中学物理教学应用思维导图的文献综述

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  思维导图(Mind Map)是20世纪60年代初,英国学者托尼? 布赞(Tony Buzan)基于对脑神经生理科学的研究,类比自然万物放射性性状,在分析了人们的笔记习惯,以及在训练“学习障碍者”的实践中,逐渐形成的关于放射性思维及其图形表达的研究结果。[1]利用思维导图进行信息处理,辅助人们思考复杂的问题和表征信息[2],进而能够提高使用者的思维灵活性[3]和发散思维能力[4]。在当今21世纪,思维导图(Mind Map)作为风靡全球的思维工具,在教育教学领域得到了越来越广泛的应用,在化学、物理、地理等学科的整合具有显著优势[5]。思维导图的可视化和激发思维放射的功能拓展师生视域广度及宽度,促使学生多角度思考,形成发散思维,破除思维定势,培养学生的创新思维[6]。
  随着教育的发展和进步,教学质量越来越收到社会的关注,记忆、学习与思考使教学过程中学生应该具备的能力,物理使初中阶段学生就出到的一门新科目,在物理教学中,思维能力使十分重要的,因此学生在学习知识的过程中,需要有很强的分析能力[7]。然而教师在物理教学中注重让学生对课本上的知识进行“死记硬背”的方法去接受知识,而非理解知识。因此在教学过程中将思维导图融入到初中课堂教学中,可以吸引刚接触此门学科的学生的兴趣,同时潜移默化地教授了学生分析、记忆的一种有效手段,在初中物理学科学生中打好基础,为高中物理学科的学习奠定科学的思维分析及记忆能力。
  一、研究背景
  (一)明晰概念
  思维导图(Mind Map)是20世纪60年代初,英国学者托尼? 布赞(Tony Buzan)提出。托尼? 布赞(Tony Buzan)认为思维导图使对发散性思维的表达,因此也是人类思维的自然功能。他认为思维导图使一种非常有用的图形技术,使打开大脑潜能力的万能钥匙,可以应用于生活的各个方面,其改进后的学习能力和清晰的思维方式会改善人的行为表现[8]。思维导图使对思维过程的导向和记录,其促进思维的发现,并能记录这个发散过程[9]。
  目前,对于“概念图”与“思维导图”这两者,不同的人持有不同的意见,但无法对“概念图”与“思维导图”进行明显地区分,两者之间既有融合又有区别。
  (1)两个概念来源的区别
  概念图(Concept Map)使康乃尔大学的诺瓦克(J.D.Nocak)博士根据奥苏贝尔(Dacid P.Ausubel)的有意义学习理论提出的一种教学技术[10]。思维导图(Mind Map)是20世纪60年代初,英国学者托尼? 布赞(Tony Buzan)提出,其目的使为了改进手写笔记的成效,提高笔记的利用效率,在后来广泛应用于教育学习、商业决策等领域。
  (2)对知识的表示能力的不同
  概念图使构造一个清晰的知识网络,便于学习者对整个知识架构的掌握,能够快速地对一个概念体系进行一个整体把握。而思维导图呈现的使思维过程,有利于发散思维的培养提高。
  (3)创作方法的不同
  思维导图使从一个概念开始,一个思维导图只有一个中心节点;而概念图是呈现出所有的概念,然后在对概念之间用箭头进行指向及连接。[11]
  (4)应用领域的不同
  思维导图的软件往往使在企业中有着更为广泛的应用,其目的借助可视化手段促进灵感的产生和发散性思维的形成[12],在21世纪的今天,对教育的逐步重视,思维导图也与概念图一样,同时应用与教育教学过程中,帮助学生记忆,养成发散思维习惯。
  在与“概念图”进行对比后,对思维导图有以下结论:
  (5)狭义思维导图
  狭义思维导图往往忙于顺序编号,因为是按照人们的阅读习惯(从上盗下的方向或顺时针方向),思维的顺序关系已经暗藏其中。[13]即按照发散性的思维方式去以图的形式表现,一般呈现出树状形态。
  (6)广义思维导图
  按作者本人的思维以箭头的导向去表达作者本人的创作、记忆思路,同时加上创作者思维顺序的编号,使得他人可以顺着编号对创作者的思路进行回顾。[14]这种方式与概念图的形式相仿,但是在其中加入了创作者的思维顺序图,因此具有一定的指引作用。
  思维导图由一个中心向周围发出有层次的分支树状结构图形,运用了线条、符号、词 汇、图像、颜色、联想和想象,形成的具有高度组织性的图形[15]。由于其具有色彩、绘制简单、灵活,没有很多严格的限制原则,因此学生易于掌握与应用,构图效率高,更利于发挥学生的思维创造性。
  (二)历史追溯
