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思维导图电大毕业论文 思维导图在工程专业大学生科技创新活动中的应用研究

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(海军大连舰艇学院 导弹系,辽宁 大连 中国 116018)

关于思维导图

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摘要:基于大学生科技创新动的时代背景,对科技创新动的特点及现状进行了简要分析。针对目前大学生科技创新活动在能力培养方面的不足之处阐述了将思维导图作为辅助工具引入活动中的优势。并以某科技创新小组为例,从不同角度讨论了思维导图对思维能力培养和创新活动开展的辅助意义。

关键词:科技创新活动;思维导图;思维能力培养

中图分类号:G645

一、引言

大学生科技创新活动是由高校所组织发起,面向全体大学生的一项科研类活动。它以创新设计课题为载体,以大学生团队协作为组织形式,以自主学习为活动模式,其主旨是为了以创新能力培养为龙头,进而提高大学生的综合能力。

目前,各大高校均很重视科技创新活动,每年都有大量的精品课题结题。但从能力培养的角度,其活动过程多数注重学生技术能力的提高,而缺乏对思维能力的有意识且系统性的培养。

在此背景下,将思维导图作为辅助工具引入科技创新活动中,以创新课题为实际案例,借助思维导图的可视化表现手段建立起思维与知识、思维与能力以及思维与行为之间的直观联系,进而培养 理思维,归纳思维的能力。

二、科技创新活动的特点及现状分析

(一)以创新点为中心进行课题设计

工程专业科技创新活动通常是系统设计类课题,创新点则是课题的核心,学生围绕创新点进行系统主要功能以及相关辅助功能设计。以排雷机器人创新课题为例,如何排雷是整个设计课程的核心,这一任务又可分解为探雷和雷区行走,以此为基础进一步可细化为传感器选择和报警以及路径规划与避障等下级任务,同时,从排雷机器人的实用功能考虑,则还需加入通讯、记录等辅助功能。而每一个具体的功能,又涉及到原理分析、元件选用、硬件设计、软件编程等具体的实现手段。由此可见,对于科技创新课题设计,总体遵循一种由主到次,由梗概到细节、由功能规划到硬件实现的设计过程。同时,针对某一具体功能,在工程上往往有多种实现方法,这其中还包含了一个发散性提出思路,再从中进行除劣选优的过程。

从多年大学生科技创新活动的经验来看,大多数学生在进行课题设计的时候往往缺乏这种系统的思维过程,更普遍的设计过程是想到一个算一个,当有了新的想法时再往整个系统当中补充。同时,由于对这些创新想法缺乏后期的整理,往往使得很多创新设计功能重叠。这一是造成了整个系统的设计思路非常零散,每当引入一个新的创意,便需要对既有系统进行大幅度的改动,不利于后期升级扩充;二是造成了系统冗余,既增加了系统的设计制造成本,又增加了软件系统的负担,影响执行速度。同时,由于学生的知识积累、设计经验等方面的不足,又很难评价创新想法的实现难度。除此之外,对于某些需要额外 元件的设计课题来说,这种设计模式又会造成大量的时间和金钱上的额外消耗。

(二)以学生为主体进行创新活动

大学生科技创新活动与课程设计、工程实验等课程活动的主要区别,是学生从活动的参与者变成了主导者与组织者,而教师则只是起到一个从旁引导以及知识辅助的作用。学生需针对创新活动选题进行课题分析、阶段规划,并按照时间节点完成各阶段任务。可以说,学生的思维能力决定了创新课题的完成质量。

目前,虽然大多数学生能够独立的完成科技创新课题,但很大程度是将创新课题当作是一项大型长期的作业或者实验来看待,与指导教师的交流大部分是“下一步做什么”、“还可以做什么”以及“做成这样是否可以”诸如此类的问题,而对于阶段性任务当中的技术难点,学生反而基本能独立解决。由此可见,学生的思维模式依然停留在接受任务完成任务的阶段,对整个设计任务缺乏系统的综合规划,对具体的设计步骤缺乏明确的组织决策,对所完成的工作缺乏客观的分析评价,期望指导教师对每个阶段的工作进行清晰明确的分配。这无疑与“主体”相去甚远。究其原因,并不是由于学生对科技创新活动不重视甚至敷衍了事,也不是学生真正缺乏负责课题的能力,而是没有经过大处着眼对课题进行分析设计的学习与训练,更缺乏作为负责人对课题进行统筹规划的经验与思路。

