知識(shí)可視化工具在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用

丁青　蔡文杰　吳丹

摘 要： 介紹了知識(shí)可視化的基本概念，特別是知識(shí)可視化工具中最為人熟知的思維導(dǎo)圖。以“網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與管理”實(shí)驗(yàn)課程為例，結(jié)合具體的MindMapper軟件探索了在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中的創(chuàng)新型應(yīng)用。實(shí)踐證明，在教學(xué)中引入知識(shí)可視化的理念和方法，可以有效地促進(jìn)課堂教學(xué)效率和質(zhì)量的提高。

關(guān)鍵詞： 知識(shí)可視化； 思維導(dǎo)圖； 實(shí)驗(yàn)教學(xué)； MindMapper

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2013）07-57-03

0 引言

我們已經(jīng)步入知識(shí)時(shí)代，知識(shí)總量呈幾何級(jí)數(shù)急劇增長，知識(shí)更新速度也越來越快。知識(shí)時(shí)代的學(xué)習(xí)不再依靠大量的記憶，而需要培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的能力，包括思維能力，觀察能力、想象能力、動(dòng)手能力、表達(dá)能力、記憶能力、檢索資料的能力等，其核心是思維能力和創(chuàng)新能力[1]。如何培養(yǎng)與提高學(xué)生的這些能力，如何利用新的學(xué)習(xí)工具提高其學(xué)習(xí)的效率、如何進(jìn)行創(chuàng)新性的教與學(xué)，已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

1 知識(shí)可視化

知識(shí)分為顯性知識(shí)與隱性知識(shí)（Polanyi，1967），其中隱形知識(shí)是高度個(gè)性化的，難以公式化和明晰化。Nonaka（1991）認(rèn)為，將隱性知識(shí)顯性化，意味著尋找一種方式來表達(dá)那些只可意會(huì)不可言傳的東西，達(dá)到這一目的最有力的工具之一便是知識(shí)可視化（Knowledge Visualization）。

一般來講，知識(shí)可視化是研究如何應(yīng)用視覺表征手段促進(jìn)群體知識(shí)的傳播和創(chuàng)新，其實(shí)質(zhì)是將人們的個(gè)體知識(shí)（認(rèn)知知識(shí)制品）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(shí)外在表現(xiàn)形式（物理知識(shí)制品），從而促進(jìn)知識(shí)的傳播和創(chuàng)新[2]。Eppler & Burkard（2004）認(rèn)為知識(shí)可視化是在科學(xué)計(jì)算可視化、數(shù)據(jù)可視化、信息可視化基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新興研究領(lǐng)域，可見對(duì)其定義的研究也不到十年，現(xiàn)在也漸漸成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。

2 知識(shí)可視化工具——思維導(dǎo)圖

學(xué)習(xí)工具是學(xué)習(xí)者為了與學(xué)習(xí)環(huán)境要素進(jìn)行有效互動(dòng)而使用的中介手段，是參與了學(xué)習(xí)活動(dòng)并在其中擔(dān)負(fù)了一定的認(rèn)知功能的任何工具，包括物質(zhì)工具和智能形態(tài)的工具。同時(shí)學(xué)習(xí)工具有兩個(gè)基本特性，中介特性和認(rèn)知特性，而知識(shí)可視化同時(shí)具有學(xué)習(xí)工具的這兩個(gè)基本特性，是一種有效的思維和學(xué)習(xí)工具[3]。

目前知識(shí)可視化工具有很多，如概念圖、思維導(dǎo)圖、認(rèn)知地圖、語義網(wǎng)絡(luò)、思維地圖等等，而思維導(dǎo)圖由于自身的鮮明特點(diǎn)得到了越來越多的教育工作者的歡迎。

