基于思維導圖的在線學習交互方法研究

任建軍等

摘 要：本文使用思維導圖作為在線學習系統的交互接口，使得教師可以通過創作課程思維導圖展示課程知識，并且通過設置學習路徑引導學習者學習。基于學習者的認知水平的推薦幫助學習者由易到難學習，從而提高學習效率。

關鍵詞：思維導圖；認知水平；在線學習

中圖分類號：TP311 文獻標識號：A

Abstract： This paper researches on mind map as interactive interface of e-learning system， which allows teachers to creative mind map for course knowledge exhibition and to guide the learners by setting the learning path. The recommendations based on cognitive level aims at improving the learning efficiency by guiding learners to learn from easy to difficult.

Keywords： Mind Map； Cognitive Level； E-learning

0 引言

當前，隨著傳統互聯網的發展和移動互聯網的普及，信息越來越呈現出爆炸性增長的趨勢，信息過載逐漸成為用戶在獲取信息過程中面臨的一個難題。信息過載是指用戶接收到的信息過多，超過了自己的處理能力，以至于無法有效地吸收和轉化為自身的知識[1]。個性化推薦系統是解決信息過載問題的一種有效方法，可以根據信息本身和用戶行為來推薦有效信息，從而使用戶接收到的信息更有針對性，減少信息量。

在教育領域中，學習者不僅會遇到信息過載的問題，而且還會受到信息迷航的困擾。信息迷航是指學習者在面對大量的學習資源，注意力無法集中，導致偏離網上學習的目標或初衷、認知效率降低進而影響特定學習任務順利達成的一類特定現象[2]。有效的學習導航可以對學習者的學習過程加以引導，讓學習者了解當前知識在整體中的位置，明確各知識點之間的關系。

在本文中，重點設計了一種基于思維導圖的在線學習系統，該系統使用思維導圖展現教師推薦的課程知識的學習過程，并且加入了路徑控制來引導學習者學習，在每個知識點使用認知水平評價結果作為推薦學習資料的依據，使得學習者可以由易到難逐步的完成課程的學習。

1相關工作

1.1 思維導圖

思維導圖是英國學者Tony Buzan創造的一種筆記書寫式的研究方法。該方法以一個中心詞開始，隨著思維的深入，不斷添加帶有不同顏色和圖像的關鍵詞和輔助邊，最終建立起一個反映思維過程的圖。思維導圖基于對腦神經生理科學的研究，圖中的每一個關鍵詞和圖像都會激活相關具體信息的回憶，以及新的觀點和想法，有助于釋放大腦的潛能[3]。

思維導圖和概念圖具有一定的相似性，因而兩者容易混淆。理解兩者的區別和思維導圖的優勢有助于更好地實現思維導圖的最佳利用。在此，給出兩者間的主要區別，具體如下：

1）理論基礎

思維導圖的理論基礎是腦科學方面的研究成果：左腦在語言、邏輯、數字等方面比較擅長，右腦在整體性、想象等方面比較擅長。概念圖的理論基礎則是有意義的學習理論和認知同化理論。

2）繪制區別

思維導圖一般用于記錄思維的過程。其繪制過程是從一個中心概念逐漸擴展出其他相關概念，每添加一個概念點可以根據情況為其添加不同的圖像或顏色，當添加完所有概念時整個思維導圖也已繪制完成。概念圖一般用于表達概念之間的關系。繪制概念圖時首先要確定主要的概念，而后根據層次關系確定概念直接的聯系。

1.2 現有的思維導圖工具

目前主要有兩類思維導圖工具，一類是如FreeMind、Xmind、MindManager等思維導圖軟件，另一類是如mind42.com、gliffy.com等在線思維導圖網站。使用這些思維導圖工具能夠繪制出很漂亮的思維導圖，其中在線思維導圖網站具有更多的特色，例如：mind42.com可以在節點上添加視頻鏈接，無需跳轉頁面即可預覽；gliff.com提供了很多的模板，可以輕松地繪制出各種類型的思維導圖并分享到網絡上。

本文引入思維導圖并作為課程的展現形式，使得教師可以通過創作思維導圖將自己的經驗融入其中，而不僅僅是知識結構的展示，從而能夠更趨人性化地引導學習者開展學習。

1.3 基于本體的擴展

本體來源于哲學領域，隨著計算機技術的發展和不同領域之間的交叉，本體在計算機領域得到廣泛應用。本體是通過抽象出客觀世界中的一些現象的相關概念而得到的概念模型，具有明確（Explicit）、形式化（formal）、共享（share）的特點[4]。

領域本體描述了一個領域內的知識，通過使用領域本體可以獲取到該領域內的概念的直接關系。本文使用了計算機領域內的一個本體，主要用于思維導圖創作過程中的概念推薦，使得教師可以根據推薦快速創建節點，從而減輕創作負擔[5]。

2用戶模型和定義

2.1認知水平模型

布盧姆認知理論將認知水平分為6個等級：知識、領會、應用、分析、 綜合、評價，每個等級代表對知識的不同的理解程度[6]。本文將認知水平等級分為識記、領會、運用3個等級，每個等級分別用1、2、3進行表示。首先由教師根據等級的不同提供一定數量的測試習題，系統根據學習者的認知水平推薦相應等級的題。當學習者完成習題后系統計算出當前的得分（score），若得分滿足要求則認為學習者的認知水平達到要求，否則還需要繼續學習。

