思維導圖在高職數控專業多環節教學實踐中的應用研究

羅華安 趙海峰

南京信息職業技術學院機電學院 江蘇南京 210023

在新形勢下，黨中央、國務院做出“大眾創業、萬眾創新”(簡稱“雙創”)的重要戰略決策。“雙創”的根本在于培養人才，《教育信息化“十三五”規劃》提出信息技術與教育教學的深度融合，為人才培養途徑指明了方向。思維導圖是20世紀60年代英國心理學家東尼·博贊創始的一種有效的思維工具[1]，具有發散性、非線性結構化和整體性的特點[2]。思維導圖用途廣泛，在科研、教學，甚至日常工作中均獲得很好的效果。思維導圖在教學中應用最多的是中小學校，能很好地幫助學生啟迪思維、深刻領會學習內容、掌握科學的學習方法。高職教育承擔著為社會輸送高層次技能型人才的重任，根據高職工科數控專業的特點，依據思維導圖的原則和方法，在多環節專業教學活動中合理運用思維導圖，以期取得良好的教學效果。

1 對課程進行合理規劃和串接 促進學生對專業知識的理解和掌握

知識地圖能很好地呈現知識點之間的結構和關聯，彌補當今高職教學中存在的有效知識片面割裂的不足[3]。同樣，利用思維導圖繪制的課程地圖以系統、直觀的圖示方法展示課程教學順序及之間的邏輯關系，利用其對新生進行入學教育，便于學生對大學階段所學課程及能力培養要求有系統的認識，幫助學生明確學習目標、規劃未來職業路徑。課程地圖也可幫助課程教學團隊基于學生能力的培養進行課程內容的有效銜接，整體上對課程內容進行思考和優化。

通過思維導圖能有效構建課程內容體系，促進知識的遷移[4]。在專業課程信息化資源建設過程中，對專業課程主要內容進行梳理，形成知識結構圖，在課程講授時則對知識點進一步展開，通過思維發散，幫助學生更好地理解知識、掌握技能。通過知識結構圖串接課程知識點，開宗明義地對本門課程的主要內容、知識點進行介紹，使學生首先對課程有整體認識和把握，啟迪其自主進行知識探究。

在專業課程數控機床結構的知識結構圖(如圖1所示)中，以實際機床為典型案例(加線框顯示)進行機床結構介紹。由圖1可知，課程內容展開遵循從普通機床→數控機床的邏輯順序，典型部件又是在典型數控機床結構基礎上進一步的展開、深化和補充，使機床結構知識系統化；仿真拆裝實驗、功能分析安排在課程的最后部分，訓練學生機電液一體化綜合應用能力，后兩個教學環節依托具體機床進行，與前面介紹的數控機床結構知識緊密相關。這樣，學生能從多維度、多點切入，對課程知識進行把握、探究，有效形成自己的知識結構模型。單元授課時將知識結構圖的知識點進一步擴展為單元知識結構圖，按照機床傳動系統、組成結構、工作原理三條主線進行思維發散，對知識深度探究。

圖1 數控機床結構課程的知識結構圖

2 課前精心設計教學環節 提升課堂教學質量

“工欲善其事，必先利其器。”基于思維導圖的教學設計能實現高效課堂[5]。思維導圖的最大特點是其對思維的整理功能，運用思維導圖進行課程設計能提綱挈領，系統地呈現教學過程。采用關鍵詞描述可對授課環節及要素一目了然，并能根據要求不斷細化。采用思維導圖軟件進行設計還能方便修改、補充、完善。針對本專業數控機床課程前階段課改成果，錄制相關微視頻作為教學資源，并在該課程的授課環節中加以運用。圖2所示為利用思維導圖針對專業課程中《加工中心換刀驅動機構》的授課內容進行翻轉課堂設計的過程。

圖2 專業課程教學環節設計

課堂教學主要從課前、課中、課后三個環節進行設計，附帶課程基本信息說明。翻轉課堂強調以學生為主體，通過課前預習提升學生的自主學習能力。課前預習由教師將授課資料等上傳網絡教學平臺后通過QQ、短信等方式通知學生完成。課前準備環節還須要準備課程素材、確定課堂組織形式等。為使授課過程形象、生動，盡量準備豐富的課程素材，主要有視頻、PowerPoint課件、課后作業以及為方便互動準備的一定數量的課堂問答題；課堂組織形式考慮采用互動、小組協助方式進行學習，特對課堂課桌按分組擺放。根據教學內容準備相應問答題，并裁剪成小條按每組分發1個，課堂上隨機抽取，以活躍課堂氣氛、增強趣味性。

翻轉課堂同樣重視教師的主導作用，體現在課程授課環節中教師有效把控節奏、活躍氣氛及師生互動。授課環節中的預習主要對上節課內容進行簡單復習，并引出今日授課內容；針對授課內容的8張問答題紙條，小組隨機抽取，以利于小組成員在后續講授、學習過程中重點關注，有的放矢；授課中教師運用“設問引思”“追問啟思”的方式拋出問題，學生則通過互相協作、分組討論的手段回答問題。回答問題時允許小組成員補充，教師進行點評；在課堂的最后階段進行課堂小結，回顧本節課的難點、重點，并布置當天作業。

總之，利用思維導圖發散性、非線性結構化和整體性的特點，各環節安排緊湊、準備充分，教學效果明顯。采用思維導圖進行翻轉課堂設計，充分考慮到翻轉課堂的特點，課前準備豐富多樣的教學素材，并在課堂教學中積極引導學生在協作方式下自主學習，課堂氣氛活躍，整堂課學生積極參與，思維明顯比傳統課堂活躍。

