以问题导图细化学生学习过程的大学《热学》线上教学研究*

曾 立 黄津梨 唐平英 马 丽

(南宁师范大学物理与电子学院 广西 南宁 530001)

1 引言

由于疫情影响,大学许多课程采用了线上教学的形式．在线上教学实施过程中,如何管理好学生的学习过程是保障教学质量的关键环节之一．由于学生的基础、学习能力以及学习的自觉性较弱,而在线上教学中,更多的是需要学生自主学习,对学生学习的管理能力提出了更高的要求．在以往线下课堂教学中经常会出现大多数学生很难静下心来仔细学习教材知识,对概念的把握不细致的情况,在线上教学中这些问题更加突显．如何有效地管理教学过程、提高学生自主学习能力,是教师教学中必须要解决的问题．目前,在各种教学方法中,将思维导图引入教学是其中一种有效的教学方法．思维导图由英国学者东尼·博赞(Tony Buzan)于20世纪70年代创立[1],该方法主要是通过围绕某一个中心主题,发散出与中心主题相关的多级图,通过线条等方式体现各主题关键词间的逻辑关系,利于记忆和理清知识脉络．在教学中引入思维导图,有利于帮助学生理清知识脉络,构建知识体系,培养学生的发散性思维能力和提高学生学习的效率,被广泛应用在大学物理教学过程中[2-4]．因此,根据我们多年对思维导图在教学中的应用实践,在大学热学课程的线上教学中,我们针对大学《热学》每一章,开发了一系列以问题构成的体系图,即问题导图,并提出了利用问题导图,在教师指导下引导学生们自主构建知识体系图的教学模式,以提升学生自我管理能力．教学中采用的教材为秦允豪著的《热学》第四版[5]．

2 问题导图细化学习过程

2.1 问题导图的设计——以第二章为例

以《热学》第二章“分子动理学理论的平衡态理论”为例展示我们的教学方法．“分子动理学理论的平衡态理论”是学生学习中遇到的比较困难的一章,这一章蕴含了一个物理观念、物理思维及物理方法的大转变,有很多概念难以理解．如在力学的学习中,我们可以从牛顿定律出发,严格推导遇到的物理问题,从而从本质上理解一大批物理现象,因此牛顿定律为我们理解力学提供了基础．但在热学这一章中,由于分析的角度从宏观转向微观,要分析的对象数目很大,需要引入概率论的思想,要求学生对出现的新概念有深入理解的同时,还要求对概率论有一定的理解,概念关系复杂．因此,在学生学习中,关键是需要弄清这些概念之间的关系并形成体系,即构建这一章的知识体系图,这是最有效的办法之一．而在构建知识体系图中,学生独立绘制是关键,只有学生独立绘制知识体系图,才能真正理解并掌握知识及知识之间的关系．但要考虑到学生的基础,以及有些学生在高中时没有选修热学模块,对分子运动知识了解甚少的情况．除此,学生们普遍没有知识体系图概念,也不知道如何把这些还是很模糊的概念整理出来,这时候让学生们自己独立绘制知识体系图,通常只能简单地写出一些定义及公式而无法真正达到学习的要求,这时就需要一种有效的框架引导.因此,经过多年的教学实践,我们制作了本章节的问题导图,旨在提供一种有效引导的框架,一个学生能够得着的框架,方便学生对所学知识进行整理,明确概念的含义,理清概念间关系,从而构建自己的知识体系．同时又能让学生们获得学习成就感,还能为期末的复习奠定基础．

首先对第二章的具体内容进行分析.

《热学》第二章教学目标如下:

(1)提出本章的问题导图并进行一定的讲解,引导学生们独立绘制本章的知识体系图;

(2)通过完成知识体系图的绘制,掌握本章的知识;

(3)学会并熟悉有效的教学辅助工具概念图技术,为继续学习打下基础;

(4)通过完成整个教学活动,学生们获得自主学习的成就感.

