利用思维导图重构高校工科理论教学

张蔚+梁惺彦

摘 要 针对目前高校工科课程中理论教学的特点，探索用思维导图方法贯穿教学过程，实现互动图示教学的方法，重点介绍思维导图设计工具的适用性及其在教案组织、课堂交互和课后辅助等方面的教学设计应用。

关键词 概念图；思维导图；工科课程；图示教学；教育技术

中图分类号：G642 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）23-0097-03

1 前言

随着卓越工程计划和工程专业认证的推动，目前地方性工科院校的教育培养方案中应用与实践比重越来越高，理论教学受到不可避免的影响，主要表现在以下几点：

1）培养计划中，应用型课程、实践实习比例加大，基础性、理论性课程学时逐渐缩减。

2）在专业课程中，为了提高学生的实践操作能力，课程教学活动的展开逐渐采用一体化教学方法，以实践实训项目带动教学，分配给理论知识教学环节的时间相对减少；

3）由于理论知识学习相对枯燥，很难快速得到创新创造的成就感，学生在学习时容易兴趣低，对课程重视不足。

这些因素都给工科课程的理论教学带来严峻挑战。培养方式的变革、课程计划学时的减少，是教育实施者必须适应的外部条件，如何在有限的学时中提高知识传授效率，教给学生完整的、必要的基础知识？如何通过合理科学的教学方法改革手段来充分调动学生的学习积极性？如何促使学生在较少的课时内将所见所学转化成自身知识体系？本文尝试一种将概念图—思维导图方法引入课堂教学的教法改革。

2 思维导图与图示教学

思维导图俗称“脑图”，自20世纪90年代传入我国以来，受到各级教师的极大关注。思维导图最初是一种非线性记笔记的方法，通过类似树形结构的图文结合形式绘制思维过程，强调记录过程的思维激发与整理。学习者借助思维导图提高发散思维能力，利用可视化的方式梳理思维的脉络，并可供自己或他人回顾整个思维过程。

在教学方法中有一种与思维导图非常相似的图示教学法——概念图。概念图是康乃尔大学的诺瓦克（J.D.Novak）博士根据奥苏贝尔（David P.Ausubel）的有意义学习理论提出的一种教学技术。概念图是用来组织和表征知识的工具：将主题的相关概念分置于各个圆圈或方框表示的节点，然后用连线将相关概念节点连接，并在连线上标明两个概念之间的意义关系。

近年来，学术界对思维导图和概念图在教育教学中的作用进行了众多探索与研究。通过教育研究文献分析，从统计结果来看，应用最多的前三个学科为教育技术学、数学和化学。而从教育技术角度，多数学者或是对思维导图或概念图的定义/表征进行思辨，讨论其异同；或是从使用出发，介绍某一学科知识的图示表征方法或工具。很少有将思维导图这种有利于激发学生自我创新思维能力的发散式思维过程与教学设计过程和课堂组织相联系，更鲜有将发散式的图示教学实现于高校工科教学中。

3 思维导图工具的教辅要求

将思维导图所代表的头脑风暴过程结合到概念图教学，使教与学双方在利用图示教学传递知识概念的同时，可以主动地、交互式地记录、描述并组织自身知识体系。因此，教学过程中应该针对具体教学环节的实用需要，选取适宜的方式完成导图绘制。例如：教师在授课时的导图应界面清晰、操作简洁并且易于共享，因此可以结合现代多媒体教育技术和网络技术来实现思维导图制作；学生听课记录则大多只能采用纸质手写来完成导图形式的快笔记或微笔记；而教师进行教学设计、完善教案准备，学生实现课后整理、知识重构，则又可以选用功能丰富、整理方便的软件来制作思维导图。表1是常见的导图制作方式与工具的分類说明和简单对比。

4 教学设计与实践

思维导图用于教案组织 教学设计是课程教学的核心组成要素之一。教师对课程体系的理解，对知识点及教材内容的把握，对教学效果的预期设定和反馈控制，对教学对象深层次思考的诱导以及双方互动方式等，都应在教学设计中充分准备。教学设计在整个教学活动中的作用不亚于剧本对于影视作品的重要意义，其具体表征就是教学教案和备课笔记。具备良好教学经验的教师根据学生认知水平，通过每一次课的教学设计和调整，可以准确地定位教学目标，帮助学生厘清教学重点和难点。从教学效率来说，有效规划教学用时，选用适宜的理论教学形式并能高效组织课堂教学过程，需要通过良好的课前教学设计才能实现，而思维导图这一图示工具可以帮助教师在教学设计和教案组织时更加方便地将教学活动的各种预期因素联系起来，形成一个完整、立体、灵活、生动的教学实施方案。

将思维导图用于教学设计通常考虑三个方面：以层次分明、结构清晰的形式描绘理论概念、知识点之间的相互逻辑关系，帮助教师全局性地把握每次教学内容；简明清楚地标注每个知识点教学所需的教学手段、讲解方式、配套案例及交互形式，辅助教师将良好的教育技术融入理论传授；教案电子化可以让教师从传统纸质备课的烦琐中解脱出来，选用导图制作工具时应兼顾界面友好、操作便利、功能完整且兼容性强。

