思維導(dǎo)圖法在流體力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐研究*

孫佳秋，李 敏，王邵臻，李 鵬，郭珍珠

(1.北京科技大學(xué) 天津?qū)W院，中國(guó) 天津 301830；2.北京科技大學(xué) 土木與資源工程學(xué)院，北京 100083)

流體力學(xué)是土木工程專業(yè)一門重要的力學(xué)基礎(chǔ)課，主要研究流體的平衡和運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律。學(xué)生通過學(xué)習(xí)流體靜力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)和流體力學(xué)方程等內(nèi)容[1]，應(yīng)掌握流體力學(xué)的基本概念和基本理論，具備運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決流體力學(xué)問題的能力，為日后從事工程和科研工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

從課程內(nèi)容上看，流體力學(xué)課程內(nèi)容多、概念抽象、邏輯性強(qiáng)，所涉及的數(shù)學(xué)公式演繹推導(dǎo)多。在分析流體力學(xué)問題時(shí)，需要物理思維能力和扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，并綜合運(yùn)用理論概念和基本方程組。從教學(xué)方式來看，目前廣泛采用PPT授課方式，課堂講授的知識(shí)量較大，PPT翻頁(yè)速度快，課堂節(jié)奏快，重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容不夠突出，學(xué)生在課堂上難以完全吸收消化，課后復(fù)習(xí)又難以將知識(shí)點(diǎn)之間相互聯(lián)系，不容易理解和記憶。學(xué)生普遍認(rèn)為流體力學(xué)學(xué)習(xí)難度較大，產(chǎn)生了一定的畏難情緒，降低了學(xué)習(xí)興趣，使課程學(xué)習(xí)效果打折[2-3]。針對(duì)流體力學(xué)課程特點(diǎn)，為了提高課堂教學(xué)的效果，本文將思維導(dǎo)圖法應(yīng)用到流體力學(xué)教學(xué)中，使課程內(nèi)容清晰化、條理化，幫助學(xué)生更好地理解和記憶知識(shí)。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生采用思維導(dǎo)圖作為總結(jié)與歸納知識(shí)的工具，幫助學(xué)生清楚地看到知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)和層次結(jié)構(gòu)，建立清晰的知識(shí)框架。

1 思維導(dǎo)圖在流體力學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用

思維導(dǎo)圖(mind map)是一種可視化的思維工具，用于組織和呈現(xiàn)發(fā)散性思維。英國(guó)心理學(xué)家Tony Buzan在1970年代提出了思維導(dǎo)圖的概念，并在他的著作Use Your Head(《啟動(dòng)大腦》)中詳細(xì)介紹。思維導(dǎo)圖模擬人類大腦思維，利用圖形、顏色等元素激發(fā)右腦的創(chuàng)造思維，同時(shí)結(jié)合左腦邏輯和分析能力，促進(jìn)理解、記憶和創(chuàng)新。思維導(dǎo)圖的主要特點(diǎn)是以中心主題為起點(diǎn)，通過放射狀的分支展示與主題相關(guān)的子主題。這種結(jié)構(gòu)可以幫助人們以圖形化和非線性的方式表示復(fù)雜的知識(shí)信息[4-5]。隨著思維導(dǎo)圖軟件的推廣，如XMind、MindManager和FreeMind等，進(jìn)一步擴(kuò)展了思維導(dǎo)圖的應(yīng)用范圍，為教師和學(xué)生提供了一種創(chuàng)新且有效的工具。思維導(dǎo)圖在教育領(lǐng)域得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用，并且取得了積極的成效。

