思維導(dǎo)圖在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

余小英，李凡生

(廣西民族師范學(xué)院 物理與電子工程系，廣西 崇左 532200)

1 思維導(dǎo)圖

思維導(dǎo)圖(Mind Map)是由英國(guó)有記憶之父之稱的著名心理學(xué)家Buzan于20世紀(jì)60年代提出［1］，也被稱為心智圖、思維地圖，是一種用圖像將放射性思考具體化的方法。有學(xué)者把思維導(dǎo)圖定義為“思維導(dǎo)圖是為促進(jìn)思維激發(fā)和思維整理的可視化、非線性思維工具”［2］78－84。由此可知，思維導(dǎo)圖的核心作用是激發(fā)并整理人的思維。思維導(dǎo)圖模擬人腦的運(yùn)作方式，利用簡(jiǎn)單的圖形和文字，直觀地把各級(jí)主題的關(guān)系通過(guò)層級(jí)圖表現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)抽象思維和形象思維有機(jī)結(jié)合。

思維導(dǎo)圖的基本構(gòu)成要素主要由中心詞、節(jié)點(diǎn)、連線、關(guān)鍵詞幾方面組成。一般由中心詞產(chǎn)生不同的主干并由這些主干各自衍生出若干分支，形成一種網(wǎng)絡(luò)狀且具有層級(jí)性的知識(shí)體系，這種體系條理分明、簡(jiǎn)單直觀。

在中國(guó)，思維導(dǎo)圖最早應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域。而在教育界，關(guān)于思維導(dǎo)圖的應(yīng)用和研究，自2007年起才逐漸興起。據(jù)不完全調(diào)查統(tǒng)計(jì)，已經(jīng)有超過(guò)5.9億全球使用者通過(guò)運(yùn)用“思維導(dǎo)圖”而增加自身知識(shí)的獲取能力，并且這一數(shù)字還有增長(zhǎng)之勢(shì)［3］。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)特別是探究設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)不但要鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，同時(shí)也能對(duì)學(xué)生發(fā)散思維、創(chuàng)新思維進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，這些實(shí)驗(yàn)所涉及到的知識(shí)是多方面的，知識(shí)含量非常大。手、腦并用是實(shí)驗(yàn)課程的一大特色。左腦被稱為“文字腦”，主要處理文字和數(shù)據(jù)等抽象信息，具有理解、分析、判斷等抽象思維功能，有理性和邏輯性的特點(diǎn);右腦被稱為“圖像腦”，處理聲音和圖像等具體信息，具有想象、創(chuàng)意、靈感和超高速反應(yīng)(超高速記憶和計(jì)算)等功能［4］。右腦能夠?qū)⒄Z(yǔ)言、數(shù)字等看到、聽到和想到的事物變成圖像，并進(jìn)行思考和記憶。在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用思維導(dǎo)圖，不但可以使實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)含的大量知識(shí)處理簡(jiǎn)單化，還可以強(qiáng)化左右腦的開發(fā)，最大限度地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課中手、腦并用這一大特色。

2 思維導(dǎo)圖在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是一門將基本操作與基本理論融為一體的理論聯(lián)系實(shí)際的綜合性實(shí)踐課程。物理實(shí)驗(yàn)課的根本目的就是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和判斷的能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生獲得一定的物理實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、方法和技能。傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課一般都是上課時(shí)首先由教師“照本宣科”地講解實(shí)驗(yàn)步驟，然后學(xué)生“依葫蘆畫瓢”，按部就班地做實(shí)驗(yàn)。在這種“教師講，學(xué)生聽”的情形下，學(xué)生沒(méi)有得到獨(dú)立思考的機(jī)會(huì)，這樣很容易造成學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)不感興趣，只想盡快完成實(shí)驗(yàn)，教學(xué)效果不佳。筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這樣的教學(xué)模式，學(xué)生收獲不大。經(jīng)常是實(shí)驗(yàn)做完了，對(duì)實(shí)驗(yàn)還是一知半解，有的學(xué)生甚至連一些基本的知識(shí)都不懂，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一問(wèn)三不知。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生很容易犯一些低級(jí)錯(cuò)誤，而且不少錯(cuò)誤教師已事先提醒過(guò)。造成這一結(jié)果的原因，很大程度上是學(xué)生在動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)前缺乏思維激發(fā)和整理。在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課中恰當(dāng)引入思維導(dǎo)圖，能引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)梳理，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的整體把握，以理論來(lái)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