2.1 何為思維導(dǎo)圖

思維導(dǎo)圖是英國記憶之父東尼·博贊（Tony. Buzan）在二十世紀(jì)六十年底創(chuàng)造的一種筆記方法。它將代表發(fā)散知識(shí)點(diǎn)的關(guān)鍵詞緊密而有序地表達(dá)在思維導(dǎo)圖中，并使用顏色形狀和想象力，使得負(fù)責(zé)邏輯詞匯數(shù)字的左大腦和負(fù)責(zé)抽象思維直覺創(chuàng)造力和想象力的右大腦相結(jié)合，充分激發(fā)右腦在學(xué)習(xí)中的作用，幫助學(xué)習(xí)者提高思維能力，加強(qiáng)記憶。東尼·博贊認(rèn)為思維導(dǎo)圖是對(duì)發(fā)散性思維的表達(dá)，是一種非常有用的圖形技術(shù)，是打開大腦潛能的萬能鑰匙，可以應(yīng)用于生活的各個(gè)方面，其改進(jìn)后的學(xué)習(xí)能力和清晰的思維方式會(huì)改善人的行為表現(xiàn)[4]。

2.2 研究現(xiàn)狀和突出應(yīng)用

自思維導(dǎo)圖提出之后國外學(xué)者就對(duì)其給予了足夠的重視和研究，在歐美，思維導(dǎo)圖的教學(xué)應(yīng)用非常的廣泛。對(duì)于國內(nèi)而言，關(guān)于思維導(dǎo)圖的研究和應(yīng)用尚處于介紹和引進(jìn)階段，但是它的應(yīng)用價(jià)值已經(jīng)引起教育工作者特別是教育技術(shù)研究者的高度關(guān)注。通過搜索和比對(duì)，目前國內(nèi)對(duì)思維導(dǎo)圖的研究涉及到計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)、英語、數(shù)學(xué)等學(xué)科的教學(xué)應(yīng)用研究，但對(duì)于實(shí)驗(yàn)課教學(xué)方面則完全沒有涉及。

2.3 思維導(dǎo)圖軟件的介紹

目前，思維導(dǎo)圖軟件比較多，既有MindManager、MindMapper、Visual Mind Inspiration等商業(yè)軟件，也有Freemind、Xmind這樣的開放源程序，而國內(nèi)目前也自主開發(fā)出一些軟件如易思-認(rèn)知助手、Keystone ConceptMap等。思維導(dǎo)圖軟件雖然很多，但是成熟的軟件屈指可數(shù)。本文采用了MindMapper軟件，它的特點(diǎn)在于靈活，方便，基本操作非常簡潔，并且具有強(qiáng)大的功能拓展[5]，可以說是一款非常理想的學(xué)習(xí)工具。

3 利用MindMapper設(shè)計(jì)“網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與管理”實(shí)驗(yàn)課教學(xué)案例

3.1 課程介紹

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置與管理課程是大中專院校面對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)或網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門非常有特色的專業(yè)課，特別是對(duì)于從事網(wǎng)絡(luò)管理的學(xué)習(xí)者，課程傳授的都是必須熟悉和掌握的基本技能[6]。教師在講授該門課的同時(shí)，還要開設(shè)大量的實(shí)驗(yàn)課程予以輔助教學(xué)。大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)管理課程都是以模塊化方式進(jìn)行教學(xué)，除了介紹計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，路由器，交換機(jī)和防火墻等相關(guān)知識(shí)，還有模擬小實(shí)驗(yàn)，以達(dá)到理論和實(shí)踐相結(jié)合的目的，提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。

由于面對(duì)多種實(shí)驗(yàn)環(huán)境的部署，為幫助學(xué)生思維和理解，利用虛擬機(jī)軟件（如Packet Tracer）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為該課程的重要教學(xué)原則。但因?yàn)閷W(xué)生缺少對(duì)于網(wǎng)絡(luò)實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)，即便了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康模€是對(duì)實(shí)驗(yàn)過程無法熟練把握，經(jīng)常吃不透教師在課堂上教授的實(shí)踐內(nèi)容；同時(shí)實(shí)驗(yàn)中也經(jīng)常出現(xiàn)配置口令的錯(cuò)誤，并且排錯(cuò)也不及時(shí)，這些問題直接影響了實(shí)驗(yàn)最終效果，思維導(dǎo)圖便成為該課程的創(chuàng)新性教與學(xué)的突破口。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)課的課堂教學(xué)，以及實(shí)驗(yàn)課后復(fù)習(xí)兩部分進(jìn)行舉例闡述，證明思維導(dǎo)圖確實(shí)在實(shí)際教學(xué)中發(fā)揮了重要作用。