1.1 教師利用思維導(dǎo)圖備課授課

在備課階段，教師可以利用思維導(dǎo)圖整理流體力學(xué)各章的內(nèi)容，每章繪制三張思維導(dǎo)圖。第一張思維導(dǎo)圖用于指導(dǎo)學(xué)生課前預(yù)習(xí)。針對(duì)流體力學(xué)各章的知識(shí)點(diǎn)多，學(xué)生難以抓住重點(diǎn)和難點(diǎn)的問題，可以繪制一張簡(jiǎn)明的思維導(dǎo)圖，通過不同顏色標(biāo)識(shí)本章的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。在授課前，利用超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)將該思維導(dǎo)圖作為課程資料發(fā)布給學(xué)生，使學(xué)生能夠快速概覽本章內(nèi)容，并能在課堂上有針對(duì)性地學(xué)習(xí)和提問[6]。第二張思維導(dǎo)圖用于構(gòu)建流體力學(xué)的理論知識(shí)體系。在備課過程中，教師對(duì)本章的核心概念和重要理論進(jìn)行整理，使用連接線和箭頭表示理論概念之間的聯(lián)系。采用分級(jí)編號(hào)和縮進(jìn)的方式幫助學(xué)生理解知識(shí)的層次結(jié)構(gòu)。此外，還可以添加關(guān)鍵詞或標(biāo)簽以輔助記憶。教師可以在課堂上展示這張思維導(dǎo)圖，幫助學(xué)生更好地理解和應(yīng)用知識(shí)。第三張思維導(dǎo)圖用于展示流體力學(xué)知識(shí)的擴(kuò)展和應(yīng)用?？梢赃x擇介紹流體力學(xué)理論前沿研究和重要的應(yīng)用領(lǐng)域，激發(fā)學(xué)生的求知欲，提高課程的趣味性。選擇應(yīng)用案例時(shí)應(yīng)結(jié)合學(xué)生的實(shí)際水平，選擇與教學(xué)內(nèi)容關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，與生活和工程領(lǐng)域聯(lián)系緊密的案例，并提供簡(jiǎn)要的背景介紹。

在授課階段，教師可以利用思維導(dǎo)圖講解理論概念和實(shí)際應(yīng)用，并鼓勵(lì)學(xué)生參與思維導(dǎo)圖的構(gòu)建和完善。當(dāng)講解理論概念時(shí)，教師可以鼓勵(lì)全班學(xué)生積極參與完善理論知識(shí)框架，在思維導(dǎo)圖中增加他們自己的理解和思考。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，教師可以使用XMind等軟件在課堂上展示第二張思維導(dǎo)圖，并通過共享屏幕進(jìn)行實(shí)時(shí)編輯和完善，使學(xué)生能夠直接參與思維導(dǎo)圖的完善過程，增加、調(diào)整和修改理論知識(shí)框架。而在講解實(shí)際應(yīng)用時(shí)，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生提出問題并討論解決方案，加強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng)交流，引導(dǎo)學(xué)生在第三張思維導(dǎo)圖上增加理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用的關(guān)聯(lián)，以提出新的解決方案。通過這種學(xué)生參與的方式，可以提高學(xué)習(xí)效果，使課堂更富有互動(dòng)性和合作性。

1.2 學(xué)生利用思維導(dǎo)圖總結(jié)復(fù)習(xí)

課后，學(xué)生可以利用思維導(dǎo)圖進(jìn)行總結(jié)復(fù)習(xí)。思維導(dǎo)圖作為一個(gè)綜合性的工具，可以幫助學(xué)生將不同來源的知識(shí)信息整合在一起。學(xué)生使用思維導(dǎo)圖來整合教科書的重點(diǎn)內(nèi)容、課堂筆記、在線教學(xué)視頻資料和其它網(wǎng)上資源[7]。思維導(dǎo)圖的使用極大地提高了復(fù)習(xí)效率，它可以幫助學(xué)生快速回顧和復(fù)習(xí)大量的理論概念，并提供一個(gè)簡(jiǎn)練而全面的概覽，使得學(xué)生可以迅速回憶起各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)。

教師可將班級(jí)進(jìn)行分組，在每章內(nèi)容講授完成后，要求每個(gè)小組上交一份用以總結(jié)本章內(nèi)容的思維導(dǎo)圖。每個(gè)小組的學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)風(fēng)格和需求創(chuàng)建個(gè)性化的思維導(dǎo)圖，他們可以根據(jù)自己的理解，選擇適當(dāng)?shù)膱D形和顏色，并有條理地安排分支和關(guān)聯(lián)。小組合作不僅可以促進(jìn)學(xué)生之間的溝通與合作[8]，還可以融合多元思維，每個(gè)成員都可以貢獻(xiàn)自己的觀點(diǎn)。不同的想法可以促進(jìn)學(xué)生更深入的思考和討論，從而豐富思維導(dǎo)圖的內(nèi)容和視角。

