思維導圖在燃氣輸配課程知識體系構建中的應用

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.22.134

摘 要 燃氣輸配課程在建筑環境與能源應用工程專業教學中扮演著重要角色，然而，傳統的課堂教學方式存在信息碎片化和知識點孤立等問題，難以滿足學生的綜合學習需求。作為一種可視化工具，思維導圖能夠將一門課程的知識內容以圖形化結構的形式進行表示和組織，促進課程知識體系的構建，有助于學生更好地理解課程的內容、關聯和層次，同時可以幫助教師設計教學計劃、評估學生的理解和提供個性化的學習指導。以思維導圖的形式構建燃氣輸配課程知識體系，闡述課程的知識結構、內容框架、層次關系，注重系統觀念和各知識點間的內在關聯，優化教學資源，探索教學改革，增強教師的教學效果和學生的學習體驗。

關鍵詞 思維導圖；建筑環境與能源應用工程；燃氣輸配；知識體系；教學改革；課程思政

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）22-0-05

0 引言

為主動應對新一輪科技革命和產業變革，加快培養新興領域工程科技人才，改造升級傳統工科專業，2017年我國正式推出新工科建設計劃[1]。新工科作為一種新型工程教育，對人才培養提出一系列新的要求，包括多學科融合教育、創新和創業教育、終身學習、工程實踐經驗培養等。這促使我國大學教育必須進行全面改革，包括教學內容、教學方法和知識體系。長期以來，我國高等教育高度重視教學內容和教學方法的改革，卻忽略了課程知識體系的構建，而當前大學教育中的課程知識體系存在諸多問題，包括內容過時、缺乏跨學科整合、難以跟上快速變化的科技和行業趨勢、缺乏實踐性和創新性等。這些問題導致學生畢業后不具備現實世界所需的技能和知識，難以適應不斷演進的職業環境。因此，有必要對課程知識體系進行改革，以滿足現代社會和勞動市場的需求。

建筑環境與能源應用工程專業是一個典型的多學科知識交叉的工學專業[2]，課程內容涵蓋暖通空調、建筑技術、環境科學、信息科學、機械工程、電氣工程、工程熱物理、工程經濟等多個領域的知識，在專業課程教學中往往存在課程內容分散、知識碎片化的問題，使得學生難以系統學習和掌握多領域的專業知識，出現學習積極性不強、學習效果不佳的情況。

1 思維導圖的概念及繪制

思維導圖（Mind Map）是英國著名學者Tony Buzan在20世紀60年代提出的一種表達發散性思維的圖形思維工具。它作為一種可視化工具，模擬在人類思考過程中大腦中的神經元建立連接的過程，用于以非線性的方式組織和表示信息，能夠幫助人們理清思維，整理和記憶信息[3]。思維導圖通常以中心主題或概念為起點，從中心主題輻射出分支，每個分支表示與中心主題相關的子主題或關鍵詞，這些分支可以再分支，以構建復雜的信息知識網絡。在現代教育領域，思維導圖正在日益受到關注和廣泛應用[4-9]。以思維導圖為綱，將課程的知識點、重點、難點進行梳理、歸納和總結，構建知識點框架，貫通知識點間的聯系，可以幫助學生更加深刻地認識課程知識體系和高效記憶，加強學生對課程重點和難點的理解，培養學生的系統性邏輯思維和自主學習能力[10]。

思維導圖一般通過軟件進行繪制，常用的思維導圖繪制軟件包括Xmind、印象筆記、石墨文檔、ProcessOn、BoardMix等，這些軟件具有高效靈活、容易修改、模板豐富等優點。當然，在進行軟件繪制之前也可通過手工繪制的方式進行草圖繪制，手繪可能會帶來更好的記憶效果。

2 燃氣輸配課程的地位與特點

燃氣輸配是現代城市生活中不可或缺的能源供應系統之一，特別是在“雙碳”戰略背景下，燃氣行業需要朝著更加可持續和環保的方向發展。作為建筑環境與能源應用工程專業的主干專業課程之

一[11]，燃氣輸配是一門涉及燃氣供應系統的課程，主要關注燃氣在輸送、分配和利用過程中涉及的原理、技術和安全管理等內容。該課程旨在培養學生城鎮燃氣管網規劃設計、燃氣輸配系統設計，以及燃氣輸配工程施工、運行、維護與安全管理的能力。學生通過這門課程將學到如何規劃、設計和管理燃氣輸配系統，同時考慮燃氣輸配系統可能的環境影響和安全性。這對于建筑環境與能源應用工程專業的學生，特別是未來從事燃氣行業工程與管理的學生來說，提供了重要的基礎知識和專業技能。

