基于思维导图的教学可视化方法研究

姜云霞,赵阳,王竹萍

摘    要：随着人们教育理念的进步，现代教育不仅要传授知识，还要激活学生的思维潜能。依据这一目标，文章将思维可视化制作工具——思维导图融入到教学中，利用它创设一种形象化和可视化的教学环境，并从动态与静态两个方面阐述教学的可视化方法，并以“计算机网络与通信”课程为例，分析了教学可视化方法的应用效果。

关键词：思维导图;教学;可视化;计算机网络与通信

中图分类号：G642.0          文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2015）03-0008-02

在当今信息全球化和知识爆炸的时代，如何在有限的学习时间里使学生获得最大的知识扩充与积累？这或许可以从人的大脑对不同信息的记忆寻找一些答案。从知识获取的角度来说，我们对外界信息的存储记忆分为形象记忆、抽象记忆。形象记忆是以事物的具体形象为主要的记忆类型;抽象记忆也称词语逻辑记忆型。它是以文字、概念、逻辑关系为主要对象的抽象化的记忆类型;形象记忆法直观易记，但是很多书本知识都是间接知识，属于抽象内容，需要借助词语符号去记忆。一般来说，抽象材料为对象的抽象记忆难保持，很难记住且不易回忆。在学习抽象的知识时，如果把两种方法结合使用，相互取长补短，使抽象的知识形象化和可视化，则能促进知识的记忆。

为此，笔者将思维导图用到教学中，利用它创设一种形象化和可视化的教学环境，探寻抽象知识表达的可视化，表达文字难以描述的复杂结构，将形象思维与抽象思维充分结合使用，以此促进知识的理解与吸收，改善知识的学习效果。

一、思维导图——知识的可视化工具

美国 Character Education Partnership（简称 CEP）在visc 报告中对可视化的定义是：“可视化是一种计算和处理的方法，它将抽象的符号（数据）表示成具体的几何关系，使研究者能亲眼看见所模拟和计算的结果，使用户看见原本不能看见的东西。”[1]显然，对于很多抽象的和并不容易直观地观察与感知的知识内容，可视化技术实现了通过视觉表征形式促进其传播与创新[2]，使其表达得清晰自然。

思维导图被认为是一种较好的知识可视化制作方法。它利用人类大脑的放射发散性思考模式，把所有的信息以发散的树状组织，以色彩图形、符号和关联词来组成概念点，用关联线和连接线表示概念之间的关联。全方位地刺激人的两个半脑，让词语、图像、数字、逻辑、颜色和空间意识等综合运用，通过直观形象的网状图建立概念之间的关系。它强调构建的方法，从中心图开始;按从中心发散的网状结构构建思维导图。对所整理的知识，按层次分类进行整理，抽取各类各点的概念和逻辑对应关系。层次使知识点及其相互之间的关系突显出来，符合人的抽象思维模式。在知识整理过程中，对于所有的知识点辅助以图像标示，引入颜色、图像和动画，辅助以形象思维的帮助[3-5]。显然，思维导图是一种有效的思维整理的工具，将抽象思维和形象思维有机地结合起来。

二、教学可视化的内涵与方法

教学的目的除了传授知识外，还应能培养学生独立思考和自主学习的能力。因此，教学可视化不仅指教学外在表现形式的可视，还强调传授内容整理的可视化和学生进一步深层次学习能力的诱导，即思维的可视化[6]。可视化采取动态与静态结合的方法。静态的可视化指知识的概念、理论、层次和关联等要点展示以导图形式实现，即教学内容的导图整理。动态的可视化指知识的表达、阐述、推理等演绎过程需要形象思维的帮助，抽象的知识通过生动、形象的方式阐述与表达。

（一）静态的可视化

向学生呈现教学内容的方式不同，教学效果也不同。按课程的章节顺序性呈现，这是常规的方法[7]。常规方法显然是线性脉络的，其结构不符合人类发散性思维的思维模式。好的方法应该是内容发散状展开，模式为“从整体到细节”的建构。针对知识理论构建整体的“骨架”，以思维导图的形式呈现，引导学生宏观上思考知识的整体结构。之后按着教学目标对于“骨架”中各分支内容的掌握需求程度的不同，详或略地填充具体知识点，并构建各分支的概念、理论等要点的思维导图以引导学生对于各知识点的微观细节深入理解。最后，通过知识点思维导图的发散式展开，诱导学生对于知识的应用性和外延性进行探讨，从而勾勒出知识与技能应用和外延知识的互溶点和相关点。教师整理绘制教学内容的全局导图，展现知识的整体层次、关键要点以及知识间的相互联系，再由全局导图的树枝引申到各局部导图，对每个知识要点乃至每一讲的内容均清晰地、层次分明地绘出。这里，采用专业的绘制思维导图软件，例如MindManager思维整理软件，来实现导图绘制。导图中色彩、图片和逻辑关联的非线性展开充分调动起学生的大脑潜能，激发了他们的思考能力，也增强了学生思维整理能力和建构式学习的能力。

