利用思維導(dǎo)圖構(gòu)建光學(xué)知識點(diǎn)總結(jié)課程的探索與實(shí)踐*

張榮香 張建飛

(河北大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 河北 保定 071002)

張 淼

(河北大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 河北 保定 071002)

趙新民

(易縣職業(yè)技術(shù)教育中心 河北 保定 074200)

黨 偉 趙曉輝

(河北大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 河北 保定 071002)

劉 濤

(華北電力大學(xué)電子與通信工程系 河北 保定 071003)

丁文革

(河北大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 河北 保定 071002)

利用思維導(dǎo)圖構(gòu)建光學(xué)知識點(diǎn)總結(jié)課程的探索與實(shí)踐*

張榮香 張建飛

(河北大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 河北 保定 071002)

張 淼

(河北大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 河北 保定 071002)

趙新民

(易縣職業(yè)技術(shù)教育中心 河北 保定 074200)

黨 偉 趙曉輝

(河北大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 河北 保定 071002)

劉 濤

(華北電力大學(xué)電子與通信工程系 河北 保定 071003)

丁文革

(河北大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 河北 保定 071002)

結(jié)合高等學(xué)校物理相關(guān)專業(yè)光學(xué)課程的教學(xué)實(shí)踐，分析了光學(xué)課程的特點(diǎn)，并基于思維導(dǎo)圖獨(dú)特的特征，探索了利用思維導(dǎo)圖構(gòu)建光學(xué)知識點(diǎn)總結(jié)課程的優(yōu)勢和步驟，且結(jié)合“光的偏振態(tài)”具體知識點(diǎn)進(jìn)行了實(shí)踐研究.

思維導(dǎo)圖 光學(xué) 知識點(diǎn)總結(jié)課程

思維導(dǎo)圖是英國“記憶之父”托尼·巴贊(Tony Busan)基于大腦的工作機(jī)理，于20世紀(jì)60年代發(fā)明的一種可視化思維工具[1].如圖1所示，思維導(dǎo)圖運(yùn)用圖文并重的技巧，把各級知識點(diǎn)間的關(guān)系用相互隸屬的關(guān)聯(lián)層次表現(xiàn)出來，具有發(fā)散性、可視化、形象生動的特點(diǎn)，能將人們的思維不再局限于大量的文字描述中，而是用直觀的、具有邏輯性的圖形顯示出來[2].鑒于思維導(dǎo)圖獨(dú)特的優(yōu)勢，自發(fā)明后這種工具已經(jīng)從英國推廣到世界各地，并且應(yīng)用于學(xué)習(xí)、記憶、管理、企劃等多個(gè)領(lǐng)域[3].將思維導(dǎo)圖引入教育，對于知識的梳理和深入理解具有非常重要的作用，因此，不少學(xué)者對教學(xué)中應(yīng)用思維導(dǎo)圖的方法進(jìn)行了探討，分析了在不同學(xué)科領(lǐng)域應(yīng)用思維導(dǎo)圖的優(yōu)勢[4～9].光學(xué)，作為物理相關(guān)專業(yè)的一門主要課程，具有內(nèi)容豐富，知識點(diǎn)多，抽象不易理解等特點(diǎn).本工作針對光學(xué)課程的這些特點(diǎn)，探索利用思維導(dǎo)圖工具設(shè)計(jì)光學(xué)知識點(diǎn)總結(jié)課程的方法，并進(jìn)行實(shí)踐研究.

圖1 思維導(dǎo)圖圖示

1 光學(xué)課程的特點(diǎn)分析

光學(xué)是一門古老而又年輕的學(xué)科，是研究光的本性、光的產(chǎn)生、光的傳播、光與物質(zhì)的相互作用以及光在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中各種應(yīng)用的學(xué)科，是擴(kuò)展學(xué)生的科學(xué)視野、掌握現(xiàn)代科技手段的重要組成部分.作為物理相關(guān)專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，光學(xué)課程不僅為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)提供必要的準(zhǔn)備，而且為學(xué)生將來從事教學(xué)、科學(xué)研究和其他工作打下良好的基礎(chǔ)，同時(shí)光學(xué)課程也是各高校光學(xué)相關(guān)專業(yè)研究生考試的主要課程之一.光學(xué)作為一門傳統(tǒng)且重要的基礎(chǔ)課程，具有如下幾方面特征.

