思維導(dǎo)圖在工程力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究

董福元，李 寧，秦 春，劉廣君

(北方民族大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

思維導(dǎo)圖是一種發(fā)散性思維和圖形相結(jié)合的形式。它的形成是由英國(guó)著名心理學(xué)家、大腦學(xué)家、記憶術(shù)專(zhuān)家Tony Buzan基于腦神經(jīng)生理基礎(chǔ)上，類(lèi)比自然萬(wàn)物會(huì)發(fā)生放射性神經(jīng)元而發(fā)明[1-3]。我們所理解的“思維導(dǎo)圖”這個(gè)術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被用來(lái)以全球結(jié)構(gòu)圖的形式指導(dǎo)思維。語(yǔ)言組織是思維的外在表現(xiàn)形式，行為是實(shí)現(xiàn)思維的必然要求。所以用放射性思維來(lái)廣義地?cái)U(kuò)展思維的含義，我們可以說(shuō)“思維導(dǎo)圖”是一個(gè)用來(lái)指導(dǎo)思維、指導(dǎo)語(yǔ)言組織、指導(dǎo)行為和行動(dòng)的意識(shí)結(jié)構(gòu)圖。使用思維導(dǎo)圖可以用圖的形式做出課程、章節(jié)提綱，清晰地表達(dá)出課程目標(biāo)，將人的思想和教學(xué)內(nèi)容有效地聯(lián)結(jié)起來(lái)[4-7]。思維導(dǎo)圖能夠?qū)?fù)雜的信息，有組織地與人類(lèi)大腦思維相結(jié)合，轉(zhuǎn)變成信息之間有聯(lián)系且能容易記憶的圖形。因此，思維導(dǎo)圖成為一種科學(xué)有效的學(xué)習(xí)方法和思維模式工具。我國(guó)在不同的學(xué)科領(lǐng)域也開(kāi)始大膽的嘗試[8-10]。

《工程力學(xué)》作為材料科學(xué)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，致力于在較少的課時(shí)內(nèi)使學(xué)生掌握工程力學(xué)中靜力學(xué)和材料力學(xué)的基本概念和基本理論及必要的實(shí)驗(yàn)方法，為學(xué)生學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課程提供必要的力學(xué)知識(shí)，也為學(xué)生進(jìn)一步自學(xué)力學(xué)課程打下良好的基礎(chǔ)。目前，“工程力學(xué)”在材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)大學(xué)三年級(jí)第一學(xué)期開(kāi)設(shè)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí),學(xué)生將有能力從簡(jiǎn)單的實(shí)際工程問(wèn)題抽象和簡(jiǎn)化力學(xué)模型,對(duì)簡(jiǎn)單的工程結(jié)構(gòu)和組件能夠進(jìn)行應(yīng)力分析和平衡計(jì)算,并對(duì)常見(jiàn)的組件能夠進(jìn)行應(yīng)力分析和強(qiáng)度設(shè)計(jì)、剛度和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。初步掌握測(cè)量材料的力學(xué)性質(zhì)的基本方法。因此，《工程力學(xué)》是非常系統(tǒng)的，導(dǎo)致了內(nèi)容的連貫性，難以理解，難以掌握。在課堂教學(xué)中，我們始終把培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維作為一個(gè)重要環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠科學(xué)合理地解決在今后本專(zhuān)業(yè)的研究和應(yīng)用工作中遇到的問(wèn)題。將思維導(dǎo)圖應(yīng)用于工程力學(xué)教學(xué)，探索思維導(dǎo)圖教學(xué)模式。

