基于知識網絡化思想的大學生創新能力培養

閻高偉 李國勇 續欣瑩

摘要：針對知識碎片化現象嚴重影響大學生的學習效果及創新能力的問題，通過構建學科專業知識網絡，利用知識網絡化的思想進行教學實踐，并采用適當的方法幫助學生建立自身的知識網絡，能有效改善大學生的學習和思維方法，提高綜合運用知識的能力以及創新能力。

關鍵詞：知識網絡化；知識碎片化；思維導圖；創新能力

引言

隨著科學技術的迅猛發展，世界已進入知識經濟的時代，創新在民族發展和國家興盛中占據了越來越重要的地位。近年來，國家高度重視全社會的創新能力培養和提升。創新發展的思想已經深入人心，高等教育也在積極進行教學改革，順應這一形勢的發展，許多高校對大學生創新能力的培養進行了積極的研究和探索，積累了許多寶貴的經驗，取得可喜的進展。但是現階段大學生的創新能力還存在較大的問題，許多文獻對大學生創新能力的現狀進行了總結，例如缺乏創新性思維方式、缺乏創新實踐能力、缺乏持久創新的毅力等。并且對成因進行了分析，例如思維標準化和知識無活力化，并指出了教育改革的方向和具體的措施。

1知識網絡化思想

創新精神和實踐能力的形成和發展要以豐富的理論知識和扎實的基本技能為基礎。創新活動是學生充分調動自己各學科的知識儲備，運用聯想、發散、逆向等多種思維方式，憑借強烈的創新意識開展的一切實踐活動。因此，對知識的綜合運用是創新能力的重要體現之一。而對知識的綜合運用需要學生能夠建立知識網絡。知識網絡化的思想并不是一個新的名詞和提法，俗話常說的“學習要由點到線再到面”體現的就是知識網絡化的思想，也即按照知識的內在聯系把所學的知識點有機地關聯在一起，讓知識點自由聯通，從一個知識點可以過渡到任何一個知識點，從而形成解決問題的能力。

現階段學生學習的結果非但沒有形成有效的知識網絡，反而是嚴重的知識碎片化。大部分學生在學習過程中注重的是單科課程的學習，而忽視了對專業和學科知識體系的整體認識，沒有理清各門課程、知識單元、知識點之間的關系，沒能搭建起學科理論和實驗知識的整體網絡框架，對課程的學習具有很大的盲目性。頭腦中的知識不是一個結構化的知識網絡整體，而是支離破碎的，難以實現知識由點到線再到面的過程。知識碎片化所帶來的后果之一是難以進行復雜的思考，難以將知識綜合利用來解決問題。

隨著移動互聯網的發展，知識的獲取越來越容易，碰到某一個問題，直接通過搜索引擎去查找答案，已經成為現階段學生學習的一種常用手段，導致知識碎片化的現象呈現進一步加強的趨勢。碎片化的知識容易獲取，但只能了解和掌握表層知識，難以認識表層知識下的深層知識聯系。表層知識決定了知識的廣度，但深層的聯系則決定了知識深度，由深層聯系將知識點連接成的網絡就形成了知識結構。知識碎片化的另一后果是導致學生學習效率低下，因為網絡化的知識能夠通過知識點的關聯來加強理解和記憶，而碎片化知識容易被遺忘。

學生知識網絡化程度低的原因在于多年來應試教育形成的學習習慣，機械記憶，按套路解題。進入大學以后，傳統的教學模式重分析、輕綜合，學生缺乏綜合聯想能力，機械地、片面地看待不同學科的知識結構，不善于相互聯系，融會貫通，導致了學習的“只見樹木，不見森林”。這種僵硬的學習方式使得學生不擅長思考和質疑，扼殺了學生創新能力。同時教師上課時只講本課程的內容，沒有對相關知識點積極進行有效的引導和拓展。經常聽到學生在講“學到了物理、電路才知道微分方程的應用”，“學習自動控制原理才知道復變函數的重要”等等，反映出學生對知識體系沒有一個宏觀的認識，也反映出我們在教學過程中缺乏有效的知識聯系導引。

