思维导图在工程力学教学中的应用研究

董福元，李 宁，秦 春，刘广君

(北方民族大学 材料科学与工程学院，宁夏 银川 750021)

思维导图是一种发散性思维和图形相结合的形式。它的形成是由英国著名心理学家、大脑学家、记忆术专家Tony Buzan基于脑神经生理基础上，类比自然万物会发生放射性神经元而发明[1-3]。我们所理解的“思维导图”这个术语应该被用来以全球结构图的形式指导思维。语言组织是思维的外在表现形式，行为是实现思维的必然要求。所以用放射性思维来广义地扩展思维的含义，我们可以说“思维导图”是一个用来指导思维、指导语言组织、指导行为和行动的意识结构图。使用思维导图可以用图的形式做出课程、章节提纲，清晰地表达出课程目标，将人的思想和教学内容有效地联结起来[4-7]。思维导图能够将复杂的信息，有组织地与人类大脑思维相结合，转变成信息之间有联系且能容易记忆的图形。因此，思维导图成为一种科学有效的学习方法和思维模式工具。我国在不同的学科领域也开始大胆的尝试[8-10]。

《工程力学》作为材料科学的一门专业基础课程，致力于在较少的课时内使学生掌握工程力学中静力学和材料力学的基本概念和基本理论及必要的实验方法，为学生学习专业课程提供必要的力学知识，也为学生进一步自学力学课程打下良好的基础。目前，“工程力学”在材料成型及控制工程专业大学三年级第一学期开设。通过本课程的学习,学生将有能力从简单的实际工程问题抽象和简化力学模型,对简单的工程结构和组件能够进行应力分析和平衡计算,并对常见的组件能够进行应力分析和强度设计、刚度和稳定性设计。初步掌握测量材料的力学性质的基本方法。因此，《工程力学》是非常系统的，导致了内容的连贯性，难以理解，难以掌握。在课堂教学中，我们始终把培养学生的科学思维作为一个重要环节，使学生能够科学合理地解决在今后本专业的研究和应用工作中遇到的问题。将思维导图应用于工程力学教学，探索思维导图教学模式。

1 思维导图在工程力学理论教学中的应用

1.1 课前预习应用思维导图

我们不仅在老师的教学过程中进行思维导图绘图，还让学生练习使用该软件。通过绘画的过程，培养学生的主动学习的能力。例如，在课前预习阶段，学生使用思维导图的形式，按照易于理解和难于理解的方式，将学习内容进行联系和安排，制定个人学习计划，并进行自我评价。在这个过程中，学生根据自己的想法构建该章节的知识体系，能够清晰地理解构成章节中的基本概念，并进一步理解概念的由来和含义。这不仅可以帮助学生巩固所学章节知识，还可以发挥学生的主观能动性，帮助他们发现问题，探索问题，解决问题，从而提高学生的自主学习能力和自主解决问题的能力。

可以使用思维导图科学轻松制作章节的“预习课件”并将章节预习资料发送班内学生预习所用。教师可随时抽查学生预习完成情况，并对提交的难于章节知识的掌握情况进行总结。随时了解学生对课题知识点的了解情况，如果觉得大部分学生对知识点易于理解和掌握，可以根据情况进行翻转课题的教学。

这个预习思维导图的练习是向前迈进了一步，不同于笔记记录，也不同于课后反思，但介于两者之间(如图1)因为它是解读为“我的学习框架”,结构不应该单一，尽可能使用多的结构,但是根据自己的理解,需要重新安排不同的结构。对于预习章节的知识点，可以使用选择的方法,选择自己感兴趣的内容或使用形成一个新系统,也可以使用淘汰的方法,去掉你不感兴趣,不关心或者已经熟悉的知识。在思维导图的图表中，每个分支都用一个精炼的短语来表达，但是我们知道这可能是不准确的。除了学生制作自己的结构外，对必要的分支做一个一分钟的即兴总结，也就是用学生自己的语言把章节中表达的相关知识点内容记录在相应的分支上作为附件。当学生有能力通过自学的方式，根据预习思维导图的结构做一个完整的大概五分钟即兴归。然后再去翻看预习思维导图,进行进一步的修正,反复完善思维导图中的不足。甚至可以，课后再翻看预习思维导图中知识点与课堂讲解知识点之间的差异，甚至半个月后再返回修正预习章节的思维导图。

图1 工程力学课程预习向导图

1.2 课中应用思维导图

虽然老师一再强调课前预习的重要性，但很少有学生能真正认真地做好准备，不认真的预习往往会导致上课的思路跟不上。大部分学生不记笔记，课上学生记笔记时只是简单机械照搬了教材的概念和定义、分类、机制、应用等内容，并没有对教学内容进行详细的分析和深入的理解。课上存在低头玩手机甚至睡觉现象。课后作业不认真，存在大量作业抄袭现象。在开始上课前，教师应向学生进行思维管理软件的使用方法和主要用途的介绍。因为作者学生是材料工科类专业，计算机技术基础相对较好，所以学生很快便可以就掌握了软件的基本操作。思维导图在职场中也被广泛应用于任务框架分解、工作思路整理、工作流程安排、团队协作制定、档案资料整理等工作中。所以学生表现出了浓厚的兴趣。作为一种教学策略，它还可以激发学生学习的积极性和兴趣。在教学活动中，教师可以使用思维导图来展示板书、图形知识和展示结构，从而提高学科教学的有效性。思维导图作为一种辅助的教学设计工具，能够激发学生参与教学活动的积极性[3-5]。

