思维导图法在流体力学教学中的应用实践研究*

孙佳秋，李 敏，王邵臻，李 鹏，郭珍珠

(1.北京科技大学 天津学院，中国 天津 301830；2.北京科技大学 土木与资源工程学院，北京 100083)

流体力学是土木工程专业一门重要的力学基础课，主要研究流体的平衡和运动的基本规律。学生通过学习流体静力学、流体动力学和流体力学方程等内容[1]，应掌握流体力学的基本概念和基本理论，具备运用所学知识分析和解决流体力学问题的能力，为日后从事工程和科研工作打下坚实的基础。

从课程内容上看，流体力学课程内容多、概念抽象、逻辑性强，所涉及的数学公式演绎推导多。在分析流体力学问题时，需要物理思维能力和扎实的数学基础，并综合运用理论概念和基本方程组。从教学方式来看，目前广泛采用PPT授课方式，课堂讲授的知识量较大，PPT翻页速度快，课堂节奏快，重点和难点内容不够突出，学生在课堂上难以完全吸收消化，课后复习又难以将知识点之间相互联系，不容易理解和记忆。学生普遍认为流体力学学习难度较大，产生了一定的畏难情绪，降低了学习兴趣，使课程学习效果打折[2-3]。针对流体力学课程特点，为了提高课堂教学的效果，本文将思维导图法应用到流体力学教学中，使课程内容清晰化、条理化，帮助学生更好地理解和记忆知识。同时，引导学生采用思维导图作为总结与归纳知识的工具，帮助学生清楚地看到知识点之间的关联和层次结构，建立清晰的知识框架。

1 思维导图在流体力学课程教学中的应用

思维导图(mind map)是一种可视化的思维工具，用于组织和呈现发散性思维。英国心理学家Tony Buzan在1970年代提出了思维导图的概念，并在他的著作Use Your Head(《启动大脑》)中详细介绍。思维导图模拟人类大脑思维，利用图形、颜色等元素激发右脑的创造思维，同时结合左脑逻辑和分析能力，促进理解、记忆和创新。思维导图的主要特点是以中心主题为起点，通过放射状的分支展示与主题相关的子主题。这种结构可以帮助人们以图形化和非线性的方式表示复杂的知识信息[4-5]。随着思维导图软件的推广，如XMind、MindManager和FreeMind等，进一步扩展了思维导图的应用范围，为教师和学生提供了一种创新且有效的工具。思维导图在教育领域得到了广泛的认可和应用，并且取得了积极的成效。

1.1 教师利用思维导图备课授课

在备课阶段，教师可以利用思维导图整理流体力学各章的内容，每章绘制三张思维导图。第一张思维导图用于指导学生课前预习。针对流体力学各章的知识点多，学生难以抓住重点和难点的问题，可以绘制一张简明的思维导图，通过不同颜色标识本章的重点和难点内容。在授课前，利用超星学习通平台将该思维导图作为课程资料发布给学生，使学生能够快速概览本章内容，并能在课堂上有针对性地学习和提问[6]。第二张思维导图用于构建流体力学的理论知识体系。在备课过程中，教师对本章的核心概念和重要理论进行整理，使用连接线和箭头表示理论概念之间的联系。采用分级编号和缩进的方式帮助学生理解知识的层次结构。此外，还可以添加关键词或标签以辅助记忆。教师可以在课堂上展示这张思维导图，帮助学生更好地理解和应用知识。第三张思维导图用于展示流体力学知识的扩展和应用。可以选择介绍流体力学理论前沿研究和重要的应用领域，激发学生的求知欲，提高课程的趣味性。选择应用案例时应结合学生的实际水平，选择与教学内容关联性强，与生活和工程领域联系紧密的案例，并提供简要的背景介绍。

在授课阶段，教师可以利用思维导图讲解理论概念和实际应用，并鼓励学生参与思维导图的构建和完善。当讲解理论概念时，教师可以鼓励全班学生积极参与完善理论知识框架，在思维导图中增加他们自己的理解和思考。为了实现这一目标，教师可以使用XMind等软件在课堂上展示第二张思维导图，并通过共享屏幕进行实时编辑和完善，使学生能够直接参与思维导图的完善过程，增加、调整和修改理论知识框架。而在讲解实际应用时，教师可以鼓励学生提出问题并讨论解决方案，加强与学生的互动交流，引导学生在第三张思维导图上增加理论知识与实际应用的关联，以提出新的解决方案。通过这种学生参与的方式，可以提高学习效果，使课堂更富有互动性和合作性。

1.2 学生利用思维导图总结复习

课后，学生可以利用思维导图进行总结复习。思维导图作为一个综合性的工具，可以帮助学生将不同来源的知识信息整合在一起。学生使用思维导图来整合教科书的重点内容、课堂笔记、在线教学视频资料和其它网上资源[7]。思维导图的使用极大地提高了复习效率，它可以帮助学生快速回顾和复习大量的理论概念，并提供一个简练而全面的概览，使得学生可以迅速回忆起各章节的知识点。

