思维导图结合PPT课件在“大学物理实验”教学中的应用研讨

摘要：思维导图作为一种表现知识关联性与思考发散性的思维可视化工具，其在各个层次的教育教学中有着广泛的应用与实践。本文研究将思维导图结合PPT课件应用于“大学物理实验”的教学过程中，并以基础性实验“分光计的调整和使用”为教学案例，通过课前、课中、课后三个环节进行思维导图结合PPT课件应用教学设计，提出基于思维导图结合PPT课件的“大学物理实验”教学新范式，以提高“大学物理实验”课堂的教学效果。

关键词：思维导图；PPT课件；大学物理实验

一、概述

“大学物理实验”作为一门独立必修基础实践课程，可以为后续专业实验课程的学习打下重要基础，因此该实验课程的有效教学很重要。“大学物理实验”基于一个个独立实验项目教学，通过测量某一物理量，或研究某一物理量随另一物理量变化的规律性，达到培养学生的科学实验能力、科学实验素养。在该课程学习中学生不仅能够按照实验步骤按部就班地完成实验，而且理解并学会运用实验原理和方法去规范操作实验仪器、分析解决实验过程中的现象和问题显得非常重要。通常教师采用实验前讲授、实验中指导、实验后评估三个环节进行课堂教学。实践中发现：实验前，教师的讲授会影响学生掌握和运用实验原理、实验方法的程度，以及对知识的深层次理解与建构。因此，有必要研究“大学物理实验”课堂有效的教学模式。

目前，高校教师主要采用PowerPoint开展大学物理实验课堂讲授教学，PPT课件善于依据前后、递进顺序逐步呈现内容，并实现制作不同页数展示出不同信息量，可承载信息量弹性大。然而，PPT课件单独一页信息量有限且前后页的知识点被强制物理分割，使得在教学中存在知识前后衔接不足的现象。另外，PPT课件属于线性结构，需逐页展示和讲解，难以直观呈现每项实验的知识体系和思维过程等。

思维导图最初是20世纪60年代英国心理学家东尼·博赞（TonyBuzan）发明的一种笔记方法［1］。由于思维导图能够很好地呈现知识关联性、激发思考发散性等优点，近年来，思维导图作为一种可视化思维工具在各个层次教学中得到广泛应用和研究，部分院校和教师将思维导图引入课程教学和实践中，同时对教学实践过程中存在的问题进行学术探究和改革［2-6］。本文将思维导图与PPT课件结合应用于“大学物理实验”的教学过程中，并对此进行研究，为高等院校大学实验课堂教学模式改革提供一种新的思路。

二、教学案例设计——分光计的调整和使用

（一）实验项目分析

“分光计的调整和使用”是一项基础性实验，要求学生能够学会分光计仪器的调节方法与使用技能，以下简称分光计实验。此实验的调节步骤繁多，且步骤间有环环相扣的特点，只有上一步操作正确，才可进行下一步操作，使得教学中教学目标的达到有一定难度。同时，分光计实验是课程中光学部分的第一个实验，将为后续光学实验打下重要基础，要求学生不能停留在“知道”层次。通常课堂教学中，教师结合PPT依次讲授分光计结构、原理和实验内容后学生开始动手实验。在PPT逐页讲解过程中，学生会因分光计仪器调节步骤繁多而遇到混乱、记不住、畏难等问题。另外，PPT展示的碎片内容没有知识系统性，学生操作时出现不知所措、按部就班等现象。因此，PPT授课方式不能完全满足该实验的教学效果。

针对这种情况，教师讲授时有必要加深学生对该实验的整体理解和掌握。思维导图作为一种高效的可视化思维工具，具有重点突出、层次分明、知识完整性等优势，探索将其与PPT结合运用于该实验教学过程中，在一定程度上提高教学效果。

