思維導(dǎo)圖助力學(xué)習(xí)和教學(xué)方式的重構(gòu)與優(yōu)化

◆權(quán)廣仁

高中物理新課程倡導(dǎo)教學(xué)規(guī)范轉(zhuǎn)型與學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變，旨在提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與思維能力。對(duì)第一線的教育工作者而言，要求既做探究者，也做踐行者。筆者通過(guò)研究“思維導(dǎo)圖”的功能，運(yùn)用“學(xué)與教”策略，落實(shí)新課程教學(xué)理念，收效良好。

1 “學(xué)與教”策略

思維導(dǎo)圖 思維導(dǎo)圖是英國(guó)心理學(xué)家Tony Buxen于1970年提出的，是基于對(duì)腦神經(jīng)生理科學(xué)與心理學(xué)的研究，類比自然萬(wàn)物放射情形而形成的關(guān)于放射性思維及其圖形表達(dá)的成果。思維導(dǎo)圖運(yùn)用線條、符號(hào)、數(shù)字、邏輯、節(jié)律、色彩、詞匯和圖像，按照一套簡(jiǎn)單、自然、基本、易被大腦接受的規(guī)則，運(yùn)用從中心發(fā)散出來(lái)的結(jié)構(gòu)，把一些枯燥無(wú)味的信息變成容易記憶的、有高度組織的圖形。

理論和實(shí)踐都表明：恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用“思維導(dǎo)圖”，能提高學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建構(gòu)與優(yōu)化，有利于學(xué)生轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式；同時(shí)，恰當(dāng)運(yùn)用思維導(dǎo)圖，能促進(jìn)學(xué)生多向聯(lián)想、縱橫遷移，有效改變線性思維，促進(jìn)創(chuàng)新能力培養(yǎng)；再就是運(yùn)用思維導(dǎo)圖能有效促進(jìn)課堂合作交流，提高教學(xué)效益，并能有效促進(jìn)現(xiàn)代教育技術(shù)特別是“大數(shù)據(jù)”在教學(xué)中的運(yùn)用，促進(jìn)教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變。

可視化功能

1）直觀化、結(jié)構(gòu)化：運(yùn)用思維導(dǎo)圖可以使抽象的知識(shí)與思維過(guò)程變得直觀形象，同時(shí)又呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)化的特點(diǎn)，并揭示它們之間的本質(zhì)聯(lián)系。

2）深度化、本質(zhì)化：運(yùn)用思維導(dǎo)圖使不可見(jiàn)的知識(shí)與思維甚至隱性的知識(shí)與思維顯性化，將顯性知識(shí)與思維生動(dòng)化，可以幫助學(xué)習(xí)者深度發(fā)掘知識(shí)與思維的內(nèi)涵，展現(xiàn)本質(zhì)特征。

3）高效化、優(yōu)質(zhì)化：運(yùn)用思維導(dǎo)圖可以對(duì)知識(shí)與思維進(jìn)行優(yōu)化，并高效獲取與習(xí)得，重要的是還可以用來(lái)習(xí)得新的知識(shí)和發(fā)展能力。

“學(xué)與教”策略 這里稱為“學(xué)與教”，而不是“教與學(xué)”，是由于“學(xué)與教”構(gòu)建的邏輯順序。首先，基于認(rèn)知心理學(xué)的研究成果，確定學(xué)生學(xué)習(xí)某一類型知識(shí)的認(rèn)知心理過(guò)程；再確定為了實(shí)現(xiàn)學(xué)生認(rèn)知心理過(guò)程而需要開(kāi)展的學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)；最后確定為了使學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)順利達(dá)成所需要的教學(xué)活動(dòng)。是基于對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)心理過(guò)程分析而得出的，有著鮮明的特征，是基于學(xué)的教，而不是為了教的學(xué)。

1）思維導(dǎo)圖作為學(xué)習(xí)策略，能幫助學(xué)生從“學(xué)會(huì)”到“會(huì)學(xué)”，有效促進(jìn)學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變。首先，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生繪制思維導(dǎo)圖，包括概念形成過(guò)程、物理規(guī)律建立過(guò)程、物理問(wèn)題求解過(guò)程以及物理實(shí)驗(yàn)等，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)；其次，通過(guò)思維導(dǎo)圖，激活原有知識(shí)、同化新知識(shí)，使學(xué)生獲取知識(shí)、存貯知識(shí)、提取知識(shí)更便捷高效，促進(jìn)有效學(xué)習(xí)；同時(shí)，運(yùn)用思維導(dǎo)圖，促進(jìn)學(xué)生建立知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，促進(jìn)知識(shí)的組塊、形成整體，促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建和優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)；再就是運(yùn)用思維導(dǎo)圖，能有效幫助學(xué)生，管理監(jiān)控學(xué)習(xí)信息與學(xué)習(xí)過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。

