新工科背景下思維導(dǎo)圖在教學(xué)過程中的設(shè)計方式與教學(xué)效果分析

王秋瀅 勇俊 李想

摘? 要：該文針對新工科時代背景下要求大學(xué)生要具備跨專業(yè)思考、多學(xué)科融合、綜合運用各專業(yè)知識解決問題的能力，提出“思維導(dǎo)圖導(dǎo)引教學(xué)+思維導(dǎo)圖課后作業(yè)建立知識體系”的教學(xué)方式。該文首先論述思維導(dǎo)圖引入課堂授課的可行性。然后，論述“思維導(dǎo)圖導(dǎo)引教學(xué)+思維導(dǎo)圖課后作業(yè)建立知識體系”的教學(xué)方式的詳細內(nèi)涵。最后，作者選取2019級、2020級電路與電子技術(shù)授課本科生（觀察組：引入思維導(dǎo)圖；對照組：傳統(tǒng)教學(xué)模式）為研究對象。數(shù)據(jù)結(jié)果表明，利用思維導(dǎo)圖對專業(yè)知識的整理學(xué)習(xí)，對學(xué)生在知識體系架構(gòu)構(gòu)建、知識點串聯(lián)、多知識點綜合應(yīng)用、問題現(xiàn)象主觀分析等方面有較大的幫助，不僅對學(xué)生在本門課程的學(xué)習(xí)過程起到助力作用，還對課程學(xué)習(xí)內(nèi)容在日后的后續(xù)課程學(xué)習(xí)、研究生課題研究過程奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：新工科；思維導(dǎo)圖；設(shè)計方式；教學(xué)效果；教學(xué)模式

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）25-0107-07

Abstract： In view of the background of the New Engineering era， college students are required to have the ability of cross-disciplinary thinking， multi-disciplinary integration and comprehensive application of various professional knowledge to solve problems.This paper puts forward the teaching method of "Mind mapping guidance teaching + Mind mapping homework to establish knowledge system". Firstly， this paper discusses the feasibility of introducing mind mapping into classroom teaching. Then， it discusses the detailed connotation of the teaching mode of "Mind mapping guidance teaching + Mind mapping homework to establish knowledge system". Finally， the author selects 2019 and 2020 undergraduate students to teach Circuit and Electronic Technology （observation group： mind mapping; Control group： traditional teaching mode） as the research object. The data results show that the sorting and learning of professional knowledge by using mind mapping is of great help to students in the construction of knowledge system architecture， the connection of knowledge points， the comprehensive application of multiple knowledge points， and the subjective analysis of problem phenomena. It not only helps students in the learning process of this course， but also lays a foundation for the subsequent course learning and graduate project research process of the course learning content in the future.

Keywords： new engineering; mind mapping; design method; teaching effect; teaching mode

2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”，并發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》[1]《關(guān)于推薦新工科研究與實踐項目的通知》，全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式、中國經(jīng)驗，助力高等教育強國建設(shè)。此舉是為了應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革所面臨的新機遇、新挑戰(zhàn)而提出的“新工科”理念。圍繞新工科專業(yè)建設(shè)，教育部不僅批準(zhǔn)了大數(shù)據(jù)、人工智能、機器人工程和網(wǎng)絡(luò)空間安全等新工科專業(yè)，而且通過產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人計劃項目，為新工科專業(yè)融入新工科建設(shè)理念，并不斷向新工科專業(yè)轉(zhuǎn)化[2]。

新工科時代背景下對高校學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)又提出了新要求。要求大學(xué)生不僅要扎實地掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識、活學(xué)活用，更需要具備跨專業(yè)思考、多學(xué)科融合、綜合運用各專業(yè)知識解決問題的能力。因此，在新工科建設(shè)背景下，高校教師在教學(xué)過程中，如何融入新的教學(xué)方法，開展各專業(yè)特有培養(yǎng)模式、培養(yǎng)具備跨學(xué)科綜合能力的人才的改革已經(jīng)迫在眉睫。

思維導(dǎo)圖作為輔助教學(xué)方法，近年來已經(jīng)漸漸進入高校教育中。特別是對于典型的工科院校，專業(yè)課具有很強的理論性與邏輯性，知識覆蓋面廣、內(nèi)容深入，專業(yè)課之間有很明顯的相輔相成的關(guān)系[3-4]。因此，將思維導(dǎo)圖教學(xué)法推廣到工科高校專業(yè)課程的教學(xué)中有很大的發(fā)展空間。

