思维导图在系统工程课程教学中的应用

王 敏，匡小平，张 兵

（陆军军事交通学院 军用物资配送系，天津 300161）

1 引言

系统工程是从总体出发，合理开发、运行和革新一个大规模复杂系统所需思想、理论、方法论、方法与技术的总称，属于一门综合性的工程技术[1]。它是在运筹学、系统理论、管理科学等学科的基础上逐步发展和成熟起来的一门交叉学科，其研究对象为一切大规模复杂系统，如自然系统、社会经济系统、经营管理系统、军事指挥系统等。系统工程课程是我院大学本科层次军事物流专业背景课程。课程主要学习系统工程的基础理论知识，系统工程方法论，如霍尔方法论、切克兰德方法论、分析分析方法、物理—事理—人理，以及系统建模与量化、系统仿真与评价和系统决策等系统工程方法，对培养学员的系统思维能力和专业应用能力具有重要作用。

系统工程课程具有多学科交叉，理论基础面广；多阶段流程，系统方法综合；多领域应用，实用性突出等特点，与其他专业课程相比，其教学难度系数更大。如何提高教学效果是系统工程课程教学改革关注的重要问题。本文分析了思维导图的特点，提出了思维导图在该课程教学中的应用，目的是为提高系统工程课程教学效果提供方法和工具。

2 思维导图概念及其特点

2.1 思维导图概念

思维导图（Mind Map）是英国心理学家东尼·博赞（Tony Buzan）通过研究信息处理的本质、脑细胞的结构和功能、大脑皮层，以及天才的记笔记习惯，发明的一种创新思维工具。它是一种将放射性思维具体化的方法，运用大脑皮层（左脑和右脑）的所有资料，如语言、数字、逻辑、色彩和形象等，更清晰地、可视化地进行思维创造。2009年在吉隆坡马来西亚博特拉大学举行的第14 届国际思维会议上，时任马来西亚高等教育部长穆罕默德·卡利德·诺丁（Datuk Seri Mohamed Khaled Nordin）正式宣布21 世纪是大脑的世纪，新千年是大脑的千年。他同时宣布我们已经从农业、商业、信息和知识的时代走向智力的新时代，而思维导图正是智力的“终极思维工具”[2]。思维导图可以用于记忆、用于创造性思维、用于决策和用于组织他人的观点（记笔记）。除此之外，思维导图还可以用于自我分析、用于写日记、用于提高学习技巧、用于会议、用于演讲和用于经营管理等。目前，思维导图已经广泛应用于各个领域。

2.2 思维导图的特点

思维导图就是抓住事物的关键与事物的联系，运用曲线、符号、词汇、颜色以及图片把这一过程放射性地画出来，形成一种可视图表。其绘制过程如下：

一是将注意的焦点清晰地集中在中心图像上，中心图像用来捕捉主要内容—比如，如果你使用思维导图筹划一本书，那么你可能在中央放上这本书的图画。

二是分支从这幅图画向四周放射。首先被分成各大主题，附在中央图画上；然后次主题也以分支形式表现出来，附在上一层分支上。

三是分支由一个关键图像或者印在相关线条上的关键词构成。

思维导图模仿脑细胞的无数突触和连接，是一个天然思维工具，可应用到所有认知功能领域，尤其是记忆、创造、学习和各种形式的思考。其特点就是把复杂的、线性的、用文字描述的枯燥信息变成彩色的、容易记忆的、有高度组织性的图画，使其看起来逻辑清晰，架构立体，使知识的存储、管理及应用更具系统化。思维导图绘制的越个性，视觉冲击力越大，整体效果越好。

3 思维导图在系统工程教学中的应用

思维导图作为一种有效的思维模式，大量学者指出了其在教学中应用的优势。如杜金会分析了思维导图在课堂教学中具有如下优势：一是图文并茂的表现形式能够有效激发学生的学习兴趣；二是信马由缰式的表达方式能够使教师的教案和课件更有弹性、更易修改；三是主题、次主题依次延伸的发散结构能够使课堂的教与学变成师生的自发行为，而且更具创造性；四是不仅展示内容、而且展示其联系的关联图像，有利于学生对教学内容的理解和记忆[3]。季新源指出教学中应用思维导图，可以理清备课授课思路、促进教学双方互动交流、便于知识的理解记忆、便于团队协作学习[4]。张丽萍指出，思维导图可以把抽象思维形象化，隐形知识显性化，使得学生可以按照自身的学习需求制作知识结构，促进学生对学科的高效学习；同时，思维导图对知识的表达方式具有发散和收敛特点，既有利于培养学生思维品质的深刻性，又有利于培养学生思维品质的广阔性[5]。思维导图具有的上述一系列优势，使其在教学中应用非常广泛。将思维导图应用到系统工程教学中，除了能够更好地进行教学设计、科学地组织教学，便于学员知识的理解和记忆，还有以下应用。

