思维导图助力学习和教学方式的重构与优化

摘 要 研究“思维导图”，探究其“学与教”功能，运用其“学与教”策略，促进教学方式和学习方式转变，落实新课程教学理念。

关键词 思维导图；学与教；新课程

中图分类号：G632 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2014）15-0011-02

高中物理新课程倡导教学规范转型与学习方式转变，旨在提高学生的学习能力与思维能力。对第一线的教育工作者而言，要求既做探究者，也做践行者。笔者通过研究“思维导图”的功能，运用“学与教”策略，落实新课程教学理念，收效良好。

1 “学与教”策略

思维导图 思维导图是英国心理学家Tony Buxen于1970年提出的，是基于对脑神经生理科学与心理学的研究，类比自然万物放射情形而形成的关于放射性思维及其图形表达的成果。思维导图运用线条、符号、数字、逻辑、节律、色彩、词汇和图像，按照一套简单、自然、基本、易被大脑接受的规则，运用从中心发散出来的结构，把一些枯燥无味的信息变成容易记忆的、有高度组织的图形。

理论和实践都表明：恰当地运用“思维导图”，能提高学习效率，促进学生认知结构的建构与优化，有利于学生转变学习方式；同时，恰当运用思维导图，能促进学生多向联想、纵横迁移，有效改变线性思维，促进创新能力培养；再就是运用思维导图能有效促进课堂合作交流，提高教学效益，并能有效促进现代教育技术特别是“大数据”在教学中的运用，促进教学方式的转变。

可视化功能

1）直观化、结构化：运用思维导图可以使抽象的知识与思维过程变得直观形象，同时又呈现出结构化的特点，并揭示它们之间的本质联系。

2）深度化、本质化：运用思维导图使不可见的知识与思维甚至隐性的知识与思维显性化，将显性知识与思维生动化，可以帮助学习者深度发掘知识与思维的内涵，展现本质特征。

3）高效化、优质化：运用思维导图可以对知识与思维进行优化，并高效获取与习得，重要的是还可以用来习得新的知识和发展能力。

“学与教”策略 这里称为“学与教”，而不是“教与学”，是由于“学与教”构建的逻辑顺序。首先，基于认知心理学的研究成果，确定学生学习某一类型知识的认知心理过程；再确定为了实现学生认知心理过程而需要开展的学生学习活动；最后确定为了使学生学习活动顺利达成所需要的教学活动。是基于对学生学习心理过程分析而得出的，有着鲜明的特征，是基于学的教，而不是为了教的学。

1）思维导图作为学习策略，能帮助学生从“学会”到“会学”，有效促进学习方式转变。首先，通过引导学生绘制思维导图，包括概念形成过程、物理规律建立过程、物理问题求解过程以及物理实验等，促进学生主动学习；其次，通过思维导图，激活原有知识、同化新知识，使学生获取知识、存贮知识、提取知识更便捷高效，促进有效学习；同时，运用思维导图，促进学生建立知识的内在联系，促进知识的组块、形成整体，促进学生构建和优化知识结构；再就是运用思维导图，能有效帮助学生，管理监控学习信息与学习过程，促进学生学会学习。

2）思维导图作为教学策略，能促进教学方式转变与提高教学效益。正如Mayer所说：“学生从文字和图片中学习比单独从文字中学习效果更好。”教学中运用思维导图，通过教学内容与方式的可视化，有效促进知识的同化与迁移、应用，激发教学方式的创新；能有效促进交流与合作，包括师生之间、生生之间、师生与教学内容之间的交流与合作；能有效监控教学过程，有利于“学与教”的反馈和生成，有效促进教学方式转变；有利于发挥现代信息技术对“学与教”的作用，特别是发挥“大数据”对教育教学的功能，促进教学规范转型。

2 策略实施

优化认知结构 思维导图的高度组织化、网络化与结构化特征，能有效促进学生的知识概括水平与包容范围的发展。反过来，知识的概括水平越高，包容范围越广，越有利于认知识结构的建立与优化。在教学实践中，笔者运用思维导图，通过知识的“联系与区分”“联系与区别”“关联与提升”等来提高学生的知识概括水平与包容范围，来建构与优化学生的认知结构。

1）促进“联系与区分”，就是运用思维导图帮助学生对一个单元或一章节物理知识进行联系与区分、比较与整理，使其成为清晰、稳定的“认知结构”。如“曲线运动”单元涉及的物理概念多，物理关系比较复杂，大多数学生很难把握知识的内在联系，也难以建立相应的认知结构。为此，笔者和学生一起绘制“曲线运动”一章的思维导图（图1），帮助学生建立“曲线运动”的认知结构。

2）促进“联系与区别”，就是运用思维导图搞清本章与前面相关知识之间的联系与区别。以曲线运动为例，通过绘制曲线运动与以前所学知识之间的思维导图，包括直线运动与曲线运动的不同点、直线运动公式的适用条件、曲线运动的研究方法。从受力分析、力的合成与分解的角度理解合力、分力提供向心力，从牛顿运动定律角度理解向心力与向心加速度之间的关系，将圆周运动问题解决纳入运动定律的范畴，进一步促进学生认知结构图的优化。

3）促进“关联与提升”（主要用于期末复习或高三复习阶段），就是通过思维促进应用“认知结构”解决实际问题，使学生认知结构得到更深层次的整理与提升。以曲线运动为例，在前面两个环节的基础上，通过思维导图再建立“曲线运动”与“机械能守恒”“带电粒子运动”“磁场中粒子”的关联，并进一步指导学生习得区分“电场中粒子的运动”和“磁场中粒子的运动”的方法，达成认知结构的拓展与优化。

