯、苯，它们分别是烷烃、烯烃、芳香烃这三类物质的典型代表，准确对甲烷、乙烯、苯等分子结构及其性质理解可为后期学习有机物夯实基础。初学者往往觉得这部分知识琐碎，需要耗费不少精力去理解记忆，若仅凭死记硬背，知识间很容易发生错误连接而混淆，但如果能对知识加以比较、分类、归纳，就会发现有机化合物的学习中都渗透着“结构决定性质，性质体现结构”的科学思想。在教授学生思维导图学习法的初期，为了激发学生的思维，使他们积极参与到复习中，教师可先向学生提供一些学习背景，以便唤起学生的已有知识或经验。例如教师在复习课伊始，可先向学生展示中心主题“三种典型烃”，这时候学生脑海里很容易浮现出刚刚学过的甲烷、乙烯、苯，教师可展开思维导图的一级主题（图1所示）。为激发学生深入思考，教师可顺势追问：“这三种物质分别属于哪种类型的烃呢？”当学生回答出：烷烃、烯烃、芳香烃时，他们的脑海里已建立起知识间的从属关系。此时，教师可展开“甲烷”主干的第一个分支“属于”，使学生能够着眼于整体，也就是“烷烃”的通性。在对“烷烃”相关知识复习时，应引领学生回忆并回答：什么是烷烃、它的分子通式是什么、烷烃性质的相似性和递变性规律如何变化、引起这些规律的原因等等问题。每一次的追问，都会促使学生向知识更深层探寻，每一次问题的解决又会使他们更有成就感，学习动机更强。按照从一般到特殊的规律，通过对“烷烃”中“概念”“分子通式”“引申概念”的回顾后，教师可引领学生对烷烃的典型代表物——甲烷的相关知识进行复习：甲烷从何而来？它的结构是什么？结构特征决定了它有什么性质？这一系列问题的回答便是三级、四级、五级……分支的建立，通过追问、思考、领悟，师生之间的一问一答，使得学生与学习材料的互动更加显著，学生对知识的掌握也会从模糊、零散的知识点变成清晰、系统的“知识网”，图2为“甲烷”主干及其分支的思维导图。

为更好地让学生体验思维导图学习法的作用，在师生互动完成“甲烷”主分支后，教师可让学生以小组为单位取出一张白纸，在中央写上“乙烯”，为了突出中心，字体尽量大一些，学生模仿“甲烷”的思维导图，总结出“乙烯”的一级分支“属于”“来源”“结构”“性质”“用途”。与格子纸相比，白纸会使学生的思维不受干扰，发散更自由。将学生分组后以小组为单位在规定时间内总结出这部分思维导图，要求学生将相关知识间用带箭头的线条连接，重要内容处做上标记。学生在与同伴之间面对面交流、分享的过程也正是自己对大脑中原有知识的提取、重组，通过知识的可视化建立其知识之间连接，利于记忆。由于思维导图焦点集中，这样便可以避免在讨论中偏离主题。另外，用思维导图来汇总小组成员的观点，可将讨论的内容动态地记录在图中，避免重复发言。

图1 “三种典型烃”思维导图

图2 “甲烷”思维导图

通过教师演示、小组讨论，学生已对思维导图的绘制有了初步了解，对知识脉络的梳理使得学生能够感受到知识呈现背后的思维规律。为了检验学生对思维导图学习法的理解、增进学生主动思考和创造，对于“苯”部分的思维导图绘制可由学生个人完成，使学生按照自己的思维方式绘制完整导图，充分发挥学生的个性创作，体会独自思考的乐趣。在课程结束时，教师也可向学生展示自己的绘图作品，分享绘图心得。思维导图的绘制绝非简单的“随心所画”，它需要多种感官的共同参与，对于学困生，教师可先对他们进行学习分析，然后带领他们一起画，最后让他们模仿老师的画图思路自己动手画。

2.iPad同屏技术支持下，隐性思维显性化

如果说在绘制阶段思维导图是一种非线性的思维激发工具，那么在学习评价阶段，思维导图更像是一把衡量学生知识掌握程度的“标尺”。对思维导图作品的评价正是学生对学科内容的再认识、升华的过程，师生之间、生生之间的交流互动更是点燃学生思维的火把，让他们在思考、顿悟、反思中学会学习、发展能力。评价既是对学生学习效果的反馈也是学生后期努力方向的指引，所以评价的时效性显得尤为重要。

