思维导图在组建物理知识架构中的应用

柳潇雄，王 芳

（1.中国石油大学 石油工程学院；2.中国石油大学 理学院，北京 102249）

思维导图在组建物理知识架构中的应用

柳潇雄1，王 芳2

（1.中国石油大学 石油工程学院；2.中国石油大学 理学院，北京 102249）

针对当前我国大学物理教育体系中，极度缺乏对知识内在联系的分析和对知识架构的梳理，严重阻碍了学习成效的凸显和效率的提升的情况，本文将思维导图工具引入大学物理教学中，并比较传统的学习方式，具有直观形象简单易懂的优势，特别是非常有利于学生温故而知新的知识学习.可以说思维导图工具非常适合物理的教学模式，尽管当前应用还存在着一定的局限，但展望未来的形势，思维导图工具应具有很好的前景.

知识架构；技能；思维导图；效率

物理教学所追求的现实目标中很重要的一个方面，就是让学生形成特征性物理学思维，以及将这种思维迁移运用到不同问题求解情境中的技能.而思维的形成、技能的习得，并非凭空自生的“空中楼阁”.它们需要建立在概念的形成与知识的内化这两大基础之上.国外教育研究者发现，“思维很重要的一个部分是概念的形成，对头脑中的观念进行组织和归类”[1].对知识的良好组织和归类，可以“激活学生们与此相关的记忆，帮助他们将新的概念加入到他们的图示中”[1]，从而取得更佳的教学效果.因此知识架构的建立不仅可以帮助我们牢记知识，更重要的是对思维的训练是十分重要的一个手段.

审视当前我国初、高等教育现状，不难发现一个令人忧心的现实：学生的学习习惯，都倾向于讲完教材之后就立刻投入到“题海”似的解题寻练中，借此来掌握思维和技能.高质量的知识架构的欠缺，使得在思维和技能掌握的各个主要环节个体疲软乏力，阻碍重重，也必然使得这样的教学体系、学习习惯效率低下、成效有限，部分学生经受阻力与挫折后，甚至对学科消极失望，产生了厌学情绪.面对这样的现实，以及愈加激烈的人才争夺，大学物理教学模式有必要增加一项内容，就是找出一条形成高质量的知识架构的新途径，让学生不仅停留于对个别知识点本身的盲目吸收，而要在学生的头脑中对各种物理学概念、观点、信息形成互相联系、条理清晰、高度组织的知识架构，促进学生物理学思维的形成和技能的习得.本文介绍的思维导图的使用，就不失为一剂解决当前教育弊端的良方.

1 思维导图概述

思维导图是一种以图像式思维为基础的来表征信息、搭建架构、强化思维的工具.思维导图最早有英国人托尼布赞于20世纪70年代在西方首先提出，经过40余年的完善与发展，如今在欧美国家已逐渐成为一套较为成熟的教学、科研辅助工具，并鉴于其实用良好的辅助效用，思维导图呈现出多领域多层次的广阔发展前景.越来越多的人将其应用在文档规划、广告创意、工程图表等非传统场合.

思维导图是基于这样一个理论基础：人类大脑在存取、加工、处理、输出信息方面具有高效的模式.如果顺应了这一高效的模式，个体有意识的学习效率和质量也会大为提高.国外研究学者得出结论，“我们的大脑可以根据适当的联系与触发进行发散性的想象和联想，这样头脑中就浮现出与各种联想相关的极具个性化的三维画面.”即“（大脑的高效的工作模式）是运用图像和网络般的联想”.[2]而这一实证规律，贯穿于思维导图绘制的始终.

图1 一张典型的思维导图

思维导图具有以下几个方面的共性特征：首先，全图都具有一个中心.这个中心通常是全图的主题，而相关的思想、概念、观点环绕在这种中心外面，帮助个体在图面充裕的信息量中迅速而准确地把握中心主题；例如图1里的中心主题“articulate storyline”；其次，将中心主题与各二级分支向着四周发散性地连接起来，再以各二级分支为主干，向四周发散性生出三级信息点，以此类推.发散性的四周连接更为符合人脑的思考实际，有助于触发联想网络；例如图1中心主题四周发散出四大二级分支；第三，思维导图的各级分支连线自然弯曲，杜绝使用直线.自然的曲线如同层层叠叠的树杈一般，更加贴近大脑的自然运作方式，毫无生硬机械之感，给人更为舒适的体验；例如图1中自然弯曲的分支线与弯角线.第四，在绘制的全过程使用多彩颜色.全篇白底黑字容易使大脑疲劳，多彩的颜色可以让大脑皮层兴奋，为思维导图增添层次感，促进更为活跃的思维；例如图1中就用青草绿、石榴红、香橙黄、天空蓝四种彩色来绘制全图；第五，高标准的思维导图，还要求在表现各级主题时，尽可能多的使用图像.图像与彩色类似，可以让大脑皮层兴奋.并且与文字相比，具有生动、直观地表现信息量大的优势.

