基于三维思维导图的交互式网络学习系统构建

2019-09-10汪升华

计算机与网络 2019年18期

汪升华

摘要：为提高学习效率，改善学习者记忆效果，将三维思维导图引入到交互式网络学习系统构建当中。系统框架主要由三维思维交互区、教师工作区以及三维思维导图知识信息存储区组成，将三维思维导图理念融入交互式网络学习系统硬件和软件的设计中。经实验对比发现，应用基于三维思维导图的交互式网络学习系统进行数学学习后，学习者的记忆效率明显提高，能够有效帮助学习者提高学习效率。

关键词：三维思维导图；交互式；系统构建；网络学习

中图分类号：G511.9文献标志码：A文章编号：1008-1739（2019）18-63-3

0引言

信息化技术发展迅速，交互式网络学习已成为继续教育的重要方式[1]。目前市面上的交互式网络学习系统多以模块形式组织学习资源，列表形式的知识点展示方式割裂了知识之间的联系性，降低了学习者对学习资源的利用率，因此本次研究将三维思维导图应用到交互式网络学习系统构建当中，为验证本文系统效果进行对比试验。结果表明，本文系统能够明显提高记忆效率。

1基于三维思维导图的交互式网络学习系统

1.1三维思维导图

三维思维导图又称心智导图，以图文并茂的形式将知识点形成知识网络帮助学习者思考[2]。三维思维导图多用于学校教师对学生的教学，因此本次研究尝试将其应用到交互式网络学习系统构建中，以完善网络课程的设计，提高学生学习效率[3]。

在三维思维导图基础上构建交互式网络学习系统步骤如下：设计交互式网络学习系统框架；根据系统框架构成系统硬件组建与软件运行程序设计；验证基于三维思维导图的交互式网络学习系统性能。

1.2交互式网络学习系统组成框架

系统包括三维思维交互、教师工作、三维思维导图知识信息存储3个区域，如图1所示。

三维思维交互区域是指师生之间以三维思维进行知识传授和交流的区域，为学生间的三维思维知识交流提供平台；教师工作区域是教师课程管理、主持讨论、作业评阅和媒体素材管理等区域[4]。知识信息存储区域主要是将各种学习资源以资源三维思维导图形式整理储存的仓库。

1.3系统硬件设计

（1）中央控制芯片

中央控制芯片起到统计、分析等作用。本系统采用德国西门子STM32F103VCT6中央控制芯片作为主脑。芯片内核为ARM CORTEX-M3，运行效率高、功耗低，并内置高速储存器、CAN总线、定时器和DMB控制器，以及各种通信接口等，能够满足系统大量运行指令的执行。

（2）三维思维信息交互接口

传输设备是远程三维思维信息交互的重要部分，能够实现通信接口电路设备间或与计算机之间的三维思维信息传输，是信息交换的中转站。系统信息交互接口为RS485，包括智能收发器、微控制器、串行接口引擎和驱动器。最大传输距离为1 500 m；最大传输速率为20 Mbps；可在-50～+80℃环境正常工作，抗干扰性强。

（3）三维思维信息交互窗口

三维思维信息交互窗口是指具有触控功能的显示器。ZK1710系列开放式触摸显示器产自杭州磐正科技，集以太网、HDMI、RS485等于一体，支持当前视频及图片格式解码和HDMI/VGA视频输出，兼容驱动各种TFT LCD显示屏，具有防暴性好、抗磨损和免维护等优势[5]。

（4）储存硬盘

为防止数据储存过多，拖慢系统运行速度，以及预防数据丢失等情况的发生，除内置在系统中的数据库外，还有一个内接存储设备，进行数据储存备份。数据储存备份设备为磁盘阵列卡，硬盘容量有120 GB+1 TB，内存容量有32 GB，能大量储存数据信息。

1.4系统功能模块设计

基于三维思维导图的交互式网络学习系统由用户中心模块、三维思维导航模块、三维思维导图教学描述模块、三维思维导图学习资源模块、三维思维交互模块和三维思维导图数据储存模块组成。

（1）用户中心模块

无论是教师还是学生，当利用交互式网络学习系统进行学习时，均需要事先进行安全登录，即在系统登录页面输入用户姓名、密码、邮箱以及验证码等信息，等系统验证成功后，即可登录到系统中。用户中心模块的主要作用是保证系统安全，防止非法入侵窃取信息，保证系统正常使用。

（2）三维思维导航模块

三维思维导航模块可为学习者提供学习指导。该模块分为全局导航、局部导航以及课程内容导航3种导航。全局导航帮助学习者掌握本系统的操作技能，减少摸索时间；局部导航是全局导航的细化，为学习者提供交互式网络学习系统的知识地图，帮助学习者明確学习方向，减少三维思维知识脉络梳理时间；课程内容导航帮助学习者了解课程框架，以三维思维加深对知识的记忆，明确自身学习内容和目标。

（3）三维思维导图教学描述模块

教学描述模块包括课程种类、课程时间、三维思维导图教学方法和教学人员等介绍，帮助学习者了解多种学习课程的性质和特点，激发学习者学习兴趣[6]。

（4）三维思维导图学习资源模块

三维思维导图学习资源模块是系统的核心模块，学习资源包括教材内容、教师课件和教师教案等。其中后面二者作为补充性教学资源，是一般学习系统无法提供的，因为这是教师多年来教学总结的精华所在，在传统课堂是无法直观展示的，通过本系统以三维思维导图的形式完全发挥出来，帮助学习者巩固和扩展知识，提高学习质量。

（5）三维思维交互模块

三维思维交互模块由课程讲授、互动交流以及评价3部分组成。课程讲授通过视频模式将知识传递给学习者，打破时空壁垒的限制。互动交流是师生之间或学生之间的知识探讨，学生可以通过公告提出自己的疑问，邀请感兴趣的其他学习者进行交流探讨，或在教师的帮助下解决问题。这一过程不仅能加深学习者对知识点的印象，还能够激发学习积极性。评价是由学生和教师共同完成的。在学习过程中，尽管教师无法在学生身边，但是当学生遇到无法解决的学习困难时，可以适时给予学习者正确的引导和评价，并根据学习者反馈，及时调整自身教学模式，通过评价促进双方的共同进步。

（6）三维思维导图数据储存模块

三维思维导图数据储存模块中的主要软件為数据库。数据库为学习资源提供了储存载体，当用户需要提取相关学习资源时，数据库会对申请命令进行解析，并根据解析结果从数据库中调取出需要的部分资源[5]。因此选用数据库时要力求简洁实用，保证数据查询的快速性。基于此，本系统数据库选用SQL Server 2018数据库，是由微软公司开发的关系型数据库，操作简便，具有良好的伸缩性，能快速执行命令，完成数据调取。

2系统性能仿真测试

为验证基于三维思维导图的交互式网络学习系统性能，进行仿真对比实验。三维思维导图在课堂教学中的应用体现在地理、生物、化学和数学等主要学科当中。这些学科的共同点是知识点杂且多，各个知识点之间的联系较强，特别体现在数学知识点中。根据这个特点，本次仿真实验就以数学知识的记忆效率为系统性能检验对象。实验测试选定高一年级30名学生，调查使用系统前的记忆情况和使用系统一个月后的记忆情况，30名学生使用系统前后的记忆情况调查表如表1所示。