3 運用因果圖追根溯源 促進學生解決問題能力的提升

思維導圖在解決實際工程時也具有其獨特優勢[6]。思維導圖能將頭腦風暴法視覺化地呈現。頭腦風暴法是一種集體創造性思維方法，具有廣開思路，激發靈感的特點。生產企業廣泛采用頭腦風暴法進行質量管理活動，其分析結果則用因果圖展現。因果圖(也稱魚刺圖)是思維導圖的一種特殊形式，用“魚頭”代表問題，用不同大小的“魚刺”分別代表不同層級要因，下一級要因與上級要因具有關聯、從屬特性，所有主要因通過“魚骨”連接到“魚頭”。實際繪制魚刺圖時也可用方框、直線來表達因果關系及其關聯，取其質而忽略其形。

高職院校以培養與企業崗位無縫對接的技能人才為目標，在數控專業課程教學中引入因果圖進行機加工產品質量、機床故障原因分析，能使學生較早介入、掌握實際工程問題的分析技巧、解決方法。在實際教學中，先通過案例介紹、學生自學的方式使學生掌握因果圖的功能和畫法，再提出問題要求學生用因果圖來分析原因，手繪后整理成圖。在學生繪制的因果圖中，列舉了一些相關原因，但也存在如下不足。

(1)因果圖分支少、細分長度不夠。分支少、細分長度不夠其本質為原因、要素列舉不全，原因細分不夠，這與學生掌握知識點的深度、廣度有關。雖然學習了專業相關原理及基本知識，但理解并不透徹，掌握不夠全面，加之缺乏相關的實踐經驗，雖然學生思維活躍，但面對產品質量、機床故障等問題進行綜合分析具有一定難度。

(2)因果圖主、次要因之間邏輯、相關性不強。對分析原因進行合理梳理、分類，能對各原因進一步深入挖掘、細分，從而發現產生問題的根本原因。一般現場作業從“人、機、料、法、環、檢”著手，管理類問題一般按“人、事、時、地、物”進行甄別，作為典型機電系統的數控機床故障宜從機械故障、電氣故障、PLC控制等幾個方面列舉原因，使各原因要素條理更清晰、明了，方便制訂針對措施。

(3)原因之間的相關性不清。理清原因之間的關系有賴于學生對知識的深度理解、融會貫通及一定的綜合應用能力，對因果圖的反復推敲、修改、完善也能發現要素之間的關聯性。

針對上述問題，教師對學生的因果圖進行分析、點評，指出不足，學生按要求作進一步完善、更改，修改后的因果圖如圖3所示。對因果圖分析、修改、完善，使學生發現自己的不足，并訓練學生的發散、推理、歸納等思維能力，形成“列要素、理關系、建結構、通實踐”的重要學習策略。同時，做好知識的歸類、整理，通過“獨立思考”“思維共振”的方式形成有效的學科知識網絡，幫助學生生成問題解決策略，培養學生創造性解決問題的能力。

圖3 曲軸質量分析魚刺圖

4 梳理思路 整理素材 提高論文的寫作水平

高職數控專業學生經過三年系統專業知識的學習、崗位技能的訓練，應初步具備一定解決專業相關實際工程問題、完成相關課題設計的能力，并將這些解決問題、完成設計的過程按規定要求撰寫成規范的技術報告、科技論文。雖然高職工科學生的畢業論文要求不是很高，但實踐中學生還是普遍感到困難，無從下手，甚至無法清楚描述技術問題……寫出的論文普遍存在層次不清、邏輯較亂、圍繞主題的支撐闡述不夠等問題，論述過程中的跑題、交叉、重疊現象較多。

思維導圖能夠縮短寫作時間、關注寫作細節，豐富寫作情感[7]。為此，嘗試在畢業論文寫作中引入思維導圖進行素材整理、梳理思路，完成論文框架搭建。再據此準備資料、查漏補缺，充實論文主要論點，最后完成論文的撰寫。圖4所示為由本校數控專業學生采用思維導圖搭建的畢業論文框架。圖中圍繞車床溜板箱開合螺母機構三維造型及仿真進行要點展開，論文的摘要、引言、結論等部分寫作與一般科技論文要求相同，論文的主要工作集中在車床溜板箱開合螺母機構建模和仿真，該部分內容體現論文水平及工作量，往往作為論文質量的評價依據。為使論文內容翔實，并避免結構上的頭重腳輕，通過思維導圖將建模過程進一步細分為機構的零部件、總成裝配的建模過程，并借助總成裝配及其爆炸圖，對機構組成及工作原理作介紹。在零部件建模環節中，由于零部件較多，只選擇關鍵零部件進行三維造型說明。

圖4 搭建論文框架

論文撰寫按照上述框架層層展開，緊緊圍繞中心、不跑題。按照工作順序進行章節編排、劃分，條理清晰、結構層次分明。圍繞主題進行論述，內容翔實、重點突出，立論正確、論據充分。論文工作質量優良，符合高職學校論文撰寫要求。

5 結語

采用思維導圖進行專業教學形象、生動、有趣、有內涵，受教學生由開始的生疏、別扭、不適應到新奇，并逐漸接受、喜愛；運用思維導圖分析工程問題，有效激發學生思維，熟悉未來解決疑難問題的有效方法；應用思維導圖進行教學準備使教學內容更豐富，教學過程更完整，學生受教感受更良好；引入思維導圖搭建論文框架，使撰寫論文更輕松，論文圍繞重點敘述、銜接流暢，不遺漏、少冗余，詳略把握自由。在運用思維導圖時要把握適度原則，重視教師和學生之間的交互作用，及時反饋，跟進修改、完善。