摘要
针对初中化学教学中存在的问题，通过思维导图的教学方式优化教学过程，提高教学质量。采用问卷调查的方法对初中化学教学中思维导图的应用现状进行分析，对教师和学生在初中化学教学上应用思维导图的重视程度、思维导图的实施效果、学生对思维导图教学的满意程度等方面进行调查。问卷调查分析结果表明：思维导图被普遍应用于教学过程中并发挥了重要的作用，提高了学生学习化学的积极性，培养了学生的创造性和自主性，但在课前预习环节和实验课上应用思维导图的情况不太理想，需应用科学合理的方法设计思维导图。通过对思维导图应用现状的调查和总结，针对预习环节思维导图利用不足的问题，设计“物质构成的奥秘”思维导图教学案例。在教材分析、学情分析的基础上，在预习环节引导学生对“物质构成的奥秘”绘制思维导图，通过教学过程对思维导图逐级扩展并完善，最终形成完整的结构。充分发挥了思维导图在初中化学教学中的作用，有效突出教学重点，解决教学难点，实现教学目标。
关键词：初中化学教学；思维导图；有效性；教学设计
第1章前言
1.1研究背景
义务教育化学课程标准明确提出要优化课堂教学过程，提高课堂的有效性。思维导图作为一种图像式思考辅助工具，可以帮助学生梳理知识、有效记忆、发散思维、锻炼逻辑思维能力，更好的把握新旧知识的联系，完善知识体系，使学生学习效果更好。
思维导图(Mind Map)又称脑图、心智图，最初是20世纪60年代英国人东尼·博赞(Tony Buzan)创造的一种笔记方法[1]。东尼·博赞在大量知识储备的基础上，改良传统的记录方法上的不足，创造出了极具优势的思维导图，并被广泛应用于化学、物理、英语等20余门学科上，在化学教学中的应用相对较多[2]。思维导图的类型有圆圈图、树状图、气泡图、流程图、支架图、桥状图等[3],如图1-1所示。其中最常用的是支架图和树状图，支架图是描述整体与局部的，每部分又有自己的分支。树状图是由中心主题扩展，有一级分支、二级分支等以此类推，每级分支都在同一层级上，且两种类型都有较好的分类效果。
图1-1思维导图的类型
在初三化学的学习中，结合思维导图的优势，可以帮助教师和学生得到各方面能力的提升。例如：帮助教师对教材内容有整体的了解，从而达到运筹帷幄的效果；有助于教师的集体备课，达到头脑风暴的极致[4]；三维目标的呈现更加立体，对于目标要求学生所要达到的程度有所把握。帮助学生整理知识脉络，培养学生自主学习能力；有助于学生对所学内容进行反思，从而更好的查漏补缺；改变学生传统记笔记的方式，提升思维发散能力[5]。
1.2研究意义
初三这个阶段，对于学生来说时间紧、任务重，因而让学生都能更好的了解应用这个学科有一定的困难，并且传统的教学模式属于“教师讲，学生听”的灌输式教学，缺乏教与学的互动，课堂效果一般，消化理论知识的能力差。应用思维导图教学模式的理论研究，更多的是希望学生对于化学有更清晰的认识和了解，找到学生存在的问题，了解学生对这个学科的认识，多角度的去分析个体和全体之间的共性和个性，从而更好的去解决问题。
初中化学是化学学科的开端，基础知识繁多并且零碎，而且较为抽象、复杂，学习难度较大，学生刚接触时，如果没有合适的教学方式会很难入门。但是加上思维导图的辅助，将会掌握入门的学习方法，学生学习起来就会变得轻松，并通过这种方式帮助学生解决学习过程中的困难，学生思维得到有效提升[6]。通过观察也能发现生活中的化学知识，对生活中的现象有一些科学认识。因此，在初中化学中实施思维导图教学非常必要。
实施这种教学模式可以将知识有条理的储存，便于记忆、化抽象为具体，对综合框架有直观、立体、清晰的认识，不断提升思维能力扩充了知识体系。解决了传统教学中存在的缺陷，使“授人以鱼”转化为了“授人以渔”[7]。
1.3研究现状
思维导图在各个教学环节中都有相应的使用，从对化学的预习、讲授和复习三方面对其现状进行举例说明。