3.2 教學(xué)案例

3.2.1 實(shí)驗(yàn)課的課堂教學(xué)

實(shí)驗(yàn)課要求理論與實(shí)踐相結(jié)合，除了系統(tǒng)地講解路由器、交換機(jī)和防火墻的工作原理和主要配置外，每章還設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的模擬實(shí)驗(yàn)。在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)課上，多是利用虛擬機(jī)模擬出各種環(huán)境下拓?fù)鋱D，并且模擬各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)進(jìn)行配置。思維導(dǎo)圖這一利器可以整理起整個(gè)實(shí)驗(yàn)的框架系統(tǒng)，使得學(xué)生盡快掌握相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)配置情況，并對(duì)照?qǐng)D示查看自己配置方面有無疏漏，特別在排錯(cuò)時(shí)極其有效。以平時(shí)配置交換機(jī)的實(shí)驗(yàn)為例，我們可以這樣模擬一個(gè)三層交換機(jī)實(shí)現(xiàn)VLAN間路由的實(shí)驗(yàn)，詳見以下的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：

⑴ 掌握交換機(jī)TAG VLAN配置；

⑵ 掌握三層交換機(jī)基本配置方法；

⑶ 掌握三層交換機(jī)VLAN路由的配置方法；

⑷ 通過三層交換實(shí)現(xiàn)VLAN間的相互通信。

實(shí)驗(yàn)背景：某企業(yè)有兩個(gè)主要部門，技術(shù)部和銷售部，出于安全和管理的考慮，對(duì)兩個(gè)部門的主機(jī)進(jìn)行VLAN的劃分。技術(shù)部和銷售部處于不同的VLAN，現(xiàn)由于業(yè)務(wù)要求需要兩個(gè)部分互相能夠訪問。

技術(shù)原理：三層交換機(jī)具備網(wǎng)絡(luò)層的功能，實(shí)現(xiàn)VLAN相互訪問的原理是利用三層交換機(jī)的路由功能。通過識(shí)別數(shù)據(jù)包的IP抵制，查找路由表進(jìn)行選路轉(zhuǎn)發(fā)。三層交換機(jī)利用直連路由可以實(shí)現(xiàn)不同VLAN之間的互相訪問。三層交換機(jī)給接口配置IP抵制，采用SVI（交換機(jī)虛擬接口）的方式實(shí)現(xiàn)VLAN間互連。SVI是指為交換機(jī)中的VLAN創(chuàng)建虛擬接口，并且配置IP地址。