3.1 理清系统工程知识架构

系统工程课程在理论方面要讲授系统思想的产生、系统理论的形成与发展、系统工程概念、特点等基础知识；在方法上要讲授解释结构模式技术、主成分分析与聚类分析、状态空间模型、系统动力学仿真、关联矩阵评价和模糊综合评价等。涉及的理论和方法较多，各种方法之间具有何种关系，按什么顺序进行分析和解决实际问题，这些内容如果理不清，容易给初学者造成知识混乱，限制其运用系统工程知识分析和解决实际问题。应用思维导图的方法绘制系统工程知识架构图，就可以很容易搞清楚系统工程解决问题的一般思路，以及各种方法之间的相互关系，上述问题就可以迎刃而解。图1建立了系统工程知识架构思维导图，可以一目了然地看出系统工程中理论基础、系统工程方法论、系统工程方法和系统工程应用四大块知识结构、系统工程分析问题的工作过程，即初步分析、规范分析和综合分析的具体内容，以及系统工程分析复杂问题各阶段应用的主要方法。

3.2 识别各章节教学的重难点

系统工程不仅整门课程知识量大，对于具体的各章节同样知识点丰富。如对于汪应洛院士主编的系统工程第三章系统模型与模型化这一章，涉及模型化基础知识、结构模型化技术、主成分分析、聚类分析和状态空间模型等内容。不同的内容体系下又可以细分很多知识点，这些知识点中哪些是教学的重点和难点，学习这些知识点需要具备哪些基础知识，都是教学实施过程中需要思考的关键问题。如果这些问题理解和把握不准，在一定程度会影响教学效果和学习质量。应用思维导图进行分析，把该章节的主要内容清晰地呈现在图上，并且将各内容需要提前复习或者预习哪些相关知识标注清楚，这样可以较好地识别各章教学的重难点。如图2建立了系统模型与模型化知识重难点思维导图。在图2中带星型标志的内容即为该章节的学习重点，由于该章节涉及可达矩阵、方差和协方差等前面大学一二年级的基础课程知识，这方面的内容也成了教学的难点，要求学员提前进行相关知识点的复习和预习。

图1 系统工程知识架构思维导图

图2 系统模型与模型化知识重难点思维导图

3.3 拓展各种方法在专业领域的应用

系统工程坚持问题导向和反馈控制的逻辑思想，使其在社会系统、农业系统、能源系统、生产管理系统等复杂大系统方面应用非常广泛。同样，系统工程方法也具有广泛的应用性。深入研究和挖掘系统工程方法在专业课领域的应用，一方面可以解决专业领域的实际问题，拓展系统方法的应用范围；另一方面可以使系统工程方法与专业课题有机结合，以专业科研课题驱动系统工程方法讲授，实现科研对教学的反哺作用，丰富教学内容，带给学生新的思想与体验。如何挖掘系统工程方法在专业课领域的应用成了重要问题。应用思维导图可以对系统工程方法的应用进行深度联想和挖掘，拓展各种方法在专业领域的应用。如图3建立了系统动力学仿真方法在专业课程应用拓展的思维导图。在图3中，首先摆清楚系统动力学的特点及其研究对象，针对研究对象拓展方法在专业领域的应用。如在军事物流专业课程中，物资需求预测、采购决策、库存控制、军事物流保障能力评价等都存在决策环节，具有自律性和系统的非线性，都可以应用系统动力学方法进行仿真。在采购决策中又可以深入联想均匀需求下采购决策、增长需求下采购决策和突变需求下采购决策。进一步地又可以对平时物资采购决策和应急应战时物资采购决策进行系统动力学仿真，这属于专业领域科学研究的范畴。通过这张思维导图，不仅可以让学员了解系统动力学仿真方法的应用范畴，又可以让学员了解专业领域的相关问题，实现从知识构建向能力生成的转化。

图3 系统动力学仿真在专业领域应用拓展思维导图

4 思维导图绘制及功能实现

随着计算机技术的发展，目前已经开发了iM-indMap、MindManager、FreeMind 等思维导图绘制软件。这些软件都是实现思维导图可视化的工具，具有视觉多样性、流畅性、便携性等特点。软件提供的各种图例、图形、颜色、线性，能够协助用户快速建立问题分析的分枝，创造个性化的思维导图，开启大脑的无限潜能。

与此同时，部分思维导图软件还可以实现与Microsoft软件进行集成，为我们系统工程的教学提供便利。如运用博赞iMindMap 软件，可以将思维导图转换成文本文档、电子表格项目计划等；也可以用PowerPoint 的应用程序把思维导图制作成一个标准的“幻灯片演示”或者一张栩栩如生的思维导图幻灯片展示。而MindManager 可以实现同Microsoft 软件无缝集成，快速将数据导入或导出到Microsoft Word、PowerPoint、Excel、Outlook、Project 和 Visio 中，更加方便教学过程中的交互使用。

5 结束语

本文将思维导图方法引入到系统工程课程教学中，分析了其在系统工程课程教学中的几点应用，并介绍了思维导图绘制工具及相关功能实现。思维导图是一种创新思维工具，在系统工程教学中不仅限于上述应用，还可以拓展到更多的方面，如进行课程的总结与复习，思维导图能够提纲挈领地勾勒出课程的重点；开展系统工程研讨式教学，思维导图能够把握重点和主题，有利于研讨的顺利开展等。在系统工程课程教学中，要进一步挖掘思维导图的应用范围，使其更好地为课程教学服务。