在课前预习中，可以针对所要预习的课题，利用思维导图提出有引导性的问题，霍朝晖等[8]在“溶液”教学过程中设计了支架式思维导图，如图1-2所示。首先教师提出问题，之后进行师生、生生之间相互讨论，从而得到答案。教师充当向导，带领学生进行探究，设计思维导图，分析内容层次，完善思维导图，在一定程度上激发学生探究欲，便于学生理解和记忆知识。
图1-2“溶液”思维导图
课堂教学过程中，可以针对一些需要进行探究的问题引入思维导图，并采用以下环节展开教学：提出问题——学生讨论方案——针对方案分组实验——将方案的观点、实验过程、以及结论用思维导图进行记录——最后评价各组的结论——得到最终成果。许凌等[9]在《质量守恒》的教学过程中应用了多重流程式的思维导图，如图1-3所示。首先引导学生设计实验，开展实验过程，将反应前后各物质质量加和进行称量比较，归纳总结质量守恒定律的特征。最后教师引导学生将实验结果与思维导图结合再次回顾实验过程。理论与实践相结合，绘制思维导图，学会用理学思维解决化学问题，不再单纯的把化学看做是以记忆为主的学科。
图1-3“质量守恒定律”思维导图
初中化学复习课是构建知识体系的过程。李睿等[10]在碳单质及其有关化合物的物理性质、化学性质等基础知识上设计了“碳和碳的氧化物”的思维导图，如图1-4所示。学生可以以某一物质为中心，利用线条、图形等来绘制；联系整个面，可适当跳出基础，进行深度、广度的构建，构建自己的思维导图。对思维导图进行投影，交换思想达到巩固的效果。对化学学科既有综合印象，脑中又对内在要素有所映射。思维导图把知识有效的结合到一起，锻炼了学生归纳知识的能力，使复习更加全面，而且节约时间[11]。
图1-4“碳及碳的化合物”思维导图
第2章初中化学教学中思维导图应用现状调查与分析
为了了解目前初中化学教学中思维导图的应用现状，设计调查问卷，分别对教师和学生从不同角度展开调查，以通过对调查结果的分析对初中化学教学设计提供参考。
2.1问卷设计与结果统计
2.1.1问卷目的及调查对象
通过教师问卷调查，了解教师在初中化学过程中应用思维导图的态度，分析思维导图现在的地位；并通过对学生的问卷调查，了解学生对思维导图所持的态度及初中化学教学过程中思维导图的应用情况，从而分析数据并总结可能达到的效果，找出不足，进一步的帮助学生。
问卷调查对象来自沧州市献县乐寿镇中学、第二中学、第五中学、现代中学和迎春中学。从以上5所学校中分别选取3个初三年级，每个班抽取20名学生，共300名学生；每所学校选取10名化学教师，共50位化学教师。
2.1.2问卷内容
教师问卷内容共7道问题，详见附录A。1、2题主要调查教师对思维导图地位的认识情况；3、4题主要调查教师对思维导图的运用情况；5、6、7题主要调查教师绘制思维导图并引导学生自主设计的情况。
学生问卷内容共7道问题，详见附录B，1、2、3题主要调查学生对待思维导图这种教学模式的态度；4、5、6、7题主要调查实施思维导图教学产生的效果及学生认可度。
2.1.3问卷结果统计
调查问卷以学校为单位并随机发放，教师和学生问卷共发放350份，且回收率为100%。
对有效问卷进行数据统计，统计结果如表2-1、2-2。表2-1教师问卷调查结果统计
2.2调查结果及分析
2.2.1教师问卷分析
调查教师对思维导图的认识，分析思维导图在教学中的地位，从图2-1可以看出，大约有36名教师认识到思维导图在化学教学中的重要地位，还有12名教师觉得思维导图在化学教学中一般重要，剩下2名教师不认同。针对少数教师的情况，分析教师对思维导图认识不足的原因，有针对性的改善这种情况，促进教师对思维导图的进一步认识。
图2-1初中化学教学中思维导图的地位
问卷中进一步对初中化学教学中思维导图的应用是否有利于学生的全面发展进行调查，结果如图2-2。
图2-2思维导图是否有利于学生的全面发展