一? 思維導(dǎo)圖簡介

（一）? 思維導(dǎo)圖是增強記憶和創(chuàng)造性思維的關(guān)鍵工具

思維導(dǎo)圖（Mind Mapping）又稱為心智導(dǎo)圖，是20世紀60年代末由英國著名學(xué)者東尼·博贊（Tony Buzan）創(chuàng)建的一種有效表達發(fā)散性思維的圖形思維工具[5]。它可以將不同形式內(nèi)容（如文字、想象、數(shù)字、理由、圖像、列表、顏色和節(jié)奏等）與結(jié)構(gòu)圖像聯(lián)系起來，形成結(jié)構(gòu)圖形式[6]。思維導(dǎo)圖的繪制類似于人類大腦的放射性思考方式，即以一個思維點出發(fā)，并以此為中心向外發(fā)散出多個關(guān)節(jié)點，每一個關(guān)節(jié)點繼續(xù)向外發(fā)散，以放射性的方式建立鏈接。換句話說，在思維導(dǎo)圖的繪制過程中，信息在繪制人員的大腦中就像蛛網(wǎng)一樣被組織起來，提高了繪制人員的高階思維技能，如綜合、計劃、反思、決策和總結(jié)等。因此，思維導(dǎo)圖也被認為是增強記憶和創(chuàng)造性思維的關(guān)鍵工具[7-8]。

（二）? 思維導(dǎo)圖是一種具有創(chuàng)新意義的教學(xué)工具

思維導(dǎo)圖具有集點集中、主干發(fā)散、內(nèi)容明了、層次分明、邊學(xué)邊做和不斷完善等特點。因此，自其被創(chuàng)建以來被廣泛應(yīng)用在文化、商業(yè)、行政等各個領(lǐng)域，特別是在外語[9]、科學(xué)[10]、音樂[11]、社會科學(xué)[12]和數(shù)學(xué)[13]等教育行業(yè)，也在逐漸引入思維導(dǎo)圖教學(xué)模式。在英國，思維導(dǎo)圖是中小學(xué)教學(xué)中的必修課程；在新加坡、韓國、日本等國家很多教育機構(gòu)都非常重視思維導(dǎo)圖在教學(xué)中的作用。我國對思維導(dǎo)圖的研究相對于國外起步較晚，目前處于本體研究及相關(guān)制作軟件的應(yīng)用研究。通過文獻查找，發(fā)現(xiàn)越來越多的教育教學(xué)設(shè)計已經(jīng)開始使用思維導(dǎo)圖作為輔助的教學(xué)工具[14-15]，例如教材編寫、教師課程教學(xué)設(shè)計、學(xué)生知識結(jié)構(gòu)建立等。特別是近年來，隨著數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展，開發(fā)者利用計算機繪制在視覺上更吸引人的思維導(dǎo)圖，已被視為一種具有創(chuàng)新意義的學(xué)習(xí)方式和教學(xué)工具。相比于傳統(tǒng)的紙面繪制思維導(dǎo)圖，計算機軟件繪制的電子思維導(dǎo)圖不僅有利于激發(fā)和整理思維，使零散瑣碎的信息系統(tǒng)化、規(guī)范化，還便于回顧、更新、存儲、共享和移植。

二? 思維導(dǎo)圖引入課堂授課的可行性

（一）? 高等教育課程數(shù)量倍增與授課方式互補

在新工科教育改革與互聯(lián)網(wǎng)信息智能時代背景下，僅以傳授知識點為主要目的的授課不再適用。具體來說，主要包括兩方面：一方面，現(xiàn)代高等教育專業(yè)課程學(xué)習(xí)不同于高中以前學(xué)習(xí)內(nèi)容，存在學(xué)修課程多、密度高的特點。特別是面向新工科理念的大學(xué)生培養(yǎng)方案將存在課程所屬學(xué)科跨度更大的現(xiàn)象。另一方面，由于智能手機的普及和移動上網(wǎng)的便利，百度和谷歌等眾多搜索引擎已經(jīng)能夠快捷方便地為大學(xué)生提供知識點的自主學(xué)習(xí)，只針對單一課程知識點堆積的授課方式已顯得多余和無趣，甚至無效。因此，新時代的高校授課內(nèi)容應(yīng)該由課程相關(guān)的系列知識點挖掘重構(gòu)而成，使大學(xué)生在課堂上和工程教育方面不斷得到創(chuàng)新思維和系統(tǒng)關(guān)聯(lián)思維的導(dǎo)引與啟迪。

