基于思維導(dǎo)圖的在線學(xué)習(xí)交互方法研究

任建軍等

摘 要：本文使用思維導(dǎo)圖作為在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)的交互接口，使得教師可以通過(guò)創(chuàng)作課程思維導(dǎo)圖展示課程知識(shí)，并且通過(guò)設(shè)置學(xué)習(xí)路徑引導(dǎo)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)?；趯W(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平的推薦幫助學(xué)習(xí)者由易到難學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：思維導(dǎo)圖；認(rèn)知水平；在線學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：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(dāng)前，隨著傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及，信息越來(lái)越呈現(xiàn)出爆炸性增長(zhǎng)的趨勢(shì)，信息過(guò)載逐漸成為用戶在獲取信息過(guò)程中面臨的一個(gè)難題。信息過(guò)載是指用戶接收到的信息過(guò)多，超過(guò)了自己的處理能力，以至于無(wú)法有效地吸收和轉(zhuǎn)化為自身的知識(shí)[1]。個(gè)性化推薦系統(tǒng)是解決信息過(guò)載問(wèn)題的一種有效方法，可以根據(jù)信息本身和用戶行為來(lái)推薦有效信息，從而使用戶接收到的信息更有針對(duì)性，減少信息量。

在教育領(lǐng)域中，學(xué)習(xí)者不僅會(huì)遇到信息過(guò)載的問(wèn)題，而且還會(huì)受到信息迷航的困擾。信息迷航是指學(xué)習(xí)者在面對(duì)大量的學(xué)習(xí)資源，注意力無(wú)法集中，導(dǎo)致偏離網(wǎng)上學(xué)習(xí)的目標(biāo)或初衷、認(rèn)知效率降低進(jìn)而影響特定學(xué)習(xí)任務(wù)順利達(dá)成的一類特定現(xiàn)象[2]。有效的學(xué)習(xí)導(dǎo)航可以對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過(guò)程加以引導(dǎo)，讓學(xué)習(xí)者了解當(dāng)前知識(shí)在整體中的位置，明確各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系。

在本文中，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種基于思維導(dǎo)圖的在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用思維導(dǎo)圖展現(xiàn)教師推薦的課程知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程，并且加入了路徑控制來(lái)引導(dǎo)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)，在每個(gè)知識(shí)點(diǎn)使用認(rèn)知水平評(píng)價(jià)結(jié)果作為推薦學(xué)習(xí)資料的依據(jù)，使得學(xué)習(xí)者可以由易到難逐步的完成課程的學(xué)習(xí)。

1相關(guān)工作

1.1 思維導(dǎo)圖

思維導(dǎo)圖是英國(guó)學(xué)者Tony Buzan創(chuàng)造的一種筆記書(shū)寫式的研究方法。該方法以一個(gè)中心詞開(kāi)始，隨著思維的深入，不斷添加帶有不同顏色和圖像的關(guān)鍵詞和輔助邊，最終建立起一個(gè)反映思維過(guò)程的圖。思維導(dǎo)圖基于對(duì)腦神經(jīng)生理科學(xué)的研究，圖中的每一個(gè)關(guān)鍵詞和圖像都會(huì)激活相關(guān)具體信息的回憶，以及新的觀點(diǎn)和想法，有助于釋放大腦的潛能[3]。

思維導(dǎo)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(qū)別和思維導(dǎo)圖的優(yōu)勢(shì)有助于更好地實(shí)現(xiàn)思維導(dǎo)圖的最佳利用。在此，給出兩者間的主要區(qū)別，具體如下：

1）理論基礎(chǔ)

思維導(dǎo)圖的理論基礎(chǔ)是腦科學(xué)方面的研究成果：左腦在語(yǔ)言、邏輯、數(shù)字等方面比較擅長(zhǎng)，右腦在整體性、想象等方面比較擅長(zhǎng)。概念圖的理論基礎(chǔ)則是有意義的學(xué)習(xí)理論和認(rèn)知同化理論。

2）繪制區(qū)別

思維導(dǎo)圖一般用于記錄思維的過(guò)程。其繪制過(guò)程是從一個(gè)中心概念逐漸擴(kuò)展出其他相關(guān)概念，每添加一個(gè)概念點(diǎn)可以根據(jù)情況為其添加不同的圖像或顏色，當(dāng)添加完所有概念時(shí)整個(gè)思維導(dǎo)圖也已繪制完成。概念圖一般用于表達(dá)概念之間的關(guān)系。繪制概念圖時(shí)首先要確定主要的概念，而后根據(jù)層次關(guān)系確定概念直接的聯(lián)系。

