思維導圖結合PPT課件在“大學物理實驗”教學中的應用研討

摘要：思維導圖作為一種表現知識關聯性與思考發散性的思維可視化工具，其在各個層次的教育教學中有著廣泛的應用與實踐。本文研究將思維導圖結合PPT課件應用于“大學物理實驗”的教學過程中，并以基礎性實驗“分光計的調整和使用”為教學案例，通過課前、課中、課后三個環節進行思維導圖結合PPT課件應用教學設計，提出基于思維導圖結合PPT課件的“大學物理實驗”教學新范式，以提高“大學物理實驗”課堂的教學效果。

關鍵詞：思維導圖；PPT課件；大學物理實驗

一、概述

“大學物理實驗”作為一門獨立必修基礎實踐課程，可以為后續專業實驗課程的學習打下重要基礎，因此該實驗課程的有效教學很重要。“大學物理實驗”基于一個個獨立實驗項目教學，通過測量某一物理量，或研究某一物理量隨另一物理量變化的規律性，達到培養學生的科學實驗能力、科學實驗素養。在該課程學習中學生不僅能夠按照實驗步驟按部就班地完成實驗，而且理解并學會運用實驗原理和方法去規范操作實驗儀器、分析解決實驗過程中的現象和問題顯得非常重要。通常教師采用實驗前講授、實驗中指導、實驗后評估三個環節進行課堂教學。實踐中發現：實驗前，教師的講授會影響學生掌握和運用實驗原理、實驗方法的程度，以及對知識的深層次理解與建構。因此，有必要研究“大學物理實驗”課堂有效的教學模式。

目前，高校教師主要采用PowerPoint開展大學物理實驗課堂講授教學，PPT課件善于依據前后、遞進順序逐步呈現內容，并實現制作不同頁數展示出不同信息量，可承載信息量彈性大。然而，PPT課件單獨一頁信息量有限且前后頁的知識點被強制物理分割，使得在教學中存在知識前后銜接不足的現象。另外，PPT課件屬于線性結構，需逐頁展示和講解，難以直觀呈現每項實驗的知識體系和思維過程等。

思維導圖最初是20世紀60年代英國心理學家東尼·博贊（TonyBuzan）發明的一種筆記方法［1］。由于思維導圖能夠很好地呈現知識關聯性、激發思考發散性等優點，近年來，思維導圖作為一種可視化思維工具在各個層次教學中得到廣泛應用和研究，部分院校和教師將思維導圖引入課程教學和實踐中，同時對教學實踐過程中存在的問題進行學術探究和改革［2-6］。本文將思維導圖與PPT課件結合應用于“大學物理實驗”的教學過程中，并對此進行研究，為高等院校大學實驗課堂教學模式改革提供一種新的思路。

二、教學案例設計——分光計的調整和使用

（一）實驗項目分析

“分光計的調整和使用”是一項基礎性實驗，要求學生能夠學會分光計儀器的調節方法與使用技能，以下簡稱分光計實驗。此實驗的調節步驟繁多，且步驟間有環環相扣的特點，只有上一步操作正確，才可進行下一步操作，使得教學中教學目標的達到有一定難度。同時，分光計實驗是課程中光學部分的第一個實驗，將為后續光學實驗打下重要基礎，要求學生不能停留在“知道”層次。通常課堂教學中，教師結合PPT依次講授分光計結構、原理和實驗內容后學生開始動手實驗。在PPT逐頁講解過程中，學生會因分光計儀器調節步驟繁多而遇到混亂、記不住、畏難等問題。另外，PPT展示的碎片內容沒有知識系統性，學生操作時出現不知所措、按部就班等現象。因此，PPT授課方式不能完全滿足該實驗的教學效果。

針對這種情況，教師講授時有必要加深學生對該實驗的整體理解和掌握。思維導圖作為一種高效的可視化思維工具，具有重點突出、層次分明、知識完整性等優勢，探索將其與PPT結合運用于該實驗教學過程中，在一定程度上提高教學效果。

