基于思維導圖的PBL教學模式在高中物理教學中的應用研究*

陳 麗 孔紅艷

(陜西師范大學 物理學與信息技術學院 陜西 西安 710119)

2017年版《普通高中物理課程標準》提出培養學生的學科核心素養，核心素養最終指向學生在學習生活中能有效調動學科知識解決實際問題的能力[1]。教育家陶行知曾說：“發明千千萬，起點是一問”。問題，是思維的開端，是創新的源泉。正是由于問題在培養學生核心素養方面的重要地位，有關問題式教學創新的討論開始升溫。PBL教學模式和思維導圖在培養學生能力方面已得到有效論證[2]，PBL和思維導圖在理論課程教學中是有效提高教學效果的手段。

PBL(Problem Based Learning)即問題式學習，正是一種用問題作切入，實現教師主導下的小組合作教學模式，其力圖將課堂交還給學生，重視培養學生解決問題、自主學習和小組合作的能力[3,4]，是近年來教育工作者關注的熱點。

思維導圖(Mind map)也稱心智導圖[5]，是一種用圖文結合的技巧將大腦自然思考的過程和結果可視化的思維工具，其鼓勵學生發散性思維、邏輯化思考，對學科知識合理有序的整理儲放，以達到在緊張的學習時間里學得快又記得牢的效果，目前廣泛應用在學科教學的各個環節。

1.基于思維導圖的PBL教學模式的優勢

PBL關注單個問題、開放式教學的特點使其能在實踐和項目式教學中得到廣泛應用，但在學科教學方面，存在難以聚集，難以形成學科知識體系的缺陷。因此，這里嘗試將思維導圖聯合PBL教學模式以融合進高中物理的教學中。

基于思維導圖的PBL教學模式是以思維導圖作為思維發散的有效工具和方式，將思維導圖的關鍵想法、聯想發散、圖形繪制、調整分析滲透到PBL教學模式的各個環節[6,7]。以促進學生能力提升、思維拓展，發揮學生學習主動性，摒除傳統課堂教師滿堂灌、學生被動接受的缺點，有助于教師自身素質和教學質量的提高。

1.1 對學生：培養學生終身發展和社會發展所需的必備品格與關鍵能力。

(1)促進學生角色轉變。基于思維導圖的PBL教學模式讓學生親歷探索與研究的全過程，學生是問題的發現者與解決者，是學習的主體，是合作的伙伴，是問題的質疑者。讓學生成為學習的主人，不是“要你學”，而是“我要學”。

(2)有利于學生個性成長和能力提升。這種通過自主學習、小組討論、信息分享合力解決真實物理問題的教學模式，促進學生不斷地思考，自主學習過程與制作獨特的思維導圖滿足學習的個性發展，充分發揮學生學習的主體作用，培養學生自學能力、綜合分析能力、創新創造意識，為學生的個性化成長奠定基礎；通過自主學習，合作學習、取長補短，對學生處理人際關系的能力是一個鍛煉，建立協調、積極、相互尊重而充滿競爭氣氛的學習關系。

1.2 對教師：有效落實“立德樹人”的根本任務。

(1)賦予教師多重角色。在這種教學模式中，教師的角色豐富多樣，但教師更多承擔的是組織者、參與者與主持人等主導類的工作，關注學生個人發展，有助于教師從繁重的教學任務中脫離，實現教學中心到教育中心的轉化。

(2)有利于教師自身教育教學技能的提高。相比于傳統課堂，小組合作的教學模式對教師提出了更高要求。PBL教學模式直指知識的應用，教師不僅要有過硬的教學技能，更要能融入時代，投入學生工作，明社會所需，知學生所思，解學生所惑，對課題要有充分的準備，而不是倉促的“背課”而是精心的“備課”。

1.3 對學科教學：有利于提高教學質量。物理教學過程與PBL基于實際問題并解決問題的特性不謀而合。真實鮮活的問題情境來源于生活問題并力圖解決應用在生活中的過程，從而提高學生的學習興趣，活躍課堂氛圍，有利于提高教學質量。

2.基于思維導圖的PBL教學過程

根據高中物理教學的實際情況，設計如圖1所示的基于思維導圖的PBL教學模式在高中物理教學中的流程，形成教師引領的問題式教學，學生主導的開放性學習探究、合作交流、展示與評價過程。下面用實例《牛頓第一定律》具體說明。

