基于三維思維導圖的交互式網絡學習系統構建

汪升華

摘要：為提高學習效率，改善學習者記憶效果，將三維思維導圖引入到交互式網絡學習系統構建當中。系統框架主要由三維思維交互區、教師工作區以及三維思維導圖知識信息存儲區組成，將三維思維導圖理念融入交互式網絡學習系統硬件和軟件的設計中。經實驗對比發現，應用基于三維思維導圖的交互式網絡學習系統進行數學學習后，學習者的記憶效率明顯提高，能夠有效幫助學習者提高學習效率。

關鍵詞：三維思維導圖；交互式；系統構建；網絡學習

中圖分類號：G511.9文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2019）18-63-3

0引言

信息化技術發展迅速，交互式網絡學習已成為繼續教育的重要方式[1]。目前市面上的交互式網絡學習系統多以模塊形式組織學習資源，列表形式的知識點展示方式割裂了知識之間的聯系性，降低了學習者對學習資源的利用率，因此本次研究將三維思維導圖應用到交互式網絡學習系統構建當中，為驗證本文系統效果進行對比試驗。結果表明，本文系統能夠明顯提高記憶效率。

1基于三維思維導圖的交互式網絡學習系統

1.1三維思維導圖

三維思維導圖又稱心智導圖，以圖文并茂的形式將知識點形成知識網絡幫助學習者思考[2]。三維思維導圖多用于學校教師對學生的教學，因此本次研究嘗試將其應用到交互式網絡學習系統構建中，以完善網絡課程的設計，提高學生學習效率[3]。

在三維思維導圖基礎上構建交互式網絡學習系統步驟如下：設計交互式網絡學習系統框架；根據系統框架構成系統硬件組建與軟件運行程序設計；驗證基于三維思維導圖的交互式網絡學習系統性能。

1.2交互式網絡學習系統組成框架

系統包括三維思維交互、教師工作、三維思維導圖知識信息存儲3個區域，如圖1所示。

三維思維交互區域是指師生之間以三維思維進行知識傳授和交流的區域，為學生間的三維思維知識交流提供平臺；教師工作區域是教師課程管理、主持討論、作業評閱和媒體素材管理等區域[4]。知識信息存儲區域主要是將各種學習資源以資源三維思維導圖形式整理儲存的倉庫。

1.3系統硬件設計

（1）中央控制芯片

中央控制芯片起到統計、分析等作用。本系統采用德國西門子STM32F103VCT6中央控制芯片作為主腦。芯片內核為ARM CORTEX-M3，運行效率高、功耗低，并內置高速儲存器、CAN總線、定時器和DMB控制器，以及各種通信接口等，能夠滿足系統大量運行指令的執行。

（2）三維思維信息交互接口

傳輸設備是遠程三維思維信息交互的重要部分，能夠實現通信接口電路設備間或與計算機之間的三維思維信息傳輸，是信息交換的中轉站。系統信息交互接口為RS485，包括智能收發器、微控制器、串行接口引擎和驅動器。最大傳輸距離為1 500 m；最大傳輸速率為20 Mbps；可在-50～+80℃環境正常工作，抗干擾性強。

（3）三維思維信息交互窗口

三維思維信息交互窗口是指具有觸控功能的顯示器。ZK1710系列開放式觸摸顯示器產自杭州磐正科技，集以太網、HDMI、RS485等于一體，支持當前視頻及圖片格式解碼和HDMI/VGA視頻輸出，兼容驅動各種TFT LCD顯示屏，具有防暴性好、抗磨損和免維護等優勢[5]。

（4）儲存硬盤

為防止數據儲存過多，拖慢系統運行速度，以及預防數據丟失等情況的發生，除內置在系統中的數據庫外，還有一個內接存儲設備，進行數據儲存備份。數據儲存備份設備為磁盤陣列卡，硬盤容量有120 GB+1 TB，內存容量有32 GB，能大量儲存數據信息。

1.4系統功能模塊設計

基于三維思維導圖的交互式網絡學習系統由用戶中心模塊、三維思維導航模塊、三維思維導圖教學描述模塊、三維思維導圖學習資源模塊、三維思維交互模塊和三維思維導圖數據儲存模塊組成。

（1）用戶中心模塊

無論是教師還是學生，當利用交互式網絡學習系統進行學習時，均需要事先進行安全登錄，即在系統登錄頁面輸入用戶姓名、密碼、郵箱以及驗證碼等信息，等系統驗證成功后，即可登錄到系統中。用戶中心模塊的主要作用是保證系統安全，防止非法入侵竊取信息，保證系統正常使用。