2.1 運(yùn)用思維導(dǎo)圖構(gòu)建課程知識(shí)體系

目前，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的劃分主要有兩種形式:一是按學(xué)科來(lái)劃分，即分為力學(xué)實(shí)驗(yàn)、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)、電學(xué)實(shí)驗(yàn)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)四大部分;二是按實(shí)驗(yàn)的層次來(lái)劃分，即分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和探究、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。不管是以何種形式來(lái)劃分，不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之間都會(huì)存在著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。如綜合性實(shí)驗(yàn)和探究、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中選擇測(cè)量工具時(shí)就包含著基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)中的基本儀器的使用;設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)本身就是一種考察學(xué)生各種知識(shí)和儀器的綜合運(yùn)用能力的實(shí)驗(yàn)，所以也是一種綜合性實(shí)驗(yàn);有些力學(xué)實(shí)驗(yàn)中也包含有熱學(xué)、光學(xué)或者電學(xué)的知識(shí)，力、熱、光、電這4種實(shí)驗(yàn)知識(shí)并不是嚴(yán)格的各自獨(dú)立，而是相互包含的。怎么開課?實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目怎么安排?教師在做教學(xué)計(jì)劃時(shí)都必須認(rèn)真考慮，對(duì)所有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行系統(tǒng)梳理，構(gòu)建出合理的課程知識(shí)體系。思維導(dǎo)圖模擬人腦的運(yùn)作方式，正是可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有利工具。

由淺入深、由簡(jiǎn)到繁，循序漸進(jìn)是人們認(rèn)識(shí)事物的一般規(guī)律，實(shí)驗(yàn)的教學(xué)也應(yīng)遵循這一規(guī)律。而實(shí)驗(yàn)的難易程度是這樣劃分的:最容易的是基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，這部分主要是訓(xùn)練學(xué)生對(duì)基本測(cè)量工具的使用，大多是和中學(xué)知識(shí)有著比較密切的聯(lián)系，以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主;綜合性實(shí)驗(yàn)相對(duì)較難，采用的方式主要是在提供了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，學(xué)生綜合運(yùn)用各種知識(shí)和儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，進(jìn)而得出結(jié)論;探究、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是難度最大的，這些實(shí)驗(yàn)一般只是提出實(shí)驗(yàn)要求，學(xué)生要根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、選擇實(shí)驗(yàn)器材，反復(fù)論證之后才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。因此，教師在安排實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)按照學(xué)生的實(shí)際情況，由淺入深、由易到難安排實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，構(gòu)建出合理的課程知識(shí)體系。為此，筆者以XMind為繪制工具，繪制出不同形式的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)體系的脈絡(luò)圖，分別如圖1和圖2所示，并以此作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目安排的指南。

圖1 按層次劃分的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)體系思維導(dǎo)圖

圖2 按學(xué)科劃分的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)體系思維導(dǎo)圖

2.2 思維導(dǎo)圖在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的應(yīng)用

雖然大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，但并不意味著教師就可以完全放手讓學(xué)生自己掌控整個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。特別是對(duì)剛邁入大學(xué)的新生，他們?cè)谥袑W(xué)階段接觸的實(shí)驗(yàn)并不是“做實(shí)驗(yàn)”，而是“講實(shí)驗(yàn)”，因此，直接讓他們動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，他們往往覺(jué)得無(wú)從著手，就算讓學(xué)生硬著頭皮去做實(shí)驗(yàn)，也是錯(cuò)誤不斷。針對(duì)這種情況，教師必須將必要的理論知識(shí)講透才行。而大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限，教師講解理論的時(shí)間不能太多，更多的時(shí)間要留給學(xué)生做實(shí)驗(yàn)。擺在教師面前的難題就是:在有限的時(shí)間內(nèi)如何把理論講得深透，同時(shí)還要留出足夠的時(shí)間來(lái)讓學(xué)生親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。因此，教師在講解實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)時(shí)要抓住重點(diǎn)，層次分明。思維導(dǎo)圖可以將人的思維過(guò)程可視化，且圖文并茂、重點(diǎn)突出、層次明確，學(xué)生更容易接受，相關(guān)記憶也比較牢固。因此，巧妙運(yùn)用思維導(dǎo)圖可在一定程度上緩解這一矛盾。