在本次教学活动中，思维导图软件作为一种教学工具贯穿于整个教学过程。老师应该首先显示课程的总思维导图，帮助学生复习上节课的内容,并理解本章节与之上一节课内容的关系，它不仅帮助教师展示了两种课堂教学之间的关系，而且加深理解了本节内容在整个章节教学中的作用,从而达到总览整体的效果，起到了承上启下的作用。

同时协助教师实施任务驱动，教师使用软件展示本章的主题，并将其引入课堂，有效跟踪学生的认知进展和思维动态，及时给予指导。然后具体展示本章节的具体的内容，呈现本课的基本知识思维导图(见图2)，主要分为六个知识点以及每个知识的三个拓展主题。我们讲解的约束力与反约束力内容,因为有六种类型的约束力与反约束,学生容易混淆,难以理清什么是使用什么样的受力特点,不容易掌握整个结构,我们使用思维导图框架学习这部分的知识,把知识的内容点列在体系图上,让学生有一个总体印象，再安排板书等讲解具体的知识要点，整个教学过程系统且详尽，赢得了学生的认可。

为了将一门课程的知识有效的传授给学生,以便学生掌握知识的背景下可以构建的知识框架，教师必须首先运用思维导图建立一个完整的课程知识点体系，加强对教学内容的整体把握并有效整合各类课程资源，从而使得整个教学过程和流程设计系统和有效。

图2 工程力学中约束与约束力讲解结构图

1.3 课后复习应用思维导图

除了利用思维导图在教学过程中导入课堂，在复习部分也可以借助思维导图。在章节知识点的学习和记忆过程中，思维导图的作用也是多方面的，(一)通过零散知识点的组织，可以帮助学生做好课堂笔记的记录和整理，帮助他们理解新的原理，加深了记忆，提高了学习效率；(二)梳理重要知识点，构建知识体系，辅助理解和记忆，学生便于接收，克服传统教学课堂知识点多，容易遗漏的弊端，如图3所示;(三)探索问题解决的要素，形成解决思路。例如，在记忆新的概念、历史事件和理论时，绘制思维导图可以增强记忆，提高复习效率[2]；(四)在构思解题思路时，绘制思维导图可以发散思维，形成解题框架。

图3 第一章基本内容小结思维导图

2 思维导图的教学研究意义

2.1 有利于整体理解课程内容

在专业性强的课程教学过程中，课本和教材往往采用简单罗列的形式来讲解每一章的教学内容，从而导致了每一章节的知识点之间缺乏联系和系统性，进而导致学生对整体知识掌握不足。思维导图可以很好地从不同层面突出知识网络，进而揭示内部结构和概念之间的关系[1]，为学生提供整个专业课程完整的知识框架。例如图4所示，对静力学和材料力学进行不同层面的对比和类比，清晰地映射学生对知识的整个思维过程，从而实现思维的可视化，加深对知识的理解和应用。

图4 《工程力学III》课程内容结构图

2.2 有利于实现课程导航并高效制作课件

在多媒体教学条件中,可以快速地展示课程知识的全貌，利于对课程内容的导航[2]。此外，思维导图制作的课件具有特有的优势即可以帮助教师更加高效的制作课件：使用关键字形成一个关系图,简单的生产,摆脱约束的线性笔记;只要教学研究中有新的突破，教师可以立即添加内容的思维导图来实现强相互作用。或者教材发生版本的变化或者章节的调整，本课程的教材范钦珊著的工程力学(工程静力学与材料力学)由第二版到第三版的更新。教师只需修改关键字和链接，即可快速更新思维导图的内容。

2.3 有利于提高学生的创新思维能力和学习效率

思维导图可以连接广泛的知识和想法，并有效地分析它们，以最大限度地创新[7-10]。思维导图的绘制过程实际上是一个以直观、形象的方式进行个人思考和表达的过程，非常接近人类的自然思维过程。这种信息处理方法要求学生运用思维导图积极地对系统知识进行分析和整理，避免了知识的简单机械记忆，提高了学生的理解能力，提高了学生的创造性思维，从而提高了学生的学习效率。

4 结语

本文针对民族院校工科专业课程的教学现状，以工程力学课程为例，把思维导图融入到该课程的教学过程中。既能激发学生的学习兴趣和潜能，又能帮助提高学生工程力学的学习效率和学习效果。这是教学课程和信息技术整合的一种有效和积极的教学方式，值得在教学中大力推广。