刘晋艳，曹毅，常建峰
（1.山西大学，山西 太原 030013；2.中国矿业大学（北京） 力学与建筑工程学院，北京 100083）
思维导图与PBL在混凝土结构教学中的结合
——以《单向板勒梁楼盖》课程设计为例
刘晋艳1,2，曹毅1，常建峰1
（1.山西大学，山西 太原 030013；2.中国矿业大学（北京） 力学与建筑工程学院，北京 100083）
以《单向板勒梁楼盖》课程设计为例，分析了思维导图和PBL相结合的教学方法。这种教学方法重视以核心问题为目标的逐层分析，强调知识体系的脉络特征，及相关知识点之间的联系。实践表明，该方法有助于教师高效地组织教学，调动学生的积极性，培养学生的逻辑思维能力，有助于学生系统地掌握要点并构建自己的知识体系。
思维导图；PBL；发散；分支；教学方法
1 概述
《单向板勒梁楼盖》课程设计是多数院校土木工程专业学生的必修实践课程，是前期课程所学的诸如荷载传递、荷载效应组合、内力计算以及截面设计等知识点的“大综合”，同时又融入许多新的知识点，如塑性计算理论、构造配筋要求以及施工图绘图要求等，因此，如何高效地组织繁多又相互交错的新旧知识点并传授给学生成为高校许多年轻老师必须应对的挑战。
依据笔者的教学经验，许多学生在课程设计的过程中往往过分依赖教材例题和某些电子模板，“依葫芦画瓢”地套用公式，很少去联系前期课程的知识点，不主动去掌握整个知识体系的脉络，这种做法导致最终的学习效果就是“只见树木不见森林”。
思维导图是一种全方位的视觉和图解思考工具[1,2]，目前被广泛应用于谈判、演示、营销与管理等领域[2]，单就学习层面而言，思维导图不仅可以组织自己的思想，也可以通过笔记的形式组织别人的思想[3]。PBL（Problem-Based Learning）是以问题解决为中心，鼓励和支持学习者积极主动探究、合作解决的问题的学习方法[4]。近年来，思维导图和PBL广泛应用于英语、医学课程等的教学中，并取得良好效果[5-7]。本文以《单向板勒梁楼盖》课程设计为例，以梁板施工图为中心主题，将思维导图和PBL方法结合起来贯穿于课程设计的全过程，使课程设计的效果得到显著改善。
2 课程设计全过程
2.1 任务书下达阶段
下达《单向板勒梁楼盖》的任务书时，将思维导图和PBL方法相结合，借助Mindmanager绘出思维导图展示给学生，并辅以讲解。对于旧的知识点，只讲解其对于实现最终目标的作用。新的知识点应当着重讲解。以板配筋的思维导图为例，限于页面宽度，将Mindmanager软件中的整体的思维导图拆解成图1、2、3三张图片。图中直角方框表示的是旧的知识点，无框图形式表示的是新的知识点，新旧结合的知识点则用椭圆框图表示，这样便于学生对所学知识有一个整体的把握，更加有针对性地进行学习。
图1 板配筋思维导图
图1以“板配筋图”为PBL教学方法中的问题中心，或者思维导图中的中心主题，并由此为出发点，寻求此问题的解决之道。要画图首先必须知道图中要画什么内容，并且以规范所要求的方式画出来，才能被施工人员读懂，那么思维会引出分支，即图中包括的内容分类以及制图的规范到底是什么。在此期间把学生易犯错的地方着重显示，并且把缩小版的板配筋图以图片插入，调动全脑思维，使整个设计框架更易被学生接受。
图2利用发散式思维将图1中关于受力钢筋和构造钢筋的思维导图继续细分。首先，受力钢筋是计算得到的，根据所学知识，板是受弯构件，其承载力计算分为正截面和斜截面两种，那么就会引申出一个问题——“计算板钢筋时考虑几种，为什么不考虑斜截面计算？”，以往的课程设计中，学生都是线性思维，只追求结果，而忽略本质 ，此时就需要老师将这些看似枝节的小问题提出来，激发学生的探究思维；其次，关于截面设计的内容是学生已熟练掌握的部分，用直角方框表示，并提示学生自己总结。关于构造钢筋的知识简单且相对独立，用思维导图将5种构造钢筋列出，提示学生掌握图中的各要点，并在绘图时注意。
图2 受力钢筋和构造钢筋思维导图
图2中的内力计算本质上是力学与设计真正的结合，关于这类跨科目的实际应用问题有必要进行详述，见图3。弯矩是内力，实际上也是一种“作用效应”，而在此课程设计中的“作用”指的就是荷载，因此，插入板面荷载的分布图，便于学生更好地理解荷载的传递以及1m板带宽的意义。在“荷载计算”中，大部分属于旧的知识点，唯有“板厚”选择属于新知识点，而此知识点又能和图1中的“是否需要进行斜截面计算”相联系，限于页面宽度，两者之间的联系无法表示出来，但仍需着重提示学生，帮助学生构建完整的知识框架。
图3 弯矩设计值计算思维导图
限于篇幅，关于次梁配筋图以及主梁配筋图的思维导图不再一一列举，总之，在任务书下达阶段，思维导图可以帮助教师将设计的整个脉络完整呈现给学生，本阶段思维导图中只包括中心问题以及解决该问题的脉络，关于各脉络分支上问题的解法及分支之间的相互联系是需要学生自己在设计阶段补充的。
