基于知识可视化的KM教学法在网络工程专业课程体系中的应用研究

孟小燕

摘 要 在高校理工科课程教学中，其核心课程均是理论性和实践性较强的课程，概念较难理解。KM教学法是知识的逻辑结构与思维导图的有机结合，将抽象概念直观、符合思维逻辑地展现出来，解决教学难题。选取网络工程专业基础课“程序设计基础——C语言”为例，探讨KM教学法的要点，期望为其他课程教学提供借鉴。

关键词 知识可视化；KM教学法；思维导图；C语言

中图分类号：G652 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）02-0093-03

1 引言

质量是高等教育的生命线，从宏观上关系到学校的生存和发展，从微观上则反映出每堂课的教学效果、学生的学习成效。课堂教学作为基础性环节，直接决定了人才培养的质量，而恰当的教学方法是解决教学难题、达成教学目标、增强教学效果的有效途径。

随着信息化水平的提高，知识、信息大量充斥在人们周围，学习时间的有限与知识的迅速更新、丰富形成两个对立面。学生需要较快地获取知识、消化记忆，实现知识的迁移，获得认识上的“飞跃”，这是教师、学生双方面临的实际问题。高校理工科课程概念抽象、内容繁杂，大一学年相继开设“高等数学”“线性代数”“操作系统”等专业基础课程，学生会感到力不从心，理不清头绪，学习效率低下，学习成绩不理想，从而失去学习信心。这种现象较为普遍，对学生为学习后续课程打好基础产生十分不利的影响。

杨炳儒教授经过多年的教学实践，提出KM教学法[1]：依照知识的内在逻辑结构组织教学内容，开展教学过程，以可视化的方式呈现知识结构，为学生获取知识、积极建构知识提供便利。这种方法受到教育研究者的推崇，对优化教师的教和学生的学发挥了重要作用。

本研究针对学生存在的实际情况，选择网络工程本科专业课程为实验对象，在“程序设计基础”课程中融入“KM教学法”，學生通过总图点击进入知识点，达到反复强化知识结构、牢固掌握知识和知识间的关系的目的，有助于理清知识脉络结构，帮助建立学习自信。

2 知识可视化的发展

知识可视化2004定义指出：知识可视化是视觉表征在改善两个或两个以上人之间知识创造和传递中的应用；是指所有可以用来建构和传递复杂见解的图解手段[2]。可以看出，知识可视化的作用除传达事实信息之外，还在于正确地重构、记忆和应用知识，帮助知识传播与创新，其关键部分是视觉表征。

根据戴尔的“经验之塔”，视觉符号是比言语符号更为具体、更易理解的经验。在皮亚杰的认知发展理论中，他认为认知发展中首个要经历的阶段就是图式。图式[3]是指动作的结构或组织，这些动作在同样或类似的环境中由于重复而引起迁移或概括。而知识可视化的价值在于它的视觉表征形式。作为学习工具，它改变了人们的认知方式，促进有意义学习。比较常用的就是思维导图。

3 KM教学法基本原理

KM教学法是将知识的逻辑结构和思维导图相融合的创新性教学法。K是指知识逻辑结构（Knowledge Logic Structure），M则是指思维导图（Mind Mapping）[4]。

“获得的知识，如果没有完满的结构把它关联在一起，那是一种多半会被遗忘的知识。一串不连贯的论据在记忆中仅有短促得可怜的寿命。”[5]任何一门课程其零散的知识内部必然存在一定的逻辑关系，教材作为学习内容的载体，其结构往往是逐章逐节呈现的扁平化组织，无法体现章节知识之间的层次联系。知识的逻辑结构是一种从学科知识的角度出发，整体性的、互相联系的立体结构；思维导图则是在知识结构的逻辑框架下，通过思维的不断加深，在大脑中渐渐形成一个有序的脉络图，让各种观点自然地在图上表达出来，关键词的使用加强了记忆。

这相当于从宏观上先在学生头脑中搭建起知识的骨架，然后在骨架中逐步填充知识，借助思维导图启发学生对概念、推理、证明等环节的深入理解，揭示概念形成、问题求解、证明思路的动态发展与逻辑推演，逐步细化，具体、阶梯式呈现知识的系统构造，强化重点、分解难点；最后再把填充的知识概括起来，放回到骨架中。这一过程符合学生的认知发展规律，零散的知识会形成一个有血有肉的立体框架，学生因胸有成竹，知识不会轻易被遗忘。

KM教学法从宏观层次和微观层次共同组织教学过程，能使学生获得更大的受益，其运行模式如图1所示，即：先忽略教学内容中次要的、细节性知识，抽取课程中每一章、每一节的概念、定理、法则；先认真梳理位于同一主题层面的重要知识点，找出它们之间彼此的联系，然后按照不同的联系连线，组成新的逻辑结构，从前至后，将这些概念、原理法则等连成一条“知识链”；再将不同主题的“知识链”按照从属关系（包含）、并列关系等层次，由浅入深、由具体到抽象、由一般到特殊地形成多层次网状结构（在这一过程中要深入分析各个知识点、主题之间横向、纵向的联系，从而在水平和垂直方向上形成学习内容对应的“知识网络”）；最后对知识网络的整体框架不断补充知识细节，知识的呈现不再按照教材章节出现的先后顺序组织排序，变成一个立体的、彼此联系的、有血有肉的系统框架，学生的认知水平随着知识的逻辑结构与思维导图的穿针引线而螺旋上升。