1.1 各主體內(nèi)容間關(guān)聯(lián)度相對較弱

大學(xué)本科光學(xué)課程主要包括幾何光學(xué)、干涉、衍射、偏振和光與物質(zhì)相互作用這幾方面內(nèi)容，每一部分內(nèi)容都很豐富，且很重要.幾何光學(xué)部分主要介紹光學(xué)的幾何光學(xué)相關(guān)知識，很多內(nèi)容在中學(xué)已經(jīng)學(xué)過，在大學(xué)講解時(shí)會進(jìn)行一定的深入和擴(kuò)展.這部分知識主要用于光學(xué)儀器分析和設(shè)計(jì)上，沒有涉及光的波動特性.干涉、衍射和偏振這3部分內(nèi)容主要從不同方面體現(xiàn)光的波動特性，是大學(xué)階段光學(xué)學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容，它們之間具有一定的相關(guān)性，但總體關(guān)聯(lián)程度不是太強(qiáng)，且每一部分內(nèi)容都很重要，是各種光學(xué)儀器對不同方面光波動特性進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的理論基礎(chǔ).光與物質(zhì)相互作用主要介紹光在與物質(zhì)相互作用過程中表現(xiàn)出來的量子特性，側(cè)重于從量子方面探究光的本性.

1.2 各主體內(nèi)容自身各部分之間有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性

光學(xué)課程中盡管各主體內(nèi)容從不同方面反映光學(xué)相關(guān)知識，但不同方面都具備一套理論基礎(chǔ)和理論分析方法，同一主體內(nèi)容中的各部分之間具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性.幾何光學(xué)部分主要研究光的成像問題，所以在單個(gè)球面的成像公式下利用逐次成像的思想可以分析給定光學(xué)系統(tǒng)或儀器中的成像問題.干涉以光的干涉理論為基礎(chǔ)，分析不同類型干涉儀器中的干涉特征，并根據(jù)干涉特征進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用分析，分析的方法類似.衍射主要以惠更斯-菲涅耳原理為基礎(chǔ)，分析基于衍射的各種典型光學(xué)儀器的衍射特征，并根據(jù)衍射特征進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用分析.光與物質(zhì)相互作用主要分析不同實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出的量子特征，從而探討光的本性問題.

1.3 各知識點(diǎn)本身不同方面具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性

光學(xué)課程中有很多知識點(diǎn)，不同知識點(diǎn)本身是一個(gè)整體，相關(guān)知識具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性.比如若把光偏振態(tài)作為一個(gè)知識點(diǎn)，可以根據(jù)光振動的不同特征展開介紹不同偏振態(tài)，從而對不同偏振態(tài)特征及之間的關(guān)聯(lián)有清晰的認(rèn)識.因此，以不同知識點(diǎn)為對象，對其相關(guān)知識進(jìn)行總結(jié)學(xué)習(xí)，有助于理解知識的關(guān)聯(lián)性，并加以靈活擴(kuò)展和應(yīng)用.

2 利用思維導(dǎo)圖設(shè)計(jì)光學(xué)知識點(diǎn)總結(jié)課程的優(yōu)勢

光學(xué)的內(nèi)容較為豐富，學(xué)生普遍感覺到對知識的整體把握和理解運(yùn)用有難度.思維導(dǎo)圖是一種強(qiáng)大的圖形工具，其利用視覺符號來表達(dá)思想和概念，描述事件之間的因果、從屬、層次等邏輯關(guān)系，從而利于知識的遷移.知識點(diǎn)總結(jié)是對所學(xué)知識進(jìn)行系統(tǒng)整理的過程，能幫助學(xué)生把平時(shí)學(xué)的相對獨(dú)立的內(nèi)容整體化和系統(tǒng)化.基于思維導(dǎo)圖的特點(diǎn)和優(yōu)勢，構(gòu)建光學(xué)課程中同一知識點(diǎn)相關(guān)知識的思維導(dǎo)圖具有諸多優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾方面.