（二）教学过程中思维导图运用

1.课前，思维导图辅助学生预习实验

分光计实验是一项操作难度较大的实验，课前有必要要求学生做好课前预习。教师往往通过要求学生提交预习报告以评价预习结果，完成学情分析。但学生往往疲于写报告，存在大段抄写语句、答案雷同等现象，教师评估结果的参考价值降低；部分学生有认真预习的学习态度，但遇到有效预习没有思路的困扰，报告形式满足不了预习需求；少量预习报告卷面混乱，表达信息层次不清晰，教师评估预习效果困难。针对这些情况，教学中教师可以借助思维导图布置预习任务，督促学生有效完成预习。

上课前，教师推送给学生该实验的预习空白思维导图（如图1），要求学生完成空白导图的填充并上交，同时向学生说明空白导图可以根据需要任意新增或删减线条和内容。该空白导图有以下优点：首先，该导图分为“实验目的”“仪器结构”“实验原理”等六大主干，方便学生从6个方面着手预习该实验，提供一种预习思路，其中“仪器调节”主干做了星号处理，表明分光计的调节和使用是该实验的重点和难点，便于学生知道重难点；其次，该空白导图中的空线条同等于教师在问题驱动式教学中的提问：该实验要达到什么目的，分光计是怎么构成的，分光计的工作原理是什么，怎么调节和使用分光计等，促使学生带着这些问题去自主学习、深入思考以填充完整；再次，每根线条上填充的都是关键词。这就要求学生在预习该实验时，要对信息整合分类，不能再照抄大段文字，督促学生变被动学习为主动学习，减少书写长篇文字的反感度；同时，导图中关键词不是孤立的，用线条等方式将关键词之间建立有效链接，这促使学生对提取的关键词之间的关系进行有效整合和适度联想，且不同学生有不同的思考，绘制的预习导图不同，预习导图在一定程度上预防抄袭；最后，该空白导图呈发散状，可随意向外延伸线条和相应关键词，降低空间局限性。使用软件绘制导图时，空间布局自动完成，操作更加方便快捷。

基于以上空白导图优点，预习导图的绘制和完成促使学生主动思考、整合信息、搭建结构，有利于学生自主有效预习、教师有效评估预习效果。

2.课中，思维导图结合PPT辅助教师讲解实验

学生的预习结果反映出对分光计仪器的调整还不太熟悉，教师有必要对该内容着重讲解，以帮助学生克服操作困难。通常课中教师借助PPT的翻页播放功能逐一介绍实验目的、实验原理、实验仪器等，学生从前到后紧跟教师的思路，不能随时查看已播放的PPT页面内容或把握总体讲授内容进度，且学生会在短时间内接受大量信息，对内容层次把握不清晰，难以记忆理解，例如，学生在操作时忘记粗调，直接进行细调。

针对PPT课件特点，课中教师可结合导图进行授课，将该实验的课堂思维导图（如图2）推送给学生，该导图可以形象展示知识体系的清晰全貌，直观呈现教师的思维过程。由该导图右上角“实验目的”开始按照顺时针方向呈现的内容是教师讲授内容顺序，也是PPT课件展示内容，有利于学生整体把握内容层次和授课进度；“仪器调节”主干标注了星号，提醒学生该主干内容是该实验的重点难点，学生在做预习导图时知道这一点，当教师讲授这部分内容时，学生会有意着重听讲；“仪器调节”主干分为“粗调”“细调”“测量”三个分支，标注了进度插件，方便学生准确把握操作前后顺序；“细调”分支又分为5个小分支，标注了序号，有利于学生在操作时即使没记住PPT课件展示内容，仍可借助导图保持思绪清晰；“望远镜”和“平行光管”在不同主干下面都有出现，分别用同一个小形状联系起来，即构成导图的网状脉络，这便于学生找到知识联系、厘清操作机理。如“望远镜”既是“细调”下级分支，也是“工作原理”下级分支，分光计达到可测量状态需要望远镜能够接受平行光，由自准法原理可知，需要望远镜聚焦于无穷远，在仪器操作中需要调节目镜和物镜，此处结合PPT页面显示望远镜工作原理示意图和实验现象图，便于学生理解望远镜调节理论和实际操作的转换；通过操作学生更加理解分光计是精确测定光线偏转角的仪器，此时教师询问“实验拓展”这一关键词，鼓励学生去思考如何用分光计测量波长、折射率等，提问学生分光元件除了三棱镜还有哪些，如果用光栅怎么实现波长测量，该实验和“光栅衍射”实验有什么关系。对于导图中关键词的提问，可以激发学生由关键词联想更多支撑知识，构建大学物理实验项目间的知识网络。