从图2-2可以看出，80%的教师认为思维导图对学生全面发展很有利，20%的教师认为思维导图对学生全面发展作用一般，没有教师认为思维导图不太利于或者根本不利于学生的全面发展。从数据图上了解到，绝大多数教师对于思维导图应用于初中化学教学的意识性很强，只有极少数没有意识到其重要性。在已有认识的基础上，对教师教学过程应用思维导图情况进行研究，不断深入分析教师在哪个教学阶段应用思维导图最有效。
在思维导图利于学生全面发展的优势下，又对教师在教学过程中手绘思维导图的情况及在哪个教学环节中采用思维导图更有利进行分析，结果如图2-3、2-4。
如图2-3所示，56%的教师表示经常手绘思维导图，44%的教师偶尔手绘思维导图，没有教师不手绘思维导图。以上数据说明，在教学过程中教师演示手绘思维导图的频率很高。
如图2-4所示，在授课前的准备过程中有28%的教师会用思维导图，授课过程中有32%的教师会用思维导图，归纳小结的过程中有40%的教师会用思维导图。可以看出，在不同教学环节上思维导图都有所应用，但是课前准备上是薄弱的，然而课前预习阶段采用思维导图是有利于培养学生主动学习意识的，教师应该对这部分重视起来，此阶段采用思维导图可以帮助教师更好的引导学生。教师课后复习应用思维导图更为频繁，说明这部分教师应用起思维导图来得心应手，并且对学生的教学效果是十分有益的。
针对教师在新授课、复习课、实验课中是否增加学生自主设计思维导图的环节进行调查，调查结果如图2-5。
从图2-5可以看出，以教师为向导的条件下，在复习课中经常性的增加学生自主设计思维导图占比最高为40%，在新授课中偶尔增加学生自主设计思维导图占比最高为52%，而56%的数据表明教师很少在实验课中增加学生自主设计思维导图。总之，教师在新授课、实验课、复习课等教学环节中都会相应的培养学生自主设计思维导图的能力。
图2-5学生自主设计思维导图的情况
以上数据图说明，在新授课、复习课、实验课经常性的自主设计思维导图中，复习课上应用的十分频繁，新授课适中，实验课最为缺乏。说明复习课中用思维导图的模式教学效果更好，包括对教学时间的把握，同时教师设计过程中能自我梳理并快速传递给学生清晰的整体框架，多角度的发散有助于教师找到学生可能会出现的知识盲区，便于教师对学生情况和教学内容的有效把握，师生共同将所学单元的课题和章节内容形成一副全景图[12]。新授课和实验课中教师应克服思维导图设计中的困难，进行头脑风暴，凝聚备课组集体力量，用科学的方法设计思维导图，从而达到对学生更好的引导，突显思维导图在每个环节的独特性[13]。
2.2.2学生问卷分析
对学生使用思维导图记笔记的情况进行调查，分析结果如图2-6。
图2-6学生使用思维导图学习的情况
从图2-6可以看出，大多数学生使用或有时用思维导图，只有15%的学生不使用思维导图学习。可以认识到，学生应用思维导图的观念比较强，并且注重这种形式的学习，但是有一小部分同学不使用思维导图学习的情况需要改变。
针对学生是否喜欢将初中化学的学习和思维导图的应用结合起来进行调查，分析结果如图2-7。
图2-7初中化学的学习和思维导图相结合的情况
从图2-7可以看出，约42%的学生表示非常喜欢将初中化学的学习和思维导图相结合，40%的学生表示比较喜欢将初中化学的学习和思维导图相结合，15%的学生表示不太喜欢将初中化学的学习和思维导图相结合，3%的学生表示不喜欢将初中化学的学习和思维导图相结合。大多数学生还是十分喜欢创造性的学习方式。说明落实到实践上学生可以更好的接受与配合，有利于教师对学生的进一步培养。
针对运用思维导图来开展化学教学学生自身是否获益的调查进行分析，结果如图2-8。
图2-8学生采用思维导图教学的获益情况