（二）? 高等教育課程知識的積累性、傳承性、思維性與工程性

首先，課程知識點是眾多前期相關(guān)研究與應(yīng)用實踐成果的積累結(jié)晶，可構(gòu)建“知識點結(jié)晶過程”思維導(dǎo)圖表達其積累結(jié)晶的思維演繹及問題解決過程、不同研究結(jié)果的互補性和互證性；其次，專業(yè)課程是基礎(chǔ)學(xué)科理論的傳承與延伸，可構(gòu)建“課程間內(nèi)容關(guān)系”思維導(dǎo)圖將課程知識點與其他基礎(chǔ)學(xué)科理論相融會貫通，解讀知識點的基礎(chǔ)理論作用、創(chuàng)新源頭與演變過程、知識點可能變化發(fā)展方向等；再次，邏輯思維是大學(xué)生能夠?qū)W好課程內(nèi)容的關(guān)鍵，可構(gòu)建“授課內(nèi)容”思維導(dǎo)圖來貫通解讀課程知識點的邏輯思維方式，發(fā)現(xiàn)課程知識點的前提條件限制和缺陷，引導(dǎo)大學(xué)生積極思維和主動思考；最后，工科課程特有的工程性特點體現(xiàn)在知識點的工程應(yīng)用上，而實際工程狀況往往比理論上影響因素更多更復(fù)雜，可構(gòu)建“知識點工程含義與邏輯對接”思維導(dǎo)圖將授課知識點與工程應(yīng)用物理含義及工程邏輯相對接，展示實例應(yīng)用中的工程智慧，培養(yǎng)大學(xué)生學(xué)以致用的能力。

（三）? 思維導(dǎo)圖推廣到工科高等教育具有很大發(fā)展空間

研究人員從不同角度定義了思維導(dǎo)圖。Buzan[16]將其定義為可以“通過使用關(guān)鍵詞和關(guān)鍵圖像對信息進行編輯和組織的技術(shù)”；Nast[17]將其定義為“總結(jié)信息集”；Khoo[18]將其描述為“解釋概念之間聯(lián)系和相互關(guān)系的圖表”。通過上述定義看出，由于思維導(dǎo)圖具有創(chuàng)造原則、視覺意義、地圖閱讀形式和符號建立聯(lián)系等特點，如果將其作為一種教學(xué)方法，可以使教師在課堂教學(xué)中，除了關(guān)鍵知識點的講述外，重點闡述各知識點之間、各章節(jié)之間的關(guān)系，使學(xué)生能夠更快更好地掌握課程基本知識框架。此外，通過思維導(dǎo)圖對一門及多門課程之間關(guān)系的梳理，可以快速有效地將知識融會貫通，找出各專業(yè)課之間的關(guān)系、重點和難點，有利于提高課堂教學(xué)質(zhì)量，便于學(xué)生進一步理解多門課程之間聯(lián)系及如何相互應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三? “思維導(dǎo)圖導(dǎo)引教學(xué)+思維導(dǎo)圖課后作業(yè)建立知識體系”教學(xué)方式

“思維導(dǎo)圖導(dǎo)引教學(xué)+思維導(dǎo)圖課后作業(yè)建立知識體系”的教學(xué)方式分思維導(dǎo)圖導(dǎo)引教學(xué)與思維導(dǎo)圖課后作業(yè)建立知識體系兩方面。

（一）? 思維導(dǎo)圖導(dǎo)引教學(xué)

工科院校的課程特點是課程之間關(guān)聯(lián)性強、學(xué)生課前預(yù)習(xí)課后復(fù)習(xí)作用大。課上授課過程中，經(jīng)常出現(xiàn)前序課程知識忘記、不熟悉及課前預(yù)習(xí)不充分等現(xiàn)象，直接導(dǎo)致出現(xiàn)本節(jié)授課學(xué)生跟不上、學(xué)不懂的現(xiàn)象。針對該問題，可采用思維導(dǎo)圖導(dǎo)引教學(xué)方式，即教師在教學(xué)前介紹思維導(dǎo)圖的使用方法和相關(guān)知識，幫助學(xué)生初步了解本次授課的知識點的重點內(nèi)容和關(guān)鍵點。在此基礎(chǔ)上，課程核心內(nèi)容講授過程中，利用思維導(dǎo)圖強調(diào)章節(jié)之間的知識點關(guān)聯(lián)、知識體系架構(gòu)、前序后續(xù)聯(lián)系等方面做重點介紹，讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)知識的連貫性。圖2為筆者在電路與電子技術(shù)授課過程中用到的部分思維導(dǎo)圖。