實(shí)驗(yàn)步驟：

在二層交換機(jī)上配vlan2，vlan3，將端口port0/1 加入vlan2，將端口port0/2加入vlan3。

將二層交換機(jī)與三層交換機(jī)相連的端口port0/24定義tag vlan模式。

在三層交換機(jī)上配置vlan2，vlan3，此時(shí)在二層交換機(jī)vlan2，vlan3下各機(jī)之間不能互相通信。

配置三層交換機(jī)vlan間通信，創(chuàng)建vlan2，vlan3的虛擬接口，并配置虛擬接口vlan2，vlan3的IP地址。

查看三層交換機(jī)路由表。

將二層交換機(jī)vlan2，vlan3下的主機(jī)默認(rèn)網(wǎng)關(guān)分別設(shè)置為虛擬接口的IP地址。

驗(yàn)證二層交換機(jī)vlan2，vlan3口下的主機(jī)之間的互相通信。

用思維導(dǎo)圖展現(xiàn)上面的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，如圖1所示，在該圖中通過中間的交換機(jī)標(biāo)志進(jìn)行擴(kuò)展，分列出此次實(shí)驗(yàn)的幾方面重要內(nèi)容，把實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)背景、技術(shù)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥鳛榇沃黝}，再根據(jù)各個(gè)次主題列出細(xì)節(jié)要點(diǎn)。最后整理思維過程，進(jìn)行標(biāo)注和完善。在利用MindMapper軟件繪制該圖時(shí)要強(qiáng)調(diào)多用色彩，多維度修飾，以增強(qiáng)效果、形成個(gè)人風(fēng)格，這樣的圖給學(xué)習(xí)者的印象要深刻的多，其層次清晰、重點(diǎn)突出，特別是其并行性和放射性的結(jié)構(gòu)，非常易于學(xué)習(xí)者進(jìn)行宏觀分析和總體把握，并進(jìn)一步產(chǎn)生新的聯(lián)想和想象，同時(shí)也可以將相關(guān)材料以文字，圖像，音頻，視頻，超鏈接，附件等多媒體方式呈現(xiàn)，也有助于激發(fā)學(xué)習(xí)者興趣。

在實(shí)驗(yàn)課上，教師作簡要講述和操作后，學(xué)生自己開始動(dòng)手配置，教師應(yīng)盡量掌握每一位同學(xué)的配置情況，若學(xué)生在實(shí)際操作中遇到問題，教師應(yīng)及時(shí)予以指導(dǎo)解答。教師對(duì)學(xué)生所繪制的思維導(dǎo)圖當(dāng)中的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行檢查，幫助他們最大限度地理清配置思路。

3.2.2 實(shí)驗(yàn)課的課后復(fù)習(xí)

多次實(shí)驗(yàn)后，需要對(duì)所學(xué)口令的配置進(jìn)行一定程度的復(fù)習(xí)。路由器和交換機(jī)的基礎(chǔ)配置有很多相似之處，及時(shí)地對(duì)比和總結(jié)可以幫助學(xué)生做到舉一反三。而在高級(jí)配置中，路由和交換機(jī)的配置各有不同，路由器的高級(jí)配置主要是針對(duì)多種路由協(xié)議的配置，而交換機(jī)的高級(jí)配置主要是介紹VLAN配置，端口安全等。掌握了這些異同，教師在授課過程中就可以很清晰地畫出兩種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備口令配置的差異之處。以路由配置口令復(fù)習(xí)課的內(nèi)容為例，利用MindMapper制作出口令復(fù)習(xí)圖，如圖2所示。

圖2可以在學(xué)生和教師的共同努力下完成，開始可以手繪，最后再用軟件進(jìn)行展示。通過對(duì)圖2的一步步繪制，不僅充分展示了路由器口令整體面貌，還可以利用軟件將關(guān)鍵字逐層展開，同時(shí)使用連接線把有關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵字連接起來，便于學(xué)生全面理解和掌握?？梢哉f，在復(fù)習(xí)時(shí)運(yùn)用思維導(dǎo)圖有利于建立知識(shí)框架，突出重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容，避免重復(fù)性學(xué)習(xí)，一方面已有的關(guān)鍵詞刺激大腦追尋記憶，組織已學(xué)知識(shí)，另一方面刺激大腦發(fā)散聯(lián)系，建構(gòu)新的知識(shí)。

4 結(jié)束語

知識(shí)可視化的應(yīng)用，對(duì)于教學(xué)方法的改進(jìn)、教學(xué)組織的設(shè)計(jì)、教學(xué)效率的提高、教學(xué)效果的改善，以及學(xué)生學(xué)習(xí)方法的改進(jìn)和學(xué)習(xí)效率的提高都有著非常有益的作用[7]，而知識(shí)可視化過程中隨時(shí)存在的互動(dòng)方式，可促進(jìn)師生間的交流與溝通，使得師生在課堂上教學(xué)相長。相信在不久的將來，知識(shí)可視化也會(huì)越來越成熟。當(dāng)然，我們不能單純地追求新技術(shù)，只有當(dāng)利用知識(shí)可視化工具進(jìn)行教學(xué)成為一種習(xí)慣，而不只是興趣，學(xué)習(xí)者和教學(xué)者才會(huì)從中得到極大收獲。

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