2.1 圖示表示直觀性強(qiáng)

光學(xué)課程中公式較多，如果單純用文字和公式來進(jìn)行知識的講授，則容易使學(xué)生疲乏，教學(xué)效果差.思維導(dǎo)圖強(qiáng)調(diào)視覺表象，其作為抽象思維的想象載體，將教學(xué)內(nèi)容用圖像、文字、符號、紋路、線條曲直、顏色等形式形象地呈現(xiàn)出來，具有很強(qiáng)的直觀性.對于內(nèi)容充實(shí)的光學(xué)課程，以知識點(diǎn)為核心，對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行加工和整理，確定各知識點(diǎn)相關(guān)內(nèi)容間的隸屬關(guān)系或關(guān)聯(lián)，創(chuàng)建思維導(dǎo)圖，從而使同一知識點(diǎn)的所有信息都組織在一個(gè)層次分明的結(jié)構(gòu)圖上，將頭腦中的抽象思維轉(zhuǎn)化為形象可感的放射性圖示，形如人類大腦神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的圖形，可以使知識在頭腦中留下更為深刻的印象.且與純文字和公式相比更具有新鮮感和吸引力，能提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和注意力.研究表明，使用視覺輔助能使學(xué)習(xí)效率提高400%[10].

2.2 主題突出層次鮮明

光學(xué)課程中知識點(diǎn)很多，實(shí)際上每一個(gè)知識點(diǎn)可看成一個(gè)整體，盡管圍繞每個(gè)知識點(diǎn)內(nèi)容很多，表面看起來也很紛雜，但本質(zhì)上有緊密聯(lián)系.思維導(dǎo)圖利用邏輯推理的形式，以放射性思考為基礎(chǔ)，有邏輯地表現(xiàn)出知識的生成過程.利用這種工具圍繞同一知識點(diǎn)，將相關(guān)知識按照關(guān)聯(lián)性層次分明地表示出來，可以使分散的知識統(tǒng)一起來，呈現(xiàn)極強(qiáng)的邏輯關(guān)系.思維導(dǎo)圖不是知識點(diǎn)內(nèi)容的簡單疊加，而是體現(xiàn)一定關(guān)系的、符合邏輯思維的有意義圖示，它能使主題突出，并揭示知識之間的順序關(guān)系和層次關(guān)系，使學(xué)生既可以從整體上對知識點(diǎn)有一個(gè)認(rèn)識，又可以從細(xì)節(jié)上對其有深入了解，從而有利于學(xué)生梳理思維的脈絡(luò)思路、理清主次.

2.3 師生共參便于學(xué)習(xí)

同其他課程一樣，在光學(xué)課程的教授中教師的教和學(xué)生的學(xué)同等重要.利用思維導(dǎo)圖構(gòu)建知識點(diǎn)總結(jié)課程，可以形成清晰的知識結(jié)構(gòu)圖.教師構(gòu)建思維導(dǎo)圖授課可以使教師的教學(xué)思路更加明朗，更便于在教授時(shí)開啟學(xué)生的思維，從而促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知能力的提高和有效的學(xué)習(xí).教師也可以引導(dǎo)學(xué)生自己構(gòu)建思維導(dǎo)圖，加速知識的內(nèi)化，構(gòu)建認(rèn)知結(jié)構(gòu).只有學(xué)生自己用腦思考，自己動手整理，才能把知識轉(zhuǎn)化為自己的知識.思維導(dǎo)圖的制作過程是對所學(xué)光學(xué)知識的一個(gè)再整理過程，是形成合理認(rèn)知結(jié)構(gòu)的一種理想工具.學(xué)生在完成思維導(dǎo)圖過程中由簡短關(guān)鍵的幾個(gè)詞將相關(guān)內(nèi)容串點(diǎn)成線，不僅可以深入理解知識，系統(tǒng)歸納知識，而且可以展現(xiàn)出自己的思維模式，從而有助于教師幫助學(xué)生進(jìn)行思維導(dǎo)航，培養(yǎng)學(xué)生的分析推理能力，實(shí)現(xiàn)光學(xué)學(xué)習(xí)的科學(xué)和高效.另外，學(xué)生在構(gòu)建思維導(dǎo)圖過程中，可以與同學(xué)交流合作，共同討論問題，這也能不斷提高其自主學(xué)習(xí)的能力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力.