（二）教學過程中思維導圖運用

1.課前，思維導圖輔助學生預習實驗

分光計實驗是一項操作難度較大的實驗，課前有必要要求學生做好課前預習。教師往往通過要求學生提交預習報告以評價預習結果，完成學情分析。但學生往往疲于寫報告，存在大段抄寫語句、答案雷同等現象，教師評估結果的參考價值降低；部分學生有認真預習的學習態度，但遇到有效預習沒有思路的困擾，報告形式滿足不了預習需求；少量預習報告卷面混亂，表達信息層次不清晰，教師評估預習效果困難。針對這些情況，教學中教師可以借助思維導圖布置預習任務，督促學生有效完成預習。

上課前，教師推送給學生該實驗的預習空白思維導圖（如圖1），要求學生完成空白導圖的填充并上交，同時向學生說明空白導圖可以根據需要任意新增或刪減線條和內容。該空白導圖有以下優點：首先，該導圖分為“實驗目的”“儀器結構”“實驗原理”等六大主干，方便學生從6個方面著手預習該實驗，提供一種預習思路，其中“儀器調節”主干做了星號處理，表明分光計的調節和使用是該實驗的重點和難點，便于學生知道重難點；其次，該空白導圖中的空線條同等于教師在問題驅動式教學中的提問：該實驗要達到什么目的，分光計是怎么構成的，分光計的工作原理是什么，怎么調節和使用分光計等，促使學生帶著這些問題去自主學習、深入思考以填充完整；再次，每根線條上填充的都是關鍵詞。這就要求學生在預習該實驗時，要對信息整合分類，不能再照抄大段文字，督促學生變被動學習為主動學習，減少書寫長篇文字的反感度；同時，導圖中關鍵詞不是孤立的，用線條等方式將關鍵詞之間建立有效鏈接，這促使學生對提取的關鍵詞之間的關系進行有效整合和適度聯想，且不同學生有不同的思考，繪制的預習導圖不同，預習導圖在一定程度上預防抄襲；最后，該空白導圖呈發散狀，可隨意向外延伸線條和相應關鍵詞，降低空間局限性。使用軟件繪制導圖時，空間布局自動完成，操作更加方便快捷。

基于以上空白導圖優點，預習導圖的繪制和完成促使學生主動思考、整合信息、搭建結構，有利于學生自主有效預習、教師有效評估預習效果。

2.課中，思維導圖結合PPT輔助教師講解實驗

學生的預習結果反映出對分光計儀器的調整還不太熟悉，教師有必要對該內容著重講解，以幫助學生克服操作困難。通常課中教師借助PPT的翻頁播放功能逐一介紹實驗目的、實驗原理、實驗儀器等，學生從前到后緊跟教師的思路，不能隨時查看已播放的PPT頁面內容或把握總體講授內容進度，且學生會在短時間內接受大量信息，對內容層次把握不清晰，難以記憶理解，例如，學生在操作時忘記粗調，直接進行細調。

針對PPT課件特點，課中教師可結合導圖進行授課，將該實驗的課堂思維導圖（如圖2）推送給學生，該導圖可以形象展示知識體系的清晰全貌，直觀呈現教師的思維過程。由該導圖右上角“實驗目的”開始按照順時針方向呈現的內容是教師講授內容順序，也是PPT課件展示內容，有利于學生整體把握內容層次和授課進度；“儀器調節”主干標注了星號，提醒學生該主干內容是該實驗的重點難點，學生在做預習導圖時知道這一點，當教師講授這部分內容時，學生會有意著重聽講；“儀器調節”主干分為“粗調”“細調”“測量”三個分支，標注了進度插件，方便學生準確把握操作前后順序；“細調”分支又分為5個小分支，標注了序號，有利于學生在操作時即使沒記住PPT課件展示內容，仍可借助導圖保持思緒清晰；“望遠鏡”和“平行光管”在不同主干下面都有出現，分別用同一個小形狀聯系起來，即構成導圖的網狀脈絡，這便于學生找到知識聯系、厘清操作機理。如“望遠鏡”既是“細調”下級分支，也是“工作原理”下級分支，分光計達到可測量狀態需要望遠鏡能夠接受平行光，由自準法原理可知，需要望遠鏡聚焦于無窮遠，在儀器操作中需要調節目鏡和物鏡，此處結合PPT頁面顯示望遠鏡工作原理示意圖和實驗現象圖，便于學生理解望遠鏡調節理論和實際操作的轉換；通過操作學生更加理解分光計是精確測定光線偏轉角的儀器，此時教師詢問“實驗拓展”這一關鍵詞，鼓勵學生去思考如何用分光計測量波長、折射率等，提問學生分光元件除了三棱鏡還有哪些，如果用光柵怎么實現波長測量，該實驗和“光柵衍射”實驗有什么關系。對于導圖中關鍵詞的提問，可以激發學生由關鍵詞聯想更多支撐知識，構建大學物理實驗項目間的知識網絡。