教师可将班级进行分组，在每章内容讲授完成后，要求每个小组上交一份用以总结本章内容的思维导图。每个小组的学生可以根据自己的学习风格和需求创建个性化的思维导图，他们可以根据自己的理解，选择适当的图形和颜色，并有条理地安排分支和关联。小组合作不仅可以促进学生之间的沟通与合作[8]，还可以融合多元思维，每个成员都可以贡献自己的观点。不同的想法可以促进学生更深入的思考和讨论，从而丰富思维导图的内容和视角。

教师审阅学生的思维导图作业并提出意见至关重要，因为这可以帮助学生更好地了解他们的复习质量，并找到改进的空间。教师应检查思维导图中理论概念的准确性和完整性，确保重点内容和概念表达正确。同时，也要审查思维导图的逻辑结构是否存在缺陷，并提出更好的表达不同概念间关联性的方式。对于优秀的思维导图成果，宜鼓励学生将其展示给其他同学，促进知识共享，让其他小组成员了解和吸取不同小组的学习成果，交流学习经验，以此激发学生们的学习热情。

2 思维导图教学效果与评价

在流体力学课程结束后，我们通过使用“问卷星”对学院21级工程造价专业两个班的学生进行问卷调查[9]，学生以匿名方式答卷。参与调查的学生为81人，共收回有效问卷81份。调查结果显示，对使用思维导图法学习感到非常满意和满意的学生分别为34.57%和51.85%；13.58%的学生感到一般；0%的学生感到不满意。同时，有96.3%的学生认为思维导图法应得到更多的使用和推广，只有3.7%的学生不同意。调查结果还显示，思维导图应用在流体力学课程中对学生的学习效果和学习体验均产生了积极的影响。

2.1 增强记忆连接，提升学习效果

思维导图能够帮助学生提取和总结知识，通过将课程内容可视化地呈现在思维导图中，学生可以更容易地总结重点内容。这一过程有助于加深对学习内容的理解，并且使学生能够更好地记忆理论概念。调查显示，通过使用思维导图法学习：①对于增强知识点的记忆，35.8%的学生认为非常有帮助；54.32%的学生认为有帮助；9.88%的学生认为帮助有限；0%的学生认为没有帮助。②对于提高理论概念的理解，34.57%的学生认为非常有帮助；58.02%的学生认为有帮助；7.41%的学生认为没有帮助；0%的学生认为起到了反作用。③对于构建清晰的知识框架，从而提高学习效率，30.86%的学生认为非常有帮助；60.49%的学生认为有帮助；8.64%的学生认为没有帮助；0%的学生认为起到了反作用。

2.2 提高学习兴趣，培养自学能力

思维导图是一种主动学习的工具，它鼓励学生主动构建自己的理论知识框架。学生在创建思维导图时需要思考、提炼和组织内容，这种思维过程可以培养学生的自主学习能力。通过使用思维导图，学生学会了自主整理学习内容，抓取重要的理论概念，并将其与前面章节的知识点联系起来。这种自学能力的培养对于学生在学术和职业生涯中的长期发展非常重要。调查结果显示，通过使用思维导图学习：①对于提高学习兴趣，41.98%的学生认为非常有帮助；38.27%的学生认为有帮助；19.75%的学生认为帮助有限；0%的学生认为没有帮助。②对于培养自学能力，32.1%的学生认为非常有帮助；50.62%的学生认为有帮助；17.28%的学生认为帮助有限；0%的学生认为没有帮助。③对于更好地整合利用其他学习资源，如笔记、讲义、网上资源等，40.74%的学生认为非常有帮助；54.32%的学生认为有帮助；4.94%的学生认为没有帮助；0%的学生认为起到了反作用。

2.3 激发思维扩展，促进合作学习

学生使用思维导图时，会以非线性和关联性的方式思考问题，将理论知识和实际应用联系起来，这种思考方式可以激发学生的创造性思维。而通过小组合作进行复习并绘制思维导图，学生能够共同参与思考、解决疑惑、分享理解，还可以互相补充和交流观点，从而深化对各章内容的理解。合作学习不仅有助于增加学习效果，还能培养团队合作和沟通技巧，在集体中共同成长[10]。调查结果显示，小组合作学习完成思维导图：①关于小组成员合作和交流的频率，35.8%的学生经常相互合作和交流，密切配合完成作业；40.74%的学生有一定程度的合作和交流；22.22%的学生偶尔会有合作和交流，但不够频繁；1.23%的学生几乎没有合作和交流。②合作学习对思维扩展的激发和学习效果的促进，41.98%的学生认为非常有帮助；40.74%的学生认为有帮助；14.81%的学生认为帮助有限；2.47%的学生认为没有帮助。

3 结语

思维导图在流体力学的教学应用中取得了良好教学效果。一方面，思维导图的应用有助于教师构建每章的理论知识框架，提高备课效率。通过思维导图的应用，教师可以提升教学效果，加强课堂互动，帮助学生更好地理解和应用流体力学的知识。另一方面，思维导图的应用有助于学生更好地记忆理论概念，巩固所学的知识，并激发学生的创造性思维。通过小组合作完成思维导图，学生可以共同整理概念，并在互动中深化理解。

使用“问卷星”对学生进行问卷调查，调查结果显示大多数学生对应用思维导图法学习感到满意，并对其学习效果给予了积极的评价，认为思维导图法应得到更多推广。综上所述，思维导图法在流体力学的教学改革中发挥了重要的作用，值得推广到相关的力学学科中。