思維導圖在工程力學教學中的應用研究

董福元，李 寧，秦 春，劉廣君

(北方民族大學 材料科學與工程學院，寧夏 銀川 750021)

思維導圖是一種發散性思維和圖形相結合的形式。它的形成是由英國著名心理學家、大腦學家、記憶術專家Tony Buzan基于腦神經生理基礎上，類比自然萬物會發生放射性神經元而發明[1-3]。我們所理解的“思維導圖”這個術語應該被用來以全球結構圖的形式指導思維。語言組織是思維的外在表現形式，行為是實現思維的必然要求。所以用放射性思維來廣義地擴展思維的含義，我們可以說“思維導圖”是一個用來指導思維、指導語言組織、指導行為和行動的意識結構圖。使用思維導圖可以用圖的形式做出課程、章節提綱，清晰地表達出課程目標，將人的思想和教學內容有效地聯結起來[4-7]。思維導圖能夠將復雜的信息，有組織地與人類大腦思維相結合，轉變成信息之間有聯系且能容易記憶的圖形。因此，思維導圖成為一種科學有效的學習方法和思維模式工具。我國在不同的學科領域也開始大膽的嘗試[8-10]。

《工程力學》作為材料科學的一門專業基礎課程，致力于在較少的課時內使學生掌握工程力學中靜力學和材料力學的基本概念和基本理論及必要的實驗方法，為學生學習專業課程提供必要的力學知識，也為學生進一步自學力學課程打下良好的基礎。目前，“工程力學”在材料成型及控制工程專業大學三年級第一學期開設。通過本課程的學習,學生將有能力從簡單的實際工程問題抽象和簡化力學模型,對簡單的工程結構和組件能夠進行應力分析和平衡計算,并對常見的組件能夠進行應力分析和強度設計、剛度和穩定性設計。初步掌握測量材料的力學性質的基本方法。因此，《工程力學》是非常系統的，導致了內容的連貫性，難以理解，難以掌握。在課堂教學中，我們始終把培養學生的科學思維作為一個重要環節，使學生能夠科學合理地解決在今后本專業的研究和應用工作中遇到的問題。將思維導圖應用于工程力學教學，探索思維導圖教學模式。

1 思維導圖在工程力學理論教學中的應用

1.1 課前預習應用思維導圖

我們不僅在老師的教學過程中進行思維導圖繪圖，還讓學生練習使用該軟件。通過繪畫的過程，培養學生的主動學習的能力。例如，在課前預習階段，學生使用思維導圖的形式，按照易于理解和難于理解的方式，將學習內容進行聯系和安排，制定個人學習計劃，并進行自我評價。在這個過程中，學生根據自己的想法構建該章節的知識體系，能夠清晰地理解構成章節中的基本概念，并進一步理解概念的由來和含義。這不僅可以幫助學生鞏固所學章節知識，還可以發揮學生的主觀能動性，幫助他們發現問題，探索問題，解決問題，從而提高學生的自主學習能力和自主解決問題的能力。

可以使用思維導圖科學輕松制作章節的“預習課件”并將章節預習資料發送班內學生預習所用。教師可隨時抽查學生預習完成情況，并對提交的難于章節知識的掌握情況進行總結。隨時了解學生對課題知識點的了解情況，如果覺得大部分學生對知識點易于理解和掌握，可以根據情況進行翻轉課題的教學。

這個預習思維導圖的練習是向前邁進了一步，不同于筆記記錄，也不同于課后反思，但介于兩者之間(如圖1)因為它是解讀為“我的學習框架”,結構不應該單一，盡可能使用多的結構,但是根據自己的理解,需要重新安排不同的結構。對于預習章節的知識點，可以使用選擇的方法,選擇自己感興趣的內容或使用形成一個新系統,也可以使用淘汰的方法,去掉你不感興趣,不關心或者已經熟悉的知識。在思維導圖的圖表中，每個分支都用一個精煉的短語來表達，但是我們知道這可能是不準確的。除了學生制作自己的結構外，對必要的分支做一個一分鐘的即興總結，也就是用學生自己的語言把章節中表達的相關知識點內容記錄在相應的分支上作為附件。當學生有能力通過自學的方式，根據預習思維導圖的結構做一個完整的大概五分鐘即興歸。然后再去翻看預習思維導圖,進行進一步的修正,反復完善思維導圖中的不足。甚至可以，課后再翻看預習思維導圖中知識點與課堂講解知識點之間的差異，甚至半個月后再返回修正預習章節的思維導圖。

圖1 工程力學課程預習向導圖

1.2 課中應用思維導圖

雖然老師一再強調課前預習的重要性，但很少有學生能真正認真地做好準備，不認真的預習往往會導致上課的思路跟不上。大部分學生不記筆記，課上學生記筆記時只是簡單機械照搬了教材的概念和定義、分類、機制、應用等內容，并沒有對教學內容進行詳細的分析和深入的理解。課上存在低頭玩手機甚至睡覺現象。課后作業不認真，存在大量作業抄襲現象。在開始上課前，教師應向學生進行思維管理軟件的使用方法和主要用途的介紹。因為作者學生是材料工科類專業，計算機技術基礎相對較好，所以學生很快便可以就掌握了軟件的基本操作。思維導圖在職場中也被廣泛應用于任務框架分解、工作思路整理、工作流程安排、團隊協作制定、檔案資料整理等工作中。所以學生表現出了濃厚的興趣。作為一種教學策略，它還可以激發學生學習的積極性和興趣。在教學活動中，教師可以使用思維導圖來展示板書、圖形知識和展示結構，從而提高學科教學的有效性。思維導圖作為一種輔助的教學設計工具，能夠激發學生參與教學活動的積極性[3-5]。