(三)以小组为单位进行组织规划

科技创新活动与课程实验、毕业设计等设计类学习活动不同,它并不是某一个学生的个体性活动,而是多个学生集思广益、通力合作共同完成一项创新设计选题。这就对学生的协作能力、交流能力特别是课题组长的组织能力、统筹能力提出了较高的要求。

以目前的科技创新小组活动情况来看,主流的活动模式分为两种情况。

第一种,全员参与式

这种活动模式下,对于每一个具体设计任务,小组全员都作为设计者参与活动过程,各成员间权利平等,所有的问题均由全体成员协商解决。

这种模式的优点是能够最大限度的集合每一位小组成员的思维成果。但由于最终决策需要全员达成共识,因此讨论环节会占用大量时间。同时,对于某一项具体的设计任务而言,以软件编程为例,虽然可以由全员讨论设计方案,但最终的程序编写人员却只有一至两个人,造成了一定程度的人力资源浪费。除此以外,由于全体成员均全力攻克某一项设计任务,使得整个创新设计活动是以一种“串行”方式进行,无形中降低了设计效率。

第二种,专人负责式

这种活动模式下,组长将整个创新设计活动分为若干个子任务,每个子任务由一个小组成员负责,其他成员则从旁协助任务完成。对于每一个具体设计任务,负责人承担总体规划、方案选择、任务分配以及工程实现的主要工作,并具有该子任务设计活动的决策权。

这种模式的优点是能够较大程度的发挥各个学生的个人特长,充分利用人力资源。专人负责的活动模式一方面训练了学生的管理能力,培养了学生的责任感,另一方面有助于提高方案选定阶段的决策效率。同时,让学生作为负责人也是对学生心理一种正面激励。通过“信任感受”、“压力感受”、“成功感受”等心理活动锻炼,对于学生的心理成长也具有积极的影响。越来越多的教师已经趋向于在活动初期有意识的向学生推荐这种活动模式。

然而,这种活动模式在实施的过程中也会遇到较大的挑战。

首先,它对小组成员的思维分析能力提出了较高的要求。由于活动小组的人数限制,往往所有的小组成员都会在某个子任务中担当负责人的角色,而在其他任务当中担任协助者的角色,如果其中某一个负责人对自己所承担的任务缺乏清晰的认识和系统的思路,势必会对整个创新课题的进度和质量产生很大的影响。

其次,它对小组成员的系统筹划能力提出了较高的要求。科技创新活动是一项课外活动,所有的学生都是利用课余时间来完成,这就要求每一个小组成员在担任负责人的角色时,对小组成员的任务分配直接明了,而每一个小组成员,负责人以及协作者,对自己的任务分解细致简洁,达到“具有可操作性”的程度,否则在这种模式下创新活动很容易变成每一个子任务由负责人单打独斗完成的局面。

最后,它对小组成员的大局意识和交流能力提出了较高的要求。小组中每一个人所负责参与的子任务并不是对创新课题的简单分段,所形成的相互独立的模块,而是整个科技创新课题的有机组成部分。这就要求学生清楚自己所负责的任务在整个课题中的位置,能够自发的站在全局的角度进行任务规划,同时,及时的与小组中其他负责人进行交流与分享。以文档撰写子任务为例,该任务在时间上属于收尾性任务,即在科技创新活动后期,基于整个创新活动情况撰写结题报告等相关文档。但从任务设计的角度来说,却是在创新活动的初期,就应该针对学校所要求的报告内容进行规划,梳理报告所需的活动素材,并将所需素材按子任务模块分类,交予各任务负责人,并在整个活动过程中跟进课题进展,掌握完成进度。而其他子任务负责人在完成任务的过程中,应积极与文档负责人交流分享活动情况。

三、思维导图的优势

思维导图(也被译为“心智图”或“脑图”),是英国脑力开发专家托尼·博赞(Tony Buzan)发明的一种有效使用人脑的方法,它利用颜色、线条、符号、词汇和图像,借助图解思维来表述大脑思维,将左脑的逻辑思维与右脑的感官思维有机结合,功能强大而且易于上手,使用简单[1]。利用思维导图,可以帮助学生在学习专业知识的同时锻炼思维能力和提高思维效率。