教師審閱學(xué)生的思維導(dǎo)圖作業(yè)并提出意見至關(guān)重要，因?yàn)檫@可以幫助學(xué)生更好地了解他們的復(fù)習(xí)質(zhì)量，并找到改進(jìn)的空間。教師應(yīng)檢查思維導(dǎo)圖中理論概念的準(zhǔn)確性和完整性，確保重點(diǎn)內(nèi)容和概念表達(dá)正確。同時(shí)，也要審查思維導(dǎo)圖的邏輯結(jié)構(gòu)是否存在缺陷，并提出更好的表達(dá)不同概念間關(guān)聯(lián)性的方式。對(duì)于優(yōu)秀的思維導(dǎo)圖成果，宜鼓勵(lì)學(xué)生將其展示給其他同學(xué)，促進(jìn)知識(shí)共享，讓其他小組成員了解和吸取不同小組的學(xué)習(xí)成果，交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，以此激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情。

2 思維導(dǎo)圖教學(xué)效果與評(píng)價(jià)

在流體力學(xué)課程結(jié)束后，我們通過使用“問卷星”對(duì)學(xué)院21級(jí)工程造價(jià)專業(yè)兩個(gè)班的學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查[9]，學(xué)生以匿名方式答卷。參與調(diào)查的學(xué)生為81人，共收回有效問卷81份。調(diào)查結(jié)果顯示，對(duì)使用思維導(dǎo)圖法學(xué)習(xí)感到非常滿意和滿意的學(xué)生分別為34.57%和51.85%；13.58%的學(xué)生感到一般；0%的學(xué)生感到不滿意。同時(shí)，有96.3%的學(xué)生認(rèn)為思維導(dǎo)圖法應(yīng)得到更多的使用和推廣，只有3.7%的學(xué)生不同意。調(diào)查結(jié)果還顯示，思維導(dǎo)圖應(yīng)用在流體力學(xué)課程中對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)體驗(yàn)均產(chǎn)生了積極的影響。

2.1 增強(qiáng)記憶連接，提升學(xué)習(xí)效果

思維導(dǎo)圖能夠幫助學(xué)生提取和總結(jié)知識(shí)，通過將課程內(nèi)容可視化地呈現(xiàn)在思維導(dǎo)圖中，學(xué)生可以更容易地總結(jié)重點(diǎn)內(nèi)容。這一過程有助于加深對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，并且使學(xué)生能夠更好地記憶理論概念。調(diào)查顯示，通過使用思維導(dǎo)圖法學(xué)習(xí)：①對(duì)于增強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)的記憶，35.8%的學(xué)生認(rèn)為非常有幫助；54.32%的學(xué)生認(rèn)為有幫助；9.88%的學(xué)生認(rèn)為幫助有限；0%的學(xué)生認(rèn)為沒有幫助。②對(duì)于提高理論概念的理解，34.57%的學(xué)生認(rèn)為非常有幫助；58.02%的學(xué)生認(rèn)為有幫助；7.41%的學(xué)生認(rèn)為沒有幫助；0%的學(xué)生認(rèn)為起到了反作用。③對(duì)于構(gòu)建清晰的知識(shí)框架，從而提高學(xué)習(xí)效率，30.86%的學(xué)生認(rèn)為非常有幫助；60.49%的學(xué)生認(rèn)為有幫助；8.64%的學(xué)生認(rèn)為沒有幫助；0%的學(xué)生認(rèn)為起到了反作用。

