以問題導圖細化學生學習過程的大學《熱學》線上教學研究*

曾 立 黃津梨 唐平英 馬 麗

(南寧師范大學物理與電子學院 廣西 南寧 530001)

1 引言

由于疫情影響,大學許多課程采用了線上教學的形式．在線上教學實施過程中,如何管理好學生的學習過程是保障教學質量的關鍵環節之一．由于學生的基礎、學習能力以及學習的自覺性較弱,而在線上教學中,更多的是需要學生自主學習,對學生學習的管理能力提出了更高的要求．在以往線下課堂教學中經常會出現大多數學生很難靜下心來仔細學習教材知識,對概念的把握不細致的情況,在線上教學中這些問題更加突顯．如何有效地管理教學過程、提高學生自主學習能力,是教師教學中必須要解決的問題．目前,在各種教學方法中,將思維導圖引入教學是其中一種有效的教學方法．思維導圖由英國學者東尼·博贊(Tony Buzan)于20世紀70年代創立[1],該方法主要是通過圍繞某一個中心主題,發散出與中心主題相關的多級圖,通過線條等方式體現各主題關鍵詞間的邏輯關系,利于記憶和理清知識脈絡．在教學中引入思維導圖,有利于幫助學生理清知識脈絡,構建知識體系,培養學生的發散性思維能力和提高學生學習的效率,被廣泛應用在大學物理教學過程中[2-4]．因此,根據我們多年對思維導圖在教學中的應用實踐,在大學熱學課程的線上教學中,我們針對大學《熱學》每一章,開發了一系列以問題構成的體系圖,即問題導圖,并提出了利用問題導圖,在教師指導下引導學生們自主構建知識體系圖的教學模式,以提升學生自我管理能力．教學中采用的教材為秦允豪著的《熱學》第四版[5]．

2 問題導圖細化學習過程

2.1 問題導圖的設計——以第二章為例

以《熱學》第二章“分子動理學理論的平衡態理論”為例展示我們的教學方法．“分子動理學理論的平衡態理論”是學生學習中遇到的比較困難的一章,這一章蘊含了一個物理觀念、物理思維及物理方法的大轉變,有很多概念難以理解．如在力學的學習中,我們可以從牛頓定律出發,嚴格推導遇到的物理問題,從而從本質上理解一大批物理現象,因此牛頓定律為我們理解力學提供了基礎．但在熱學這一章中,由于分析的角度從宏觀轉向微觀,要分析的對象數目很大,需要引入概率論的思想,要求學生對出現的新概念有深入理解的同時,還要求對概率論有一定的理解,概念關系復雜．因此,在學生學習中,關鍵是需要弄清這些概念之間的關系并形成體系,即構建這一章的知識體系圖,這是最有效的辦法之一．而在構建知識體系圖中,學生獨立繪制是關鍵,只有學生獨立繪制知識體系圖,才能真正理解并掌握知識及知識之間的關系．但要考慮到學生的基礎,以及有些學生在高中時沒有選修熱學模塊,對分子運動知識了解甚少的情況．除此,學生們普遍沒有知識體系圖概念,也不知道如何把這些還是很模糊的概念整理出來,這時候讓學生們自己獨立繪制知識體系圖,通常只能簡單地寫出一些定義及公式而無法真正達到學習的要求,這時就需要一種有效的框架引導.因此,經過多年的教學實踐,我們制作了本章節的問題導圖,旨在提供一種有效引導的框架,一個學生能夠得著的框架,方便學生對所學知識進行整理,明確概念的含義,理清概念間關系,從而構建自己的知識體系．同時又能讓學生們獲得學習成就感,還能為期末的復習奠定基礎．

首先對第二章的具體內容進行分析.

《熱學》第二章教學目標如下:

(1)提出本章的問題導圖并進行一定的講解,引導學生們獨立繪制本章的知識體系圖;

(2)通過完成知識體系圖的繪制,掌握本章的知識;

(3)學會并熟悉有效的教學輔助工具概念圖技術,為繼續學習打下基礎;

(4)通過完成整個教學活動,學生們獲得自主學習的成就感.

