思维导图的理论基础及优化方式

（一）建构主义理论

学习理论从行为主义到认知主义再到建构主义，从总体上反映了心理学理论的整个发展过程，即从科学心理学兴起初期学派林立、各执一词的形势，发展到近代的逐渐克服片面极端性、相互吸收融合的趋势。

从20世纪80年代开始，随着人们对杜威、皮亚杰以及维果茨基等人教育思想的重新解读，建构主义学习理论开始逐渐兴起并引发教育心理学的一场革命。建构主义又称结构主义，属于认知主义学习理论流派。现代建构主义直接来源于瑞士著名心理学家皮亚杰（1896—1980）和维果斯基（1896—1934）的智力发展理论。认知主义学习理论主要侧重于解释如何使客观的知识结构通过个体而内化为认知结构，但未就如何把“结构”与“建构”联系起来作进一步的研究，建构主义学习理论则对此作了深入研究。作为现代建构主义学习理论的主要代表，皮亚杰强调学习过程中主客体之间的相互作用，并由此提出了认知建构主义学习理论。而维果斯基则强调学习者与学生或其他更有能力的伙伴之间的互动，提出了社会建构主义学习理论。^[1]

建构主义学派认为是在特定的社会文化环境中，基于学习者自身原有的知识经验，主动对新知识进行加工处理与意义的建构。知识不是通过教师传授得到的，是借助他人帮助，在一定的情景下利用学习资料，通过意义建构的方式获得的，并不是单向的知识传输。建构主义理论强调以学生为中心，发挥学生的巨大潜能，以现有知识为起点，引导学生探索与发现新知识。而思维导图恰好是一种让学生主动建构知识的思维体系。

1.认知建构主义学习理论

皮亚杰所研究的核心内容是儿童认知能力的发展，主要探究儿童的数理逻辑能力是如何形成与发展的。^[2]皮亚杰的理论框架被称为“发生认识论”，他认为学习就是学生通过同化和顺应调整图式，进而对环境做出反应。其中，图式也称为认知结构或心理结构，它是学生支配自身行动的心理模式。当学生在进行新知识的学习时，将新知识添加到自身原有的图式之中，从而拓宽自身原有的知识外延，这一认知过程叫作同化。假如所要学习的新的知识不能添加到学生原有的认知结构之中，学生就会创造出新的图式或者对自身原有的图式进行修正，这个认知过程叫作顺应。并且同化和顺应之间总要维持一定的均衡协调关系，也称为平衡关系。^[3]所以，学生的认知过程可以解释为，当学生学习新知识，受到问题情境的刺激时，如果认知过程表现为不平衡状态，学生就会将新知识同化到原有的认知结构中，如果同化成功，会使认知过程重新达到新的平衡状态。假如学生不能同化这一新知识，学生就要修改旧图式，或者建立一个新的图式，使其可以与新的知识匹配。可见，认知建构主义学习理论在强调学生学习主体性的同时，对学习过程中情景的创设也提出了一定的要求。

结合认知建构主义学习理论对学生主体性与教学情景创设的要求，在高中物理概念教学过程中，应以学生为主体，教师为主导。同时教师应不断创设典型的、有针对性的、能引发学生认知冲突的教学情境，使学生认知发生失衡。在认知失衡状态下的学生，会试图通过原有图式解释冲突的情景，进而采取同化和顺应的方式，使认知达到新的平衡。这样教师就能帮助与引导学生建构己有图示或者建构新图式，以帮助学生完成物理概念的内化。

2.社会建构主义学习理论

相对于皮亚杰认对个体与客观知识结构间交互作用的关注，维果斯基的社会建构主义学习理论则认为学习产生于学习者间的协同活动以及人与人的交往活动之中。因此，社会建构主义学习理论尽管也把学习看作学习者自身建构的过程，但强调社会性互动（合作、讨论等）在学习中的重要作用，更提倡合作学习（Cooperative learning），更多地关注社会文化对个体主观知识建构过程的中介作用，重视社会背景对个体内部建构和认知形成的积极作用。^[4]社会建构主义认为只有当学习者建构的、特有的主观意义与特定社会文化背景中的普遍认识相适应时，学习者才会得到发展。

维果斯基的社会建构主义学习理论对于高中物理概念教学同样有着积极的指导意义，要求在高中物理概念的教学过程中充分利用学生的社会文化背景，通过学习共同体（Learning community）进行交流、讨论等互动活动，完成对物理概念的意义建构。