2.2 提高學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)自學(xué)能力

思維導(dǎo)圖是一種主動(dòng)學(xué)習(xí)的工具，它鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建自己的理論知識(shí)框架。學(xué)生在創(chuàng)建思維導(dǎo)圖時(shí)需要思考、提煉和組織內(nèi)容，這種思維過程可以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。通過使用思維導(dǎo)圖，學(xué)生學(xué)會(huì)了自主整理學(xué)習(xí)內(nèi)容，抓取重要的理論概念，并將其與前面章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來。這種自學(xué)能力的培養(yǎng)對(duì)于學(xué)生在學(xué)術(shù)和職業(yè)生涯中的長(zhǎng)期發(fā)展非常重要。調(diào)查結(jié)果顯示，通過使用思維導(dǎo)圖學(xué)習(xí)：①對(duì)于提高學(xué)習(xí)興趣，41.98%的學(xué)生認(rèn)為非常有幫助；38.27%的學(xué)生認(rèn)為有幫助；19.75%的學(xué)生認(rèn)為幫助有限；0%的學(xué)生認(rèn)為沒有幫助。②對(duì)于培養(yǎng)自學(xué)能力，32.1%的學(xué)生認(rèn)為非常有幫助；50.62%的學(xué)生認(rèn)為有幫助；17.28%的學(xué)生認(rèn)為幫助有限；0%的學(xué)生認(rèn)為沒有幫助。③對(duì)于更好地整合利用其他學(xué)習(xí)資源，如筆記、講義、網(wǎng)上資源等，40.74%的學(xué)生認(rèn)為非常有幫助；54.32%的學(xué)生認(rèn)為有幫助；4.94%的學(xué)生認(rèn)為沒有幫助；0%的學(xué)生認(rèn)為起到了反作用。

2.3 激發(fā)思維擴(kuò)展，促進(jìn)合作學(xué)習(xí)

學(xué)生使用思維導(dǎo)圖時(shí)，會(huì)以非線性和關(guān)聯(lián)性的方式思考問題，將理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來，這種思考方式可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。而通過小組合作進(jìn)行復(fù)習(xí)并繪制思維導(dǎo)圖，學(xué)生能夠共同參與思考、解決疑惑、分享理解，還可以互相補(bǔ)充和交流觀點(diǎn)，從而深化對(duì)各章內(nèi)容的理解。合作學(xué)習(xí)不僅有助于增加學(xué)習(xí)效果，還能培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作和溝通技巧，在集體中共同成長(zhǎng)[10]。調(diào)查結(jié)果顯示，小組合作學(xué)習(xí)完成思維導(dǎo)圖：①關(guān)于小組成員合作和交流的頻率，35.8%的學(xué)生經(jīng)常相互合作和交流，密切配合完成作業(yè)；40.74%的學(xué)生有一定程度的合作和交流；22.22%的學(xué)生偶爾會(huì)有合作和交流，但不夠頻繁；1.23%的學(xué)生幾乎沒有合作和交流。②合作學(xué)習(xí)對(duì)思維擴(kuò)展的激發(fā)和學(xué)習(xí)效果的促進(jìn)，41.98%的學(xué)生認(rèn)為非常有幫助；40.74%的學(xué)生認(rèn)為有幫助；14.81%的學(xué)生認(rèn)為幫助有限；2.47%的學(xué)生認(rèn)為沒有幫助。

3 結(jié)語

思維導(dǎo)圖在流體力學(xué)的教學(xué)應(yīng)用中取得了良好教學(xué)效果。一方面，思維導(dǎo)圖的應(yīng)用有助于教師構(gòu)建每章的理論知識(shí)框架，提高備課效率。通過思維導(dǎo)圖的應(yīng)用，教師可以提升教學(xué)效果，加強(qiáng)課堂互動(dòng)，幫助學(xué)生更好地理解和應(yīng)用流體力學(xué)的知識(shí)。另一方面，思維導(dǎo)圖的應(yīng)用有助于學(xué)生更好地記憶理論概念，鞏固所學(xué)的知識(shí)，并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。通過小組合作完成思維導(dǎo)圖，學(xué)生可以共同整理概念，并在互動(dòng)中深化理解。

使用“問卷星”對(duì)學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果顯示大多數(shù)學(xué)生對(duì)應(yīng)用思維導(dǎo)圖法學(xué)習(xí)感到滿意，并對(duì)其學(xué)習(xí)效果給予了積極的評(píng)價(jià)，認(rèn)為思維導(dǎo)圖法應(yīng)得到更多推廣。綜上所述，思維導(dǎo)圖法在流體力學(xué)的教學(xué)改革中發(fā)揮了重要的作用，值得推廣到相關(guān)的力學(xué)學(xué)科中。