比起之前教室中安装的高拍仪（又称速拍仪），iPad同屏技术节省了调试设备，学生上讲台投影的时间，而且它的操作简单，在资金投入上也比高拍仪少得多，更易于普及。课堂上，教师只需手持iPad，便可将学生的学习过程记录，使得投影不再受空间的限制，移动性更强，师生的交互性也会更好。比如在上述“三种典型烃”的复习课上，当教师让学生分组讨论绘制“乙烯”部分思维导图时，教师可走下三尺讲台，观察学生的学习状况，与他们实时交流，拉近与学生的距离，等到小组绘制好思维导图后，教师可利用手中的iPad客观地记录学生在课堂中的生成性知识，再通过iPad同屏技术中的镜像功能将之前拍好的照片传输到教室电脑中，借助投影仪投影在屏幕上，展现在学生面前。另外，教师还可利用iPad上的“CS全能扫描王”软件（可在Apple Store中下载），对拍摄照片进行剪裁，引导学生从思维导图的形式（色彩、线条、图标、关键词等）、内容（关键词的相关性、内容准确性）、质量（层次关系、顺序关系、交叉连接关系等）三个方面对同伴的作品进行点评，教师总结学生间的评价，并对作品中做得好的地方和不足之处选用不同颜色的画笔实时批注，也可对重点内容进行聚焦放大、圈注标记。同样地，对授课结束后由学生个人绘制的思维导图作业，教师在查看时也可用身边的手机、iPad等将学生作业中比较典型的错误或者是做得好的地方拍下来，课上呈现给学生，让他们交流学习。用iPad同屏技术将学生的思维导图展现在学生面前，一方面，思维导图是学生思考的结晶，它的每一个分支，每一个关键词的生成都是在“逼着”学生去思考，挖掘自己对知识的理解，课堂上的师生点评、生生互动又是思维迸发、思想争鸣、思维共振，促进持续而系统的思维锻炼过程，这样多次理解，也会增强学生对知识的记忆［6］。另外，由于呈现的是同班同学或是自己的作业，更能引起学生的纠错兴趣，认识也更为深刻。其次，在大家面前呈现的作业书写好坏不一，可借此引导学生书写规范［7］。

XMind软件除了有电脑版，也有适用于iPad的客户端。由于投影屏幕的大小是有限的，XMind软件的优点在于可以对一个主题“下钻”，在新画布中展开，实现导图的缩放，如果教师站在讲台上一边讲解一边点击电脑或者电子白板，有可能挡住屏幕或者讲解不连贯。但如果安装XMind软件，教师可站在教室的任意处一边引导学生回顾知识，一边将导图展开，使得知识的生成具有动态性，学生的思维更连贯。对于重点内容，比如乙烯的化学性质，完全可以通过“下钻”功能，在新画布中展开、放大，等这部分知识复习完后，再回到“乙烯”画布中，这样从整体到局部的研究，使学生很清楚地认识到学习的重点所在，复习效果更好。下面是“乙烯”“苯”的思维导图及局部图展示（如图3、图4、图5、图6所示），通过iPad展示思维导图，教师引导学生对所学知识的回归，触屏间的一放一收，使得知识变得条理化、系统化，而知识的一步步呈现正是学生思维迸发的过程，促使学生将隐藏于脑中的知识不断被激发、挖

图3 “乙烯”思维导图

图4 “乙烯的化学性质”思维导图

图5 “苯”思维导图

图6 “苯的化学性质”思维导图

掘、重组、呈现，变得可视化。

三、结论

信息技术与课程的整合，促进了智能终端、智能化软件的开发和利用，而将思维导图引入化学教学中，不仅可以教会学生独自梳理知识，寻找知识的本质与联系，通过精细加工，将模糊、零散的知识从点成网，变得清晰、系统化；也能够帮助老师了解到学生的思维方式、学习水平、知识掌握情况，改进教学策略，提高教学质量。利用思维导图激发学生的发散性思维，同屏技术客观记录学生的课堂生成性知识，两种技术协同下的互评交流，不受空间限制的点评，拉近师生间距离，课堂交互性更强，使得学生在交流中思考、互评中反思，增加课程的思维含量，实现深度学习。当然，随着信息化教学的推广与普及，智能学习终端在多媒体教学中的应用也会呈现多样化，挖掘学习终端新功能，与学科教学相结合、学生发展相适应值得我们进一步研究与探讨。

［1］中国互联网信息中心.2015年中国青少年上网行为研究报告［EB/OL］.［2016-08-21］.http：//www.cnnic.net.cn/

［2］石映辉，杨浩，吴砥等.信息化学习终端在课堂教学中的实效分析——以中学数学为例［J］.中国电化教育，2016（7）：87-92

［3］陈彤.无线同屏技术在多媒体教学中的应用研究［J］.中小学实验与装备，2016，2（26）：43-46

［4］赵国庆.别说你懂思维导图［M］.北京：人民邮电出版社，2015：2-14

［5］高捷.智能手机应用于地理教学的实践与思考［J］.地理教学，2016（3）：22-26

［6］刘濯源.思维可视化：减负增效的新支点［J］.中小学管理，2014（6）：10-13

［7］朱一力.浅议IPAD同屏技术在课堂教学中的应用［J］.新校园，2016（1）：156

1008-0546（2017）09-0002-05

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10.3969/j.issn.1008-0546.2017.09.001