（二）脑科学理论

狭义的脑科学指的是神经科学，即了解神经系统内分子水平、细胞水平、细胞间的变化过程，以及这些过程在中枢功能控制系统内的整合作用而进行的研究。美国神经科学学会所定义的广义的脑科学是指研究脑的结构和功能的科学，它还包括认知神经科学等。其中认知神经科学的研究旨在阐明认知活动的脑机制，即人类大脑如何调用其各层次上的组件，包括分子、细胞、脑组织区和全脑如何实现各种认知活动。自20世纪80年代后期发端以来，认知神经科学的研究在短短时间内取得了令人注目的成绩，对传统认知心理学和发展心理学的理论建构以及各内容领域的研究有着巨大影响。

认知发展研究自然也不例外，由于认知发展心理学和发展神经科学有许多共同感兴趣的问题，由此衍生出来的发展认知神经科学正得到越来越多人的关注，成为当前最热门的交叉研究领域之一。脑的认知功能包括知觉、注意、记忆、语言、思维以及智能、意识等心理功能。

脑科学的研究表明，人的大脑蕴藏着很大的潜能，而到目前为止，人类真正使用的只是很小一部分。大脑为神经系统最高级的部分，由左右两个脑半球组成，之间有神经纤维相连。大脑表面有一层灰质，称为大脑皮质或大脑皮层。大脑表面有很多往下凹的沟，沟之间有隆起的回，因而大大增加了大脑皮层的面积和大脑的容量。

思维导图结构与人脑结构有很多相似之处：均有区域划分且区域大小、形状不同；均有变化，都有类似于沟裂的纹路等。这是因为思维导图正是基于大脑的这种结构创造出来的。(www.xing528.com)

思维导图结合大脑的思维方式，采用独特的思维方式将思维的重点过程及不同思路间的联系等用一种直观的方式清晰地呈现出来，形成发散性结构。这种思维方式层次清晰，过程明显，使学生更容易掌握内容及重点等。

人的左右脑是用完全不同的方式进行思考的。左脑多用文字和语言进行思考，用语言处理信息较为费时；而右脑多用心像及图像进行思考，用图像处理信息能一并处理大量信息。可见左右脑的分工是非常明确的。日本学者七田真经研究发现，刚出生时人的右脑还是很发达的，但由于后天培养以开发左脑为主，久而久之，左脑越来越发达，而右脑却日趋退化。大量的科学研究结果表明，如果人们用图形、图像反复进行训练，对右脑的开发有很大的帮助。

（三）合作学习理论

合作学习是目前全世界广泛应用的一种课堂教学形式。合作学习是指学生为了完成共同的任务，有明确的责任分工的互助性学习。合作学习鼓励学生为集体的利益和个人的利益一起工作，在完成共同任务的过程中实现自己的理想。

合作学习是一种古老的教育观念和实践，20世纪70年代在英国创立。1806年从英国将合作学习小组的观念传入美国，因美国教育学家杜威、帕克等人的推崇而被广泛应用。在斯莱文、约翰逊兄弟、卡甘等学者的推动下，原有的合作学习观念迅速发展成为一系列原理与策略体系，再度成为美国教育界的时尚。合作学习的重新兴起绝非偶然，它反映了自1957年苏联成功发射人造卫星后，美国朝野要求大面积提高教育质量的呼声，同时也是对传统教学形式的反思和对传统评分制的批判。

1．合作学习的内涵

合作学习是一种以小组学习为主体的教学活动，组内所有成员积极参与，分工明确，最终完成共同目标。

在实际教学中，由教师控制教学进程和分配学习任务，小组人数根据学习任务和人数决定，并不是一成不变的。教师在小组学习过程中应不断了解学生的思维及进程，监控学生的学习情况，同时促进各个小组之间的交流学习。

2．合作学习的基本要素

合作学习要求小组各成员间相互信赖，明确自己的目标与责任，要求组内成员具有一定的社交技能。为提高活动小组的学习效率，教师应该定期组织小组互评，取长补短，总结经验，混合编组。

3．合作学习的意义

新课标理念是强调以学生为主体、教师为主导的教学理念。而合作学习是以学生为核心，每个同学参与其中，主动发现问题并解决问题而展开的教学过程，这样能激发学生的学习动力，提高学习兴趣。

结合思维导图与合作学习的特点，将思维导图应用于高中物理教学中便成了大势所趋，合作学习理论也成为高中物理思维导图教学的重要理论依据之一。