圖1 基于思維導圖的PBL教學模式在高中物理教學中的流程圖

第一步：創設情境，提出中心問題。

問題情境：設想有一個靜止的物體，沒有任何運動，要改變這個物體的空間位置，必須使它受力，如推、拉、提它，當不再施加力的作用時，物體就會停止下來。我們的直覺認為物體的運動總是與力相關的，有力作用在物體上，物體才能運動。在日常生活中，要想使一個物體運動的更快，就必須用更大的力推它。多次實踐經驗暗示我們：物體的運動速率跟作用的力有關。

生成問題：以上描述中的“直覺”“生活經驗”正確嗎？物體運動的原因究竟是不是力？如果不是，給物體施加更大的推力會讓物體運動的更快難道會有錯嗎？[8,9]

教師在認識學生原有認知水平基礎上，為學生闡述一個真實的、看似合理的物理情境，提出劣構問題，引導學生回憶初中所學知識，領悟亞里士多德的錯誤觀點延續兩千多年的原因，體會直接觀察得出結論并不總是可靠的，由此感受到科學研究在物理學習中的重要性。

第二步：自主學習，開放性學習探究。

思維總是從疑問開始的。學生從PBL問題中獲取學習任務，即物體的運動和力的關系。教師對學生進行分組，要求小組成員以自學或多人協作形式，查找文獻資料，進行實驗探究等，分析比較亞里士多德和伽利略等人在研究運動和力關系問題上的觀點，鼓勵學生思維的充分發散，教學資源的有效整理利用，繪制思維導圖的子節點，培養學生的自主學習能力，資料收集能力，解決問題的能力。

第三步：小組合作交流，完善思維導圖。

合作是社會生活中解決問題的重要方法。教師在以學生為主體的學習環節發揮先行指導作用，隨時為學生提供幫助，對需討論的問題層層分級，步步引導，在課前對學生在自主學習和合作交流階段遇到的思維障礙進行預測并提出引導措施。

第四步：小組匯報，教師點評。

組員代表將本組討論結果以一張思維導圖的形式進行匯報，教師和學生都是匯報的點評者與總結者，教師對成果點評、修正并提示下一步的學習。如圖2所示，是本節課在經由3次開放性學習探究、討論合作、展示與評價后形成的完整的思維導圖。教師每一部分總結的過程需要幫助學生抓住重點、突破難點，讓學生深刻體會到牛頓第一定律的內涵及其發現過程背后的思想方法。

4.教學建議

基于思維導圖的PBL教學模式優勢明顯，效果顯著，在教學時需要注意下面幾點。

4.1 為學生提供教學資源并進行預測。教師需要在課前進行充分的準備和預測。為學生提供額外的學習資料，如文獻、視頻甚至開放實驗室等。對學生學習過程中可能出現的問題進行預測并提供預案，如學生討論中可能會出現的觀點和現象，如何激發學生對問題的思考，如何扭轉不良的討論等。

4.2 選取真實、有趣，且具有思考性的問題。問題是學習的起點，問題情境必須與學生基礎相適應。問題的選取過于簡單，無法引起學生求知討論的興趣；情境的設計過于抽象復雜，學生不知如何下手而達不到教學的效果，問題的選取和設計應是學生具有一定的知識基礎且有操作學習的空間。

4.3 發揮導師作用，靈活選取教學方式。高中學生在物理學習能力和思維能力方面存在缺陷不足，教師在PBL教學過程中不宜過分強調學習自主性，讓學生從始到終自主討論、自主探究、自主講解、自主歸納。應視問題難易程度、學生的認知水平，以學定教，靈活選取自主型教學、共同解決問題型教學、提示型教學等教學方式[12]。

4.4 鼓勵教師以思維導圖的形式形成課件。傳統課件以線性呈現，與思維導圖結構式框架式特點相悖，易造成學生思維單一混亂。用思維導圖制作課件、制作導學案等，推動教師的備課過程，且匹配學生的思維過程，從而提高教學的靈活性。

4.5 課堂氛圍與師生關系。學生的全過程參與是PBL教學模式與傳統教學模式的最大區別之一，在此過程中，學生角色由被動的參與者變為積極主動的參與者，角色的轉變可能會讓學生存在不適應。因而，構建輕松、活躍的課堂氛圍和平等、民主的師生關系將有利于學生的課堂參與、師生間的合作。

基于思維導圖的PBL教學模式符合物理學習“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念，有效調動問題、指導者與問題解決者，尤其在學生的核心品質與關鍵能力培養上有顯著效果。相信經過不斷的調整與細節豐富，這種教學模式將會得到更為廣泛的應用。