1.2 現(xiàn)有的思維導(dǎo)圖工具

目前主要有兩類思維導(dǎo)圖工具，一類是如FreeMind、Xmind、MindManager等思維導(dǎo)圖軟件，另一類是如mind42.com、gliffy.com等在線思維導(dǎo)圖網(wǎng)站。使用這些思維導(dǎo)圖工具能夠繪制出很漂亮的思維導(dǎo)圖，其中在線思維導(dǎo)圖網(wǎng)站具有更多的特色，例如：mind42.com可以在節(jié)點(diǎn)上添加視頻鏈接，無(wú)需跳轉(zhuǎn)頁(yè)面即可預(yù)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(dǎo)圖并分享到網(wǎng)絡(luò)上。

本文引入思維導(dǎo)圖并作為課程的展現(xiàn)形式，使得教師可以通過(guò)創(chuàng)作思維導(dǎo)圖將自己的經(jīng)驗(yàn)融入其中，而不僅僅是知識(shí)結(jié)構(gòu)的展示，從而能夠更趨人性化地引導(dǎo)學(xué)習(xí)者開(kāi)展學(xué)習(xí)。

1.3 基于本體的擴(kuò)展

本體來(lái)源于哲學(xué)領(lǐng)域，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和不同領(lǐng)域之間的交叉，本體在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本體是通過(guò)抽象出客觀世界中的一些現(xiàn)象的相關(guān)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(diǎn)[4]。

領(lǐng)域本體描述了一個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)，通過(guò)使用領(lǐng)域本體可以獲取到該領(lǐng)域內(nèi)的概念的直接關(guān)系。本文使用了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)本體，主要用于思維導(dǎo)圖創(chuàng)作過(guò)程中的概念推薦，使得教師可以根據(jù)推薦快速創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)，從而減輕創(chuàng)作負(fù)擔(dān)[5]。

2用戶模型和定義

2.1認(rèn)知水平模型

布盧姆認(rèn)知理論將認(rèn)知水平分為6個(gè)等級(jí)：知識(shí)、領(lǐng)會(huì)、應(yīng)用、分析、 綜合、評(píng)價(jià)，每個(gè)等級(jí)代表對(duì)知識(shí)的不同的理解程度[6]。本文將認(rèn)知水平等級(jí)分為識(shí)記、領(lǐng)會(huì)、運(yùn)用3個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)分別用1、2、3進(jìn)行表示。首先由教師根據(jù)等級(jí)的不同提供一定數(shù)量的測(cè)試習(xí)題，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平推薦相應(yīng)等級(jí)的題。當(dāng)學(xué)習(xí)者完成習(xí)題后系統(tǒng)計(jì)算出當(dāng)前的得分（score），若得分滿足要求則認(rèn)為學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平達(dá)到要求，否則還需要繼續(xù)學(xué)習(xí)。

公式1 認(rèn)知水平評(píng)分：

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

其中，result表示回答正確的題目個(gè)數(shù)，number表示題目總數(shù)，rank表示對(duì)應(yīng)的等級(jí)。

表1 認(rèn)知水平評(píng)分示例

Tab.1 Samples of cognitive level score

識(shí)記 領(lǐng)會(huì) 運(yùn)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(rèn)知水平評(píng)分的示例，例如完成領(lǐng)會(huì)級(jí)別認(rèn)知水平評(píng)估需要做11道題，當(dāng)前學(xué)習(xí)者共答對(duì)7道，則其得分為7 / 11 + 2 - 1 = 1.64 > 1.5，由此可認(rèn)為該學(xué)習(xí)者達(dá)到了領(lǐng)會(huì)級(jí)別的要求，可繼續(xù)學(xué)習(xí)難度級(jí)別更高的知識(shí)。

本文使用認(rèn)知水平模型評(píng)估學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解程度，根據(jù)理解程度的不同將相應(yīng)難度的知識(shí)點(diǎn)文檔推薦給學(xué)習(xí)者。

2.2 定義

定義1 知識(shí)點(diǎn)：

課程中的重要概念。該概念可以來(lái)源于本體庫(kù)，也可以由教師根據(jù)課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)確定。

定義2 必學(xué)資料：

教師為知識(shí)點(diǎn)綁定的學(xué)習(xí)者必須完成的學(xué)習(xí)資料。必學(xué)資料根據(jù)難度等級(jí)分為易、中等、難3個(gè)等級(jí)。