（二）? 思維導(dǎo)圖課后作業(yè)建立知識體系

授課結(jié)束后布置大作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容為以思維導(dǎo)圖的方式，將課程講述內(nèi)容、重點、難點和疑問等問題進行整理表述。首先，可以讓學(xué)生自行對課上學(xué)習(xí)知識點進行總結(jié)，頭腦中建立知識體系；其次，在考前復(fù)習(xí)階段，學(xué)生可以利用課程知識體系的思維導(dǎo)圖建立高效的復(fù)習(xí)機制，避免“只刷題、課程知識不懂”的現(xiàn)象；最后，在學(xué)生后續(xù)的課程學(xué)習(xí)或研究生研究階段，如涉及本門課程的相關(guān)知識，可以利用思維導(dǎo)圖完成回憶或快速查閱。此外，在思維導(dǎo)圖的繪制過程中，還會用到專業(yè)知識軟件、配色配圖等方面的訓(xùn)練，完成課堂知識體系建立的同時，對額外輔助技能也加強了訓(xùn)練。圖3為部分同學(xué)根據(jù)電路與電子技術(shù)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容制作的思維導(dǎo)圖。

四? 電路與電子技術(shù)課堂教學(xué)實例

為了進一步探究思維導(dǎo)圖引入高校課堂授課環(huán)節(jié)的教學(xué)作用及授課效果，選取2019級、2020級本科生電路與電子技術(shù)授課為研究對象。現(xiàn)將教學(xué)結(jié)果總結(jié)如下。

（一）? 資料與方法

1? 研究對象資料

該課程開課時間為本科階段第三學(xué)期，2019級與2020級兩個學(xué)年授課學(xué)生人數(shù)分別為61人、59人。其中，2019級學(xué)生為對照組，2020級學(xué)生為觀察組。學(xué)生基本信息分布見表1。由表1可知，兩組人數(shù)、性別等一般資料比較差異不顯著，具有可比性。

2? 教學(xué)方法

兩組學(xué)生由同一任課教師進行課堂授課，教學(xué)內(nèi)容、目標(biāo)和學(xué)時安排均相同。圖4為電路與電子技術(shù)（電路分析方法部分）課堂教學(xué)實例流程圖。教學(xué)方法差異如下。

對照組：傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，即由教師進行授課講解分析，學(xué)生聽講，記錄筆記，課后復(fù)習(xí)，完成考試。

觀察組：采用思維導(dǎo)圖導(dǎo)引教學(xué)方式，教師在教學(xué)前介紹思維導(dǎo)圖的使用方法和相關(guān)知識，幫助學(xué)生初步了解本次授課的知識點的重點內(nèi)容和關(guān)鍵點。授課結(jié)束后布置大作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容為以思維導(dǎo)圖的方式，將課程講述內(nèi)容、重點、難點和疑問等問題進行整理表述。

3? 評價指標(biāo)

由于兩組同學(xué)的教學(xué)環(huán)節(jié)、授課教師、試卷難度均相同，不同之處只有“是否采用思維導(dǎo)圖方式對部分課程進行深度邏輯整理與學(xué)習(xí)”，因此這里采用兩組同學(xué)測試考核環(huán)節(jié)的卷面成績作為思維導(dǎo)圖在教學(xué)成果中的效果評價方式。其中，卷面成績分布統(tǒng)計是最基本的統(tǒng)計，其涉及平均分、及格率、標(biāo)準(zhǔn)差與成績分布四方面指標(biāo)。

（二）? 教學(xué)效果與分析

表2、表3分別為觀察組與對照組試卷總分數(shù)分布情況與各類型題目分數(shù)分布情況。圖5為觀察組與對照組試卷總分數(shù)分布、百分比分布、平均分分布情況。圖6是針對表3中的主觀題作了進一步詳細分析，即觀察組與對照組在主觀題的各分數(shù)段分數(shù)分布、百分比分布、平均分分布情況。

從表2的數(shù)據(jù)可以看出，首先，為了可以相對準(zhǔn)確地比較出思維導(dǎo)圖在教學(xué)過程中的效果，在試卷題目設(shè)計時，盡量保證試題覆蓋范圍、難度系數(shù)一致；其次，觀察組的平均成績與及格人數(shù)百分比，均高于對照組?？梢猿醪脚袛啵瑢W(xué)生在明確思維導(dǎo)圖的定義、用法、特征的基礎(chǔ)上，自行利用思維導(dǎo)圖整理電路與電子技術(shù)（電路分析方法部分）課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容并復(fù)習(xí)，可有效提高復(fù)習(xí)效率與知識掌握程度，考試分數(shù)與及格百分比略有提升。

