利用思維導圖重構高校工科理論教學

張蔚+梁惺彥

摘 要 針對目前高校工科課程中理論教學的特點，探索用思維導圖方法貫穿教學過程，實現互動圖示教學的方法，重點介紹思維導圖設計工具的適用性及其在教案組織、課堂交互和課后輔助等方面的教學設計應用。

關鍵詞 概念圖；思維導圖；工科課程；圖示教學；教育技術

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）23-0097-03

1 前言

隨著卓越工程計劃和工程專業認證的推動，目前地方性工科院校的教育培養方案中應用與實踐比重越來越高，理論教學受到不可避免的影響，主要表現在以下幾點：

1）培養計劃中，應用型課程、實踐實習比例加大，基礎性、理論性課程學時逐漸縮減。

2）在專業課程中，為了提高學生的實踐操作能力，課程教學活動的展開逐漸采用一體化教學方法，以實踐實訓項目帶動教學，分配給理論知識教學環節的時間相對減少；

3）由于理論知識學習相對枯燥，很難快速得到創新創造的成就感，學生在學習時容易興趣低，對課程重視不足。

這些因素都給工科課程的理論教學帶來嚴峻挑戰。培養方式的變革、課程計劃學時的減少，是教育實施者必須適應的外部條件，如何在有限的學時中提高知識傳授效率，教給學生完整的、必要的基礎知識？如何通過合理科學的教學方法改革手段來充分調動學生的學習積極性？如何促使學生在較少的課時內將所見所學轉化成自身知識體系？本文嘗試一種將概念圖—思維導圖方法引入課堂教學的教法改革。

2 思維導圖與圖示教學

思維導圖俗稱“腦圖”，自20世紀90年代傳入我國以來，受到各級教師的極大關注。思維導圖最初是一種非線性記筆記的方法，通過類似樹形結構的圖文結合形式繪制思維過程，強調記錄過程的思維激發與整理。學習者借助思維導圖提高發散思維能力，利用可視化的方式梳理思維的脈絡，并可供自己或他人回顧整個思維過程。

在教學方法中有一種與思維導圖非常相似的圖示教學法——概念圖。概念圖是康乃爾大學的諾瓦克（J.D.Novak）博士根據奧蘇貝爾（David P.Ausubel）的有意義學習理論提出的一種教學技術。概念圖是用來組織和表征知識的工具：將主題的相關概念分置于各個圓圈或方框表示的節點，然后用連線將相關概念節點連接，并在連線上標明兩個概念之間的意義關系。

近年來，學術界對思維導圖和概念圖在教育教學中的作用進行了眾多探索與研究。通過教育研究文獻分析，從統計結果來看，應用最多的前三個學科為教育技術學、數學和化學。而從教育技術角度，多數學者或是對思維導圖或概念圖的定義/表征進行思辨，討論其異同；或是從使用出發，介紹某一學科知識的圖示表征方法或工具。很少有將思維導圖這種有利于激發學生自我創新思維能力的發散式思維過程與教學設計過程和課堂組織相聯系，更鮮有將發散式的圖示教學實現于高校工科教學中。

3 思維導圖工具的教輔要求

將思維導圖所代表的頭腦風暴過程結合到概念圖教學，使教與學雙方在利用圖示教學傳遞知識概念的同時，可以主動地、交互式地記錄、描述并組織自身知識體系。因此，教學過程中應該針對具體教學環節的實用需要，選取適宜的方式完成導圖繪制。例如：教師在授課時的導圖應界面清晰、操作簡潔并且易于共享，因此可以結合現代多媒體教育技術和網絡技術來實現思維導圖制作；學生聽課記錄則大多只能采用紙質手寫來完成導圖形式的快筆記或微筆記；而教師進行教學設計、完善教案準備，學生實現課后整理、知識重構，則又可以選用功能豐富、整理方便的軟件來制作思維導圖。表1是常見的導圖制作方式與工具的分類說明和簡單對比。

4 教學設計與實踐

思維導圖用于教案組織 教學設計是課程教學的核心組成要素之一。教師對課程體系的理解，對知識點及教材內容的把握，對教學效果的預期設定和反饋控制，對教學對象深層次思考的誘導以及雙方互動方式等，都應在教學設計中充分準備。教學設計在整個教學活動中的作用不亞于劇本對于影視作品的重要意義，其具體表征就是教學教案和備課筆記。具備良好教學經驗的教師根據學生認知水平，通過每一次課的教學設計和調整，可以準確地定位教學目標，幫助學生厘清教學重點和難點。從教學效率來說，有效規劃教學用時，選用適宜的理論教學形式并能高效組織課堂教學過程，需要通過良好的課前教學設計才能實現，而思維導圖這一圖示工具可以幫助教師在教學設計和教案組織時更加方便地將教學活動的各種預期因素聯系起來，形成一個完整、立體、靈活、生動的教學實施方案。

將思維導圖用于教學設計通常考慮三個方面：以層次分明、結構清晰的形式描繪理論概念、知識點之間的相互邏輯關系，幫助教師全局性地把握每次教學內容；簡明清楚地標注每個知識點教學所需的教學手段、講解方式、配套案例及交互形式，輔助教師將良好的教育技術融入理論傳授；教案電子化可以讓教師從傳統紙質備課的煩瑣中解脫出來，選用導圖制作工具時應兼顧界面友好、操作便利、功能完整且兼容性強。