定義3 推薦資料：

系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平推薦的資料。

定義4 知識(shí)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)：

思維導(dǎo)圖中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表了一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。知識(shí)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)由與知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的基本信息以及學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)信息構(gòu)成。其中基本信息包括知識(shí)點(diǎn)名稱、必學(xué)資料個(gè)數(shù)、平均學(xué)習(xí)時(shí)間，學(xué)習(xí)狀態(tài)包括知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)進(jìn)度、已學(xué)時(shí)間、路徑控制信息，實(shí)際效果如圖1所示。

定義5 邊：

連接兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)的線。邊的描述起輔助作用，可用于描述所連接知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系。

3系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用三層架構(gòu)，從上到下分別為：表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層。其中數(shù)據(jù)訪問(wèn)層使用LINQ to SQL操作數(shù)據(jù)庫(kù)，業(yè)務(wù)邏輯層通過(guò)WCF服務(wù)和表現(xiàn)層交互，表現(xiàn)層采用了jsPlumb插件，使得教師可以通過(guò)拖動(dòng)鼠標(biāo)為節(jié)點(diǎn)添加鏈接。用戶通過(guò)表現(xiàn)層的思維導(dǎo)圖和系統(tǒng)完成交互，其中教師根據(jù)課程知識(shí)點(diǎn)創(chuàng)作思維導(dǎo)圖、設(shè)置學(xué)習(xí)路徑以及添加必學(xué)文檔和習(xí)題，學(xué)習(xí)者可通過(guò)學(xué)習(xí)思維導(dǎo)圖中的所有的知識(shí)點(diǎn)來(lái)完成課程的學(xué)習(xí)。

3.1 知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)和文檔推薦

知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)包括必學(xué)資料的學(xué)習(xí)和認(rèn)知水平評(píng)估兩部分內(nèi)容。學(xué)習(xí)資料分為簡(jiǎn)單、中等、難3個(gè)等級(jí)，其中必學(xué)資料是教師推薦的學(xué)習(xí)資料，推薦資料是系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前難度等級(jí)推薦的學(xué)習(xí)資料，學(xué)習(xí)者通過(guò)學(xué)習(xí)資料由易到難完成知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。在完成當(dāng)前難度級(jí)別的文檔的學(xué)習(xí)后，學(xué)習(xí)者需要通過(guò)對(duì)應(yīng)級(jí)別的習(xí)題測(cè)試，然后才能學(xué)習(xí)更高難度級(jí)別的資料，否則就需要繼續(xù)完成當(dāng)前的要求。如果學(xué)習(xí)者已完成所有必學(xué)資料的學(xué)習(xí)并通過(guò)相應(yīng)的習(xí)題測(cè)試，則該知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)即宣告完成，可以進(jìn)行后續(xù)的學(xué)習(xí)。

3.2 學(xué)習(xí)路徑控制

在創(chuàng)建思維導(dǎo)圖時(shí)，教師為每個(gè)知識(shí)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)設(shè)置前置知識(shí)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，即設(shè)置該知識(shí)點(diǎn)的必備知識(shí)點(diǎn)。每個(gè)思維導(dǎo)圖有一個(gè)開(kāi)始節(jié)點(diǎn)和一個(gè)或多個(gè)結(jié)束節(jié)點(diǎn)，形成一條或多條學(xué)習(xí)路徑。學(xué)習(xí)者需要從起始節(jié)點(diǎn)開(kāi)始學(xué)習(xí)，當(dāng)前無(wú)法直接學(xué)習(xí)的節(jié)點(diǎn)則以灰色顯示且不顯示節(jié)點(diǎn)文檔，其余節(jié)點(diǎn)上將顯示當(dāng)前的學(xué)習(xí)進(jìn)度信息，如圖2所示。

在學(xué)習(xí)者完成必備知識(shí)的學(xué)習(xí)后才能進(jìn)行后續(xù)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)：若知識(shí)點(diǎn)A和知識(shí)點(diǎn)B均為知識(shí)點(diǎn)C的必備知識(shí)點(diǎn)，則在完成知識(shí)點(diǎn)A和知識(shí)點(diǎn)B的學(xué)習(xí)目標(biāo)前，學(xué)習(xí)者不能繼續(xù)學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)C。

通過(guò)設(shè)置學(xué)習(xí)路徑，教師可引導(dǎo)學(xué)習(xí)者按照推薦的順序進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而減少學(xué)習(xí)者的負(fù)擔(dān)。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)在線學(xué)習(xí)中的知識(shí)過(guò)載和信息迷航問(wèn)題，本文提出了基于思維導(dǎo)圖和用戶認(rèn)知水平評(píng)估的具體解決辦法，使得學(xué)習(xí)者可以快速熟悉課程知識(shí)結(jié)構(gòu)，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中專注于所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，最終達(dá)到高效學(xué)習(xí)的目的。

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