基于思维导图的化学知识体系结构构建

摘  要：思维导图作为一种新兴的教育工具在教学实践中广泛应用。文章基于化学知识结构以及思维可视化原理的理念，探索在大学本科化学教育中如何利用思维导图帮助学生建构化学知识体系。从大学化学和无机化学这两门学科中的化学热力学、化学动力学以及化学平衡三个章节出发，以可逆化学反应为切入点，串联关键知识点，理清思维脉络和各知识点之间的逻辑关系，帮助学生构建清晰的化学知识体系结构。

关键词：大学化学;无机化学;思维导图;学习方法

中图分类号：G642 文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）13-0086-04

Abstract： As a new educational tool， mind mapping is widely used in teaching practice. Based on the concept of chemical knowledge structure and thinking visualization principle， this paper explores how to use mind mapping to help students construct chemical knowledge system in undergraduate chemistry education. Starting from the three chapters of chemical thermodynamics， kinetics and chemical equilibrium in the two disciplines of College Chemistry and Inorganic Chemistry， this paper takes reversible chemical reactions as the starting point to connect key knowledge points， clarify the thinking sequence and logical relations among knowledge points， and help students build a clear chemical knowledge system.

Keywords： College Chemistry; Inorganic Chemistry; mind map; learning methods

化学是自然科学之一，基础化学知识相互穿插交织，形成了严谨的学科知识体系。在大学本科的化学教学实践中，笔者发现普遍存在以下问题：（1）教材通常以章节区分不同的知识点，没有具体明确知识点之间的内在联系;（2）教学的课时不足，授课教师需要在有限的课时内教授较大的知识量。基于此，对于大部分学生来说，很难梳理不同知识点之间的相互关系，构建出一套完整的化学知识体系。因此，如何指导学生更加系统地学习化学专业内容，如何帮助学生更加透彻地理解化学知识结构，成为当前化学教育工作者面临的挑战。

大学化学和无机化学是大部分理工科专业以及化学相关专业学生的必修基础课程。由于学时的限制，在大学化学与无机化学的教学过程中，教师往往没有时间对知识点进行更系统的讲解，这导致学生对知识的吸收零散、不透彻，并一味地死记硬背公式和结论，没有形成完整的知识结构框架。针对以上问题，本文从化学热力学、化学动力学和化学平衡出发，探讨学生应该如何以一个小的知识点作为切入点，对内容进行串联和梳理，利用思维导图的学习方法建立一个较为完整的知识体系，帮助学生在理解的基础上记忆相关知识内容，提高教学质量。

一、大学本科化学学习面临的问题

现如今，部分大学生群体存在死记硬背公式，考前临时抱佛脚，考完就忘记等现象[1]。这不仅仅折射出大学生的学习态度问题，同时也反映出学习方法的问题。从高中过渡到大学，由于学习环境和学习状态的改变，大部分学生在学习中感到困难和不适应，甚至有部分同学因此失去了学习的兴趣。这种现象的出现，为教师的教学敲响了警钟。特别是在基础学科的教学中，更应该减少死记硬背的教学内容以及灌输式教学方式，转向重视学生的思维培养与知识体系结构的搭建。在教学实践中，由于受到课时的限制，大部分任课教师在讲课过程中，往往会按照书本原有的知识结构顺序，将零散知识点独立分章地教授给学生，而在完成相关教学以后，也没有很好地将知识点内在的联系展现给学生，从而导致学生学习的知识碎片化且不成体系。

教师通过推导演算基础公式、串联分散知识点可以有效地帮助学生解决上述问题。通过将某些知识点作为切入口，经过公式的推导来串联碎片化的知识点，对知识理解、记忆都有着巨大的帮助，学生从死记硬背飞跃到深刻理解其内在含义与关联，建立自己的知识体系与网络。本文以化学平衡、化学热力学和化学动力学这三章为例，通过上述方法进行相关内容的学习讨论，希望能起到抛砖引玉的作用。