1 思維導(dǎo)圖在工程力學(xué)理論教學(xué)中的應(yīng)用

1.1 課前預(yù)習(xí)應(yīng)用思維導(dǎo)圖

我們不僅在老師的教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行思維導(dǎo)圖繪圖，還讓學(xué)生練習(xí)使用該軟件。通過(guò)繪畫(huà)的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。例如，在課前預(yù)習(xí)階段，學(xué)生使用思維導(dǎo)圖的形式，按照易于理解和難于理解的方式，將學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行聯(lián)系和安排，制定個(gè)人學(xué)習(xí)計(jì)劃，并進(jìn)行自我評(píng)價(jià)。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生根據(jù)自己的想法構(gòu)建該章節(jié)的知識(shí)體系，能夠清晰地理解構(gòu)成章節(jié)中的基本概念，并進(jìn)一步理解概念的由來(lái)和含義。這不僅可以幫助學(xué)生鞏固所學(xué)章節(jié)知識(shí)，還可以發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，幫助他們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，探索問(wèn)題，解決問(wèn)題，從而提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和自主解決問(wèn)題的能力。

可以使用思維導(dǎo)圖科學(xué)輕松制作章節(jié)的“預(yù)習(xí)課件”并將章節(jié)預(yù)習(xí)資料發(fā)送班內(nèi)學(xué)生預(yù)習(xí)所用。教師可隨時(shí)抽查學(xué)生預(yù)習(xí)完成情況，并對(duì)提交的難于章節(jié)知識(shí)的掌握情況進(jìn)行總結(jié)。隨時(shí)了解學(xué)生對(duì)課題知識(shí)點(diǎn)的了解情況，如果覺(jué)得大部分學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)易于理解和掌握，可以根據(jù)情況進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課題的教學(xué)。

這個(gè)預(yù)習(xí)思維導(dǎo)圖的練習(xí)是向前邁進(jìn)了一步，不同于筆記記錄，也不同于課后反思，但介于兩者之間(如圖1)因?yàn)樗墙庾x為“我的學(xué)習(xí)框架”,結(jié)構(gòu)不應(yīng)該單一，盡可能使用多的結(jié)構(gòu),但是根據(jù)自己的理解,需要重新安排不同的結(jié)構(gòu)。對(duì)于預(yù)習(xí)章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)，可以使用選擇的方法,選擇自己感興趣的內(nèi)容或使用形成一個(gè)新系統(tǒng),也可以使用淘汰的方法,去掉你不感興趣,不關(guān)心或者已經(jīng)熟悉的知識(shí)。在思維導(dǎo)圖的圖表中，每個(gè)分支都用一個(gè)精煉的短語(yǔ)來(lái)表達(dá)，但是我們知道這可能是不準(zhǔn)確的。除了學(xué)生制作自己的結(jié)構(gòu)外，對(duì)必要的分支做一個(gè)一分鐘的即興總結(jié)，也就是用學(xué)生自己的語(yǔ)言把章節(jié)中表達(dá)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容記錄在相應(yīng)的分支上作為附件。當(dāng)學(xué)生有能力通過(guò)自學(xué)的方式，根據(jù)預(yù)習(xí)思維導(dǎo)圖的結(jié)構(gòu)做一個(gè)完整的大概五分鐘即興歸。然后再去翻看預(yù)習(xí)思維導(dǎo)圖,進(jìn)行進(jìn)一步的修正,反復(fù)完善思維導(dǎo)圖中的不足。甚至可以，課后再翻看預(yù)習(xí)思維導(dǎo)圖中知識(shí)點(diǎn)與課堂講解知識(shí)點(diǎn)之間的差異，甚至半個(gè)月后再返回修正預(yù)習(xí)章節(jié)的思維導(dǎo)圖。

