基于思维导图的高职计算机理论课教学改革与效果研究——以网络安全技术课程为例

◎安晓瑞

（陇南师范高等专科学校数信学院，甘肃成县742500）

课程是人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才培养质量。课程改革必须坚持的基本原则是提升高阶性、突出创新性、增加挑战度[1]。计算机理论课是高职院校的必修课，主要包括计算机基础知识、计算机系统、计算机网络等类别的网络安全技术、操作系统、计算机组成原理、数据结构和计算机网络基础等理论性课程。计算机理论课具有知识丰富、概念抽象、理论性较强、层次与逻辑关系复杂等特点。通过多年对高职学校的计算机专业教师和学生的访谈和观察，当前计算机理论课教学较多为讲授方式，学生上课接受比较难，教学效果不明显。教师在教学中侧重于知识的传授，对学生的学习习惯和思维能力培养关注不够，学生的大脑中没有形成完整的知识体系结构，对理论知识掌握和理解不到位，造成学生的综合能力和实践能力得不到有效提升。笔者以建构主义学习理论为指导，以网络安全技术课程为例，探索如何在计算机理论课中运用思维导图并对教学效果进行深入分析，发现并探讨所存在问题，为计算机理论课教学改革提供参考依据。

一、计算机理论课程教学现状分析

（一）教师方面

根据对同类高职院校的调查和相关文献分析，笔者发现教师普遍认为计算机理论知识不好讲，不像应用软件类课程可以动手操作，教师讲的累，学生听的累。计算机理论课的课堂教学主要以教师讲授为基础，紧紧围绕教材，教学中多采用PPT，学生参与课堂教学也仅限于提问。计算机理论课教学效果不佳表现为教学过程比较枯燥，教学方法单一，学生没有兴趣，课堂教学没有吸引力，学生学习能力难以提高。

（二）学生方面

根据笔者与高职院校学生的交谈，学生普遍对计算机理论课不感兴趣。学生认为理论知识很枯燥、难学，更喜欢操作技能类课程的学习。甚至有学生认为计算机理论课不重要，计算机理论课学习内容多、概念多、理解难，重在原理或实现机制，重在功能描述或作用表述，在实践中很难用到。

（三）课堂教学条件方面

教学条件的制约因素也需要注意，当前计算机理论课的授课环境多为投影仪加幕布或触摸一体机，仅能提供视频、图片和文字的展示，仅限于耳朵和眼睛的感官刺激，而理论知识的认知需要紧密联系实际。鉴于此，学校可提供计算机实验环境或者仿真实验室让学生身临其境，动手动脑，多观察多总结，以便更好地理解和掌握理论知识。

二、计算机理论课教学运用思维导图的可行性

（一）思维导图的作用

思维导图是发散性思维的表达，也是人类思维的自然功能。这是一种非常有用的图形技术，应用于生活的各个方面，根据它改进后的学习能力和清晰的思维方式会改善人的行为表现[2]。根据思维导图的四个基本特征，思维导图可以把各级主题的关系通过隶属关系与相关层级使用图表标示出来，主题作为分支从中央图像向四周放射，分支由一个关键图像或者印在相关线条上的关键词构成，各分支形成一个相互连接的节点结构[3]。计算机理论课程概念多，理论与实践结合紧密。教师和学生可通过提取教学内容的关键字，运用思维导图构建自己的认知模型，理清章节之间、知识点之间的逻辑关系。思维导图的运用有助于知识梳理，激发学生发散思维和创造思维能力的培养。

（二）建构主义学习理论

建构主义学习理论认为：学习是引导学生从原有经验出发，生长（建构）起新的经验[4]；学习是学习者认知、实践和建构的过程，学习者通过自己的旧知识对事物进行认知，并进行实践对旧知识进行深化，构建新的认知结构。通过新旧知识的互动，使之产生新的有意义的关联、组合，而思维导图恰好契合建构主义的特点，非常适合作为知识体系建构的工具[5]。

（三）相关研究文献

通过“中国知网”进行“思维导图”与课程关键词的检索，可知国内对于思维导图在具体课程中的应用研究已经形成大量文献。天津职业大学的张亚军和王向华的论文《思维导图在高职教学做一体课程教学设计中的应用——以基于Linux下C程序设计课程为例》、华中师范大学的陈静的论文《概念图/思维导图在计算机软件类课程教学中的行动研究》、天津师范大学的朱新会的论文《基于思维导图和概念图的理论型课程知识设计与应用》等都表明思维导图在教学中是一种有效的教学工具与学习方法。思维导图适合事实类和原理类知识学习，它能培养学生发散思维能力，引导学生理解和记忆学习内容，使得知识更为条理化和系统化。

