热学课程教学中基于思维导图构建知识体系的探索研究*

2012-01-23王晓芳吴登平

物理通报 2012年7期

王晓芳吴登平

(广东石油化工学院广东茂名 525000)

1 引言

思维导图是英国心理学家、教育家托尼·巴赞(Tony Buzan)20世纪60年代创造的一种笔记或学习的方法[1]．它是一种围绕某一中心主题展开的辐射状的思维表达方式，由此中心主题可向外发散出无数个与中心主题相关的关节点，而每一关节点又可成为另一个中心主题再向外发散，因此，思维导图具有良好的“图式思维导航”作用，它就像大脑中的地图，完整地将思维、想法呈现出来．思维导图发明至今，在各领域得到了广泛的应用，在高校各类课程的教学方面许多研究者也进行了积极的探索和实践，证明了思维导图的有效性[2～4]．与思维导图有着极其相似的另一种学习工具是概念图，在实际应用中二者也相互结合并逐渐泛化，在本文中我们也没有把二者进行区分[5]．

热学是物理学专业本、专科学生必修的一门重要的学科基础课，与当代科学技术中的众多领域乃至日常生活有着密切的联系．课程内容特点是基本概念、定律多，知识面广，内容杂，学生学起来觉得很混乱，普遍认为课程内容难懂难记、空洞乏味，教师讲起来也觉得难讲．因此，如何使热学知识更加网络化、直观化、逻辑化，并促进学生更加深入理解和有效记忆所学知识、提高学习兴趣具有重要的现实意义[6]．本文主要探讨了思维导图在本科物理学专业必修专业基础课程——热学中的应用和意义，对教学模式进行了一定的探索．

2 思维导图在热学课程教学中的运用

2.1 有助于学生构建知识体系

热学是研究物质热运动及其有关性质和规律的一门物理学分支学科，课程内容主要包括热力学基础、分子动理学基础和热学理论的应用等三个方面．其中热力学是研究物质热运动的宏观理论，以观察和实验为基础，具有普适性与可靠性；分子动理学是在微观模型的假设下，利用力学规律和概率论研究物质热运动的微观理论，其结论要接受实验的检验．由于既涉及宏观的实验方法，又有抽象的微观理论，在热学教学过程中，笔者发现学生很难形成知识网络，更不能深刻地了解各个核心知识间的联系．思维导图可以将知识体系清晰地展现于眼前，重点突出，层次清楚，能强化对知识的理解和记忆，这样构建起来的知识体系有利于学生掌握知识，且能在实际应用中快速、准确地提取知识．

图1的思维导图是笔者根据教材自有的结构顺序构建的知识体系．第一层级以“研究热现象性质及规律”为中心主题说明了热学课程的研究内容，第二层级则体现了两种不同的研究方法及应用，第三层级分别给出了相应于第二层级的具体内容．第三层级中热力学第一定律和热力学第二定律又是教学的重点和难点，可以用超级链接的方式进行展开，这样既能够做到简洁利于学生掌握，又做到了突出教学内容的重难点．在运用思维导图所构建的知识体系图中，体现出了明显的层级结构关系，这样有助于形成一个清晰的知识体系，思维过程也随之变得更加清晰．

图1 热学课程的思维导图

用思维导图构建知识体系可以对各章知识进行强有力的整合，加强了知识间的彼此联系，使知识不再孤立，而且知识分层储存，条理分明、清晰、可视，知识的提取更加方便．将思维导图应用于学习之中就解决了知识点混乱、易混淆的问题，极大地提高了课堂授课效率，而且也很容易根据知识的发展而添加新的内容，不断增加知识的累积量．思维导图具有独特的树状结构和知识分层的特点，能简洁直观地体现知识间的内在逻辑关系，很受学生的欢迎．

2.2 有利于培养学生的自主学习能力

自主学习是以学生作为学习的主体，通过学生独立的分析、探索、实践、质疑、创造等方法来实现学习目标，是与传统的接受式学习方式相对应的一种现代化学习方式．思维导图是教师指导学生主动构建知识体系、培养学生自主学习能力的一种有效的工具和手段．在每一章结束、每节课的小结部分、甚至每一个知识模块学完的时候，教师都可以有意识地引导学生绘制思维导图来回顾所学的内容．笔者以热力学基础中学生需要重点掌握的内容之一“热力学第一定律”为例来说明如何引导学生绘制思维导图.热力学第一定律是宇宙中最基本的能量守恒与转化定律，但学生还是很难掌握，究其原因是整章内容涉及到的物理概念特别多、关系特别复杂，致使学生感到知识非常混乱．首先是明确所学内容的主题，即 “热力学第一定律”为中心主题，并将中心主题写在纸的中央；之后是次级主题，找到第二层级的关键词，笔者引导分别从“文字表述”、“数学表达式”和“应用”三个方面展开；在次主题后，引导学生用更为细节的要点将第三层级表达出来；依次类推，可以得到更为细节的第四、第五层级的表述，完成整个思维导图，如图2．思维导图不是按书中章节顺序来描述知识，而是以知识的联系、层次关系来描述，这样便于学生总体把握知识脉络．

引导学生将所掌握的知识制作成思维导图是帮助学生巩固和记忆所学的知识的一种非常有效的方式．思维导图具有分层组织知识的特点，这使得学生在作思维导图时，必定要先在大脑中把相关的知识点进行筛选、排列，并产生组合、联想，进而理清知识点之前的关系，帮助学生掌握知识框架，加强有意记忆．

所以，让学生亲自绘制思维导图进行整理，有助于学生巩固和记忆所学的知识，并积极思考，提高了学生的自主学习的能力，也激发了他们的学习兴趣，增强了成就感．

图2 热力学第一定律思维导图

2.3 有利于培养学生的思维能力

当我们学习了新的知识后，只有通过积极的思考、分析与综合、比较与归纳等才能理解并巩固所学的知识，才能形成自己的知识体系．特别是在复习阶段，学生主要任务是梳理和巩固已学的知识，从宏观上把握知识的整体结构及其内在规律，并促使知识系统化，从而提高解决问题的能力，提高学生的思维品质和学习能力．思维导图的绘制过程正是学生开展各种形式的思维活动的过程．按照传统的复习方法，学生需要有意识地重点记忆一些知识点，而热学课程的知识点涵盖面广，因此学生难记、难掌握，在知识提取时也出现较大的难度．而思维导图具有简约明了的特点，且能涵盖大量内容，所以，一方面可以在复习教学中运用思维导图对学生的所学的知识点进行梳理、归纳，使之更清晰，学生复习用思维导图做成的笔记也更能节省时间，从而有效地提高学生的学习效率；另一方面，学生经过一段时间的训练后，学生快速浏览知识要点后，就能自己绘制思维导图.在制作导图的过程中学生会自觉地去体会和观察知识间的关系，甚至发现自己从来没有意识到的各个知识间的关系，从而产生一些具有创新性的学习目的．

可见，在课程教学中基于思维导图使用，学生获得的热学基础知识不再是凌乱地堆积于头脑之中，而是按照一定的逻辑联系构建于头脑之中，从而形成了具有一定层次的知识结构体系．热学是物理学专业的必修课程，是热力学与统计物理、固体物理等课程的重要基础．通过思维导图的关联特性，学生不仅能理性地扩展学习的知识点，还能对所学的知识点有更加全面、更加深刻的理解，并且能够为进一步学习提供可扩展的知识模块，为后继课程打好扎实的基础．