公式1 認知水平評分：

Score = result / number + rank – 1 （1）

其中，result表示回答正確的題目個數，number表示題目總數，rank表示對應的等級。

表1 認知水平評分示例

Tab.1 Samples of cognitive level score

識記 領會 運用

rank 1 2 3

number 10 11 9

result 8 7 4

score 0.8 1.64 2.44

range [0.6， 1] [1.5， 2] [2.4， 3]

表1為認知水平評分的示例，例如完成領會級別認知水平評估需要做11道題，當前學習者共答對7道，則其得分為7 / 11 + 2 - 1 = 1.64 > 1.5，由此可認為該學習者達到了領會級別的要求，可繼續學習難度級別更高的知識。

本文使用認知水平模型評估學習者對知識點的理解程度，根據理解程度的不同將相應難度的知識點文檔推薦給學習者。

2.2 定義

定義1 知識點：

課程中的重要概念。該概念可以來源于本體庫，也可以由教師根據課程教學經驗確定。

定義2 必學資料：

教師為知識點綁定的學習者必須完成的學習資料。必學資料根據難度等級分為易、中等、難3個等級。

定義3 推薦資料：

系統根據學習者的認知水平推薦的資料。

定義4 知識點節點：

思維導圖中的一個節點，每個節點代表了一個知識點。知識點節點由與知識點相關的基本信息以及學習者的學習狀態信息構成。其中基本信息包括知識點名稱、必學資料個數、平均學習時間，學習狀態包括知識點學習進度、已學時間、路徑控制信息，實際效果如圖1所示。

定義5 邊：

連接兩個知識點的線。邊的描述起輔助作用，可用于描述所連接知識點之間的關系。

3系統功能實現

系統采用三層架構，從上到下分別為：表示層、業務邏輯層、數據訪問層。其中數據訪問層使用LINQ to SQL操作數據庫，業務邏輯層通過WCF服務和表現層交互，表現層采用了jsPlumb插件，使得教師可以通過拖動鼠標為節點添加鏈接。用戶通過表現層的思維導圖和系統完成交互，其中教師根據課程知識點創作思維導圖、設置學習路徑以及添加必學文檔和習題，學習者可通過學習思維導圖中的所有的知識點來完成課程的學習。

3.1 知識點學習和文檔推薦

知識點的學習包括必學資料的學習和認知水平評估兩部分內容。學習資料分為簡單、中等、難3個等級，其中必學資料是教師推薦的學習資料，推薦資料是系統根據當前難度等級推薦的學習資料，學習者通過學習資料由易到難完成知識點的學習。在完成當前難度級別的文檔的學習后，學習者需要通過對應級別的習題測試，然后才能學習更高難度級別的資料，否則就需要繼續完成當前的要求。如果學習者已完成所有必學資料的學習并通過相應的習題測試，則該知識點的學習即宣告完成，可以進行后續的學習。

3.2 學習路徑控制

在創建思維導圖時，教師為每個知識點節點設置前置知識點節點，即設置該知識點的必備知識點。每個思維導圖有一個開始節點和一個或多個結束節點，形成一條或多條學習路徑。學習者需要從起始節點開始學習，當前無法直接學習的節點則以灰色顯示且不顯示節點文檔，其余節點上將顯示當前的學習進度信息，如圖2所示。

在學習者完成必備知識的學習后才能進行后續知識點的學習：若知識點A和知識點B均為知識點C的必備知識點，則在完成知識點A和知識點B的學習目標前，學習者不能繼續學習知識點C。

通過設置學習路徑，教師可引導學習者按照推薦的順序進行學習，從而減少學習者的負擔。

4 結束語

針對在線學習中的知識過載和信息迷航問題，本文提出了基于思維導圖和用戶認知水平評估的具體解決辦法，使得學習者可以快速熟悉課程知識結構，在學習的過程中專注于所學知識點，最終達到高效學習的目的。

參考文獻：

[1]藺豐奇， 劉益. 信息過載問題研究述評[J]. 情報理論與實踐， 2007， 30（5）：710-714.

[2]史玉玲. 網絡學習中的信息迷航現象研究[J]. 軟件導刊（教育技術）， 2010 （12）：68-70.

[3]魏利霞， 周震.淺析思維導圖與概念圖[J]. 哈爾濱學院學報， 2013（3）：91-95.張玉連， 陳琳娜， 陳金森. 基于本體的個性化服務用戶模型研究[A]. 計算機學會多媒體技術專業委員會：第二屆和諧人機環境聯合學術會議（HHME2006）——第2屆中國普適計算學術會議（PCC06）論文集[C]. 杭州：浙江大學，2006.

[4]樊抒潔. 基于語義和思維導圖的學習資源集成應用研究[D]. 上海：東華大學， 2013.

[5]姜強， 趙蔚， 杜欣， 等. 基于用戶模型的個性化本體學習資源推薦研究[J]. 中國電化教育， 2010（5）：109-110.