二、化学热力学、化学动力学、化学平衡知识体系相互联系的讨论

化学热力学、化学动力学和化学平衡既相互独立又互相联系。课本把这三个部分划分为三个不同的章节，从宏观角度研究了化学反应的本质、方向与限度。化学热力学是研究宏观系统的热现象和其他形式能量之间的转化关系;化学动力学从化学本质出发研究化学反应速率，并探讨了其活化能、温度等关系;化学平衡主要是以可逆反应为研究对象，研究其平衡的条件、状态、特征和反应方向等问题。虽然每一个章节都有独立的知识内容，但通过粗浅地研究这三个章节的定义，也不难发现它们之间存在很多的联系。

学生在学习过程中可能也会发现这三章知识点中隐隐约约有些联系，但由于自身的知识储备较为薄弱，可能会出现生搬硬套、弄巧成拙的结果。因此，应该如何引导学生将这三章的知识内容进行归纳总结，通过一些公式的演算和推导将其联系起来呢？

本文提供了一种参考思路：以可逆化学反应作为切入点，由质量作用定律串联起标准平衡常数，再运用阿雷尼乌斯公式发散至反应的活化能，最后连接吉布斯自由能，串联这三章的知识点（图1）。经过上述一步一步的推理，学生在推理过程中对知识能有更加深刻的理解，不再是只停留在表面，而是举一反三，构建出清晰的知识网络体系，这样的学习思路更加有利于自身知识的巩固和思维的培养。

（一）理解化学平衡与平衡时的反应速率

可逆反应的化学平衡是一种动态的平衡。在一定温度下，当正反应速率和逆反应速率相同时，达到可逆反应的化学平衡。学生可以用简单的方程式描述这种平衡态，为后续的学习打下基础，对理解化学平衡与化学反应速率都有一定的帮助。对于以下化学方程式aA+bB？圮cC+dD，其速率与平衡态的关系[2]如图2所示。

通过以上深入的推导，我们得到了指前因子与熵的关系式，此关系式的正确性在《催化剂与反应速率及化学平衡关系的论证》[5]一文中得到了论证，在此不再做进一步的讨论。

（四）思维导图与相关重要知识点的总结

思维导图是表达发散性思维的有效工具。思维导图可以反映出大脑思考的途径，具有思维连续性、可观性的特点。思维导图的建立有利于更清晰地理清各章之间的关系，加深对相关知识点的理解和掌握[6]。基于以上公式，化学热力学、化学动力学和化学平衡的相关推导与知识点如图4所示。此外，在整个推导过程，相关重要知识点与推论见表1。

三、结束语

在大学化学、无机化学的教学过程中，教师受到课时少的约束，无法详细地教授所有知识点。同时，对于很多刚从高中进入大学的大学生而言，思维还停留在高中的学习模式之中，这给学生的学习都带来了许多挑战。本文探讨了教师如何利用较少的时间，通过推导相关公式，引导学生一步一步进入到大学的学习氛围之中，更快速地搭建牢靠的知识体系结构。推导过程可以将零散知识点串联，构成相关知识点的网络体系结构，帮助学生在理解的基础上进行记忆，考完就忘的情况亦会有所改善。在以上讨论中，我们以一个小的知识点为切入点，串联相关知识点，发散构建知识体系网络，是一种可执行的教学模式。学生不再是灌输式地被动学习，而是输入式地自我推导理解记忆。此外，该思维方式不单单局限于化学的学习，它可以作为可迁移的思维方法，运用到其他学科的学习中，有利于帮助大学生获得适合自己的学习方法，以及培养独立思考能力。

参考文献：

[1]汤龙升，宗晓蕾，杨剑.“核心素养”视域下以社会适应力为导向的大学生学习能力现状及其提升体系构建[J].成都中医药大学学报（教育科学版），2019，21（3）：31-34+44.

[2]宋天佑，程鹏，徐家宁.无机化学（第三版）（上册）[M].北京：高等教育出版社，2015.

[3]周遗品，赵永金，张延金.Arrhenius公式与活化能[J].石河子农学院学报，1995（4）：76-80.

[4]陈阳亨，冉鸣.关于键解离能、键能、反应焓变的探讨[J].化学教育（中英文），2017，38（17）：67-69.

[5]安红钢，吴冬青.催化剂与反应速率及化学平衡关系的论证[J].河西学院学报，2005（5）：49-51.

[6]杨青林，刘克松.思维导图法在大学化学热力学教学中的应用[J].化学教育（中英文），2019，40（10）：30-33.