思維導圖助力學習和教學方式的重構與優化

◆權廣仁

高中物理新課程倡導教學規范轉型與學習方式轉變，旨在提高學生的學習能力與思維能力。對第一線的教育工作者而言，要求既做探究者，也做踐行者。筆者通過研究“思維導圖”的功能，運用“學與教”策略，落實新課程教學理念，收效良好。

1 “學與教”策略

思維導圖 思維導圖是英國心理學家Tony Buxen于1970年提出的，是基于對腦神經生理科學與心理學的研究，類比自然萬物放射情形而形成的關于放射性思維及其圖形表達的成果。思維導圖運用線條、符號、數字、邏輯、節律、色彩、詞匯和圖像，按照一套簡單、自然、基本、易被大腦接受的規則，運用從中心發散出來的結構，把一些枯燥無味的信息變成容易記憶的、有高度組織的圖形。

理論和實踐都表明：恰當地運用“思維導圖”，能提高學習效率，促進學生認知結構的建構與優化，有利于學生轉變學習方式；同時，恰當運用思維導圖，能促進學生多向聯想、縱橫遷移，有效改變線性思維，促進創新能力培養；再就是運用思維導圖能有效促進課堂合作交流，提高教學效益，并能有效促進現代教育技術特別是“大數據”在教學中的運用，促進教學方式的轉變。

可視化功能

1）直觀化、結構化：運用思維導圖可以使抽象的知識與思維過程變得直觀形象，同時又呈現出結構化的特點，并揭示它們之間的本質聯系。

2）深度化、本質化：運用思維導圖使不可見的知識與思維甚至隱性的知識與思維顯性化，將顯性知識與思維生動化，可以幫助學習者深度發掘知識與思維的內涵，展現本質特征。

3）高效化、優質化：運用思維導圖可以對知識與思維進行優化，并高效獲取與習得，重要的是還可以用來習得新的知識和發展能力。

“學與教”策略 這里稱為“學與教”，而不是“教與學”，是由于“學與教”構建的邏輯順序。首先，基于認知心理學的研究成果，確定學生學習某一類型知識的認知心理過程；再確定為了實現學生認知心理過程而需要開展的學生學習活動；最后確定為了使學生學習活動順利達成所需要的教學活動。是基于對學生學習心理過程分析而得出的，有著鮮明的特征，是基于學的教，而不是為了教的學。

1）思維導圖作為學習策略，能幫助學生從“學會”到“會學”，有效促進學習方式轉變。首先，通過引導學生繪制思維導圖，包括概念形成過程、物理規律建立過程、物理問題求解過程以及物理實驗等，促進學生主動學習；其次，通過思維導圖，激活原有知識、同化新知識，使學生獲取知識、存貯知識、提取知識更便捷高效，促進有效學習；同時，運用思維導圖，促進學生建立知識的內在聯系，促進知識的組塊、形成整體，促進學生構建和優化知識結構；再就是運用思維導圖，能有效幫助學生，管理監控學習信息與學習過程，促進學生學會學習。

2）思維導圖作為教學策略，能促進教學方式轉變與提高教學效益。正如Mayer所說：“學生從文字和圖片中學習比單獨從文字中學習效果更好。”教學中運用思維導圖，通過教學內容與方式的可視化，有效促進知識的同化與遷移、應用，激發教學方式的創新；能有效促進交流與合作，包括師生之間、生生之間、師生與教學內容之間的交流與合作；能有效監控教學過程，有利于“學與教”的反饋和生成，有效促進教學方式轉變；有利于發揮現代信息技術對“學與教”的作用，特別是發揮“大數據”對教育教學的功能，促進教學規范轉型。

2 策略實施

優化認知結構 思維導圖的高度組織化、網絡化與結構化特征，能有效促進學生的知識概括水平與包容范圍的發展。反過來，知識的概括水平越高，包容范圍越廣，越有利于認知識結構的建立與優化。在教學實踐中，筆者運用思維導圖，通過知識的“聯系與區分”“聯系與區別”“關聯與提升”等來提高學生的知識概括水平與包容范圍，來建構與優化學生的認知結構。

圖1

1）促進“聯系與區分”，就是運用思維導圖幫助學生對一個單元或一章節物理知識進行聯系與區分、比較與整理，使其成為清晰、穩定的“認知結構”。如“曲線運動”單元涉及的物理概念多，物理關系比較復雜，大多數學生很難把握知識的內在聯系，也難以建立相應的認知結構。為此，筆者和學生一起繪制“曲線運動”一章的思維導圖（圖1），幫助學生建立“曲線運動”的認知結構。

2）促進“聯系與區別”，就是運用思維導圖搞清本章與前面相關知識之間的聯系與區別。以曲線運動為例，通過繪制曲線運動與以前所學知識之間的思維導圖，包括直線運動與曲線運動的不同點、直線運動公式的適用條件、曲線運動的研究方法。從受力分析、力的合成與分解的角度理解合力、分力提供向心力，從牛頓運動定律角度理解向心力與向心加速度之間的關系，將圓周運動問題解決納入運動定律的范疇，進一步促進學生認知結構圖的優化。

3）促進“關聯與提升”（主要用于期末復習或高三復習階段），就是通過思維促進應用“認知結構”解決實際問題，使學生認知結構得到更深層次的整理與提升。以曲線運動為例，在前面兩個環節的基礎上，通過思維導圖再建立“曲線運動”與“機械能守恒”“帶電粒子運動”“磁場中粒子”的關聯，并進一步指導學生習得區分“電場中粒子的運動”和“磁場中粒子的運動”的方法，達成認知結構的拓展與優化。