2）思維導(dǎo)圖作為教學(xué)策略，能促進(jìn)教學(xué)方式轉(zhuǎn)變與提高教學(xué)效益。正如Mayer所說(shuō)：“學(xué)生從文字和圖片中學(xué)習(xí)比單獨(dú)從文字中學(xué)習(xí)效果更好?！苯虒W(xué)中運(yùn)用思維導(dǎo)圖，通過(guò)教學(xué)內(nèi)容與方式的可視化，有效促進(jìn)知識(shí)的同化與遷移、應(yīng)用，激發(fā)教學(xué)方式的創(chuàng)新；能有效促進(jìn)交流與合作，包括師生之間、生生之間、師生與教學(xué)內(nèi)容之間的交流與合作；能有效監(jiān)控教學(xué)過(guò)程，有利于“學(xué)與教”的反饋和生成，有效促進(jìn)教學(xué)方式轉(zhuǎn)變；有利于發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)“學(xué)與教”的作用，特別是發(fā)揮“大數(shù)據(jù)”對(duì)教育教學(xué)的功能，促進(jìn)教學(xué)規(guī)范轉(zhuǎn)型。

2 策略實(shí)施

優(yōu)化認(rèn)知結(jié)構(gòu) 思維導(dǎo)圖的高度組織化、網(wǎng)絡(luò)化與結(jié)構(gòu)化特征，能有效促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)概括水平與包容范圍的發(fā)展。反過(guò)來(lái)，知識(shí)的概括水平越高，包容范圍越廣，越有利于認(rèn)知識(shí)結(jié)構(gòu)的建立與優(yōu)化。在教學(xué)實(shí)踐中，筆者運(yùn)用思維導(dǎo)圖，通過(guò)知識(shí)的“聯(lián)系與區(qū)分”“聯(lián)系與區(qū)別”“關(guān)聯(lián)與提升”等來(lái)提高學(xué)生的知識(shí)概括水平與包容范圍，來(lái)建構(gòu)與優(yōu)化學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

圖1

1）促進(jìn)“聯(lián)系與區(qū)分”，就是運(yùn)用思維導(dǎo)圖幫助學(xué)生對(duì)一個(gè)單元或一章節(jié)物理知識(shí)進(jìn)行聯(lián)系與區(qū)分、比較與整理，使其成為清晰、穩(wěn)定的“認(rèn)知結(jié)構(gòu)”。如“曲線運(yùn)動(dòng)”單元涉及的物理概念多，物理關(guān)系比較復(fù)雜，大多數(shù)學(xué)生很難把握知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，也難以建立相應(yīng)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。為此，筆者和學(xué)生一起繪制“曲線運(yùn)動(dòng)”一章的思維導(dǎo)圖（圖1），幫助學(xué)生建立“曲線運(yùn)動(dòng)”的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

2）促進(jìn)“聯(lián)系與區(qū)別”，就是運(yùn)用思維導(dǎo)圖搞清本章與前面相關(guān)知識(shí)之間的聯(lián)系與區(qū)別。以曲線運(yùn)動(dòng)為例，通過(guò)繪制曲線運(yùn)動(dòng)與以前所學(xué)知識(shí)之間的思維導(dǎo)圖，包括直線運(yùn)動(dòng)與曲線運(yùn)動(dòng)的不同點(diǎn)、直線運(yùn)動(dòng)公式的適用條件、曲線運(yùn)動(dòng)的研究方法。從受力分析、力的合成與分解的角度理解合力、分力提供向心力，從牛頓運(yùn)動(dòng)定律角度理解向心力與向心加速度之間的關(guān)系，將圓周運(yùn)動(dòng)問(wèn)題解決納入運(yùn)動(dòng)定律的范疇，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)圖的優(yōu)化。

3）促進(jìn)“關(guān)聯(lián)與提升”（主要用于期末復(fù)習(xí)或高三復(fù)習(xí)階段），就是通過(guò)思維促進(jìn)應(yīng)用“認(rèn)知結(jié)構(gòu)”解決實(shí)際問(wèn)題，使學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到更深層次的整理與提升。以曲線運(yùn)動(dòng)為例，在前面兩個(gè)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，通過(guò)思維導(dǎo)圖再建立“曲線運(yùn)動(dòng)”與“機(jī)械能守恒”“帶電粒子運(yùn)動(dòng)”“磁場(chǎng)中粒子”的關(guān)聯(lián)，并進(jìn)一步指導(dǎo)學(xué)生習(xí)得區(qū)分“電場(chǎng)中粒子的運(yùn)動(dòng)”和“磁場(chǎng)中粒子的運(yùn)動(dòng)”的方法，達(dá)成認(rèn)知結(jié)構(gòu)的拓展與優(yōu)化。