再分析整理第二章的内容,根据教学要求设计了第二章内容的问题导图,如图1所示．

图1 第二章“分子动理学理论的平衡态理论”问题导图

从图1可看到,整章内容的问题导图首先给出一个大的框架,分子动理学理论的平衡态理论分成3个部分:分布规律、统计规律及描述热系统的一个简单的经典理论．分布规律是对微观模型的描述,也是对气体分子的速度分布的一个描述,在分布规律下再次分为粒子数密度均匀与不均匀的分布规律两类,这样,就能帮助学生们把麦克斯韦分布律与外力场下自由粒子的分布整合起来,这一点是初学者尤其是基础水平在中等以下的学生们很难想到的．在这个大框架里,特别把统计平均值作为统计规律从麦克斯韦分布规律中独立出来,目的是让学生们建立这样一种思想:物理学的研究,首先是描述模型,然后再对模型进行数学计算研究,强调了对物理问题和物理模型的描述,这是很容易被忽视的地方．

图1的问题导图在这个大框架下根据知识点的内容分别提出了一系列问题,这些问题也按学习该章知识点的角度及深度组成一个网络结构,根据这些问题的提示,有针对性地引导学生们去理解,总结归纳出相应的概念及规律,使学生在整理的过程中理解并明确概念及概念之间的关系．每一个问题都需要学生们耐心地把相应的内容整理并写出来,培养了学生们静下心来,对基础的概念需要慢慢来的学习态度,督促学生们仔细阅读教材．

大学《热学》其他章节我们也根据章节的教学要求,制作了相应的问题导图,如热力第二定律的问题导图如图2所示．

图2 第五章“热力学第二定律与熵”问题导图

2.2 问题导图讲解视频的制作

各章节问题导图的讲解,除了讲清问题导图底层的问题外,要侧重于分析问题导图的大框架．制作为微课后上传到课堂派的班级资源里,以利于学生学习及看回放．

2.3 教学实施过程

实施步骤如图3实施流程图所示．

图3 实施流程图

(1)课堂讲解问题导图,生生交流.

在学生们学习完成第二章的慕课内容之后,通过问题导图讲解视频．

留出时间给学生们交流对问题导图的理解．

(2)布置绘制“第二章分子动理学理论的平衡态理论”知识体系图的任务．

限定一个星期的时间,学生们把自己绘制的知识体系图在课堂派上传作业．

(3)展示学生们的作品,并做总结．

通过展示学生们的作品,表扬学生们的努力及获得的成果,生生之间交流．教师最后点评,并给出教师的作品,说明可以作为再次修改自己的知识体系图的一个参考．在点评中鼓励学生们在一定程度上可以按自己的思维习惯绘制具有个性的作品．

部分学生作品如图4～6所示,图7为教师的作品．总体看来,学生的作品非常棒,内容丰富,有手绘知识体系图,也有用软件绘制的知识体系图．

图4 学生作品一(第二章局部)

图5 学生作品二(第三章局部)

图6 学生作品三(第三章局部)

图7 教师作品(第二章局部)

(4)修改完善

要求学生们课后再完善自己的知识体系图,完善获得提升．

2.4 实施评价

通过问卷对学生们使用问题导图绘制知识体系图的情况进行调查,数据如图8所示.可以看到,约75%的学生是没用过思维导图及知识体系图,有74.29%的学生认为问题导图对绘制知识体系图帮助很大,85.07%的学生认为知识体系图对理解概念及概念之间的关系帮助很大,超过80%的学生在完成作品后很有成就感并表示在今后的学习中会继续使用思维导图．

图8 问题导图及知识体系图调查

3 总结

教学中教师通过问题导图引导学生完成课程的知识体系图,达到了使学生们“跳一跳”就能达到教学要求的目的,细化了学生的学习过程,加强了线上教学的教学管理．学生们不仅通过整理本章的学习内容提升了学习的效果,更重要的是提高了自主学习能力,同时掌握了一种有效且普遍的学习及工作的辅助工具——思维导图技术,这对其将来成为未来的教师是非常有帮助的．而对于线上教学过程,教师可以达到细化并督促学生学习的效果,加强了教学管理,提升了线上教学质量．