(一)培养学生的系统性思维

任何一个复杂的任务都是由若干个基础任务组成的。将一个复杂的任务进行分解,提出解决方案,进而分步式完成是人们在学习生活中解决问题的基本思路。大脑对于这一过程的思维质量很大程度上就决定了任务的完成质量。对于本科学生来说,在拿到创新课题的时候都会对如何完成课题有一个大体的规划,但这种规划大多停留在一个非常模糊的概念性阶段。有少数学生会将规划过程进行记录整理,也多是以文字条目的形式简单罗列,并未形成一个逻辑清晰、条理清楚、直观简明的系统性结果,既缺乏对条目的分析归纳,又缺乏可读性,不利于后期参考回顾和功能扩充。

思维导图作为一种图解思维工具[2]可以将大脑中的整个思维过程以图形的形式直观的具现出来,使得对于创新课题的整体规划从一个抽象的思维结果变为一个可视化的思维结果。同时,借由可视图形将思考讨论的焦点集中在当前任务上,每一次讨论均以当前任务作为主题向次级延伸。当整个规划讨论过程结束的时候,思维导图中所呈现的便是整个科技创新课题的初步“全景图”。既能系统的体现出课题的设计思路,又能清晰的反映出各任务之间的关联关系。

(二)激发学生的个性化思维

个性是一个重要的心理学概念,它指的是一个人区别于他人的独特之处,良好的个性意识、个性特征及个性的表现强烈的影响着个人的创造力发挥[3]。

在学生的日常学习过程中,大多数需要上交的文档如作业、实验报告、课程总结乃至学习生活中的各种申请等均有其固定的模板格式,同时,大多数学生从中小学便一直在接受统一管理模式,在这种大环境下,很容易使得学生的思维产生“同质化”[4]。但对于大多数大学生来说,这种“同质化”思维只是一种表象,即学生并不是没有自己的个性化创意或者想法,而是不知如何将个性化思维表现出来,并加以应用。

思维导图由于其灵活的绘图方式、多元化的表现形式,贴合人脑思维的绘制流程,使得学生在完成思维导图的过程中,能够将思维的焦点集中在“自我”的意识领域中,从而将个性化思维由一种隐性的思维形式转换成一种显性的思维成果,进而以脑图的形式体现出来。

可以说,思维导图作为一种表达思想的平台,形象的将个人对某个问题的看法及思维过程加以描述,其本身就是一种个性价值的体现[5]4。

(三)强化学生的发散性思维

发散思维(Divergent thinking)指的是从一个目标出发,沿着各种不同途径去思考,探求多种答案的思维。不少心理学家认为发散思维是创造性思维最主要的特点,是测定创造力的主要标志之一[6]。

想象的灵感是创新的源泉,但想象所产生的每一个灵感不见得都十分的准确或有价值,有时甚至只是一种模糊的闪念。这些灵感属于隐形知识,具有不稳定、不成熟、易消逝、潜在价值大等特点,因此必须及时进行管理[7]。发散思维恰如河床,为想象的灵感提供了流淌的通道,而思维导图的“中心起始、联想放射”的制图方式本就是人脑发散性思维的一种体现形式。因此,借助思维导图工具,可以将原本闪现的灵感长期化,将模糊的创意形象化。而这些形象鲜明的灵感又会进一步激发创意发散,从而使得发散思维以一种螺旋形过程不断成长。

(四)协助学生的收敛性思维

收敛思维也叫做“聚合思维”、“求同思维”、“辐集思维”或“集中思维”,是指在解决问题的过程中,尽可能利用已有的知识和经验,把众多的信息和解题的可能性逐步引导到条理化的逻辑序列中去,最终得出一个合乎逻辑规范的结论[8]。它是在发散思维的基础上将所得到的方案加以集中综合,从中整合出一套最优方案,继而以此方案为中心展开进一步的改进与设计。

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思维导图的形象化表现方式和多样化的标签、备注功能,使得使用者对整个思维过程的回顾变得非常清晰,极大的方便了使用者掌握各方案之间的差别和内在联系,使得使用者的思维既能“发得出去”,又能“收得回来”。