从思维诱导和学习能力培养的角度，教师在适当教授的基础上，可以将学习的主动权交给学生，为学生创造探究学习的空间。每一讲的导图中留出知识延伸的关键点和相关的问题，留给学生进一步探究。而对于那些填充知识点，或被定义为概述式的教学内容，教师完全可以将此作为学生自主探究式学习的锻炼课，教师只要制作探究提纲，向学生提供自学内容获取的途径，敦促学生按时完成思维导图即可。

这里以哈尔滨理工大学面向电子信息科学与技术专业的“计算机网络与通信”课程教学为例，课程知识体系的骨架由主体知识和扩展知识组成。主体侧重点放在课程所属领域所确定的知识内容，分别为网络通信核心技术、虚拟网络技术和以网络设计、链路搭建为主的互联技术，而网络管理和网络安全等知识点为课程主体的简略填充点;相关领域的知识内容，为扩展知识点，如云计算概念、特征和体系的基本简介。主体内容采取深入层次展开，突出主要侧重点。侧重知识点以导图形式教授为主，绘制详尽的全局导图和分支导图，引导学生逐步从宏观的网络理解深入到每个知识点的掌握。非重点和扩展知识点，作为思维诱导训练的素材，学生被要求独立地完成知识的查找和整理。

（二）动态的可视化

教学外在表现越是形象化、越是动态呈现，越是能促进学生思维的活跃[8]。为此，采用多媒体模式授课，教师在制作课件时可以引入声音、图解和动画等，以此激发学生的兴趣和积极性。让静止的知识在被演绎、表达和理解的过程中动起来;让看不到摸不着的抽象知识被直观地看到与感知到。例如网络通信中“协议数据单元”的概念，其文字定义为对等层次之间传送的数据单位，这里的对等层次为逻辑的，而非实际的物理节点之间。概念的文字定义很抽象，教师仅仅用语言解释表达，学生是无法理解的。这里，我们引入FLASH动画，在网络体系的每一逻辑层次上，形象地演示出协议数据单元如何组装、如何拆分和如何向下一层交付。动画中突出双方逻辑层次之间如何对等存在，对等层次之间的数据如何管道式逻辑传送。最初可以只加入两点，逐渐使网络加大和复杂化。色彩和动画的引入，帮助学生直观地观察到协议数据单元和它在复杂网络中的流动。

动静结合的可视化教学强调知识的讲授与自主学习能力的培养并重。随着课程的深入化和知识导图的逐渐丰富化，学生绘制导图的能力和深层次知识的探究兴趣也会越来越增强。

三、教学可视化方法的应用效果

笔者选取电子信息科学与技术专业的“计算机网络与通信”课程作为测试课程，应用可视化教学方法前后的两个年级的学生为测试对象，课程的期末考试成绩统计结果如图1所示。可以看出，非可视化教学方法下，低分段人数较多，整体分布的拟合曲线不完全符合正态分布。而新的教学方法应用后，不及格分数段的问题得到了明显的改善，优异分数段的学生人数明显提高。分数的整体分布更加合理。另外，笔者还做了问卷调查，可视化教学方法获得学生的普遍好评。学生普遍认为新教学方法的知识组织方式易于接受，课堂教学鲜活，在知识的学习过程中与教师互动融洽。许多学生表示有兴趣对所学课程继续深入自学。

图 1  新教学方法应用前后的学生成绩对比图

“计算机网络与通信”课程中的应用效果初步验证了本文所述教学方法的有效性。但是方法有效性的验证实例单一，在一定的情景下实现。本方法是否拥有拓展性，还有待进一步研究和探讨。

可视化教学强调的是学生的思维活动“可视化”，思维导图以发散性的结构和清晰的层次来展现内容，使抽象的知识变得鲜活起来，这正符合可视化教学的需要。在总结十多年教学经验的基础上，笔者真正将思维导图引入到所研究的高效教学方法中，充分调动起学生大脑的发散性思维，激活他们的学习欲望和潜能。笔者依照学生的认知需要和特征，去组织、调控教学活动，有效引导学生经历探求知识的形成过程。通过一定学时的课堂学习，学生不仅学到了知识，也提升了继续自学的能力和增加了后续学习的可能性。

参考文献：

[1]商庆平.基于思维导图支架的数学概念可视化研究[J].教学与管理，2013，（1）.

[2][6]邢文利，李梁.思维可视化技术下的教学目标建构[J].教育科学，2013，（2）.

[3][英]东尼·博赞.思维导图——放射性思维[M].北京：作家出版社，2005：53.

[4]徐晓雄，叶婉婷.思维导图在大学生协作学习中的应用研究[J].电化教育研究，2008，（10）.

[5]赵国庆.概念图、思维导图教学应用若干重要问题的探讨[J].电化教育研究，2012，（5）.

[7]杨炳儒，张桃红.理工科课堂KM教学法研究[J].现代大学教育，2006，（4）.

[8]金一，王移芝.基于混合式学习的分层教学模式研究[J].现代教育技术，2013，（1）.