实践发现，教学教案的制作对演示性和协同性要求不高，利用专业图表软件或者思维导图工具进行思维导图制作，工科教师基本无使用门槛，软件的强大功能可以很好地帮助教师完成课程知识体系、教学教案的整理组织。图1所示为利用Edraw绘制的本文教学设计活动思维导图。

思维导图重构课堂教学 大多工学理论存在针对性强、知识点杂、与实践结合度高、学科跨度大的共同点。通过图式教学教案和备课笔记的准备，教师完成可以完整展示课程概念、基本厘清每次授课知识点间逻辑关系的思维导图。但是区别于教学设计中以组织教学为目的，以合理利用教学用时与教学资源、规划教学思路和教学流程为要义的方案，在课堂教学实施过程中，师生不仅需要可以高效、明晰地总结和展示课程要点的图示结构，更需要能激发学习兴趣和学习热情的工具，从而提高学生的学习参与度和课堂注意力，激活学生主动思考与联想，增强学生的课堂记忆效果。因此，图示教学的理论课堂要求以知识结构层次分明、逻辑关系清晰明了、多色彩多维度吸引力高的形式突出重点，要求以演示直观方便、操作便利高效的工具节约教学用时，要求以交互顺畅、支持协同的平台激发学生参与。endprint

在实际授课时，教师利用网络辅助，以在线思维导图工具为主要平台，通过教学设计的师生互动形式（教师为主，学生为辅），按照“导入备课模板—理论施教与理解—思考、讨论—互动完善导图—共同重构知识结构”的步骤，以思维导图绘制为主线，以传统板书、多媒体教学为手段，快速展示凝练的理论、概念，诱导并融合学生思考。同时，学生利用纸笔摹临记录、发散思维、自我定制的方式构造各自的思维草图，为知识的记忆、理解与巩固整理做好准备。实践中，交互协同的绘图过程也显著提高了学生的课堂参与度，有助于师生互动讨论，活跃课堂气氛。图2为利用百度思维导图平台完成的嵌入式系统课程知识点讨论。

思维导图用于交互学习 从工作效率而言，相对于传统课堂笔记，听课过程利用纸笔以思维导图形式记录理论概念、组织知识点，工作更加简练迅速，可以保障学生在较短时间接受大量信息输入。从教育学角度而言，众多知识点的层次化连接过程，不仅是学生对课堂理论知识的组织建构过程，也是学生厘清知识联系、整理思维脉络的过

程；通过直观画面触发大脑直觉思维，更是学生完成理论概念从记忆到理解的知识迁移过程。

在众多的思维导图绘制方法中，纸笔手绘实现了手脑同步，降低了制作硬件要求，适用于学生在课堂和实训现场使用。课堂听讲时，学生接受教师的演示导图，摹印、记录理论讲解过程，并结合自身理解与思考，通过课堂讨论形成师生互动、生生交流，初步绘制带有个人印记的思维导图初稿。这种直观简单的个人作品，在课后能有效刺激学生加大学习投入，不管是将图稿美化修饰，还是添补完善，使得学生实现一种“课内—课外”非同步的学习交互。通过对图稿的修改和丰富，学生复习反思自己的学习过程，促進对新旧知识的融汇和总结。

同时，利用电子导图工具实现课后再加工过程的图稿转录，通过文件转换和网络协同功能，实现师生、生生间一种跨空间、非同步的思维碰撞和交互交流，也促进了思维导图在课程知识体现上的延展，使教与学的过程变得更加完满。图3总结了在施教过程不同阶段，师生对思维导图的应用情况。

5 结语

为检验图示教学的应用效果，通过电子技术、微机原理、数字逻辑和嵌入式系统等课程对多个班级进行跟踪，一个完整学习周期下来，学生认同度基本达到100%，课后运用思维导图整理复习的从5%上升至90%。虽然这个数据受到课堂要求和教师诱导等客观因素影响，但也已有不少学生将思维导图用于非试点课程的学习中，表明图示教学起到增强学习效果的作用。

同时，在教学实践中也发现，对于原理论证和公式推导的教学环节，交互型思维导图对教学推动效果并不理想，尚需进一步的教学实践和探索，以期将此教学模式在更大范围实践、检验和推广。

参考文献

[1]Lai C L， Hwang G J. A self-regulated flipped classroom approach to improving students learning performance in a mathe-matics course[J].Computers & Education，2016，100：126-140.

[2]Ismail M N， Ngah N A， Umar I N. The Effects of Mind Ma-pping with Cooperative Learning on Programming Performance， Problem Solving Skill and Metacognitive Knowledge among Computer Science Students[J].Journal of Educational Compu-ting Research，2010，42（1）：35-61.

[3]杨凌.概念图、思维导图的结合对教与学的辅助性研究[J].电化教育研究，2006（6）：59-61.endprint