圖1 工程力學(xué)課程預(yù)習(xí)向?qū)D

1.2 課中應(yīng)用思維導(dǎo)圖

雖然老師一再?gòu)?qiáng)調(diào)課前預(yù)習(xí)的重要性，但很少有學(xué)生能真正認(rèn)真地做好準(zhǔn)備，不認(rèn)真的預(yù)習(xí)往往會(huì)導(dǎo)致上課的思路跟不上。大部分學(xué)生不記筆記，課上學(xué)生記筆記時(shí)只是簡(jiǎn)單機(jī)械照搬了教材的概念和定義、分類(lèi)、機(jī)制、應(yīng)用等內(nèi)容，并沒(méi)有對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的分析和深入的理解。課上存在低頭玩手機(jī)甚至睡覺(jué)現(xiàn)象。課后作業(yè)不認(rèn)真，存在大量作業(yè)抄襲現(xiàn)象。在開(kāi)始上課前，教師應(yīng)向?qū)W生進(jìn)行思維管理軟件的使用方法和主要用途的介紹。因?yàn)樽髡邔W(xué)生是材料工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)，計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)相對(duì)較好，所以學(xué)生很快便可以就掌握了軟件的基本操作。思維導(dǎo)圖在職場(chǎng)中也被廣泛應(yīng)用于任務(wù)框架分解、工作思路整理、工作流程安排、團(tuán)隊(duì)協(xié)作制定、檔案資料整理等工作中。所以學(xué)生表現(xiàn)出了濃厚的興趣。作為一種教學(xué)策略，它還可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和興趣。在教學(xué)活動(dòng)中，教師可以使用思維導(dǎo)圖來(lái)展示板書(shū)、圖形知識(shí)和展示結(jié)構(gòu)，從而提高學(xué)科教學(xué)的有效性。思維導(dǎo)圖作為一種輔助的教學(xué)設(shè)計(jì)工具，能夠激發(fā)學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)的積極性[3-5]。

在本次教學(xué)活動(dòng)中，思維導(dǎo)圖軟件作為一種教學(xué)工具貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程。老師應(yīng)該首先顯示課程的總思維導(dǎo)圖，幫助學(xué)生復(fù)習(xí)上節(jié)課的內(nèi)容,并理解本章節(jié)與之上一節(jié)課內(nèi)容的關(guān)系，它不僅幫助教師展示了兩種課堂教學(xué)之間的關(guān)系，而且加深理解了本節(jié)內(nèi)容在整個(gè)章節(jié)教學(xué)中的作用,從而達(dá)到總覽整體的效果，起到了承上啟下的作用。

同時(shí)協(xié)助教師實(shí)施任務(wù)驅(qū)動(dòng)，教師使用軟件展示本章的主題，并將其引入課堂，有效跟蹤學(xué)生的認(rèn)知進(jìn)展和思維動(dòng)態(tài)，及時(shí)給予指導(dǎo)。然后具體展示本章節(jié)的具體的內(nèi)容，呈現(xiàn)本課的基本知識(shí)思維導(dǎo)圖(見(jiàn)圖2)，主要分為六個(gè)知識(shí)點(diǎn)以及每個(gè)知識(shí)的三個(gè)拓展主題。我們講解的約束力與反約束力內(nèi)容,因?yàn)橛辛N類(lèi)型的約束力與反約束,學(xué)生容易混淆,難以理清什么是使用什么樣的受力特點(diǎn),不容易掌握整個(gè)結(jié)構(gòu),我們使用思維導(dǎo)圖框架學(xué)習(xí)這部分的知識(shí),把知識(shí)的內(nèi)容點(diǎn)列在體系圖上,讓學(xué)生有一個(gè)總體印象，再安排板書(shū)等講解具體的知識(shí)要點(diǎn)，整個(gè)教學(xué)過(guò)程系統(tǒng)且詳盡，贏得了學(xué)生的認(rèn)可。

為了將一門(mén)課程的知識(shí)有效的傳授給學(xué)生,以便學(xué)生掌握知識(shí)的背景下可以構(gòu)建的知識(shí)框架，教師必須首先運(yùn)用思維導(dǎo)圖建立一個(gè)完整的課程知識(shí)點(diǎn)體系，加強(qiáng)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的整體把握并有效整合各類(lèi)課程資源，從而使得整個(gè)教學(xué)過(guò)程和流程設(shè)計(jì)系統(tǒng)和有效。