如何在有限的時間內提高學生的學習效率，解決知識碎片化問題，建立起知識網絡，為學生的創新實踐能力提升奠定良好的基礎，是一個值得探索的問題。筆者結合“種子計劃”，進行了這一方面的嘗試。所謂種子計劃是學院為了提高人才培養質量，選擇部分學生為其配備學業導師，每位導師可帶多名學生，對其進行學業指導及項目指導。

2知識網絡化教學的實踐

一個人的創新能力具有可培養性。筆者不否認創新項目和創新科技活動在培養學生創新能力方面的重要性，但創新能力的培養是以知識學習為基礎的。從某種角度說，創新就是知識有機的重新組裝配合，關鍵在于獲取知識結構。筆者的設想是通過改進教學方法來加強學生知識網絡的形成，提高學生對知識的綜合運用能力。為了更清楚地了解整個專業課程的知識體系，首先對自動化專業知識點進行分析，建立自動化專業課程內的知識點網絡。

2.1建立自動化本科專業的知識網絡

知識網絡建模選擇表1中自動化本科專業常見的37門課程，借鑒有關教學大綱及相關資料對各門課程內容進行合理的劃分，形成了287個知識單元。更進一步對每個知識單元進行細分，形成了1422個知識點，然后對1422個知識點以先學關系進行知識關聯，形成知識點網絡。現階段共提煉出4988條知識關聯，從而建立了以知識點為基礎的知識點網絡A1。采用復雜網絡的概念和方法對知識點網絡A1進行分析，可以獲得其統計特性及有關參數。例如，用入度表示當前知識點需要學習的先學知識點的數目，入度值大則表示該知識點受到多個先學知識點的影響，是對先學知識點的綜合；用出度表示當前知識點是多少知識點的先學知識點，出度值大意味著該知識點會影響許多后續知識點的學習。

通過對知識點網絡A1進行提升可得到關于知識單元的知識網絡A2，進一步對知識單元網絡A2進行提升可得到關于課程的知識網絡A3。上述三個網絡能從不同層次給教師和學生展現知識聯系，梳理知識脈絡。專業教學體系的知識網絡可以讓教師清楚每門課程之間、知識單元之間及知識點之間的聯系，從而加強在教學過程中有意識的引導，也可提供給學生，幫助學生建立知識網絡。

從表2可以看出，知識網絡統計的結果與我們在日常教學中的認識相符，進一步啟發我們在教學過程中應有意識地加強相關課程之間的聯系，通過知識的聯系幫助學生形成良好的專業知識認知結構，消除知識碎片化現象。

2.2學生進行自主知識網絡的建立

所建立的自動化專業本科的知識網絡能夠給學生一定的參考，但是學生自己不進行思考也難以取得良好的效果。大學生在學習的過程中普遍存在的—個問題是上課前沒有預習，造成聽課時抓不住重點，課后不進行認真的復習和總結，只是把老師布置的作業做完即可，難以真正理解所學課程內容。針對這一問題，筆者在“種子計劃”的學生中開展了學生自主進行知識網絡建立的實驗。

學生建立知識網絡的過程如下：首先是在開課前進行課程預習，并采用思維導圖工具XMIND或MindManager進行課程知識點及知識點關聯的整理。在上課的過程中，學生對所建立的知識網絡進行補充和完善，尤其是注重知識點之間的聯系，包括理論知識點之間的聯系，理論知識點和方法知識點之間的聯系，方法知識點和技能知識點之間的聯系。最后，學生可以將每學期的幾門課程，或不同學期前后相關的幾門課程的知識點及其聯系整理在一個思維導

對課程知識網絡A3進行統計分析，其人度大的課程分別為：運動控制系統、計算機控制系統、嵌入式系統設計、計算機仿真和過程控制。出度大的課程分別為：電路原理、模擬電子技術、高等數學、線性代數和自動控制原理。可以看到出度大的課程均為學科基礎課或專業基礎課，人度大的課程均為專業綜合性的課程。進一步對知識網絡進行分析，匯總出課程之間知識點關聯度較大的一些課程，如表2所示。圖上，從更寬廣的視角審視各門課程之間的知識聯系。學生自己制作課程知識思維導圖的過程中，會不斷的規整自己的思維邏輯和知識體系，本身就是一個知識體系化和結構化的過程。正如黃石金所指出的“將碎片化知識轉化成個人能力的過程中，找到串聯各專業知識的紅線，是消化知識的關鍵”。