从图2-8可以看出，43%的学生认为思维导图在预习和复习的学习过程中有特别好的效果；约42%的学生归纳总结能力和知识脉络更加清晰，记忆效果也有所提升；约13%的学生学习不再被动、积极性增强；约2%的学生表明这样的方式太麻烦了。从调查数据中看出，思维导图教学优势十分明显，那么如何有效的利用思维导图，将帮助学生更上一层楼。
根据学生是否将化学内容以思维导图的方式呈现进行调查，调查结果如图2-9。
图2-9学生以思维导图的方式呈现学习的调查
从图2-9可以看出，学生经常或者一般用思维导图整理知识的占比很高，大约为80%，很少或者从来都不这样学习的占比为20%。从调查数据中看出，学生喜欢把所学的知识转化为思维导图。
根据对学生在初中化学学习中应用思维导图的效果进行调查，调查结果如图2-10。
图2-10学生应用思维导图效果的调查结果
从图2-10可以看出，70%的学生应用思维导图来分析课程内容的结构，掌握知识，达到快速记忆；20%的学生表示设计思维导图的意识有所欠缺；约10%的学生学习情况还是很被动，课堂笔记依旧采用原来的方式。从调查数据中可以看出，多数学生学会了整理知识框架，并且将会养成发散性、逻辑性、创新性思维。
根据学生对教师手绘思维导图框架的认识情况进行调查，结果如图2-11。
图2-11学生对教师所呈现思维导图框架的认识
从图2-11可以看出，约33%的学生觉得教师设计的思维导图清晰、一目了然有助于学习，约62%的学生觉得教师会边采用思维导图边引导学生动手设计，约5%的学生觉得教师应付了事。在调查结果中可以看出，教师引导学生应用思维导图的观念有所提升，但是教师应用科学方法设计思维导图的能力还有所欠缺，应多学习科学的绘制方法，善于利用计算机软件设计思维导图。
针对教师在化学课上应用思维导图是否满意进行调查，调查结果如图2-12。
图2-12学生对教师教学方式的满意程度
从图2-12可以看出，85%的学生都很满意或者比较满意教师的教学方式，只有15%的学生对教师的这种教学方式感觉一般甚至是不满意。从数据中可以看出，满意程度很高，因此需要找到程度很高的原因，可能是思维导图很好的展现了整体性，很好的梳理了化学学科学习的思路，学生在这个过程中认识到了学习的乐趣，知道了思维的无限性。
第3章《物质构成的奥秘》思维导图教学设计
《物质构成的奥秘》这一单元是初中化学的核心内容，并且在整个教材中占有特别重要的地位。主要是引导学生由宏观走向微观、从定性走向定量的开端，因此对本部分内容进行思维导图的教学设计。
3.1教学背景分析1、教材分析
《物质构成的奥秘》是九年级化学上册的第三单元。在教材中本单元共分为三个课题：“分子和原子”、“原子的结构”、“元素”。所涉及的内容主要有化学的理论基础，原子的组成以及核外电子的排布规律，学习化学的主要工具等。这一章的内容繁多，要抓住关键点，分析主干内容的联系，由主干带动分支向四周扩散，帮助学生理解抽象内容，形成知识具体化、体系化、网络化[14]。
2、学情分析
学生之前接触的都是宏观概念，对于微观世界了解的很少。因此学生需要树立微粒观，并对分子、原子以及元素之间的逻辑关系和内容的延伸进行知识性的梳理和总结，强化学生对于抽象知识的掌握。
3.2教学目标及重难点1、教学目标
在进行教学背景分析后，设计针对教师和学生互动的课堂目标，并从知识与技能、过程与方法、情感态度价值
观三个维度来实现。
（一）知识与技能：认识物质的构成，知道分子和原子的概念；了解分子、原子的区别，并运用分子、原子的观点解释一些简单的化学现象；认识元素的存在，形成元素的概念，了解化学反应前后元素不变，初步认识元素性质与原子核外电子的排布，特别是最外层电子数的密切关系。
（二）过程与方法：培养抽象思维能力、想象力和分析、推理能力；学习用想象、类比、分析、归纳等方法处理加工信息；通过元素概念的建构，学会从一类事物中抽象出共同特征，从而获取概念的能力；通过元素与原子的区别，学会运用对比的方法分析问题，认识事物。