促进创新思维

1）“学与教”过程中促进创新思维。由于思维导图是一种围绕某一主题组织起来的知识表征和贮存方式，又是一种树冠状网络式的发散结构，而产生创新思维的重要条件就是建立合适的图式，因此，在“学与教”过程中运用思维导图能激活学生原有的认知结构，使学生产生多向联想，发散思维，促进创新思维。

【案例1】进行“闭合电路欧姆定律”的“学与教”时，通过“部分电路欧姆定律”思维导图激活原有的认知结构，在组织与优化原认知结构的基础上构建新的思维导图，引导学生创新思维，使学生习得闭合电路欧姆定律并建立新的认知结构。如图2所示，在整个过程中，电源是一个桥梁。从能量角度讲，电源是一个能量转换装置，把其他形式能转换为电能，这种本领用电动势来表征，电源电动势是路端电压的提供者，它的大小等于开路时的外电路两端的电压；电源又有自身的电阻（内阻），因此，顺着电流方向通过一个电源，电势升高E，由于电源内阻的存在，电势又降低Ir。通过旧新思维导图的激活，互相促进，帮助学生完成新的认知结构的建立。

2）物理问题求解过程中促进创新思维。现代认知心理学认为，任何一个问题求解都可以分为三种状态，即初态、终态和中间过程。初态是解题的已知条件，终态是解题所要达到的终极目标。求解物理问题，实质上就是人或系统寻找一个状态系统，使问题从初态顺利地到达终态的过程。从另一方面来说，就是分析问题制订方案实施求解。但无论如何，思维导图对于求解物理问题都有得天独厚的优势。

分析物理问题时，运用思维导图，能引导学生从问题最初状态出发，生成思路，确定子目标，架起从初态到终态的“桥梁”，激发创新构想，促进创新思维。

制订解决方案时，运用思维导图，更容易发现为达成从每个子目标到下一子目标，需要增加哪些辅助手段，需要建立哪些联系，从而更快地推进问题求解与探索过程。

实施求解方案时，运用思维导图可以不断地发现问题、提出问题、解决问题，步步推进，最终实现解题思路的导通与实施。同时，运用思维导图还有助于对求解过程的监控，随时做出调整与纠正，并发现新的思路与解法。

【案例2】（2009年上海高考题）小球由地面竖直上抛，上升最大高度为H，设所受阻力大小恒定，地面为零势能面。在上升到离地面高度为h时，小球动能是所在处势能的2倍；到达最高点后再下落至离地面高度为h处时，小球的势能是动能的2倍，则h等于多少？

【解答此题】首先，在理解题意的基础上，确定题目的目标与条件。此题的目标是上升过程中，小球动能是所在处势能的2倍的高度；下落到同位置时，小球的势能是动能的2倍时，则h等于多少？运用思维导图，依据条件，确定达成总目标需要建立几个子目标，需要确定几个物理状态及物理过程。运用思维导图能清晰表达题目所述物理情境。如图3所示，从抛出点（状态I）到高度为h处（状态II），再到最高点（状态III），又返回到高度为h处（状态IV ），并把受力分析与状态物理量简明标在思维导图上。绘制好的思维导图增强了题意的理解与解决问题方案的选择与调控。

上述思维导图所呈现的过程，如果只用文字来表述，不只是显得冗长，难以理解，还影响解决策略与方案等。

而运用思维导图很快可以得到：

状态I至状态II时：2mgh=1/2mv12

状态II至状态III：-（mg+f）（H-h）=0-1/2mv12

状态III到状态IV：（mg-f）（H-h）=1/2mv22

已知条件：mgh=2×1/2mv22

联立求解，就可得到答案：4H/9

同时，本题目还可以在上述思维导图的基础上，选用牛顿第二定律结合V-t图来求解。

更重要的是，运用思维导图，有利于构建生态型“学与教”的情境，促进“学与教”创新思维。就是师生一起在原思维导图的基础上，进行变式设计，呈现新的情境，从而激发学生去寻找原图式为何不能解决的原因，修正或提升原有思维导图，使其适应层次变化。变式可以是递进式或反递进式的，一方面促进学生对思维导图运用的养成训练，把绘制与运用思维导图的钥匙交给学生；另一方面促进创新思维能力的提高。

比如，改进的题目情境为：

1）如果本题中，上升到H/2时，重力势能为mgh/2，动能为多大？

2）上升过程中，小球的重力势能与动能相等的位置离地面高度比H/2大还是小？还是一样？

3）下降过程中，小球的重力势能与动能相等的位置离地面高度比H/2大还是小？还是一样？

4）把小球在竖直方向有阻力上抛改为沿有摩擦力的斜面上滑，问题又会怎么样？

如此实现情境的变化，促进学生创新思维能力的培养。

由此可见，运用思维导图不仅可以拓展思维的广度和深度，提高思维的效率，更重要的是促进学生的创新思维，优化思维品质。思维导图把思维过程直观化、可视化、显性化，使学生的思维关注焦点问题后进行发散和延伸，从而突破思维收敛性的束缚，激发灵感的火花，形成创造性新方案。同时从思维导图分支中跳跃出来，运用思维导图能随时纵览全局，把握问题的重点与思维方向，避免无益发散。

新一轮的高中物理课程改革要求教学规范转型、师生角色转变、学习方式转变，以及互联网技术所支撑的大数据的运用、知识的可视化与现代信息技术的结合等。对教育工作者来说，既是机遇，也是挑战。本文从一个很小的侧面，对促进“学与教”方式转变、学生创新思维能力培养做了一些尝试，与同行交流，抛砖引玉。