再分析整理第二章的內容,根據教學要求設計了第二章內容的問題導圖,如圖1所示．

圖1 第二章“分子動理學理論的平衡態理論”問題導圖

從圖1可看到,整章內容的問題導圖首先給出一個大的框架,分子動理學理論的平衡態理論分成3個部分:分布規律、統計規律及描述熱系統的一個簡單的經典理論．分布規律是對微觀模型的描述,也是對氣體分子的速度分布的一個描述,在分布規律下再次分為粒子數密度均勻與不均勻的分布規律兩類,這樣,就能幫助學生們把麥克斯韋分布律與外力場下自由粒子的分布整合起來,這一點是初學者尤其是基礎水平在中等以下的學生們很難想到的．在這個大框架里,特別把統計平均值作為統計規律從麥克斯韋分布規律中獨立出來,目的是讓學生們建立這樣一種思想:物理學的研究,首先是描述模型,然后再對模型進行數學計算研究,強調了對物理問題和物理模型的描述,這是很容易被忽視的地方．

圖1的問題導圖在這個大框架下根據知識點的內容分別提出了一系列問題,這些問題也按學習該章知識點的角度及深度組成一個網絡結構,根據這些問題的提示,有針對性地引導學生們去理解,總結歸納出相應的概念及規律,使學生在整理的過程中理解并明確概念及概念之間的關系．每一個問題都需要學生們耐心地把相應的內容整理并寫出來,培養了學生們靜下心來,對基礎的概念需要慢慢來的學習態度,督促學生們仔細閱讀教材．

大學《熱學》其他章節我們也根據章節的教學要求,制作了相應的問題導圖,如熱力第二定律的問題導圖如圖2所示．

圖2 第五章“熱力學第二定律與熵”問題導圖

2.2 問題導圖講解視頻的制作

各章節問題導圖的講解,除了講清問題導圖底層的問題外,要側重于分析問題導圖的大框架．制作為微課后上傳到課堂派的班級資源里,以利于學生學習及看回放．

2.3 教學實施過程

實施步驟如圖3實施流程圖所示．

圖3 實施流程圖

(1)課堂講解問題導圖,生生交流.

在學生們學習完成第二章的慕課內容之后,通過問題導圖講解視頻．

留出時間給學生們交流對問題導圖的理解．

(2)布置繪制“第二章分子動理學理論的平衡態理論”知識體系圖的任務．

限定一個星期的時間,學生們把自己繪制的知識體系圖在課堂派上傳作業．

(3)展示學生們的作品,并做總結．

通過展示學生們的作品,表揚學生們的努力及獲得的成果,生生之間交流．教師最后點評,并給出教師的作品,說明可以作為再次修改自己的知識體系圖的一個參考．在點評中鼓勵學生們在一定程度上可以按自己的思維習慣繪制具有個性的作品．

部分學生作品如圖4～6所示,圖7為教師的作品．總體看來,學生的作品非常棒,內容豐富,有手繪知識體系圖,也有用軟件繪制的知識體系圖．

圖4 學生作品一(第二章局部)

圖5 學生作品二(第三章局部)

圖6 學生作品三(第三章局部)

圖7 教師作品(第二章局部)

(4)修改完善

要求學生們課后再完善自己的知識體系圖,完善獲得提升．

2.4 實施評價

通過問卷對學生們使用問題導圖繪制知識體系圖的情況進行調查,數據如圖8所示.可以看到,約75%的學生是沒用過思維導圖及知識體系圖,有74.29%的學生認為問題導圖對繪制知識體系圖幫助很大,85.07%的學生認為知識體系圖對理解概念及概念之間的關系幫助很大,超過80%的學生在完成作品后很有成就感并表示在今后的學習中會繼續使用思維導圖．

圖8 問題導圖及知識體系圖調查

3 總結

教學中教師通過問題導圖引導學生完成課程的知識體系圖,達到了使學生們“跳一跳”就能達到教學要求的目的,細化了學生的學習過程,加強了線上教學的教學管理．學生們不僅通過整理本章的學習內容提升了學習的效果,更重要的是提高了自主學習能力,同時掌握了一種有效且普遍的學習及工作的輔助工具——思維導圖技術,這對其將來成為未來的教師是非常有幫助的．而對于線上教學過程,教師可以達到細化并督促學生學習的效果,加強了教學管理,提升了線上教學質量．