從圖5分數(shù)分布情況統(tǒng)計結(jié)果可以看出：首先，觀察組分數(shù)分布在90～100分、60～69分人數(shù)、平均分明顯高于對照組；其次，觀察組分數(shù)分布在80～89分、70～79分區(qū)間的人數(shù)低于對照組，平均分基本持平；最后，低于60分，即不及格的人數(shù)，觀察組低于對照組。綜上可見，思維導(dǎo)圖引入到教學(xué)過程中，可有效提高高分段學(xué)生成績，特別是對70～90分區(qū)間學(xué)生的成績有所提高。也就是說，思維導(dǎo)圖可以在學(xué)生已經(jīng)大范圍掌握知識要點的基礎(chǔ)上，對重點知識、難點知識、注意事項等進行強化，這樣，可以有效地提高學(xué)生在后續(xù)學(xué)習(xí)或研究過程中的知識應(yīng)用能力。

根據(jù)表3數(shù)據(jù)做如下分析：概念題與主觀題的區(qū)別之處在于，概念題是對基本概念的考核，重點在于學(xué)生對概念的理解與區(qū)分程度，不考慮綜合性應(yīng)用。主觀題通常是將多個授課知識點串聯(lián)起來，題目形式為分數(shù)占比較高的簡答/計算/分析/討論等，重點在于對學(xué)生重要知識點的綜合應(yīng)用、主觀判斷與邏輯思維。因此，從表3數(shù)據(jù)可以看出，觀察組的主觀題平均分、及格率均高于對照組，這就說明利用思維導(dǎo)圖的知識點整理與學(xué)習(xí)方式可以有效地提高學(xué)生對于數(shù)量較多的知識點的理解與應(yīng)用能力。

根據(jù)圖6數(shù)據(jù)可以看出：一方面，利用思維導(dǎo)圖學(xué)習(xí)課程知識的觀察組，高分段（61～70分）人數(shù)高于對照組；另一方面，主觀題總分為70分，觀察組在各分數(shù)段的平均分都略高于對照組。可見，利用思維導(dǎo)圖對專業(yè)知識的整理學(xué)習(xí)，以及對學(xué)生在知識體系架構(gòu)構(gòu)建、知識點串聯(lián)、多知識點綜合應(yīng)用和問題現(xiàn)象主觀分析等方面有較大的幫助，不僅對學(xué)生在本門課程的學(xué)習(xí)過程起到助力作用，還對課程學(xué)習(xí)內(nèi)容在日后的后續(xù)課程學(xué)習(xí)、研究生課題研究過程奠定基礎(chǔ)，這也是課程教學(xué)的主要目的。

五? 結(jié)束語

新工科時代背景下要求大學(xué)生扎實地掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識，活學(xué)活用，并且要具備跨專業(yè)思考、多學(xué)科融合、綜合運用各專業(yè)知識解決問題的能力。為了改善教學(xué)效果，增強學(xué)生知識體系構(gòu)建、知識綜合應(yīng)用、問題現(xiàn)象分析的能力，本文提出了“思維導(dǎo)圖導(dǎo)引教學(xué)+思維導(dǎo)圖課后作業(yè)建立知識體系”的教學(xué)方式。文中首先論述了思維導(dǎo)圖引入課堂授課的可行性。然后，論述了“思維導(dǎo)圖導(dǎo)引教學(xué)+思維導(dǎo)圖課后作業(yè)建立知識體系”的教學(xué)方式的詳細內(nèi)涵。為了進一步探究思維導(dǎo)圖引入高校課堂授課環(huán)節(jié)的教學(xué)作用及授課效果，筆者選取2019級、2020級電路與電子技術(shù)授課本科生為研究對象，兩組學(xué)生（觀察組與對照組）由同一任課教師進行課堂授課，教學(xué)內(nèi)容、目標(biāo)和學(xué)時安排均相同。對照組采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，觀察組采用“思維導(dǎo)圖導(dǎo)引教學(xué)+思維導(dǎo)圖課后作業(yè)建立知識體系”的教學(xué)方式。相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，利用思維導(dǎo)圖對專業(yè)知識的整理學(xué)習(xí)，對學(xué)生在知識體系架構(gòu)構(gòu)建、知識點串聯(lián)、多知識點綜合應(yīng)用和問題現(xiàn)象主觀分析等方面有較大的幫助，不僅對學(xué)生在本門課程的學(xué)習(xí)過程中起到助力作用，還對課程學(xué)習(xí)內(nèi)容在日后的后續(xù)課程學(xué)習(xí)、研究生課題研究過程奠定基礎(chǔ)。綜上，對于典型的工科院校，思維導(dǎo)圖作為輔助教學(xué)方法具有良好的教學(xué)效果與很大的發(fā)展空間。

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