在本次教學活動中，思維導圖軟件作為一種教學工具貫穿于整個教學過程。老師應該首先顯示課程的總思維導圖，幫助學生復習上節課的內容,并理解本章節與之上一節課內容的關系，它不僅幫助教師展示了兩種課堂教學之間的關系，而且加深理解了本節內容在整個章節教學中的作用,從而達到總覽整體的效果，起到了承上啟下的作用。

同時協助教師實施任務驅動，教師使用軟件展示本章的主題，并將其引入課堂，有效跟蹤學生的認知進展和思維動態，及時給予指導。然后具體展示本章節的具體的內容，呈現本課的基本知識思維導圖(見圖2)，主要分為六個知識點以及每個知識的三個拓展主題。我們講解的約束力與反約束力內容,因為有六種類型的約束力與反約束,學生容易混淆,難以理清什么是使用什么樣的受力特點,不容易掌握整個結構,我們使用思維導圖框架學習這部分的知識,把知識的內容點列在體系圖上,讓學生有一個總體印象，再安排板書等講解具體的知識要點，整個教學過程系統且詳盡，贏得了學生的認可。

為了將一門課程的知識有效的傳授給學生,以便學生掌握知識的背景下可以構建的知識框架，教師必須首先運用思維導圖建立一個完整的課程知識點體系，加強對教學內容的整體把握并有效整合各類課程資源，從而使得整個教學過程和流程設計系統和有效。

圖2 工程力學中約束與約束力講解結構圖

1.3 課后復習應用思維導圖

除了利用思維導圖在教學過程中導入課堂，在復習部分也可以借助思維導圖。在章節知識點的學習和記憶過程中，思維導圖的作用也是多方面的，(一)通過零散知識點的組織，可以幫助學生做好課堂筆記的記錄和整理，幫助他們理解新的原理，加深了記憶，提高了學習效率；(二)梳理重要知識點，構建知識體系，輔助理解和記憶，學生便于接收，克服傳統教學課堂知識點多，容易遺漏的弊端，如圖3所示;(三)探索問題解決的要素，形成解決思路。例如，在記憶新的概念、歷史事件和理論時，繪制思維導圖可以增強記憶，提高復習效率[2]；(四)在構思解題思路時，繪制思維導圖可以發散思維，形成解題框架。

圖3 第一章基本內容小結思維導圖

2 思維導圖的教學研究意義

2.1 有利于整體理解課程內容

在專業性強的課程教學過程中，課本和教材往往采用簡單羅列的形式來講解每一章的教學內容，從而導致了每一章節的知識點之間缺乏聯系和系統性，進而導致學生對整體知識掌握不足。思維導圖可以很好地從不同層面突出知識網絡，進而揭示內部結構和概念之間的關系[1]，為學生提供整個專業課程完整的知識框架。例如圖4所示，對靜力學和材料力學進行不同層面的對比和類比，清晰地映射學生對知識的整個思維過程，從而實現思維的可視化，加深對知識的理解和應用。

圖4 《工程力學III》課程內容結構圖

2.2 有利于實現課程導航并高效制作課件

在多媒體教學條件中,可以快速地展示課程知識的全貌，利于對課程內容的導航[2]。此外，思維導圖制作的課件具有特有的優勢即可以幫助教師更加高效的制作課件：使用關鍵字形成一個關系圖,簡單的生產,擺脫約束的線性筆記;只要教學研究中有新的突破，教師可以立即添加內容的思維導圖來實現強相互作用。或者教材發生版本的變化或者章節的調整，本課程的教材范欽珊著的工程力學(工程靜力學與材料力學)由第二版到第三版的更新。教師只需修改關鍵字和鏈接，即可快速更新思維導圖的內容。

2.3 有利于提高學生的創新思維能力和學習效率

思維導圖可以連接廣泛的知識和想法，并有效地分析它們，以最大限度地創新[7-10]。思維導圖的繪制過程實際上是一個以直觀、形象的方式進行個人思考和表達的過程，非常接近人類的自然思維過程。這種信息處理方法要求學生運用思維導圖積極地對系統知識進行分析和整理，避免了知識的簡單機械記憶，提高了學生的理解能力，提高了學生的創造性思維，從而提高了學生的學習效率。

4 結語

本文針對民族院校工科專業課程的教學現狀，以工程力學課程為例，把思維導圖融入到該課程的教學過程中。既能激發學生的學習興趣和潛能，又能幫助提高學生工程力學的學習效率和學習效果。這是教學課程和信息技術整合的一種有效和積極的教學方式，值得在教學中大力推廣。