由此可見，課堂思維導圖呈現出內容精煉、結構清晰、層次分明等優點，既可以輔助教師進行PPT講解，又方便學生操作實驗時隨時查看、回憶，也有助于總結拓展時回顧實驗、拓展研究，在整個課堂教學過程中起到很好的輔助作用。

3.課后，思維導圖輔助學生復盤實驗

課后學生對學習內容進行及時復盤是必要且有用的。通常課后教師要求學生完善并提交實驗報告以加強課后學習，紙質報告形式單一，教師可要求學生對上交的“分光計的調整和使用”實驗預習導圖進行復盤修改，不要求畫面美觀，不要求和教師課上導圖內容一致，強調學生根據自己理解任意修改內容、建構層次，甚至可以舍棄預習導圖6個主干以重新搭建大框架。在重畫預習導圖時，學生繪制導圖更加熟練，對關鍵詞的提取和關鍵詞間的鏈接把握更準，有利于對課堂所學知識及時消化；當學習“光柵衍射”實驗時，要求學生預習參考分光計實驗復盤導圖，并尋找新舊知識點之間的聯系，形成知識網狀脈絡，實現知識遷移和運用。

預習思維導圖的復盤是學生獨自對所學知識進行系統梳理的過程。復盤思維導圖是鍛煉學生自主思考與學習運用的有效途徑，有助于學生對該實驗的加深理解、強化記憶，充分發揮學生的主動學習力。

由“分光計的調整和使用”實驗教學案例設計可見，基于思維導圖的“大學物理實驗”教學設計如圖3，思維導圖適用于直觀呈現單個實驗項目的知識體系和思維過程，在課前、課中、課后三個環節中都起到積極作用，且有利于復盤鞏固知識，有效銜接實驗間聯系。

結語

通過探索與實踐發現，思維導圖在“大學物理實驗”教學中的應用，讓教師的教學和學生的學習更加清晰，習得更加完整，認知更加系統，提高“大學物理實驗”教學的高效性。思維導圖和PPT課件的結合充分發揮兩者在表現形式上的互補優勢，加強開展系統整合式教學實踐，提高大學物理實驗課堂的教學效果。思維導圖結合PPT課件在“大學物理實驗”教學中的應用研究，將為各高校“大學物理實驗”教學提供一種新的有效教學模式，促進實驗教學改革。

參考文獻：

［1］東尼·博贊.思維導圖──大腦使用說明書［M］.北京：外語教學與研究出版社，2005.

［2］徐晨紅，蔡亞萍.概念圖、思維導圖和思維地圖的辨析［J］.科教文匯（下旬刊），2010（33）：101+108.

［3］趙國慶，陸志堅.“概念圖”與“思維導圖”辨析［J］.中國電化教育，2004（08）：42-45.

［4］梁銳杰，雷雪峰，謝果，等.思維導圖結合PPT課件在《無機化學》教學中的應用實踐［J］.廣東化工，2021，48（5）：234-236.

［5］王秋瀅，勇俊，李想，等.新工科背景下思維導圖在教學過程中的設計方式與教學效果分析［J］.高教學刊，2023，9（25）：107-112+116.

［6］楊云霞，郭英娃，徐敏，等.思維導圖在結構化學課程教學中的應用與探索［J］.化學教育（中英文），2022，43（10）：46-51.

作者簡介：李奇（1990—），女，漢族，安徽阜南人，碩士，講師，研究方向：大學物理（實驗）教學。