培養(yǎng)本科生創(chuàng)新思維的知識可視化教學法

成凌飛，高娜

摘要：培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新思維是當前高等教育的重要課題。知識可視化是培養(yǎng)創(chuàng)新思維的有效途徑。知識可視化教學法運用圖像、顏色等元素構(gòu)建課程的知識體系，提高學生的學習興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，并使學生找到適合自身的學習方法。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新思維；知識可視化；思維導圖

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）12-0053-03

社會進步和民族發(fā)展主要依靠科技進步，而科技進步離不開創(chuàng)新型人才。《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》明確指出高等教育要提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，“著力培養(yǎng)信念執(zhí)著、品德優(yōu)良、知識豐富、本領(lǐng)過硬的高素質(zhì)專門人才和拔尖創(chuàng)新人才”。因此，培養(yǎng)出更多的創(chuàng)新型人才，滿足社會發(fā)展的需要是高等教育面臨的重要課題之一。

一、知識可視化教學法

1.知識可視化教學法的定義。知識可視化是指應(yīng)用視覺表征手段促進群體知識的傳播和創(chuàng)新，其實質(zhì)是將人們的個體知識以圖解的手段表示出來，形成能夠直接作用于人的感官的知識外在表現(xiàn)形式，從而促進知識的傳播和創(chuàng)新[2]。知識可視化教學法是指利用知識可視化工具改善教學過程，使教學效果最優(yōu)化的教學方法。

2.知識可視化工具。知識可視化工具包括概念圖、思維導圖、認知地圖、語義網(wǎng)絡(luò)等。其中，概念圖和思維導圖是最重要、最常用的兩個工具。概念圖是由美國人Joseph D.Novak于1970年提出來的用節(jié)點代表概念，連線表示概念間關(guān)系的圖示法。這是一種知識以及知識之間關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)圖形化表征。概念圖可以一目了然地表現(xiàn)出知識體系結(jié)構(gòu)，突出表現(xiàn)知識的層次結(jié)構(gòu)，從而提高工作和學習效率。思維導圖是由英國人Tony Buzan于上世紀60年代創(chuàng)造的一種筆記方法，借助圖像、顏色和符號來幫助人們記憶，增加創(chuàng)造力，是發(fā)散性思維的一種具象。概念圖和思維導圖有很多相似之處，但在對知識的表現(xiàn)能力、表現(xiàn)形式和應(yīng)用場合上略有不同。在教學上，不必對二者加以細分，可以綜合運用它們的優(yōu)點，服務(wù)于教學和學習。本文以思維導圖為例來介紹知識可視化工具。思維導圖有四個基本特征[3]：一是注意的焦點清晰地集中在中央圖形上；二是主題的主干作為分支從中央向四周放射；三是分支由一個關(guān)鍵的圖形或者寫在產(chǎn)生聯(lián)想的線條上面的關(guān)鍵詞構(gòu)成，比較不重要的話題也以分支形式表現(xiàn)出來，附在較高層次的分支上；四是各分支形成一個連接的節(jié)點結(jié)構(gòu)。

3.知識可視化教學法的理論基礎(chǔ)。人的左右腦結(jié)構(gòu)相同，功能和分工卻大不一樣。以語言文字為主的傳統(tǒng)思考與認知方式多依賴于左腦，造成左腦認知負荷過重。思維導圖可以激發(fā)右腦的潛能，將知識以合理的邏輯順序、圖文并茂地表達出來，充分調(diào)動右腦參與認知和思考，促進全腦思維。由左腦負責加工節(jié)點文字，右腦負責把握整體圖形關(guān)系，左右腦分工協(xié)作，能夠大大提高認知、思考、記憶的質(zhì)量與效率。思維導圖對培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的作用，可以從以下三個方面來體現(xiàn)：①激發(fā)學生的好奇心和求知欲是培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力的主要環(huán)節(jié)。運用思維導圖來幫助思考，能讓學生無所羈絆地將思維發(fā)散開來，對問題的了解和探討不斷深入，解決方案也越來越多，從而形成良性循環(huán)，不斷激發(fā)學生的好奇心和求知欲。②培養(yǎng)發(fā)散思維是發(fā)展創(chuàng)新思維能力的重要方面。思維導圖的特點就是從圖形中央逐步向四周放射，本身就是發(fā)散性思維的外在表現(xiàn)。因此，思維導圖是培養(yǎng)發(fā)散性思維的最好方法。③培養(yǎng)直覺思維是培養(yǎng)創(chuàng)新思維不可缺少的環(huán)節(jié)。所謂直覺思維，是指未經(jīng)逐步分析而迅速地對解決問題的途徑和答案做出合理反映的思維。思維導圖的初期制作是頭腦風暴的產(chǎn)物，即讓思想完全放松，沒有任何顧慮，不受任何條條框框的約束，力求從不同層次、不同角度提出想法。以靈感、直覺和頓悟為主的頭腦風暴往往能產(chǎn)生意想不到的新觀念和新設(shè)想[4]。

二、知識可視化教學法在教學中的應(yīng)用

1.運用知識可視化工具進行教學。傳統(tǒng)的教學模式是教師一個人講，學生聽。而在知識可視化教學中，教學活動更多的體現(xiàn)為一種對話關(guān)系，即知識是在教學雙方對問題的探討中不斷生成的，從而形成互動式教學過程，促進師生間的交流與溝通，使學生在共同學習中分享經(jīng)驗、體驗成功、開拓視野。