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四、思维导图在大学生科技创新活动中的应用

以2014年度排雷宝贝车机器人设计科技创新活动小组为例,该小组的创新选题为宝贝车机器人的功能设计类课题。思维导图从思维方式入手,对创新课题进行全面立体的分析,引导学生建立整个创新课题的任务体系,使整个内容规划更加系统、设计思路更加清晰、活动过程更加有效。

(一)规划活动任务

合理的设计思维导图,可以将传统的直线题纲变为直观的图形框架,直接描述各任务内容之间的联系,呈现完整的任务体系。思维导图借助人脑的立体思维能力,使得学生对活动内容的规划脱出了以某一主线为中心的“单线”模式。

初始阶段,学生对创新课题任务理解就只有简单的“设计排雷机器人”,而对这一任务进一步分解,就完全围绕着机器人设计的技术性任务对于整个创新活动的规划,完全是以技术性任务为基础、以时间为主线进行划分,发散思维只在技术任务的设计过程中得到了体现。通过思维导图可以引导学生将发散思维渗透至创新活动的方方面面。图1所示为学生经过数次讨论修改后所绘制的思维导图。从中可以看出,学生对科技创新课题已经有了比较明确的认知,同时,对具体的任务与分配也有了较为清晰的思路,依照这种思路对创新课题进行进一步的任务分解,可以针对整个创新活动建立一种系统的任务模型。

(二)确定设计策略

排雷机器人的功能设计及实现是整个科技创新课题的核心,直接决定了整个课题的完成质量。在设计方案的确定过程中,将思维导图作为辅助工具,帮助学生跳出“在前进的过程中发现地雷后停下报警”的直线型思路,从“排雷”这一核心功能出发,以“人”的排雷行为为设计理念基础,进而发散出“路径规划”、 “避障循迹”、“地雷探知”、“目标趋近”和“定位报警”等五大功能,并以此五大功能为基础,进一步展开发散思维。这五大功能相互联系,又自成体系,可以进行模块式设计。以“地雷探知”功能为例,首先需要学生对目前军事前沿的地雷和传感器发展有一定了解;其次,能够针对地雷的类型及特点选择合适的传感器;为了能够保证系统的正确运行,还需要进行相应的 电路设计和干扰抑制。

借助思维导图将整个小组成员的发散思维中心集中在一个点上,再由一点放射出去。一方面提高了整个小组的思维密度,另一方面也避免了讨论过程中的跑题现象;同时,思维导图绘图灵活的特点,也使得在讨论的过程中,可以很容易的对某个功能的设计进行扩展与补充。

(三)统筹工作过程

科技创新活动均为学生利用课余时间自主完成,这就需要学生能够平衡日常学习、课题设计、生活休息、人际交往等各方面时间和精力分配。利用思维导图可以将一段时间内的活动进行统筹规划。

以文档报告系列任务为例,该任务工作零散、持续时间长、无明显的周期性和阶段性,却是科技创新活动的重要组成部分。这一任务的完成质量,关系到该小组是否能够全面、清晰的将整个小组科技创新活动过程中的工作呈现出来,同时由于其任务特征要求该任务负责人在活动开始,就要对整个文档工作有清晰的统筹规划,并协调好与正常学习生活之间的关系。图2为小组文档报告负责人所绘制的时间-任务规划思维导图。

图中清晰的将需要做的工作以直观的形式表现出来,并且利用其发散式结构,将各种不同的工作进行聚类与分类按主次排布,整个结构层次非常清晰。思维导图的标签系统和文档系统可以很方便的对相关任务进行情况进行标注和说明。同时,在活动过程中如果遇到突发状况,相关工作内容的插入也非常方便。

四、结论

随着信息科技与教育教学理念的不断发展,综合素质培养已经成为各大高校人才培养的主流目标。科技创新活动作为学生自主科研的一大平台,是学生通过实践提升自身综合能力的一项重要活动。在创新活动中将思维导图与课题设计相结合,以科技创新选题为实践案例,利用思维导图对人脑思维的具现能力,将思维从隐性知识转变为显性知识,进而将创新思维训练从无意识的被动式培养转变为有意识的主动式培养,最终使得科技能力提高与思维能力提高相辅相成。

但是,思维导图的应用有其自身的局限性。思维导图反映的是个人的思维过程和结果,则其合理性、完整性和有效性受制图者思维能力的制约,因此教师在引导学生使用时应注意观察和指导,并在教学中不断探索。

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