3 利用思維導(dǎo)圖構(gòu)建光學(xué)知識點(diǎn)總結(jié)課程的實(shí)踐

本文選取光學(xué)課程中“光的偏振態(tài)”知識點(diǎn)作為構(gòu)建思維導(dǎo)圖的實(shí)例.選取依據(jù)是因?yàn)椴煌鈱W(xué)教材中對光偏振態(tài)的分類不同[11,12]，并且不同偏振態(tài)間又有一定的關(guān)聯(lián)，從而在光學(xué)授課過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對光偏振態(tài)的類別比較模糊.通過構(gòu)建思維導(dǎo)圖可以幫助學(xué)生理清光不同偏振態(tài)間的區(qū)別與聯(lián)系，從而對不同偏振態(tài)具有清晰的認(rèn)識，并解決不同教材分類不同的迷惑.具體分為以下幾個(gè)步驟.

步驟1：按照知識點(diǎn)書寫教案，理清思路，確定思維導(dǎo)圖主題和各層主干關(guān)鍵詞.

完整的教案和清晰的思路是制作思維導(dǎo)圖的必要前提，而主題和各層主干關(guān)鍵詞是制作思維導(dǎo)圖的關(guān)鍵.因此，首先通過廣泛調(diào)研準(zhǔn)備出有關(guān)光偏振態(tài)知識的完整授課教案，然后根據(jù)教案確定出所要構(gòu)建思維導(dǎo)圖的主題“光的偏振態(tài)”，進(jìn)一步根據(jù)不同偏振態(tài)中光矢量振動的不同特征和關(guān)聯(lián)確定一級主干關(guān)鍵詞為“非偏振光”、“完全偏振光”、“部分偏振光”，二級主干關(guān)鍵詞為“自然光”、“線偏振光”、“橢圓偏振光”、“圓偏振光”、“自然光+線偏振光”、“自然光+橢圓偏振光”、“自然光+圓偏振光”.

步驟2：選擇思維導(dǎo)圖工具，構(gòu)建思維導(dǎo)圖，并利用圖形、符號等修飾，使其更加形象鮮明.

構(gòu)建思維導(dǎo)圖可以手繪，也可以用計(jì)算機(jī)軟件.使用計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)建思維導(dǎo)圖非常方便，大大簡化了思維導(dǎo)圖的創(chuàng)建過程，且所構(gòu)建的思維導(dǎo)圖形象美觀.本工作利用思維導(dǎo)圖工具Novamind構(gòu)建思維導(dǎo)圖，先選定節(jié)點(diǎn)，然后利用Enter或Insert鍵插入各層主干關(guān)鍵詞，以此類推構(gòu)建思維導(dǎo)圖.所構(gòu)建“光的偏振態(tài)”思維導(dǎo)圖全貌如圖2所示.

步驟3：設(shè)計(jì)思維導(dǎo)圖講解模式，用于教學(xué).

教師構(gòu)建思維導(dǎo)圖的主要作用之一是給學(xué)生進(jìn)行講授，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí).結(jié)合現(xiàn)在先進(jìn)的思維導(dǎo)圖工具可以對構(gòu)建的思維導(dǎo)圖進(jìn)行放映設(shè)計(jì)，創(chuàng)建適合講授、利于學(xué)生接受和理解的講解模式.創(chuàng)建的講解模式如圖3所示.放映和講解的基本流程為：

(1)放映圖3(a)，先引出主題“光的偏振態(tài)”，引出講解內(nèi)容，啟發(fā)學(xué)生思考.

(2)放映圖3(b)，給出一級主干關(guān)鍵詞，使學(xué)生對不同偏振程度的偏振態(tài)有一定了解，并介紹各自特征.