（四）计算机理论课的特性

计算机理论课教学内容较多，涉及知识面广，知识点繁杂，具有较强的理论性和实践性。计算机理论课的教学需要教师将主要的知识框架形成树形或图形表现方式，把每个知识内容联系起来形成科学的知识体系，把碎片的知识关联起来梳理课程内容，把侧重于传输知识的教学上升到思考与探究的层面上。思维导图可很好地解决教学内容繁杂、层次与逻辑关系复杂的问题。

三、引入思维导图的计算机理论课教学

计算机软件绘制思维导图常用的软件有Inspiration、MindManager、MindMaster、iMindMap 等，这些软件简单易学，学生稍加练习就可掌握。在开展思维导图的计算机理论课教学过程中，教师需要仔细研读教材内容，对每章教学内容进行取舍，区分掌握内容和了解内容；透彻分析每章节的各个知识点，把握和确定每章教学的重难点、教学目标、教学方法；构建章与章之间的层次与逻辑关系图，形成课程知识体系结构雏形。

课程第一课。对思维导图及软件的使用做简单介绍。教师利用自己构建的课程知识体系结构图使学生明确课程的知识体系结构、章与章的关系、重难点章节以及设置该章目的。通过教师引导讲述，让学生尝试运用软件构建课程章与章之间的思维导图，形成对课程的清晰认识。

对于具体章节，以“四课”环节构建教学过程，围绕课前、课中、课末、课后四个阶段进行教学设计[6]。

课前设计。教师认真审阅本章节内容，哪些作为必讲、哪些作为学生自学、还需要补充哪些教材没有的内容；确定本章节的教学目标、重点难点、教学资源，抽取知识点关键字形成本章节知识体系的思维导图。根据学生提交的思维导图作业选择优秀作品。学生完成上节课的导图制作，根据自己时间安排课程预习，有时间的学生可自行构建本章节的思维导图。

课中设计。根据课堂时间划分为三个阶段。首先，安排时间让学生自行预习本章节内容，引导学生学会提取关键字，同时对新旧知识形成互补，指导学生构建本节课的知识导图。其次，教师选取上节课学生制作的优秀思维导图或自己的导图对上节课内容进行回顾，一方面展示优秀导图的特点，另一方面进行知识温习，并引入新课，讲述本节课哪些是教学目标、重难点。最后，在具体知识点的讲解过程中，教师利用自己准备的教学资源让学生对理论的知识点有具体的认知，不直接讲述具体概念；也可以通过设置教学问题引导学生对知识点进行再认识；也可以让学生来讲述对知识点的认知；也可以设置知识主题进行讨论，让学生进行探究，相互切磋。通过对知识的建构，学生梳理本节课知识体系结构，完成本节课的思维导图制作。

课末设计。课堂教学最后时间段，教师展示自己构建的思维导图，让学生对本节课形成完整的知识体系结构，并对重难点进行补充和辅导，总结本节课教学内容，归纳反思，引导学生归纳本节课的知识点和知识体系结构。

课后设计。教师收取本节课学生制作的思维导图，将本节课学生不易掌握的内容组织成简述题或论述题等。学生再次完善思维导图，完成课后作业并提交教师。

四、思维导图教学运用分析

基于思维导图的网络安全技术教学行动研究中发现，该课程有较多的概念描述，知识结构复杂，具有计算机理论课共有的特点，可作为代表进行研究。教学使用贾铁军和蒋建军编写的《网络安全技术及应用实践教程》作为教材。

（一）课程教学

在课程第一节课教学中引入的章与章之间的思维导图（见图1）。通过简单的图像和文字，将章与章的相互层级关系呈现出来，构建出网络安全技术课程的知识框架体系。运用思维导图，以简单的语言、鲜明的形象梳理网络安全技术课程知识的层次与逻辑结构。

以网络安全技术第一章为例，其知识体系如图2所示。运用提纲式的思维导图来表示各知识要点之间的关系，以简洁明了、重点突出、脉络清晰的形式将复杂的课本内容知识直观地呈现，能有效地帮助学生理顺知识要点，把握知识之间关系，帮助学生进行记忆和理解，帮助学生对比知识要点之间的关系，将所学内容融会贯通。在课程每个章节教学中，引导学生预习和学习章节内容，构建本章思维导图，充分调动了学生的主观能动性，注重学生发散思维和综合能力培养。