燃氣輸配課程的重點內容包括城鎮燃氣的基本分類與性質、燃氣輸送原理、燃氣輸配系統、燃氣的壓送與儲存、燃氣安全與管理等，難點在于燃氣輸送和分配系統涉及復雜的工程計算與設計，對學生的數學和物理基礎要求較高。同時，燃氣輸配領域不斷涌現出新技術，如智能管網、遠程監測、物聯網AI技術等，學生需要了解這些新技術，以適應行業的發展。另外，該課程涉及多學科的知識，包括燃氣工程、熱力學、流體力學、流體輸配管網、工程經濟等領域，學生需要綜合運用多個學科的知識來理解和解決燃氣輸配系統設計、施工與運行中存在的問題。由于燃氣輸配系統通常由復雜的管網、閥門、調壓設備、儲氣設施等組成，教師在講授這門課程時需要特別注重課程知識體系的系統性，以讓學生牢固掌握燃氣輸配系統的整體結構和運行原理，理解各部分設施之間的相互關聯性。

3 燃氣輸配教學過程中存在的問題

3.1 教材內容的更新速度跟不上標準規范和法規的變化以及新技術的不斷涌現

燃氣領域的技術標準規范和法規不斷迭代，教材和課程內容無法隨之更新以反映這些變化，學生就無法掌握最新的行業實踐和標準。特別是某些章節部分內容不夠全面和深入，對某些標準規范中的重要條文未做介紹，部分章節未引用最新版本的相關規范。教材作為學生學習中至關重要的工具，應該及時更新內容，特別是新理論和新技術，一旦教材存在內容不全、知識陳舊的問題，將直接影響教學效果，學生將無法獲得最新的信息和知識。因此，應構建面向行業前沿、應對企業需求，以培養學生工程實踐能力和創新能力為核心的課程體系。在構建課程結構體系時，要以開放、融合、交叉、貫通為導向，結合交叉學科的新知識、科學研究的新成果、驅動發展的新技術，優化課程講授內容。

3.2 單一的教學方法無法滿足教學要求

燃氣輸配課程通常采用傳統的講授法作為主要的教學方式，課堂上教師在黑板上或幻燈片中展示知識，向學生灌輸大量信息，導致學生聽課時感到昏昏欲睡。這種單一的教學方法可能限制學生的參與度和創造性思維的發展，達不到要求的教學目標，有必要考慮引入更多互動、實踐和跨學科的元素，以豐富教育體驗，培養學生綜合能力[12]。

3.3 燃氣輸配課程教學手段相對滯后，現代化的教育技術和在線學習資源未被充分利用

雖然多媒體具備豐富的圖像、文本和聲音元素，且常被用作課堂教學工具，但通常情況下，教師的利用僅限于將教材內容投射到屏幕上，最多加入一些簡單的圖片和動畫來展示講授思路。這種有限的利用方式限制了學生的學習體驗，未能滿足不同學習風格的需求，也未能充分利用互動性和創新性教學方法，導致教學的滯后感。因此，教師需要借助更全面、創新的教學手段來更好地利用多媒體工具，以提高學生的參與度，拓展學生對知識的理解。

4 基于思維導圖構建燃氣輸配課程知識體系

燃氣輸配是供熱、供燃氣、通風與空調工程四大就業方向中的一項重要內容，也是國家注冊設備工程師（暖通方向）專業課的必考內容，在課程體系中具有重要的地位[13]。鄭州大學土木工程學院建筑環境與能源應用工程專業燃氣輸配課程所使用的教材為中國建筑工業出版社出版、段常貴教授主編的《燃氣輸配》（第五版），該教材為普通高等教育本科國家級規劃教材和高校建筑環境與能源應用工程學科專業指導委員會規劃推薦教材[14]。本文通過思維導圖構建燃氣輸配課程知識體系，如圖1所示。

教材內容共包括13章，按照內容可分為五大知識模塊：燃氣基本知識，燃氣輸配系統，燃氣管網計算，燃氣的計量、壓送與儲存，其他燃氣供應。由于受課時的限制，本課程重點講解前四大知識模塊，壓縮天然氣供應、液化天然氣供應、液化石油氣供應三章內容以學生自學為主。根據鄭州大學建筑環境與能源應用工程專業制定的培養方案和教學計劃安排，該課程的前期學習課程包括普通化學、工程熱力學、流體力學、流體輸配管網、建筑環境測試技術等，后續學習課程包括暖通空調施工技術、畢業設計等。