  虽然思维导图的作者——托尼·博赞在1972年就写出了思维导图的相关图书,但是我国最早讨论的思维导图出现在《学习的革命》一书中。1999年“BBC托尼·博赞的智力丛书”出版,并且因为诺瓦克教授的概念图的引进,使国人在一定程度上混淆了思维导图的概念。我国真正的开始思维导图的研究工作应是从2000年开始的,代表文章是王功玲在《黑龙江科技信息》上发表的《浅析思维导图教学法》,这篇论文第一次系统的介绍了思维导图的理论基础和制作程序,并且在课堂教学和教案编写过程中使用思维导图中提到的办法[16]。2001年徐亮第一次通过认知语言学中的图式理论,对思维导图的创作原则进行了理论上的梳理,指出“思维的放射性结构打破了语言信息逻辑的线性化模式,更为直观自然地放映了关键概念间的合适联系,通过刺激平衡的手段来达到功能平衡的效果,从而成为语言习得者内部信息加工程序的鲜明、重要的外化形式。”[17]2004年,赵国庆和陆志坚从产生渊源、应用领域、整合的可能性等角度对思维导图与概念图进行了对比分析[18],进一步明确了思维导图的概念,标志着中国思维导图研究的真正开始。
  随着信息化时代的到来,为了提高绘图的效率,出现了很多的基于思维导图原理的计算机软件,如imindmap、Mindmanager、Mindmapper、FreeMind等等。国内相关的论文中主要介绍的是Mindmanager是在国内的研究论文中出现最多的一款软件[19],并且将其应用与专题网站的导图系统设计[20],出现了基于思维导图原理设计的可视化词典[21],建立了信息技术协同感知模型[22]。思维导图在教学方面的研究主要集中于各种学科的教学设计、教学与思维导图结合方法的探索和知识管理领域等各个方面,并且关于学科教学设计其研究思路几乎变成了一个固有的模式,包括:先介绍思维导图的相关知识,包括定义,渊源,特点,制作方法,然后放到具体的学科教学中,并给出相关导图事例,然后得出可以提高教师教学以及学生学习效率的结论,基本上的研究大都是证明思维导图是一种很有效的教学策略[23]。如今英国已经把思维导图作为国民中小学的必修课程,新加坡、韩国、日本、德国、美国等国家的教育教学机构也已经开始对该课题进行研究和探索。[24]在过去十年的研究里,研究者主要关注了如下三个方面的问题,第一,思维导图应用的学科教学的有效性问题;第二,思维导图的辅助教学设计问题。思维导图可以有效地组织和导航网络内容和文档,其可以作为一种有效的教学设计支持工具,帮助设计者实现预期目标[25]。研究问题时,思维导图不仅有利于表现思路,还有利于清晰地表示各个小问题的序列。魏小山和袁健[26]在高中信息技术课程的教学设计实践应用研究中也认为,思维导图作为教学设计工具使一种有效的教育技术手段,有助于激发学生参与教学活动,有利于学习者之间实现对所学知识的共同构建;第三,思维导图作为教学策略的问题。思维导图作为一种教学策略不仅能够激发学生学习热情和兴趣,与此同时还能够使他们利用图形和色彩表达自己的想法。[27]   (三)问题背景
  物理这一门理科性的科目,学生在学习知识的过程中,都会感到难以理解, 十分难以掌握知识,学生在学习的过程中,总结归纳的能力很重要,很多老师在教学中倾向于将知识归纳好后教授给学生,使学生逐渐丧失了独立思考的能力,这样灌输培养出来的学生其创造力的消失是必然的。因此思维导图在物理教学过程中的应用就非常必要,教师通过思维导图与课堂教学的融合,吸引学生对物理学习的兴趣,提高学生学习的效率。
  物理实践性教学现状。在中学物理的教学中,物理教师经常有这样的体会:在初二物理上半学期的教学中,学生的成绩都很好,而在初二下学期时,有很多同学的物理成绩在下降,并且很多学生在初二下学期的学习兴趣也在下降,直接影响初三物理的学习。其中的原因是多方面的,但最重要的一点使因为初二物理上下学期教材内容体现的思维方式不同。上学期基本是一些现象性的知识,很多学生采取识记的形式来学习,下学期却跳跃到要用发散思维的学习方式学习。学生由于没有快速地转变思维方式而备受困扰[28]。
  目前,初中物理教育偏重于物理现象的讲解记忆,导致学生更多是用学习文科的方法来学习物理,动手能力不足,思维能力较差,这对以后的高中物理学习是非不利,主观上使由于思想上不够重视思维能力的训练,初中物理教学仍然偏重于过去那种死板的课堂教学形式,满堂教,满堂灌,缺少新鲜活泼的思维能力训练。客观上,受学科要求,考试模式影响,现有的资源没有被充分利用,初中阶段的学生偏重感性认识,初中物理在知识安排上注重物理现象的分析记忆,中考物理科的考试内容大多数为记忆内容,所有这些现象,都是重“记忆”而轻“思维”。[29]第三为教学“偏离跑道”现象,就物理学科来说吗,它使一门以实验为基础的学科,物理学研究的对象具有极大的普遍性,它的基本理论渗透到自然科学中的许多领域,应用于生产技术的各个部门,它使一切自然科学和工程技术的基础,“偏离跑道”现象也就是偏离学科认知规律,这是目前初中物理教学过程中普遍存在的一个大问题。[30]