如“重力加速度的測(cè)量”這個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)，總共安排了6個(gè)課時(shí)。實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生采用4種不同的方法測(cè)量重力加速度，并比較這幾種方法的差異。這4種方法分別是:落體、單擺、復(fù)擺和氣墊導(dǎo)軌。每種方法都有不同的測(cè)量原理和適用條件，誤差來(lái)源也各不相同，學(xué)生不好記憶。如果按照一般的講授方法，4種方法全部講完，至少要花費(fèi)1節(jié)課的時(shí)間，而且學(xué)生感覺(jué)很混亂，很多知識(shí)都沒(méi)有記住。針對(duì)這一情況，筆者試著制作思維導(dǎo)圖(如圖3)并運(yùn)用于教學(xué)中:以“重力加速度的測(cè)量”為中心詞，各種測(cè)量方法為二級(jí)子標(biāo)題，每一種測(cè)量方法的詳細(xì)的內(nèi)容通過(guò)以三級(jí)子標(biāo)題的形式在一側(cè)寫出。教師講解時(shí)，首先利用思維導(dǎo)圖鳥瞰整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，精講骨架與結(jié)構(gòu)，再逐步深入介紹每一種測(cè)量方法。這樣圖文并茂、層次分明的講解比純文字的表述更直觀，學(xué)生更容易產(chǎn)生聯(lián)想并記住相關(guān)知識(shí)，教師可以在一定程度上縮短講授的時(shí)間。學(xué)生根據(jù)這樣的導(dǎo)圖，很容易記住關(guān)鍵的知識(shí)點(diǎn)，比較各種測(cè)量方法的差異時(shí)，分析也比較到位。

圖3 重力加速度測(cè)量實(shí)驗(yàn)思維導(dǎo)圖

2.3 思維導(dǎo)圖在學(xué)生探究、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

探究、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)和技能的綜合運(yùn)用。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，每個(gè)學(xué)生都會(huì)有自己對(duì)實(shí)驗(yàn)的猜想和實(shí)驗(yàn)方案，為了得到一個(gè)比較合理的實(shí)驗(yàn)方案，必須先在小組中對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行討論。由于學(xué)生的知識(shí)能力水平和看問(wèn)題的角度不盡相同，提出的實(shí)驗(yàn)方案必然有區(qū)別。為了使學(xué)生的討論有序且有效，教師要在其中擔(dān)任負(fù)責(zé)人、主持人和專家的角色，各角色擔(dān)負(fù)的工作如下:

負(fù)責(zé)人:主要制定所要研究的議題，引導(dǎo)學(xué)生抓住議題的關(guān)鍵;

主持人:引發(fā)學(xué)生頭腦風(fēng)暴，處理會(huì)議中出現(xiàn)的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生對(duì)議題的興趣，多用些詢問(wèn)的方法，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)言，引導(dǎo)學(xué)生往更遠(yuǎn)更廣的地方進(jìn)行思考;學(xué)生討論結(jié)束之后，對(duì)收集上來(lái)的想法和觀點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)化的處理(1)簡(jiǎn)化每一個(gè)想法，簡(jiǎn)言之就是總結(jié)出關(guān)鍵字;(2)將每個(gè)設(shè)想用專業(yè)的術(shù)語(yǔ)標(biāo)記出關(guān)鍵點(diǎn);(3)對(duì)于類似的想法，進(jìn)行綜合;

專家:畢竟教師對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的理解都不是學(xué)生所能比擬的，因此，在對(duì)學(xué)生觀點(diǎn)歸納完成之后，教師就要以專家的身份對(duì)提出的方案進(jìn)行系統(tǒng)的質(zhì)疑并加以完善，將學(xué)生提出的所有想法和設(shè)想拿出來(lái)，根據(jù)事實(shí)進(jìn)行分析和質(zhì)疑，值得提出的是，通常在這個(gè)過(guò)程中，對(duì)學(xué)生提出的新的設(shè)想，如果該設(shè)想無(wú)法實(shí)現(xiàn)，有限制因素的，教師就要有所針對(duì)地提出修改意見。

教師要完成以上角色的任務(wù)，并不是一件簡(jiǎn)單的事情。為了不讓學(xué)生在討論中跑題，實(shí)現(xiàn)有效的記錄和整理，純粹靠文字來(lái)表述是不現(xiàn)實(shí)的。因此，教師可以借助思維導(dǎo)圖強(qiáng)大的圖文表述功能來(lái)較好地解決這一問(wèn)題。同時(shí)，思維導(dǎo)圖也可以運(yùn)用在學(xué)生的小組討論中，用來(lái)引領(lǐng)學(xué)生圍繞討論主題展開討論。

