前言

本书是以思维导图及其说明文字相对完整地呈现高校物理学专业核心课程知识结构体系的教材。党的二十大报告强调，加强基础学科、新兴学科、交叉学科建设，加快建设中国特色、世界一流的大学和优势学科。这充分说明，打破学科间，尤其是同一学科不同分支学科间的壁垒尤为重要。思维导图可作为知识结构诊断者、先行组织者、教学进程引导者、交流辅助者、教学评估者和教学总结者等应用于教学全过程。挖掘思维导图的多种功能对于优化教师的教和发展学生的思维能力具有重要意义。绘制思维导图是一种高效使用大脑发散性思考的方法。思维导图模拟人脑神经系统的放射性结构，以视觉形象化图示展现认知结构、外化大脑思维图谱。不过，许多论文和图书将蜘蛛图、概念图和思维导图混为一谈。迄今未曾见过包含一门学科完整知识结构全景图的教材。经过16年的教学实践摸索，我们发现思维导图之所以没能在高校物理学专业推广使用的主因是“巧妇难为无米之炊”。运用思维导图学习物理知识的最佳途径是“先模仿、后创新”。没有合适的思维导图范例作为模仿对象，初学者大多无从下手，抑制其学习运用的兴趣，最后只能望“图”兴叹，放弃尝试。编写本书的目的是为高校物理学专业的师生构建“教”与“学”的思维导图范例库。希望像有实时导航地图的旅行家一样，让每位热爱物理学的探索者拥有一幅相对完整的知识结构思维导图，在学习和探索物理学知识的过程中始终做到心中有数，时刻知道自己所处的思维空间坐标，避免“偏航”或“迷航”。希望读者使用本书既能高效地学习物理学基础知识和物理思想，也能学会运用思维导图服务于自身的学习、工作和研究。在附书名页中的教学理念充分体现了编写本教材的目的。

本书编写了高等院校物理学专业10门核心课程的思维导图，这些课程包括力学、热学、电磁学、光学、原子物理学、理论力学、热力学与统计物理、电动力学、量子力学和固体物理学。参考我国普通高等教育本科国家级规划教材和国外的优秀教材，将10门物理学专业核心课程以章为单位“压缩”成77张思维导图，图文并茂地给出了物理学专业知识结构的全景图。使用最少的文字、符号、公式和图像，直观展现物理学中的关键知识节点之间的逻辑关系、物理图像、物理思想和研究思路。直观可视的思维流线将关键知识节点自然地联系起来，为读者提高发散性思维能力和逻辑思维能力提供了大量的模仿对象和参考资料。运用可视化知识结构导图打破物理学科各门课程之间的壁垒，强化物理学各分支学科间的相互联系，借助思维导图完成对自身知识结构体系的宏观重构，在联系、比较和综合过程中培养学生的综合能力和科学思维方法。

针对如何使用本书的问题，可从“教”与“学”两个方面入手。

作为教师，可以根据课程需求选取教材的部分章节作为教学内容，将思维导图融入课程的教学过程中，也可开设综合性课程讲授物理学的整体知识架构及各分支学科间的相互联系。教师在备课前对一门学科的知识体系有一个全局认识，厘清每个知识节点的来龙去脉，掌握每一个知识关键节点所包含的重要研究思路，犹如为顺利完成教学目标安装精准的导航系统，打破“不识庐山真面目，只缘身在此山中”的困扰，达到“会当凌绝顶，一览众山小”的境界。备课时，在通晓所有细节的基础上，再试着修炼“压缩知识”的内功，真正将书“读懂读薄”，提高有效知识密度。授课时，“解压”思维导图中每一个关键知识节点的内涵和外延，将书“讲透讲厚”，自然而然地达到教学目标； 授课后再引导学生使用思维导图将书读薄，化繁为简，找出关键知识节点之间的联系，构建完整的知识结构体系，提高创新思维能力，水到渠成地做到教学相长。

作为学生，上课前使用本书提供的思维导图快速浏览所需掌握知识体系的全貌，带着疑问上课，为解答这些疑问，重点掌握知识结构中每个知识关键节点产生的根源和过程，这是提高创新能力和培养全局思维的一种重要方法。课后在教师和本书的引导下绘制属于自己的思维导图，紧紧抓住所学知识的“筋骨”，提高有效知识密度，构建自己在物理知识海洋中游弋的导航系统，这是将知识内化为个人能力的重要过程。同时，这也是科学研究中开展调研工作的一般流程。

2500多年前，至圣先师孔子就提出“学而不思则罔，思而不学则殆”的命题，阐明了学习与思考的辩证关系。在我们看来，将思维导图运用到学习的全过程是实践这一观点的重要途径。使用本书的关键是动手去构建属于自己的思维导图。倘若你只是抱着好奇的心态浏览本书，你的收获将不得而知。本书仅仅给出我们自身当前认知的思维导图案例以供参考，思维导图应因人而异、因时而异，因为与时俱进的动态演化是其内禀属性。假如你正准备让自己变得强大起来，请遵循“不动笔墨不读书”的原则，走“先模仿，后创新”的路子，结合自己学习和研究的特点，一笔一画地画出自己的思维导图，构建出属于自己的知识结构全景图和导图。起初大家可能感觉构建过程费时、费力，但是，只要坚持“熟能生巧”的信念，多多练习，必将会收到事半功倍的效果。愿每位读者都能练就终身学习的“压缩与解压缩”内功，为今后的高效学习、顺利工作和幸福生活插上强有力的思维翅膀，不断超越自我，创造更加美好的人生，为中华民族的伟大复兴贡献自己的力量。

本书在出版过程中得到清华大学出版社秦帅，特别是责任编辑陈凯仁的帮助，也得到了曲阜师范大学教务处宋阳同志及物理工程学院全体师生的支持和帮助，编者在此表示衷心感谢！

由于编者水平有限，书中错误和不足不妥之处在所难免，欢迎读者不吝赐正。

编者

2024年8月于曲阜师范大学