(3)放映圖3(c)，給出二級主干關(guān)鍵詞，進(jìn)一步對偏振態(tài)進(jìn)行細(xì)化，并通過層次關(guān)系明確隸屬關(guān)系.

(4)放映圖2，給出輔助講解公式或圖形，進(jìn)一步對不同偏振態(tài)的特征進(jìn)行介紹.也可以每部分單獨(dú)放映，之后再放映圖2所示總結(jié)構(gòu).

圖2 “光的偏振態(tài)”思維導(dǎo)圖

(5)最終再放映圖3(c)，進(jìn)行總結(jié)概括，使學(xué)生整體上有更清晰的認(rèn)識，并認(rèn)識到若從大類分，有3種偏振態(tài)，若從小類分有5種偏振態(tài)，從而不同偏振態(tài)的層次隸屬關(guān)系更加明確.

圖3 基于“光的偏振態(tài)”思維導(dǎo)圖的課程設(shè)計(jì)

隨著教學(xué)理念和教學(xué)方法的不斷創(chuàng)新，當(dāng)前以微課為代表的新型教學(xué)模式不斷興起，將制作的思維導(dǎo)圖制作成微課，并通過在課堂上使用，學(xué)生反映效果良好，不僅能夠解決之前對光偏振態(tài)分類的困惑，且對知識的理解更具有系統(tǒng)性.

4 結(jié)束語

思維導(dǎo)圖是一種有效表達(dá)發(fā)散性思維的可視化圖形思維工具，利用其構(gòu)建光學(xué)課程中知識點(diǎn)總結(jié)課程，可以將豐富的光學(xué)內(nèi)容化繁為簡，把復(fù)雜的關(guān)系條理化.本文以光學(xué)知識中“光的偏振態(tài)”知識點(diǎn)為例探索并實(shí)踐了思維導(dǎo)圖的應(yīng)用，使用效果良好，將來可以進(jìn)一步將此工具擴(kuò)展應(yīng)用到光學(xué)課程其他知識點(diǎn)或其他課程中.

1 托尼·巴贊.思維導(dǎo)圖.北京:中信出版社,2009

2 李新.思維導(dǎo)圖在啟發(fā)式教學(xué)中的應(yīng)用研究.軟件導(dǎo)刊·教育技術(shù),2016,15(1):60～61

3 劉智敏,獨(dú)知行,于勝文,等.思維導(dǎo)圖方法的教學(xué)實(shí)踐.測繪科學(xué),2016,41(9):186～190

4 吳志丹.協(xié)作建構(gòu)思維導(dǎo)圖在數(shù)學(xué)復(fù)習(xí)課中的應(yīng)用探究.電化教育研究,2010(7):108～110

5 趙卓,湯婷婷.思維導(dǎo)圖在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用.教學(xué)與管理,2016(30):92～94

6 趙佳娜.基于思維導(dǎo)圖的微課教學(xué)研究——以大學(xué)英語為例.浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2016,28(3):85～90

7 張洪榜.基于多媒體技術(shù)的思維導(dǎo)圖在語文教學(xué)中的應(yīng)用.文學(xué)教育,2016(1):95

8 高霞,王廣,徐援.思維導(dǎo)圖教學(xué)法在內(nèi)分泌科臨床教學(xué)中的應(yīng)用.中國病案,2016,17(9):92～94

9 戴圣偉,王炎平,蔡勝強(qiáng),等.思維導(dǎo)圖融合法在模電教學(xué)中的應(yīng)用.實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2016,35(2):229～232

10 閆守軒.思維導(dǎo)圖:優(yōu)化課堂教學(xué)的新路徑.教育科學(xué),2016,32(3):24～28

11 趙凱華.新概念物理教材·光學(xué).北京:高等教育出版社,2004

12 郁道銀,談恒英.工程光學(xué).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006

*河北大學(xué)第八批教學(xué)改革研究項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：JX08-YB-24，JX08-YB-25;河北省研究生示范課程.

張榮香(1981- )，女，博士，副教授，主要從事光學(xué)相關(guān)教學(xué)和科研工作.

2017-01-13)