（三）情感态度价值观：通过生生之间的小组合作和师生之间的互动交流，激发学生学习兴趣，增强学生学习主动性；通过思维导图的教学方式，帮助学生形成有效的知识框架，加深记忆、深化理解。
2、教学重点
本节教学重点为建立“物质构成的微粒观”观点，原子结构模型，相对原子质量，元素的概念、元素符号的书写及含义，能用元素周期表查取一些简单有用的信息。
3、教学难点
本节教学难点为建立“物质不连续，由分立的微粒构成”观点，核电荷数、核内质子数和核外电子数的关系，相对原子质量概念的形成，区分元素和原子，建立微观与宏观概念，元素符号的含义。
3.3教学过程及反思1、课前准备
教师在上课之前对《物质构成的奥秘》这一单元所有内容进行知识的分析和整合，并设计出思维导图。
根据义务教育化学课程标准（2011年版）中对课程内容的分析，《物质构成的奥秘》是初中化学教材中5个一级主题之一，《物质构成的奥秘》主题之下又设置了四个二级主题，包括化学物质的多样性、认识化学元素、微粒构成物质和物质组成的表示，如图3-1所示。
图3-1“物质构成的奥秘”思维导图
教师对《物质构成的奥秘》进行了主体框架的认识以及教学背景的分析，化学物质的多样性、认识化学元素、微粒构成物质、物质组成的表示等二级主题下都包含“标准”和“活动与探究建议”两个角度，教师可依据“标准”整理学生应掌握的基本内容与教学目标进行联系，利于教师对思维导图的细节层次剖析，突出教学重点，深化知识内容；依据“活动与探究建议”激发学生好奇心和主动性的同时，课堂趣味性被调动，加以小组合作，便于学
生创新思维导图，产生更为深刻的联想记忆。如图3-2所示为“认识化学元素”为例的学习标准和活动与探究建议。
图3-2“认识化学元素”课标呈现
教师以思维导图的逻辑出发，展示了设计思维导图的前期准备，找到关键主体，由一个中心关联下一层次的主题，再以下一层次的某一主题继续扩展，形如蜘蛛网一般发散的结构，在某一特定板块下学生也将一目了然，达到针对性的学习[15]。
教师以“物质”为主体与“元素”、“分子”、“原子”、“离子”、“物质的分类”等其他中心建立联系，设计思维导图，要求突出中心与中心之间相互转化的关系，建立分支后，由浅到深、由简到繁的不断扩充形成思维导图[16]。
在上课之前，学生将“物质”中心与“元素”、“分子”、“原子”、“离子”、“物质的分类”等其他中心建立联系，设计思维导图。可根据思维导图的特点，以及教师思维导图设计流程的点拨和要求，在对各中心内容了解和掌握的基础上，发挥思维导图样式的个性，初步完成思维导图的绘制。
2、教学过程
【教学环节一】创设情景引出概念
【教师】提出问题，利用“1+1是否一定等于2”引出概念，讲述100多年前数学家与化学家关于1+1=2的故事。设计一定体积的水和一定体积的酒精混合的实验，观察实验现象，让学生学会从化学角度看物质。简单的计算激发了学生好奇心，以形象直观的实验现象说明了1+1不一定等于2，引起学生兴趣，让学生体会化学的奥秘。
【教学环节二】学生预习成果展示及互评
根据老师的要求学生独立完成思维导图的绘制，在教师授课之前，展示预习成果，其他同学进行简单评价。学生设计示例如图3-3、3-4所示。
图3-3《物质构成的奥秘》学生思维导图设计
图3-4《物质构成的奥秘》学生思维导图设计
【教学环节三】师生互动交流、整合思维导图框架
在“物质构成的奥秘”教学过程中，师生互动交流，讨论并整合出总体的思维导图。
首先是提炼一级分支，形成基本框架。以“物质”为中心，建立与组成、性质等的联结。从性质、变化说明物质本质，并以分类区分不同的物质。图3-5为以“物质”为中心主题以及一级分支的呈现。
图3-5“物质”中心主题及一级分支