2.2 设计进行阶段
在设计进行阶段，学生应当按照老师所发思维导图的指引，根据中心问题，主动探究，并对老师所发的思维导图进行补充，尽可能多地联系自己所学过的知识点，进行发散。图4是一个学生所做的关于分布钢筋的思维导图。由图可见，学生除了个别位置未能体现思维导图所要求的“简洁的关键词”[1,2]外，可以灵活应用Mingmanager的功能，赋予框图不同的种类和颜色使思维导图的层次更为清晰，也基本上理解了思维导图的发散的思维方式。更难能可贵的是，他可以时刻注意将单向板和双向板进行对比分析，并采用自问自答的方式，在丰富思维导图的同时，使自己的思维能力得到了提升，可想而知，整个课程设计如果全部能够按照这样的思维方式和总结方式完成的话，他对混凝土课程以及结构设计的认识一定会有一个质的飞越。
图4 分布钢筋思维导图
2.3 课程设计总结阶段
《单向板肋梁楼盖》课程设计计划学时一周，学生上交的成果有板、次梁、主梁配筋图另附一份计算书，考虑到学时有限，大多数院校并未要求上交课程设计的总结，然而笔者认为学生对于课程设计的总结是非常必要的。因为，课程设计的总结涉及到所有的相关知识点，学生只有经过亲自总结，才能使各知识点之间更加融汇贯通，完全形成自己的知识体系，倘若仅仅拘泥于如何算出某些具体的数据，或者如何画出各种钢筋细部尺寸，那么在实际工作中面对其他的设计任务时，学生又会陷入线性思维而无所适从。
3 思维导图与PBL结合的教学方法实现
3.1 教师的应用
思维导图和PBL教学方法都围绕着一个中心问题展开，在展开的过程中，思维导图注重发散式思维，而PBL则重视以解决中心问题为目标的层层分析。教师在进行教学设计时将PBL与思维导图有机结合可以在不偏离主题或者中心问题的前提下，尽可能多地发散出解决问题的多个方向。这样的结合有利于学生认清问题的本质，又能指引学生寻找解决问题的可行方法，而这个过程本身也锻炼了学生的逻辑思维能力。同时，目前的思维导图软件如Mindmanager不仅可以将图片、符号、三维动画以及网址链接等全部接入各主题中，而且可以将已经做好的思维导图轻松转化为PPT演示文稿、PDF文件，甚至制作网站，这种集色彩、声音等艺术元素为一体的思维导图内容更加丰富，层次感更为鲜明，方便学生记忆的同时，也提升了学生的学习兴趣。
3.2 学生的应用
从听课过程来看，学生上课不再是单纯地记一些线性笔记，而是应当准备一张A4纸横向放置[2]，听课过程中将老师的思维导图用自己的理解画出来，尽可能简洁地只记录关键词，到课后再补充，这个过程是知识体系的细化过程。
从课后总结来看，将细化的知识点全部掌握后，再将整个思维导图的脉络提取出来，再加入自己认为的难点和易错点，重新加工出一张自己的思维导图，并且同学之间互相比较。这种经过加工的思维导图不可能跟老师的思维导图完全一样，是原思维导图基础上的进一步升华，这个过程强调学生的主动性，锻炼了学生的抽象概括能力，使对整个知识脉络接受起来更为容易。
4 结语
思维导图和PBL相结合的教学方法以一个中心命题出发，分支出多个方向，强调多方向之间的联系和整个知识体系的脉络，此方法不但可以帮助老师快速明晰讲解思路，合理组织教学活动，而且能够帮助学生直观、系统、综合、高效地找到解决问题的方法。两者的有机结合非常适用于混凝土结构课程设计等综合性较强的实践类课程，也可将此方法加以推广，应用于混凝土理论课的和其它专业课的教学中。
[1]东尼·博赞，巴利·博赞.思维导图[M].卜煜婷，译.北京：化学工业出版社，2016.
[2]东尼·博赞，克里斯·格里菲斯.思维导图实践版[M].卜煜婷，译.北京：化学工业出版社，2016.
[3]周国宏.基于思维导图的在线备课系统开发与应用[D].济南：山东师范大学，2015.
[4]张银.浅谈对PBL的研究与思考 [J].现代教育技术，2004,14(3)：53-56.
[5]李莉，赵莉.运用思维导图培养本科护生自主学习能力的研究[J].中国现代医学杂志，2016,26(9)：89-92.
[6]赵佳娜.思维导图在认知结构建构中应用模式研究——以大学基础英语实践课为例[J].中国电化教育，2014,(6)：121-126.
[7]台宏达.基于思维导图的PBL教学模数研究与实践[J].软件导刊, 2016,15(2)：185-188.
G424
A
1007-7359（2016）06-0046-03
10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.017
山西省大学生创新创业训练计划项目（编号：2016017）。
刘晋艳（1981-），女，博士研究生，讲师，主要研究方向：结构工程。