具有以上这些特征，思维导图不仅是一幅知识的全景图，还是极佳的内化路线图.无论是总揽全局，还是条分缕析，都可以从各个层次帮助个体实现更为高效、高质量的学习.例如图1中插入了彩图、图标、剪贴画来使信息更生动、直观地呈现.

2 思维导图在大学物理教学中的应用及优势

一直以来大学物理教学都是理工科学生基础课教学的一个难点，这不仅因为大学物理教学的内容多，课时少，更主要的是学生缺乏学好物理必备的想象能力，以及知识的前后连接和整体的构架，所以，利用思维导图来组建物理知识架构是十分必要的.一方面，学生在组建知识架构过程中就是一个自学复习的过程，可以有效地将课本上的知识转变为自己头脑中的知识；另一方面，思维导图建立起来的知识架构生动，形象，动态，也可以很好地锻炼和提高学生学习中缺乏的想象能力.

思维导图的制作形式有纸制和电脑绘制两种形式，相比较纸制存在一定的弊端，如材料准备较为复杂，手工绘图费时费力，对个体的绘画功底有一定要求，纸质成图存放、提取、携带不便等问题.而电脑绘制的思维导图不仅很好地传承了思维导图的各项传统优势，还克服了传统纸制方式存在的弊端，不需特意准备彩笔、工具笔等复杂材料，大大提高绘图效率，标准化的生成模式对个体的绘画功底零要求，形成的电子成图也便于存储、传输，是用信息化手段对传统导图的革新.更重要的，对于电脑绘制的电子思维导图，可以任意动态性的展开和收起多层级主题及其注释.例如图2为一张表现物理波动光学内容的思维导图.如果想详细了解其中光的干涉方面的知识，可以很方面在屏幕上点击节点加号加以展开，如图3所示.在“光的干涉”这一子主题中，我们不难发现“杨氏双缝干涉-装置与现象”这一分支内容，如欲深入了解，可以很方便的点开其旁边的注释图标“”即可.点开注释后，相应详细内容会全屏幕铺开，供读者阅读，如图4所示.

具体地，电脑绘制的方式，需要在电脑上安装专门的思维导图绘制软件.而思维导图经过40余年的发展成熟，现在于市面上已经可以获取到多种绘制软件，比较知名的如“Mindjet mindmanager”“Xmind”“OmniGraffle”“Smart-Draw”等.综合考虑各软件的成熟度与市场接受率、界面亲和性、操作上手难度，以Mindjet公司出品的“Mindjet mindmanager”软件为佳.

图2 波动光学思维导图总览图

图3 展开“光的干涉”子主题后的波动光学思维导图

图4 点开“杨氏双缝干涉-装置与现象”分支的注释后的波动光学思维导图

3 总结

思维导图作为一套表征信息、搭建架构、强化思维的辅助性工具，应用于大学物理的学习中，有着无可比拟的巨大优势.

首先，物理学的基础是概念的形成.思维导图可以帮助学生将获取的信息在头脑中进行准确的归类和良好的组织，有利于物理概念的形成.

其次，大学物理的学习包含力、热、电磁、光、量子的五大部分的内容，课时紧任务重，每堂课学生都要接触大量的新信息.而思维导图可以大大促进这些信息的重组与整合，加速内化性知识块体的形成，从而加快陈述性知识向程序性知识的转化，推进思维的形成.

最后，特定的思维形成后，思维导图还有助于打造内部组织良好、信息结构严密的完整的知识架构，这对于学生将特定的思维应用于不同的问题情境，生成自身的物理技能，至关重要.所以，思维导图应用于物理知识的架构组建不仅可以形成严谨的知识逻辑性，而且也可以提高学生的想象力.

进一步，人类大脑工作的内在规律性来讲，思维导图具备的层次结构明晰、发散性信息组织、自然弯曲的分支脉络、全彩绘图、图像化表达等共性特征，不仅从各个层次帮助学生进行更为高效的学习，而且深入贴近人脑工作的客观现实，让大脑皮层更加兴奋，促使学生注意力更为集中、思维更加活跃.

〔1〕Robert·J·Sternberg，Wendy·M·Williams.教育心理学[M].北京：中国轻工业出版社，2003.275.

〔2〕Tony Buzan.大脑使用说明书[M].北京：外语教学与研究出版社，2005.14.

〔3〕Farrand,P.;Hussain,F.;Hennessy,E..The efficacy of the mind map study technique.Medical Education.2002,36 (5):426–431 [2005-05-05].doi:10.1046/j.1365-2923.2002.01205.x.

O44

A

1673-260X（2014）02-0006-02

中国石油大学（北京）2011重大教改项目（2012zdjgxm001）