促進(jìn)創(chuàng)新思維

1）“學(xué)與教”過(guò)程中促進(jìn)創(chuàng)新思維。由于思維導(dǎo)圖是一種圍繞某一主題組織起來(lái)的知識(shí)表征和貯存方式，又是一種樹(shù)冠狀網(wǎng)絡(luò)式的發(fā)散結(jié)構(gòu)，而產(chǎn)生創(chuàng)新思維的重要條件就是建立合適的圖式，因此，在“學(xué)與教”過(guò)程中運(yùn)用思維導(dǎo)圖能激活學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，使學(xué)生產(chǎn)生多向聯(lián)想，發(fā)散思維，促進(jìn)創(chuàng)新思維。

圖2

【案例1】進(jìn)行“閉合電路歐姆定律”的“學(xué)與教”時(shí)，通過(guò)“部分電路歐姆定律”思維導(dǎo)圖激活原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，在組織與優(yōu)化原認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上構(gòu)建新的思維導(dǎo)圖，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新思維，使學(xué)生習(xí)得閉合電路歐姆定律并建立新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。如圖2所示，在整個(gè)過(guò)程中，電源是一個(gè)橋梁。從能量角度講，電源是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置，把其他形式能轉(zhuǎn)換為電能，這種本領(lǐng)用電動(dòng)勢(shì)來(lái)表征，電源電動(dòng)勢(shì)是路端電壓的提供者，它的大小等于開(kāi)路時(shí)的外電路兩端的電壓；電源又有自身的電阻（內(nèi)阻），因此，順著電流方向通過(guò)一個(gè)電源，電勢(shì)升高E，由于電源內(nèi)阻的存在，電勢(shì)又降低Ir。通過(guò)舊新思維導(dǎo)圖的激活，互相促進(jìn)，幫助學(xué)生完成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建立。

2）物理問(wèn)題求解過(guò)程中促進(jìn)創(chuàng)新思維?，F(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為，任何一個(gè)問(wèn)題求解都可以分為三種狀態(tài)，即初態(tài)、終態(tài)和中間過(guò)程。初態(tài)是解題的已知條件，終態(tài)是解題所要達(dá)到的終極目標(biāo)。求解物理問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上就是人或系統(tǒng)尋找一個(gè)狀態(tài)系統(tǒng)，使問(wèn)題從初態(tài)順利地到達(dá)終態(tài)的過(guò)程。從另一方面來(lái)說(shuō)，就是分析問(wèn)題→制訂方案→實(shí)施求解。但無(wú)論如何，思維導(dǎo)圖對(duì)于求解物理問(wèn)題都有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

分析物理問(wèn)題時(shí)，運(yùn)用思維導(dǎo)圖，能引導(dǎo)學(xué)生從問(wèn)題最初狀態(tài)出發(fā)，生成思路，確定子目標(biāo)，架起從初態(tài)到終態(tài)的“橋梁”，激發(fā)創(chuàng)新構(gòu)想，促進(jìn)創(chuàng)新思維。

制訂解決方案時(shí)，運(yùn)用思維導(dǎo)圖，更容易發(fā)現(xiàn)為達(dá)成從每個(gè)子目標(biāo)到下一子目標(biāo)，需要增加哪些輔助手段，需要建立哪些聯(lián)系，從而更快地推進(jìn)問(wèn)題求解與探索過(guò)程。

實(shí)施求解方案時(shí)，運(yùn)用思維導(dǎo)圖可以不斷地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題，步步推進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)解題思路的導(dǎo)通與實(shí)施。同時(shí)，運(yùn)用思維導(dǎo)圖還有助于對(duì)求解過(guò)程的監(jiān)控，隨時(shí)做出調(diào)整與糾正，并發(fā)現(xiàn)新的思路與解法。

【案例2】（2009年上海高考題）小球由地面豎直上拋，上升最大高度為H，設(shè)所受阻力大小恒定，地面為零勢(shì)能面。在上升到離地面高度為h時(shí)，小球動(dòng)能是所在處勢(shì)能的2倍；到達(dá)最高點(diǎn)后再下落至離地面高度為h處時(shí)，小球的勢(shì)能是動(dòng)能的2倍，則h等于多少？