實踐發現，教學教案的制作對演示性和協同性要求不高，利用專業圖表軟件或者思維導圖工具進行思維導圖制作，工科教師基本無使用門檻，軟件的強大功能可以很好地幫助教師完成課程知識體系、教學教案的整理組織。圖1所示為利用Edraw繪制的本文教學設計活動思維導圖。

思維導圖重構課堂教學 大多工學理論存在針對性強、知識點雜、與實踐結合度高、學科跨度大的共同點。通過圖式教學教案和備課筆記的準備，教師完成可以完整展示課程概念、基本厘清每次授課知識點間邏輯關系的思維導圖。但是區別于教學設計中以組織教學為目的，以合理利用教學用時與教學資源、規劃教學思路和教學流程為要義的方案，在課堂教學實施過程中，師生不僅需要可以高效、明晰地總結和展示課程要點的圖示結構，更需要能激發學習興趣和學習熱情的工具，從而提高學生的學習參與度和課堂注意力，激活學生主動思考與聯想，增強學生的課堂記憶效果。因此，圖示教學的理論課堂要求以知識結構層次分明、邏輯關系清晰明了、多色彩多維度吸引力高的形式突出重點，要求以演示直觀方便、操作便利高效的工具節約教學用時，要求以交互順暢、支持協同的平臺激發學生參與。endprint

在實際授課時，教師利用網絡輔助，以在線思維導圖工具為主要平臺，通過教學設計的師生互動形式（教師為主，學生為輔），按照“導入備課模板—理論施教與理解—思考、討論—互動完善導圖—共同重構知識結構”的步驟，以思維導圖繪制為主線，以傳統板書、多媒體教學為手段，快速展示凝練的理論、概念，誘導并融合學生思考。同時，學生利用紙筆摹臨記錄、發散思維、自我定制的方式構造各自的思維草圖，為知識的記憶、理解與鞏固整理做好準備。實踐中，交互協同的繪圖過程也顯著提高了學生的課堂參與度，有助于師生互動討論，活躍課堂氣氛。圖2為利用百度思維導圖平臺完成的嵌入式系統課程知識點討論。

思維導圖用于交互學習 從工作效率而言，相對于傳統課堂筆記，聽課過程利用紙筆以思維導圖形式記錄理論概念、組織知識點，工作更加簡練迅速，可以保障學生在較短時間接受大量信息輸入。從教育學角度而言，眾多知識點的層次化連接過程，不僅是學生對課堂理論知識的組織建構過程，也是學生厘清知識聯系、整理思維脈絡的過

程；通過直觀畫面觸發大腦直覺思維，更是學生完成理論概念從記憶到理解的知識遷移過程。

在眾多的思維導圖繪制方法中，紙筆手繪實現了手腦同步，降低了制作硬件要求，適用于學生在課堂和實訓現場使用。課堂聽講時，學生接受教師的演示導圖，摹印、記錄理論講解過程，并結合自身理解與思考，通過課堂討論形成師生互動、生生交流，初步繪制帶有個人印記的思維導圖初稿。這種直觀簡單的個人作品，在課后能有效刺激學生加大學習投入，不管是將圖稿美化修飾，還是添補完善，使得學生實現一種“課內—課外”非同步的學習交互。通過對圖稿的修改和豐富，學生復習反思自己的學習過程，促進對新舊知識的融匯和總結。

同時，利用電子導圖工具實現課后再加工過程的圖稿轉錄，通過文件轉換和網絡協同功能，實現師生、生生間一種跨空間、非同步的思維碰撞和交互交流，也促進了思維導圖在課程知識體現上的延展，使教與學的過程變得更加完滿。圖3總結了在施教過程不同階段，師生對思維導圖的應用情況。

5 結語

為檢驗圖示教學的應用效果，通過電子技術、微機原理、數字邏輯和嵌入式系統等課程對多個班級進行跟蹤，一個完整學習周期下來，學生認同度基本達到100%，課后運用思維導圖整理復習的從5%上升至90%。雖然這個數據受到課堂要求和教師誘導等客觀因素影響，但也已有不少學生將思維導圖用于非試點課程的學習中，表明圖示教學起到增強學習效果的作用。

同時，在教學實踐中也發現，對于原理論證和公式推導的教學環節，交互型思維導圖對教學推動效果并不理想，尚需進一步的教學實踐和探索，以期將此教學模式在更大范圍實踐、檢驗和推廣。

參考文獻

[1]Lai C L， Hwang G J. A self-regulated flipped classroom approach to improving students learning performance in a mathe-matics course[J].Computers & Education，2016，100：126-140.

[2]Ismail M N， Ngah N A， Umar I N. The Effects of Mind Ma-pping with Cooperative Learning on Programming Performance， Problem Solving Skill and Metacognitive Knowledge among Computer Science Students[J].Journal of Educational Compu-ting Research，2010，42（1）：35-61.

[3]楊凌.概念圖、思維導圖的結合對教與學的輔助性研究[J].電化教育研究，2006（6）：59-61.endprint