促進創新思維

1）“學與教”過程中促進創新思維。由于思維導圖是一種圍繞某一主題組織起來的知識表征和貯存方式，又是一種樹冠狀網絡式的發散結構，而產生創新思維的重要條件就是建立合適的圖式，因此，在“學與教”過程中運用思維導圖能激活學生原有的認知結構，使學生產生多向聯想，發散思維，促進創新思維。

圖2

【案例1】進行“閉合電路歐姆定律”的“學與教”時，通過“部分電路歐姆定律”思維導圖激活原有的認知結構，在組織與優化原認知結構的基礎上構建新的思維導圖，引導學生創新思維，使學生習得閉合電路歐姆定律并建立新的認知結構。如圖2所示，在整個過程中，電源是一個橋梁。從能量角度講，電源是一個能量轉換裝置，把其他形式能轉換為電能，這種本領用電動勢來表征，電源電動勢是路端電壓的提供者，它的大小等于開路時的外電路兩端的電壓；電源又有自身的電阻（內阻），因此，順著電流方向通過一個電源，電勢升高E，由于電源內阻的存在，電勢又降低Ir。通過舊新思維導圖的激活，互相促進，幫助學生完成新的認知結構的建立。

2）物理問題求解過程中促進創新思維。現代認知心理學認為，任何一個問題求解都可以分為三種狀態，即初態、終態和中間過程。初態是解題的已知條件，終態是解題所要達到的終極目標。求解物理問題，實質上就是人或系統尋找一個狀態系統，使問題從初態順利地到達終態的過程。從另一方面來說，就是分析問題→制訂方案→實施求解。但無論如何，思維導圖對于求解物理問題都有得天獨厚的優勢。

分析物理問題時，運用思維導圖，能引導學生從問題最初狀態出發，生成思路，確定子目標，架起從初態到終態的“橋梁”，激發創新構想，促進創新思維。

制訂解決方案時，運用思維導圖，更容易發現為達成從每個子目標到下一子目標，需要增加哪些輔助手段，需要建立哪些聯系，從而更快地推進問題求解與探索過程。

實施求解方案時，運用思維導圖可以不斷地發現問題、提出問題、解決問題，步步推進，最終實現解題思路的導通與實施。同時，運用思維導圖還有助于對求解過程的監控，隨時做出調整與糾正，并發現新的思路與解法。

【案例2】（2009年上海高考題）小球由地面豎直上拋，上升最大高度為H，設所受阻力大小恒定，地面為零勢能面。在上升到離地面高度為h時，小球動能是所在處勢能的2倍；到達最高點后再下落至離地面高度為h處時，小球的勢能是動能的2倍，則h等于多少？

【解答此題】首先，在理解題意的基礎上，確定題目的目標與條件。此題的目標是上升過程中，小球動能是所在處勢能的2倍的高度；下落到同位置時，小球的勢能是動能的2倍時，則h等于多少？運用思維導圖，依據條件，確定達成總目標需要建立幾個子目標，需要確定幾個物理狀態及物理過程。運用思維導圖能清晰表達題目所述物理情境。如圖3所示，從拋出點（狀態I）到高度為h處（狀態II），再到最高點（狀態III），又返回到高度為h處（狀態IV ），并把受力分析與狀態物理量簡明標在思維導圖上。繪制好的思維導圖增強了題意的理解與解決問題方案的選擇與調控。

上述思維導圖所呈現的過程，如果只用文字來表述，不只是顯得冗長，難以理解，還影響解決策略與方案等。

而運用思維導圖很快可以得到：

同時，本題目還可以在上述思維導圖的基礎上，選用牛頓第二定律結合V-t圖來求解。

更重要的是，運用思維導圖，有利于構建生態型“學與教”的情境，促進“學與教”創新思維。就是師生一起在原思維導圖的基礎上，進行變式設計，呈現新的情境，從而激發學生去尋找原圖式為何不能解決的原因，修正或提升原有思維導圖，使其適應層次變化。變式可以是遞進式或反遞進式的，一方面促進學生對思維導圖運用的養成訓練，把繪制與運用思維導圖的鑰匙交給學生；另一方面促進創新思維能力的提高。

比如，改進的題目情境為：

1）如果本題中，上升到H/2時，重力勢能為mgh/2，動能為多大？

2）上升過程中，小球的重力勢能與動能相等的位置離地面高度比H/2大還是小？還是一樣？

3）下降過程中，小球的重力勢能與動能相等的位置離地面高度比H/2大還是小？還是一樣？

4）把小球在豎直方向有阻力上拋改為沿有摩擦力的斜面上滑，問題又會怎么樣？

如此實現情境的變化，促進學生創新思維能力的培養。

由此可見，運用思維導圖不僅可以拓展思維的廣度和深度，提高思維的效率，更重要的是促進學生的創新思維，優化思維品質。思維導圖把思維過程直觀化、可視化、顯性化，使學生的思維關注焦點問題后進行發散和延伸，從而突破思維收斂性的束縛，激發靈感的火花，形成創造性新方案。同時從思維導圖分支中跳躍出來，運用思維導圖能隨時縱覽全局，把握問題的重點與思維方向，避免無益發散。

新一輪的高中物理課程改革要求教學規范轉型、師生角色轉變、學習方式轉變，以及互聯網技術所支撐的大數據的運用、知識的可視化與現代信息技術的結合等。對教育工作者來說，既是機遇，也是挑戰。本文從一個很小的側面，對促進“學與教”方式轉變、學生創新思維能力培養做了一些嘗試，與同行交流，拋磚引玉。

圖3