（2）三維思維導航模塊

三維思維導航模塊可為學習者提供學習指導。該模塊分為全局導航、局部導航以及課程內容導航3種導航。全局導航幫助學習者掌握本系統的操作技能，減少摸索時間；局部導航是全局導航的細化，為學習者提供交互式網絡學習系統的知識地圖，幫助學習者明確學習方向，減少三維思維知識脈絡梳理時間；課程內容導航幫助學習者了解課程框架，以三維思維加深對知識的記憶，明確自身學習內容和目標。

（3）三維思維導圖教學描述模塊

教學描述模塊包括課程種類、課程時間、三維思維導圖教學方法和教學人員等介紹，幫助學習者了解多種學習課程的性質和特點，激發學習者學習興趣[6]。

（4）三維思維導圖學習資源模塊

三維思維導圖學習資源模塊是系統的核心模塊，學習資源包括教材內容、教師課件和教師教案等。其中后面二者作為補充性教學資源，是一般學習系統無法提供的，因為這是教師多年來教學總結的精華所在，在傳統課堂是無法直觀展示的，通過本系統以三維思維導圖的形式完全發揮出來，幫助學習者鞏固和擴展知識，提高學習質量。

（5）三維思維交互模塊

三維思維交互模塊由課程講授、互動交流以及評價3部分組成。課程講授通過視頻模式將知識傳遞給學習者，打破時空壁壘的限制。互動交流是師生之間或學生之間的知識探討，學生可以通過公告提出自己的疑問，邀請感興趣的其他學習者進行交流探討，或在教師的幫助下解決問題。這一過程不僅能加深學習者對知識點的印象，還能夠激發學習積極性。評價是由學生和教師共同完成的。在學習過程中，盡管教師無法在學生身邊，但是當學生遇到無法解決的學習困難時，可以適時給予學習者正確的引導和評價，并根據學習者反饋，及時調整自身教學模式，通過評價促進雙方的共同進步。

（6）三維思維導圖數據儲存模塊

三維思維導圖數據儲存模塊中的主要軟件為數據庫。數據庫為學習資源提供了儲存載體，當用戶需要提取相關學習資源時，數據庫會對申請命令進行解析，并根據解析結果從數據庫中調取出需要的部分資源[5]。因此選用數據庫時要力求簡潔實用，保證數據查詢的快速性。基于此，本系統數據庫選用SQL Server 2018數據庫，是由微軟公司開發的關系型數據庫，操作簡便，具有良好的伸縮性，能快速執行命令，完成數據調取。

2系統性能仿真測試

為驗證基于三維思維導圖的交互式網絡學習系統性能，進行仿真對比實驗。三維思維導圖在課堂教學中的應用體現在地理、生物、化學和數學等主要學科當中。這些學科的共同點是知識點雜且多，各個知識點之間的聯系較強，特別體現在數學知識點中。根據這個特點，本次仿真實驗就以數學知識的記憶效率為系統性能檢驗對象。實驗測試選定高一年級30名學生，調查使用系統前的記憶情況和使用系統一個月后的記憶情況，30名學生使用系統前后的記憶情況調查表如表1所示。

由表1可知，大部分學生認為在使用本文學習系統后，改善了數學學習記憶困難的問題。由此可知，本文設計的學習系統能夠使學生思路更加清晰，幫助新舊知識串聯。

3結束語

綜上所述，為提高教育質量，打破教育教學的時空限制，本次研究構建了基于三維思維導圖的交互式網絡學習系統。該系統構建的創新點在于將三維思維導圖應用其中，在展示知識點的同時明確知識點之間的聯系與脈絡，提高學習者的記憶效率和網絡學習質量。

參考文獻

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[3]龐津，劉芳.基于思維導圖探究藥學專業知識框架的構建[J].繼續醫學教育，2016，30（6）：11-13.

[4]馬麗麗.基于思維導圖的高中地理以圖導學教學研究[J].中學地理教學參考，2018（8）：23-24.

[5]王紅英，張峰波，王松，等.基于整體觀思維導圖的免疫學自主學習模式的實踐研究[J].中國免疫學雜志，2017，33（8）： 1236-1239.

[6]鄧群釗，吳嫣然，翁異靜.構建系統結構的可拓思維導圖方法及應用[J].數學的實踐與認識，2015，45（12）：94-99.