圖2 工程力學(xué)中約束與約束力講解結(jié)構(gòu)圖

1.3 課后復(fù)習(xí)應(yīng)用思維導(dǎo)圖

除了利用思維導(dǎo)圖在教學(xué)過(guò)程中導(dǎo)入課堂，在復(fù)習(xí)部分也可以借助思維導(dǎo)圖。在章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)和記憶過(guò)程中，思維導(dǎo)圖的作用也是多方面的，(一)通過(guò)零散知識(shí)點(diǎn)的組織，可以幫助學(xué)生做好課堂筆記的記錄和整理，幫助他們理解新的原理，加深了記憶，提高了學(xué)習(xí)效率；(二)梳理重要知識(shí)點(diǎn)，構(gòu)建知識(shí)體系，輔助理解和記憶，學(xué)生便于接收，克服傳統(tǒng)教學(xué)課堂知識(shí)點(diǎn)多，容易遺漏的弊端，如圖3所示;(三)探索問(wèn)題解決的要素，形成解決思路。例如，在記憶新的概念、歷史事件和理論時(shí)，繪制思維導(dǎo)圖可以增強(qiáng)記憶，提高復(fù)習(xí)效率[2]；(四)在構(gòu)思解題思路時(shí)，繪制思維導(dǎo)圖可以發(fā)散思維，形成解題框架。

圖3 第一章基本內(nèi)容小結(jié)思維導(dǎo)圖

2 思維導(dǎo)圖的教學(xué)研究意義

2.1 有利于整體理解課程內(nèi)容

在專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)的課程教學(xué)過(guò)程中，課本和教材往往采用簡(jiǎn)單羅列的形式來(lái)講解每一章的教學(xué)內(nèi)容，從而導(dǎo)致了每一章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)之間缺乏聯(lián)系和系統(tǒng)性，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生對(duì)整體知識(shí)掌握不足。思維導(dǎo)圖可以很好地從不同層面突出知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而揭示內(nèi)部結(jié)構(gòu)和概念之間的關(guān)系[1]，為學(xué)生提供整個(gè)專(zhuān)業(yè)課程完整的知識(shí)框架。例如圖4所示，對(duì)靜力學(xué)和材料力學(xué)進(jìn)行不同層面的對(duì)比和類(lèi)比，清晰地映射學(xué)生對(duì)知識(shí)的整個(gè)思維過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)思維的可視化，加深對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用。

圖4 《工程力學(xué)III》課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖

2.2 有利于實(shí)現(xiàn)課程導(dǎo)航并高效制作課件

在多媒體教學(xué)條件中,可以快速地展示課程知識(shí)的全貌，利于對(duì)課程內(nèi)容的導(dǎo)航[2]。此外，思維導(dǎo)圖制作的課件具有特有的優(yōu)勢(shì)即可以幫助教師更加高效的制作課件：使用關(guān)鍵字形成一個(gè)關(guān)系圖,簡(jiǎn)單的生產(chǎn),擺脫約束的線性筆記;只要教學(xué)研究中有新的突破，教師可以立即添加內(nèi)容的思維導(dǎo)圖來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)相互作用。或者教材發(fā)生版本的變化或者章節(jié)的調(diào)整，本課程的教材范欽珊著的工程力學(xué)(工程靜力學(xué)與材料力學(xué))由第二版到第三版的更新。教師只需修改關(guān)鍵字和鏈接，即可快速更新思維導(dǎo)圖的內(nèi)容。

2.3 有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和學(xué)習(xí)效率

思維導(dǎo)圖可以連接廣泛的知識(shí)和想法，并有效地分析它們，以最大限度地創(chuàng)新[7-10]。思維導(dǎo)圖的繪制過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)以直觀、形象的方式進(jìn)行個(gè)人思考和表達(dá)的過(guò)程，非常接近人類(lèi)的自然思維過(guò)程。這種信息處理方法要求學(xué)生運(yùn)用思維導(dǎo)圖積極地對(duì)系統(tǒng)知識(shí)進(jìn)行分析和整理，避免了知識(shí)的簡(jiǎn)單機(jī)械記憶，提高了學(xué)生的理解能力，提高了學(xué)生的創(chuàng)造性思維，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)民族院校工科專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，以工程力學(xué)課程為例，把思維導(dǎo)圖融入到該課程的教學(xué)過(guò)程中。既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛能，又能幫助提高學(xué)生工程力學(xué)的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果。這是教學(xué)課程和信息技術(shù)整合的一種有效和積極的教學(xué)方式，值得在教學(xué)中大力推廣。