對于這門工程技術類專業的主干課程，培養的學生除了需要具有扎實的理論基礎外，還需要具有解決實際問題的能力[15]。因此，在實際教學中，教師應注重基礎理論與工程實踐的結合，引入實際案例來鞏固理論知識，以便學生能夠將理論知識應用到實際燃氣輸配系統的設計和管理中，不斷增強學生的工程實踐能力。比如在“城鎮燃氣的質量要求”一節，可以融入一些燃氣安全事故等相關案例，以加強學生對燃氣安全的認識和重視。學生可以更加深入地了解燃氣安全事故的原因和危害，以及如何預防和避免類似的事故發生。

同時，實際案例也可以提醒學生在使用城鎮燃氣時要注意安全，在進行燃氣輸配系統設計和管理時要嚴格遵守國家及行業相關法律法規和標準規范。比如在“建筑燃氣供應系統”一節，可以讓學生觀察學校餐廳和附近住宅小區的燃氣管道的布置情況，時也可以觀察自己家廚房內燃氣管道的布置，在此基礎上進行基礎知識學習可能會取得更好的學習效果。

隨著科學技術的迅速發展，新的知識和技術層出不窮，而教材的更新速度卻相對較慢，導致學生在學習過程中無法及時獲取最新的信息和知識。因此，在一些章節講授時需要補充相關知識，積極應對教材內容更新慢的問題，對于學生適應未來社會需求具有重要的意義。比如在“燃氣的分類”一節，講解天然氣相關內容時，補充“碳達峰、碳中和”國家戰略相關內容，介紹天然氣行業的發展在應對氣候變化和推動低碳經濟發展方面的重要作用；在講解我國天然氣資源時，補充“西氣東輸”輸氣管道工程相關內容，讓學生通過了解“西氣東輸”大國工程，深入理解我國能源戰略和油氣資源的分布格局，培養學生的“大工程觀”以及對國家能源安全的關切意識。再如，在“燃氣的壓力調節及計量”章節，可以補充一些新技術，特別是物聯網平臺、人工智能、大數據和云計算等數字信息技術在燃氣智能調壓和燃氣智能計量中的應用。

近年來，教育部要求把思想政治教育貫穿人才培養體系，全面推進高校課程思政建設，發揮好每門課程的育人作用[16-17]。因此，在構建本門課程知識體系時也應該融入思政元素，通過思維導圖可以清晰地看出本門課程哪些章節能夠融入課程思政內容。比如在“燃氣的分類”一節，通過融入國家能源體系規劃、能源綠色低碳轉型、建設能源強國等相關內容，培養學生的能源安全意識和節能環保意識；通過補充介紹“雙碳”戰略相關內容，讓學生充分認識努力實現“雙碳”目標使命在肩，培養學生的社會責任感。

再如，在“城鎮燃氣的質量要求”一節，通過融入一些燃氣安全事故案例，培養學生的安全意

識；在“城鎮燃氣需用量”一節，通過講解燃氣的供氣對象及供氣原則，使學生明白燃氣工程屬于一項至關重要的民生工程，在進行燃氣供氣時應優先滿足城鎮居民炊事和生活用熱水及商業用戶的用氣；在“長距離輸送系統的構成”一節，通過講解長距離輸氣系統的組成部分，培養學生的系統思維和系統意識。另外，在“燃氣管網計算”“燃氣的計量、壓送與儲存”與“其他燃氣供應”模塊需要特別強調，工科專業的學生要時刻以標準規范為綱，培養學生的標準規范意識，為學生的職業發展奠定堅實的基礎。

思政元素在課程知識體系中扮演著至關重要的角色，不僅是傳遞知識的媒介，更是培養學生綜合素養和社會責任感的橋梁。

5 思維導圖在燃氣輸配課程教與學中的應用

思維導圖除用于構建課程知識體系外，其在燃氣輸配課程的教與學中也具有重要應用，主要體現在以下幾個方面。

5.1 課前預習與課后復習

在課前，教師可以通過教學平臺推送思維導圖相關知識，讓學生根據自己的思維方式和課程內容繪制思維導圖；也可以提供思維導圖作為預習材

料，引導學生關注課程的重點和難點。在課后，學生通過繪制思維導圖，可以將復雜的知識結構清晰地呈現在紙上，形成一目了然的圖形化框架，迅速回顧整門課程的知識結構，提高復習效率，為考試做好充分準備。