圖1是作者為幫助學生深刻理解概念而繪制的思維導圖。圖中以離散傅里葉變換為主題，各個分支標明了與傅里葉變換相關(guān)的內(nèi)容，不同分支間關(guān)聯(lián)的概念則用箭頭連接。圖中運用了圖形、表情符號、箭頭連接等，強調(diào)了重要知識點的在聯(lián)系，也說明了離散傅里葉變換便于計算機實現(xiàn)的特點。豐富的色彩、生動的符號、清晰的層次結(jié)構(gòu)，容易給學生留下深刻印象。作者將該圖用于復習課，在較短時間就能夠全面地講清知識點，且能突出重點，課堂氣氛非常好。

2.指導學生運用知識可視化工具。在以前的復習過程中，學生往往局限于各個知識點的理解和記憶，無法站在一定的高度從整個課程的結(jié)構(gòu)體系上來學習各個知識點，結(jié)果花了很多時間去復習卻仍然一頭霧水，事倍功半。利用知識可視化工具進行復習，既能復習各個知識點的內(nèi)容，又能夠理解該知識點在整門課程中的位置。運用知識可視化工具，將頭腦中的抽象思維轉(zhuǎn)化為形象可感的畫面，提高學生學習興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，尤其是邏輯思維能力以及空間智能的開發(fā)。知識可視化工具不但可以提升學生的注意力與記憶力，增強思維能力，更重要的是，它能夠啟發(fā)學生的聯(lián)想力與創(chuàng)造力，激發(fā)學生的學習興趣，促進學生主動、自主地學習，最終熟練掌握這種學習方法。圖2是一名學生制作的關(guān)于場論的思維導圖。他將場論中的主要概念以“三毛”的四肢、頭發(fā)等身體結(jié)構(gòu)的形式表現(xiàn)出來，既能達到快速掌握核心內(nèi)容的目的，又寓學于樂，提升記憶力，給人們留下深刻的印象。

3.師生共同建立課程的知識體系。專業(yè)課程具體內(nèi)容很多，也很繁雜，但在本質(zhì)上是有緊密聯(lián)系的。為了讓學生能認識到這一點，克服學習中的畏難情緒，教師有必要在課堂上使學生了解各知識點之間的聯(lián)系，形成個人的知識框架體系。在每節(jié)課的小結(jié)部分，教師可以有意識地使用思維導圖與學生一起回顧本節(jié)課的內(nèi)容；每一章結(jié)束時，可以讓學生自己畫出整章內(nèi)容的思維導圖；每一個知識模塊學完，可以畫出這個模塊的思維導圖；最后，教師和學生共同完成整門課程的思維導圖，建立課程的知識體系。在知識可視化教學中，教師平等參與學生的學習，成為學生學習的促進者、組織者、指導者；學生是知識主動的建構(gòu)者和探索者[5]。學習是在教師和學生的共同探索與交流中進行的，知識的交流是雙向的。

三、可視化教學法應(yīng)用效果分析

為了驗證可視化教學法在專業(yè)基礎(chǔ)課教學中的應(yīng)用效果，我們以河南理工大學08級電子信息工程專業(yè)三個班為實驗班，以08級電子信息科學與技術(shù)專業(yè)三個班為對照班，比較分析了兩個學期的若干門專業(yè)基礎(chǔ)課程的成績差異。由于兩個專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課設(shè)置大體相同，任課教師相同，考試所用的試卷也是相同的，因此，分析結(jié)果具有較高的可信度。圖3是實驗班和對照班平均成績的對比。圖中課程從1至8依次為：《大學物理》、《電路理論》、《概率論與數(shù)理統(tǒng)計》、《信息論與編碼》、《數(shù)字電子電路》、《信號與系統(tǒng)分析》、《數(shù)字信號處理》和《通信原理》。

本次研究共選擇八門課程的成績進行對比分析，從第四門課程開始引入可視化教學法。從圖中可以明顯看出，未引入可視化教學法前，實驗班成績與對照班成績有比較明顯的差距；在教學中使用可視化教學法后，兩班成績的差距顯著縮小。從而說明，可視化教學法在教學和學習中的作用是比較明顯的。

綜上所述，知識可視化工具是一種有效的創(chuàng)新思維工具，可以幫助本科生學習、思考以及解決問題，最大限度地開發(fā)大腦潛能。通過運用知識可視化教學法，將指導學生運用可視化工具，找到適合自身的學習方法，教會學生“如何學習”和“如何思維”，提高學生的學習能力與思維能力，有效地改變學生的認知方式，提高學生的學習效果和教師的教學效果，建立團結(jié)合作的教學機制，促進師生之間的交流與合作，取長補短，共同學習、成長、進步與發(fā)展。

參考文獻：

[1]李震.培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力的風向標[J].中國校外教育，2010，（4）：123.

[2]趙國慶，黃榮懷，陸志堅.知識可視化的理論與方法[J].開放教育研究，2005，11（1）：23-27.

[3][英]東尼·博贊，巴利·博贊.思維導圖[M].葉剛，譯.北京：中信出版社，2009.

[4]羅輝.打開智慧的魔盒——思維導圖、概念圖應(yīng)用寶典[M].北京：清華大學出版社，2011.

[5]湯銘.促進學生“創(chuàng)新思維”發(fā)展的思維導圖教學研究[D].上海師范大學，2006.

基金項目：河南理工大學2012年教育教學改革研究項目（2012JG063）；河南省教育科學“十二五”規(guī)劃2011年課題（項目編號：[2011]-JKGHAD-0283）

作者簡介：成凌飛（1971-），男，副教授，碩士生導師，博士，主要從事礦井通信領(lǐng)域的教學與科研工作。