由此可见，课堂思维导图呈现出内容精炼、结构清晰、层次分明等优点，既可以辅助教师进行PPT讲解，又方便学生操作实验时随时查看、回忆，也有助于总结拓展时回顾实验、拓展研究，在整个课堂教学过程中起到很好的辅助作用。

3.课后，思维导图辅助学生复盘实验

课后学生对学习内容进行及时复盘是必要且有用的。通常课后教师要求学生完善并提交实验报告以加强课后学习，纸质报告形式单一，教师可要求学生对上交的“分光计的调整和使用”实验预习导图进行复盘修改，不要求画面美观，不要求和教师课上导图内容一致，强调学生根据自己理解任意修改内容、建构层次，甚至可以舍弃预习导图6个主干以重新搭建大框架。在重画预习导图时，学生绘制导图更加熟练，对关键词的提取和关键词间的链接把握更准，有利于对课堂所学知识及时消化；当学习“光栅衍射”实验时，要求学生预习参考分光计实验复盘导图，并寻找新旧知识点之间的联系，形成知识网状脉络，实现知识迁移和运用。

预习思维导图的复盘是学生独自对所学知识进行系统梳理的过程。复盘思维导图是锻炼学生自主思考与学习运用的有效途径，有助于学生对该实验的加深理解、强化记忆，充分发挥学生的主动学习力。

由“分光计的调整和使用”实验教学案例设计可见，基于思维导图的“大学物理实验”教学设计如图3，思维导图适用于直观呈现单个实验项目的知识体系和思维过程，在课前、课中、课后三个环节中都起到积极作用，且有利于复盘巩固知识，有效衔接实验间联系。

结语

通过探索与实践发现，思维导图在“大学物理实验”教学中的应用，让教师的教学和学生的学习更加清晰，习得更加完整，认知更加系统，提高“大学物理实验”教学的高效性。思维导图和PPT课件的结合充分发挥两者在表现形式上的互补优势，加强开展系统整合式教学实践，提高大学物理实验课堂的教学效果。思维导图结合PPT课件在“大学物理实验”教学中的应用研究，将为各高校“大学物理实验”教学提供一种新的有效教学模式，促进实验教学改革。

参考文献：

［1］东尼·博赞.思维导图──大脑使用说明书［M］.北京：外语教学与研究出版社，2005.

［2］徐晨红，蔡亚萍.概念图、思维导图和思维地图的辨析［J］.科教文汇（下旬刊），2010（33）：101+108.

［3］赵国庆，陆志坚.“概念图”与“思维导图”辨析［J］.中国电化教育，2004（08）：42-45.

［4］梁锐杰，雷雪峰，谢果，等.思维导图结合PPT课件在《无机化学》教学中的应用实践［J］.广东化工，2021，48（5）：234-236.

［5］王秋滢，勇俊，李想，等.新工科背景下思维导图在教学过程中的设计方式与教学效果分析［J］.高教学刊，2023，9（25）：107-112+116.

［6］杨云霞，郭英娃，徐敏，等.思维导图在结构化学课程教学中的应用与探索［J］.化学教育（中英文），2022，43（10）：46-51.

作者简介：李奇（1990—），女，汉族，安徽阜南人，硕士，讲师，研究方向：大学物理（实验）教学。