  二、思维导图在物理教学中的应用
  (一)利用思维导图开展物理实践性教学
  开展物理实践性教学,重要的手段就是利用思维导图,应该做到以下几个方面
  (1)了解思维导图的特点
  利用思维导图进行分析记录,思路会更加清晰,同时思维导图的维泽要求简单,易于操作,它不需要复杂的专业知识,可以快速地掌握。同时它可以帮助我们系统、全面地掌握知识,在进行复习的时候,减少知识的缺漏与断层,再者,它不需要增添新的设备,只要思想稍作转变就够了。[31]
  (2)转变教学模式
  思维导图要在初中物理实践教学中应用起来,教师就需要转变教学模式,摒除传统的“喂养式”教学,让学生作为教学中的主题,安排教学活动时应该将教学内容与学生的需求结合起来。思维导图可以帮助学生理清每堂课的学习脉络和思维,告诉学生课堂教学的主要目标[32],使学生能够跟着老师的发散性思维去接受知识、理解知识、消化知识。同时教师在教学中善于用思维导图的教学模式,能够引导学生找到课堂重点,课后能用自身的能力再通过导图,通过自己的能力进行复习、回顾,自己进行再一步的思考,让学生在自主的探索过程中获取更多的物理知识,养成发散性思维的素养。[33]
  (3)提高师资建设
  虽然目前课堂的主体逐步成为以学生为主,但师资的力量在教育建设中还是非常关键的,因此教师应当把握好思维导图教学的关键点,在教学过程中要逐步引导学生用思维导图的方式去拓展自身思维,去灵活地掌握知识,同时也要让学生明白物理学习中,思维方式是十分关键的点。[34]
  (4)转变教学方式,强化实践性教学
  实践性教学强调“实践性”,并且需要“强化”,即反复实践,在实践中破旧立新,转变旧的教学方式为新的教学方式,只有强化,才能收到预期的效果。一是边学习边从操作。教师在讲授每一项物理基础知识时,可以让学生动手做几个简单的实验,活跃了气氛,然后再从实验现象过度到理论知识的教授。二使利用思维导图,在利用思维导图的过程中增加学生的理性分析能力,从而提高学生的科学素质。随着科学技术的不断发展,高科技设备不断引入教学设施,多媒体教学已成为实践性教学的最先进,最直观的教学手段,这就需要教师要结合课堂教学制作一些教学课件,作为补助。[35]
  (二)思维导图的应用实例
  思维导图在应用的过程中,会显示出扩散的结构,下面以初中福利的求解公式为例,列出传统板书和思维导图的板书如图1所示。由图1可以看出,两者呈现的方式是有差别的,在结构上,传统的呈现的方式是结构层次使垂直的、扁平的、直线的;思维导图的结构层次使发散的、立体的、开放的;其次在功能上,传统的呈现方式顺序强,能体现知识的纵向联系;而思维导图的发散性强,既能体现知识的纵向联系,也能体现知识的横向联系,其结构明了,符合人们的思维习惯,易于理解,便于记忆。[36]
  三、思维导图在物理教学中的前景展望及不足
  (一)前景展望
  思维导图既是一个学习和思考的工具,也是一种思维方式,一种放射状、开放式的发散思维方式。学习者可以通过运用思维导图突破习惯性的横向、纵向思考模式。教学者可以把思维导图运用到物理教学中,培养学生的发散性思维,通过不断的训练,进行优化教与学。[37]
  运用思维导图将视域融合可视化,发挥其整体把握信息和激发思维的功能,将有助于探明视域融合基础、沟通对话者知识背景、丰满融合过程、引导融合方向、呈现融合效果、生发新知领域,为教育性视域融合的有效实施提供策略性参考。[38]
  思维导图方式将逐步地应用在物理教学过程中,提高学生的思维能力以及学生的创新能力,同时打破物理在大多数人思维里无聊、繁琐的固有思想,促进物理学科更好地发展,促进物理学科有更多的创新,改善物理学科少创新的现状,降低学生对物理的模式化了解。同时结合信息化技术,思维导图更能从多个方面渗透给学生,使学生潜移默化地接受利用思维导图学习的习惯。   (二)不足
  思维导图还存在许多不足,如理论创新性不强,国内应用范围狭窄,缺乏比较研究,特别是学科间思维导图的应用比较,[39]通过学科间的比较,才能突出思维导图在物理范围中还有何益处可以汲取。
  四、结语
  思维导图作为教育教学中的一个“工具”,它有着概念图等传统的图标类不同的作用,不仅会在物理学科中得到广泛的应用,在其他学科也会广泛地利用思维导图,在将来的教育教学中,思维导图式教学必将成为一种最广泛的教学方式。
  自上个世纪至今,思维导图这个概念的从进入人类视野,
  再到对其概念的辨析,在到在教育教学过程中的应用,软件的开发发展等一系列阶段,越来越多的人关注着它,相信在不就,思维导图视域将不断地被扩充,也会被更多不同的领域所应用。
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