4 KM教学法在程序设计基础——C语言教学中的具体应用

“程序设计基础——C语言”是网络工程专业大一伊始开设的一门重要的专业基础课程。C语言语法结构很简洁精妙，写出的程序也很高效；模块化设计，结构化编码；最重要的系统软件Window、Linux、Unix均是由C语言编写，现在流行的人工智能和嵌入式技术也都要用到C语言；同时为数据结构、C++、JAVA等计算机语言的学习奠定基础。因此，在本专业人才培养方案中，该课程的地位和作用举足轻重。

首先在课程目标的设计上，采用三维目标进行分析。

1）知识与技能目标：通过本课程的学习，理解C语言的基本语法，能阅读、理解、调试、编写简单的程序。

2）过程和方法目标：通过任务引领，培养学生严谨的程序设计思想、灵活的计算思维方式及较强的动手能力，并以此为基础，逐渐具备承担大中型软件设计和开发的能力。

3）情感态度与价值观目标：培养学生的学习兴趣，对编程产生好感；培养学生善于沟通、团队协作的职业素养和创新精神。

本门课程是一门理论性和实践性非常强的课程，课程内容的学习既涉及基本概念、原理、算法的理解，又涉及上机调试程序、解决实际问题，内容多而散，思维灵活、逻辑性强。大一新生已有的计算机知识储备不足，独立解决实际问题的能力非常有限。C语言是学生入学之后接触的第一门编程语言，计算机編程的思维很难在短时间内建立起来，需要一种直观、系统的教学方法加以引导和启发。

选用清华大学出版的《C程序设计》（第三版）。著名计算科学家沃恩提出：程序=数据结构+算法。其中数据结构即存储数据的结构，包括基本数据类型、构造数据类型及指针。采用Xmind工具勾勒出图2所示数据类型的思维导图。

算法部分包括输入数据、计算数据、输出数据。其中计算数据是核心部分，包括利用运算符（算术、赋值、关系、逻辑、条件、逗号等）与表达式语句计算，利用结构控制（顺序、选择、循环）计算，利用函数调用、位运算计算等方法。第1、2章为C语言概述部分，包括C语言的发展历史、特点、运行步骤，算法概述及表示方法；第3章（数据类型、运算

符、表达式）、第4～6章（顺序、选择、循环）属于初级程序结构设计，是课程的重点；数组可以完成对批量数据的处理，函数则实现程序的模块化设计、预处理命令在编译之前进行的处理，包括宏定义、文件包含、条件编译部分，这三章共同组成较高级的程序结构设计，既是课程的重点，也是难点；从第10章开始进入指针的学习，指针是C语言所特有的，它可以直接访问硬件，控制计算机的底层，和结构体与共用体、位运算、文件三章共同属于高级程序结构设计，而指针部分尤其为本课程的难点，对教师的教与学生的学都是一个挑战。

由表及里、由浅入深得到C语言程序设计的知识逻辑结构图，如图3所示。

5 实施情况

“程序设计基础——C语言”课程蕴含了大量的知识点、基本概念、数据类型、算法，对于大一新生而言，本门课的学习并不轻松，开课前，教师首先明确告知本门课程的学习重要性及课程学习目标。对比网络工程的两个教学班，分别为38人、39人，入学成绩相当，在学习起点基本一致的前提下，对一班实施KM教学法。在上课之前，教师先对知识的逻辑结构框架进行整体介绍，使学生对知识内容的全貌有一个大致了解；然后在框架中填充知识，使得零碎、抽象的知识以直观、生动、系统、符合思维逻辑的方式展现出来，骨架与丰富内容的交替充分提高了学生的学习兴趣，收到较好的学习效果。通过课堂观察发现，师生互动频次增多，学生回应的准确率有所提高，同时在上机调试过程中能够明显感到学生对基本知识点的掌握是较为扎实的，较少出现语法错误。

6 结论

事实证明，KM教学法可以使学生更好地掌握新知识，复习旧知识，梳理内容，促进记忆，帮助学生牢固树立课程的知识结构，发散思维，提高抽象思维能力。随着相关理论研究的逐步深入，KM教学法在改善学习绩效方面将发挥更加重要的作用。

参考文献

[1]陈道隆，庞贝.投身KM教学 领军教育改革：北京科技大学杨炳儒教授主持的“KM教学法”通过鉴定[J].科技创新与品牌，2010（8）：44-45.

[2]Eppler M J， Burkhard R A. Knowledge Visualization：Towards a New Discipline and its Fields of Applica-tion[J].City，2004.

[3]刘长城，张向东.皮亚杰儿童认知发展理论及对当代教育的启示[J].当代教育科学，2003（1）：45-46.

[4]鞠小林，陈继红.基于KM教学法的软件工程教学研究[J].计算机教育，2010（20）：107-110.

[5]刘超.用“线索”串起那一颗颗“珍珠”：知识线索在学科知识点教与学中的典型应用[J].中小学信息技术教育，2012（z1）：22-24.