【解答此題】首先，在理解題意的基礎(chǔ)上，確定題目的目標(biāo)與條件。此題的目標(biāo)是上升過(guò)程中，小球動(dòng)能是所在處勢(shì)能的2倍的高度；下落到同位置時(shí)，小球的勢(shì)能是動(dòng)能的2倍時(shí)，則h等于多少？運(yùn)用思維導(dǎo)圖，依據(jù)條件，確定達(dá)成總目標(biāo)需要建立幾個(gè)子目標(biāo)，需要確定幾個(gè)物理狀態(tài)及物理過(guò)程。運(yùn)用思維導(dǎo)圖能清晰表達(dá)題目所述物理情境。如圖3所示，從拋出點(diǎn)（狀態(tài)I）到高度為h處（狀態(tài)II），再到最高點(diǎn)（狀態(tài)III），又返回到高度為h處（狀態(tài)IV ），并把受力分析與狀態(tài)物理量簡(jiǎn)明標(biāo)在思維導(dǎo)圖上。繪制好的思維導(dǎo)圖增強(qiáng)了題意的理解與解決問(wèn)題方案的選擇與調(diào)控。

上述思維導(dǎo)圖所呈現(xiàn)的過(guò)程，如果只用文字來(lái)表述，不只是顯得冗長(zhǎng)，難以理解，還影響解決策略與方案等。

而運(yùn)用思維導(dǎo)圖很快可以得到：

同時(shí)，本題目還可以在上述思維導(dǎo)圖的基礎(chǔ)上，選用牛頓第二定律結(jié)合V-t圖來(lái)求解。

更重要的是，運(yùn)用思維導(dǎo)圖，有利于構(gòu)建生態(tài)型“學(xué)與教”的情境，促進(jìn)“學(xué)與教”創(chuàng)新思維。就是師生一起在原思維導(dǎo)圖的基礎(chǔ)上，進(jìn)行變式設(shè)計(jì)，呈現(xiàn)新的情境，從而激發(fā)學(xué)生去尋找原圖式為何不能解決的原因，修正或提升原有思維導(dǎo)圖，使其適應(yīng)層次變化。變式可以是遞進(jìn)式或反遞進(jìn)式的，一方面促進(jìn)學(xué)生對(duì)思維導(dǎo)圖運(yùn)用的養(yǎng)成訓(xùn)練，把繪制與運(yùn)用思維導(dǎo)圖的鑰匙交給學(xué)生；另一方面促進(jìn)創(chuàng)新思維能力的提高。

比如，改進(jìn)的題目情境為：

1）如果本題中，上升到H/2時(shí)，重力勢(shì)能為mgh/2，動(dòng)能為多大？

2）上升過(guò)程中，小球的重力勢(shì)能與動(dòng)能相等的位置離地面高度比H/2大還是??？還是一樣？

3）下降過(guò)程中，小球的重力勢(shì)能與動(dòng)能相等的位置離地面高度比H/2大還是??？還是一樣？

4）把小球在豎直方向有阻力上拋改為沿有摩擦力的斜面上滑，問(wèn)題又會(huì)怎么樣？

如此實(shí)現(xiàn)情境的變化，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。

由此可見(jiàn)，運(yùn)用思維導(dǎo)圖不僅可以拓展思維的廣度和深度，提高思維的效率，更重要的是促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新思維，優(yōu)化思維品質(zhì)。思維導(dǎo)圖把思維過(guò)程直觀化、可視化、顯性化，使學(xué)生的思維關(guān)注焦點(diǎn)問(wèn)題后進(jìn)行發(fā)散和延伸，從而突破思維收斂性的束縛，激發(fā)靈感的火花，形成創(chuàng)造性新方案。同時(shí)從思維導(dǎo)圖分支中跳躍出來(lái)，運(yùn)用思維導(dǎo)圖能隨時(shí)縱覽全局，把握問(wèn)題的重點(diǎn)與思維方向，避免無(wú)益發(fā)散。

新一輪的高中物理課程改革要求教學(xué)規(guī)范轉(zhuǎn)型、師生角色轉(zhuǎn)變、學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變，以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所支撐的大數(shù)據(jù)的運(yùn)用、知識(shí)的可視化與現(xiàn)代信息技術(shù)的結(jié)合等。對(duì)教育工作者來(lái)說(shuō)，既是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn)。本文從一個(gè)很小的側(cè)面，對(duì)促進(jìn)“學(xué)與教”方式轉(zhuǎn)變、學(xué)生創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)做了一些嘗試，與同行交流，拋磚引玉。

圖3