5.2 問題解析與思維拓展

在課堂上，教師可以利用思維導圖提出問題，引發學生思考；學生可以通過在思維導圖上添加分支和關聯，展開對問題的深入思考，培養批判性思維和創造性解決問題的能力。

5.3 學習反思與自我評估

思維導圖為學生提供了一個自主學習的工具。學生在構建思維導圖的過程中積極參與思考，通過親手繪制、連接和標注每個關鍵概念，拓展對知識的理解深度，能更全面地了解自己的學習狀態和需求，有助于形成自我反思的習慣。這種參與性學習能夠激發學生的學習興趣，讓他們更主動地探索和解決問題。

5.4 學生能力培養

在涉及多學科的內容時，思維導圖可以幫助學生將不同學科的知識融合在一起，促進跨學科綜合應用，培養學科交叉創新的能力。更重要的是，構建思維導圖可以培養學生的系統思維和歸納總結的能力。他們需要從眾多信息中提煉核心概念，并建立各概念之間的邏輯聯系。這種綜合性思考的過程有助于學生深化對課程知識的理解。因此，構建思維導圖不僅是一種學習手段，更是一種促使學生深層次理解和主動思考的教學方式，有助于他們更有效地掌握知識。

6 課程思維導圖的優勢和局限性

6.1 優勢

思維導圖是教師備課和授課、學生學習和鞏固知識的重要工具。基于思維導圖構建燃氣輸配課程知識體系的優勢在于：

1）思維導圖可以更加清晰地實現課程知識結構的可視化，幫助教師和學生更好地理解課程內容的組織和關聯；

2）思維導圖可以促進知識的聯想和創新，鼓勵學生建立概念之間的聯系，培養他們的跨學科思維能力；

3）思維導圖也有助于梳理復雜的知識點，簡化學習過程。

6.2 局限性

應用思維導圖構建燃氣輸配課程知識體系也存在局限性。思維導圖是基于個體的理解和認知構建的，不同的人可能會有不同的思維導圖，導致知識的主觀性表現，這對教師設計課程框架并與學生學習保持一致提出挑戰。此外，學生的思維方式和學習風格各不相同，不是每個人都能夠有效地利用思維導圖。因此，在構建燃氣輸配課程知識體系時，思維導圖應作為一個有益的輔助工具，而不是唯一的教學方法，可能需要結合其他教學方法和工具，以更好地滿足高等教育教學的需求。

7 結束語

本文基于思維導圖構建燃氣輸配課程的知識體系，探索教學改革的可行性。應用思維導圖構建燃氣輸配課程知識體系，可以幫助教師迅速梳理和整理教學大綱，清晰地呈現課程的知識結構，明確教學目標，設計教學步驟，確保課程的邏輯性和連貫性；同時可以使學生更全面、深入地理解相關知識，提高學習效率和學習體驗。然而，思維導圖在課程體系構建中的應用仍然面臨一些挑戰，需要進一步完善與優化。未來，應該探索更多基于思維導圖或其他科技工具的課程知識體系構建模式與方法，不斷提升教與學的質量，擴展教學方法的多樣性，促進學生綜合素質和能力的全面發展。

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*項目來源：河南省高等教育教學改革研究與實踐項目“新工科背景下土木類專業卓越工程師培養計劃2.0研究與實踐”（2024SJGLX0038）；鄭州大學教育教學改革研究與實踐項目“新工科背景下土木類專業卓越培養計劃2.0研究與實踐”（2023ZZUJGXM006）、“‘碳達峰、碳中和’目標下建筑環境與能源應用工程專業知識圖譜研究與建設”（2022ZZUJG221）、“基于CDIO（構思、設計、實現、運作）的建筑電氣課程體系研究與教學內容實踐”（2022ZZUJG224）；鄭州大學課程思政教育教學改革示范課程“燃氣輸配”（2024ZZUKCSZ087）、“智能建筑”（2022ZZUKCSZ079）。

作者簡介：樊廣濤、陳義波、寧柏松，博士，副教授；楊建中，鄭州大學土木工程學院副院長，教授；尚紹華，工程師；

郭亞賓，博士，講師。