其次，在图3-5的基础上，拓展延伸，提炼二级分支。在不同颜色的一级框架下，依据某一具体颜色再次展开某一部分的二级分支，颜色的不同有效的区分了知识点，每一部分既能独立出来，又能被中心凝聚起来，如图3-6所示。
图3-6物质的二级分支
最后，给二级分支进行填充，进而扩展下去，无限的延伸，如图3-7所示。
图3-7“物质”二级分支及拓展
【教学环节四】完善思维导图
绘制了《物质构成的奥秘》中所有内容后，再次根据学生互评和师生之间的互动交流，自行修改初次完成的思维导图，小组之间进行相互查阅，课下完成思维导图的修改完善并及时上交。最终完善后的思维导图如图3-8所示。
图3-8“物质构成奥秘”成果展示3、教学反思
通过对《物质构成的奥秘》绘制思维导图，由浅入深的逐步进行教学，极大的发挥了化学学科与思维导图结合的优势。不同学科的特点不同，所要探究的教学方法也不同，绘制思维导图的方式正好增强了自主性和创新性、改变了原有简单线性的思维方式等特点，达到了有效教学[17]。
在学生原有知识的基础上，进行了分支的扩展，学生对知识的理解更为深入，知识脉络的关系也更为清楚。学生平时主动分析问题的能力欠缺，教师对学生知识掌握程度并不完全了解，设计思维导图的活动，加强了教师对学生知识理解程度、熟练程度、掌握程度的判断，增进了师生之间的关系[18]，教师本身也提高了专业水平，对课程内容有了更为整体的把握。生生之间的讨论与交流，学生的学习能力得到了提升，达到了学生之间相互进步，取长补短的优势[19]。在整个思维导图应用过程中，学生自身的独特性也得到展现[20]。
然而在思维导图教学的应用过程中，存在着很多不足。例如：每个单元、每个主题下有很多不同的重难点，教师需要掌握大量的专业知识并做大量的前期准备工作，学生也需要多次练习，这个过程会导致教学时间不太充裕，同时学生知识量不足在一定程度上也阻碍了思维导图的设计，针对以上不足还需进一步完善。
总结
思维导图作为由点及线再到面的有效整合知识网络的工具，将其应用于化学教学具有如下优势：1.教学内容可视化。利用思维导图进行教学使得教学效果显著提升，学生不再是学过就忘，而是学过之后回顾
起来头脑中形成图像，并且形象直观，整体框架明朗。利用思维导图的可视化，加以反复的提炼知识核心，从而得到清晰的知识，掌握知识背后的逻辑。
2.学生的学习积极性得到提升。在思维导图设计过程中提出的问题，引导学生进行思考，与同学进行热烈的讨论，搭建自己的思维导图，主动获取信息来扩充自己的知识网，同时发挥自己的想象力，对思维导图进行图样上的创新，有效激发学生的学习积极性。
3.使师生深度交流，教学相长。思维导图的运用，改变了传统的教学讲授法，让学生自己动手动脑参与其中，教师通过和学生交流和讨论，对学生的思维方式和知识架构更加了解，并及时调整教学策略，达到教学相长的作用。
基于以上优势，结合调查问卷结果及分析，建议教师和学生增加思维导图在课前预习、实验课等各种教学环节中的合理使用。在思维导图设计过程中，教师可以引导学生建立简单知识模块的思维导图，经过不断完善成为完整框架的思维导图，充分发挥思维导图在化学教学中的有效性。
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致谢
大学时光，匆匆流去。首先，我要感谢论文指导老师长期的支持与鼓励，使得我的论文能够圆满完成。当我对论文的写作方向感到迷茫时，老师会给我指明方向；当我在论文的撰写过程中遇到困难时，老师总会在第一时间给我帮助；当我不知道如何修缮论文内容时，老师会及时指出论文中的缺点与不足。其次，我要感谢我的学校和老师。学校给我提供了良好的环境，老师教给了我丰富的科学文化知识。
另外，我还要感谢我的父母和朋友。每当我遇到挫折和失败的时候，他们总是鼓励我不要放弃、充满信心、继续努力。
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