图1 课程章间关系

图2 第一章知识体系

（二）教学效果分析

笔者采取实证研究方法，利用成绩数据进行对比和调查问卷数据结果，分析实施思维导图前后的课堂教学效果和学生成绩的变化。

1.成绩对比分析

笔者以信息安全与管理专业2018级学生为对象运用思维导图策略开展教学，2017级成绩为对照，2016级的成绩作为基准，成绩对比见表1。

为了说明对照组的成绩可比性，笔者引入2016级学生的成绩作为对比基准，对2016级和2017级学生的成绩对比发现，两个年级的学生成绩在平均分上相差1.15分，优秀率相差1.72%，及格率相差1.84%，低分率相差0.98%，成绩相差不多，提示可以将2017级设为对照组，2017级和2018级学生成绩具有一定实验研究价值。对2017级和2018级学生的成绩对比发现，两个年级的学生成绩在平均分上相差7.00分，优秀率相差7.16%，及格率相差19.86%，低分率相差11.13%，成绩差异显著，说明2018级的成绩明显高于2017级学生成绩。成绩对比结果表明思维导图学习方法有助于提升学生成绩，教学成效较为突出，对教学和学生的帮助效果是明显的。

表1 成绩对比

2.调查问卷结果分析

对2018级信息安全与管理专业学生，在学习完课程后，发放《网络安全技术思维导图教学现状情况调查表》共46份，回收46份，其中关于思维导图部分问题及数理统计见表2。

表2 问卷调查结果

从表2结果来看，81.13%的学生喜欢教师在教学中采用思维导图，83.85%对开展思维导图教学是感兴趣的，88.29%的学生认为思维导图有助于课程学习，90.44%的学生认为思维导图可以帮助其理清教学的主要内容，84.53%的学生可通过思维导图进行知识点的关联。通过上述数据表明思维导图对大多数学生是适应的，对课程学习是有帮助的，83.4%的学生认为将思维导图引入课堂，有助于课堂教学效果的提升，更进一步表明思维导图的积极作用效果。在多选题部分，超过70%的学生认为思维导图有助于知识整理、提高复习效率、知识体系更清晰，学生对思维导图及思维导图融入课堂教学效果提升是显著的。

五、总结与思考

笔者以网络安全技术课程为例，引入思维导图对计算机理论课课堂教学进行改革，开展思维导图在课前、课中、课末、课后四个环节的教学行动研究。研究表明：在计算机理论课中运用思维导图进行教学，能够帮助教师和学生梳理课程知识要点，构建系统和完整的课程知识框架体系，课程脉络简明易懂；能够帮助教师改变课堂教学过程，丰富教学方法，提升教学效果；同时学生通过提取课程知识的关键字，有助于加强对理论知识的理解和记忆。学生在绘制课程的思维导图过程中，可提高学生的主动性，增强课程的吸引力，促进学生形成知识点的关联，培养学生的兴趣和思维能力。同时，在本次教学探索中也发现存在的一些问题。

（一）学生学习的差异性

思维教育是建立在思维导图技能基础上的多种理念的集合，包括记忆力、快速阅读、创造力和多元智商的提升等。如果把这些元素结合起来，那么就能发现自身的天才潜能[1]。由于学生个体的差异，在教学中每个学生的绘制思维导图是不同的，有些学生的图简单清晰，能准确构建课程各章节之间的层次关系以及章节内部知识点的关系；有的学生的思维导图比较凌乱，主次不明显。这就需要教师细心和耐心地对学生进行指导，帮助其构建科学合理的思维导图，同时选取优秀作品进行展示。

（二）学生存在抵触情绪

教学中发现，有些学生能跟上教师的进度，完成章节的思维导图制作，有些学生表现出嫌麻烦、懒散、照抄、不愿动手等情况。分析其原因：一是学生对思维导图的作用及精华没有充分理解；二是学生不积极参与。这时教师可以引导学生和自己一起建图，帮助学生提取关键字，展现图的作用。也可以通过设置一堂制图比赛，并作为一次平时考核，让学生感受思维导图的优势与作用。还可以通过设置学习小组进行绘制，每个小组绘制一张，实现合作学习。

（三）明确笔记和思维导图的区别

在学生的思维导图中发现，有些学生把思维导图当作是记笔记或者制作笔记，必须明确制作笔记和记笔记的办法事倍功半，而思维导图是一种可以事半功倍的方法[2]。通常笔记是以列表或线性呈现，运用符号或数字表示逻辑关系，笔记内容多为原文或叙述形式，笔记中关键词模糊，且不易记忆，缺少知识关联和思维过程。思维导图则是通过大脑思考后提取关键字，以多个维度（图形、树形或网状）多色方式展现内容，将零散的、碎片的知识关联起来，形成层次清晰、逻辑通顺、条理清楚的图形，帮助学生快速回顾和有效记忆，形成知识联系、思维的发散。