如大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的“金屬線脹系數(shù)測(cè)量”實(shí)驗(yàn)，教師就用這樣一張思維導(dǎo)圖(如圖4)對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)。首先，教師作為負(fù)責(zé)人，引導(dǎo)學(xué)生找出實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵和難點(diǎn):“如何測(cè)量出金屬在溫度變化時(shí)的微小形變量”，并以此為議題;其次，在課堂上，教師擔(dān)任主持人的角色，為避免學(xué)生在討論中偏離主題，要求學(xué)生從測(cè)量原則、測(cè)量方法和測(cè)量步驟三方面去考慮問(wèn)題。采用提問(wèn)的方式，鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的想法，并從學(xué)生提出的想法中提煉出關(guān)鍵詞，如“實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單”、“實(shí)驗(yàn)精度高”、“實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯”等等;最后，教師充當(dāng)專家的角色，對(duì)學(xué)生提出的各種設(shè)想進(jìn)行補(bǔ)充和完善?？梢哉f(shuō)，學(xué)生提出每種方案都有自己的可行性或優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)該導(dǎo)圖，教師可以對(duì)學(xué)生提出的方案的優(yōu)缺點(diǎn)和可行性進(jìn)行分析，加以補(bǔ)充和完善，使學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案更有理有據(jù)。通過(guò)思維導(dǎo)圖，教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)想的分析也顯得更具條理性，學(xué)生也容易接受，從而提高實(shí)驗(yàn)實(shí)效。

圖4 金屬線脹系數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思維導(dǎo)圖

3 思維導(dǎo)圖在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的優(yōu)缺點(diǎn)

思維導(dǎo)圖是一種思維的工具，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中可以應(yīng)用思維導(dǎo)圖作為輔助。教師通過(guò)畫思維導(dǎo)圖，使抽象的物理知識(shí)呈現(xiàn)的方式生動(dòng)化，教學(xué)材料的組織有理化，教學(xué)中問(wèn)題的設(shè)置都更加的科學(xué)化、嚴(yán)謹(jǐn)化。他能幫助教師更清晰、流暢地表達(dá)知識(shí)，學(xué)生也更容易理解接受，從而加深師生互動(dòng)交流的廣度和深度。教師通過(guò)鼓勵(lì)學(xué)生打破書本中章節(jié)知識(shí)的限制，使學(xué)生更清楚知識(shí)之間的聯(lián)系，大學(xué)實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)在學(xué)生頭腦中也更為清晰，有利于培養(yǎng)學(xué)生思維的嚴(yán)密性。利用思維導(dǎo)圖，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中碰到各種問(wèn)題時(shí)學(xué)會(huì)更全面、更清晰地分析問(wèn)題并做出相對(duì)科學(xué)的決策。

當(dāng)然，思維導(dǎo)圖只是教學(xué)的一種輔助工具，應(yīng)用時(shí)要恰當(dāng)，不可濫用。例如對(duì)一些實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟等陳述性的東西，用思維導(dǎo)圖中的圖像來(lái)講解效果并不好。同時(shí)，教師在運(yùn)用思維導(dǎo)圖過(guò)程中，不能隨手涂畫，要盡量地體現(xiàn)思維導(dǎo)圖的規(guī)范性，給學(xué)生樹立良好的示范作用，以此培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)習(xí)慣。

4 結(jié)束語(yǔ)

思維導(dǎo)圖應(yīng)用于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是一種嘗試與創(chuàng)新。它給教師和學(xué)生帶來(lái)思維的拓展，在構(gòu)建知識(shí)的同時(shí)也能培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，為學(xué)生創(chuàng)造積極、健康的學(xué)習(xí)氛圍。思維導(dǎo)圖如何與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)這門實(shí)踐性強(qiáng)的課程進(jìn)一步地融合還需更深入的研究實(shí)踐，從而推動(dòng)它更好地為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)服務(wù)。

［1］Buzan B，Buzan T.The Mind Map Book:How to Use Radiant Thinking to Maximize Your Brain＇s Untapped Potential［M］.New York:Dutton，1994.

［2］趙國(guó)慶.概念圖、思維導(dǎo)圖教學(xué)應(yīng)用若干重要問(wèn)題的探討［J］.電化教育研究，2012(3).

［3］思維導(dǎo)圖.如何繪制思維導(dǎo)圖［EB/OL］.［2014－01－05］.http://mindmap.fltrp.com/mind－2.html.

［4］百度文庫(kù).左腦和右腦的區(qū)別和分工［EB/OL］.［2014－01－05］.http://wenku.baidu.com/view/892ff7dfce2f0066f5332230.html.