以計算機控制系統課程為例，預習階段學生一般能粗略地將基本知識點之間的聯系畫出，但難以發現深層次和知識點之間的隱性聯系。在課程學習中，通過教師的啟發與指導，遵循認知規律進行知識網絡的構造，逐步完善課程內容知識點之間的聯系，包括硬件知識點之間、理論知識點之間、理論與算法之間以及硬件與軟件之間的聯系，形成課程知識體系的認知結構。上述過程實際上是對課程內容的理解和深化的過程。課程結束時，學生完善后的計算機控制系統的課程知識網絡如圖1所示（限于篇幅，未將全部層級的知識點及其聯系展開）。

2.3利用思維導圖進行項目設計和計劃，實現思維能力的躍升

作為學生的導師，不但在平時對學生進行學業指導，還帶學生進行大學生科技實踐活動，在與學生相處的過程中發現學生存在如下問題：首先是缺乏創造性思維，其次學生難以全面分析問題并進行綜合，再者碰到問題后難以找出解決問題的方案。此外，在項目執行過程中往往抓不住主要問題，分不清主次，搞不清過程的先后次序。針對學生存在的上述問題，筆者也將思維導圖工具引入學生的科技實踐活動中，讓學生繪制解決項目技術問題的思維導圖和項目組織實施的思維導圖。

圖2是學生在課外科技活動中針對智能藥箱開發所繪制的思維導圖，可以看出學生對項目進行認真的分析和規劃。項目技術問題的思維導圖將整個項目要解決的技術問題作為一個關鍵主題，從關鍵主題出發建立與每一個子問題的聯系，通過逐層提出子問題，學生可以理清整個項目的技術思路，明晰每一個過程應該完成什么。在碰到具體問題后結合課程的知識點網絡進行問題的追蹤，尋找理論和方法的支撐，找到解決問題的方案。項目組織實施的思維導圖，幫助學生理清項目實施過程的主次關系、人員分工和協調配合等因素。上述方法取得了較好的效果，學生自主實施項目的能力得到很大提高。思維導圖的方式有助于學生形成創造性思維。因為創造性思維是發散思維與聚合思維的有機結合，只有二者協調發展，才能構成高水平的創造性思維。而思維導圖的優勢在于焦點集中，主干發散，按照從中心到分支繪制的思維導圖可以引導學生的發散思維。一方面能突出重點以培養學生從全局人手，把握重點，提高綜合分析問題的能力。另一方面又可以問題為導向追蹤細節以深入分析，讓學生分析因素之間的關系，培養學生的邏輯思維能力。

2.4教學效果

在知識網絡化思想的指導下，經過近三年的摸索和實踐，從一開始采用語言進行知識點之間聯系的描述，得到的是知識點順序的羅列，難以形成網狀的知識聯系。后期隨著認識的深入和引入便捷的思維導圖工具，學生能夠自主建立知識網絡，初步達到了預先的設想。學生對知識點背后的知識規律得到了較深刻的認識，而且發散思維能力得到明顯的加強。使學生從原有的以單個知識點、單門課程為對象的學習模式改變為以知識整體結構為對象的網絡化立體化學習模式。所帶的學生在學業成績上取得良好的效果，各門課程成績均名列前茅，多名學生保送研究生。學生在科技實踐活動中也取得良好的成績，獲得多項國家和省部級競賽獎項。實際效果表明知識網絡化思想落實在教學過程中對改善學生的學習方法、提高學生的學習效率：培養創新能力有較好的作用。

3結語

知識是大學生創新活動的基礎，知識的碎片化是制約大學生學習和創新能力提高的重要因素，如何提高大學生知識網絡化程度，將知識結構和思維訓練的結構提升到立體網絡的層次，加強知識的綜合運用能力是大學生創新能力培養的關鍵，需要發揮課內教育的主渠道作用。要想達到上述目的，首先教師要對專業知識體系及其相應的聯系結構有充分的認識，在相關教學環節中引導學生掌握眾多知識點背后的知識規律。其次也需要有相應的方法和手段幫助學生建立自己的知識網絡，將知識融會貫通，通過一個知識點能快速提取出相關的一連串知識點，提高學生分析問題和綜合應用知識的能力，并且能更好地促進大學生學習方法的改善，提高綜合運用知識的能力以及創新能力。