基于三維思維導(dǎo)圖的交互式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)構(gòu)建

汪升華

摘要：為提高學(xué)習(xí)效率，改善學(xué)習(xí)者記憶效果，將三維思維導(dǎo)圖引入到交互式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)構(gòu)建當(dāng)中。系統(tǒng)框架主要由三維思維交互區(qū)、教師工作區(qū)以及三維思維導(dǎo)圖知識信息存儲區(qū)組成，將三維思維導(dǎo)圖理念融入交互式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)中。經(jīng)實(shí)驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用基于三維思維導(dǎo)圖的交互式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)后，學(xué)習(xí)者的記憶效率明顯提高，能夠有效幫助學(xué)習(xí)者提高學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：三維思維導(dǎo)圖；交互式；系統(tǒng)構(gòu)建；網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)

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

0引言

信息化技術(shù)發(fā)展迅速，交互式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)已成為繼續(xù)教育的重要方式[1]。目前市面上的交互式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)多以模塊形式組織學(xué)習(xí)資源，列表形式的知識點(diǎn)展示方式割裂了知識之間的聯(lián)系性，降低了學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)資源的利用率，因此本次研究將三維思維導(dǎo)圖應(yīng)用到交互式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)構(gòu)建當(dāng)中，為驗(yàn)證本文系統(tǒng)效果進(jìn)行對比試驗(yàn)。結(jié)果表明，本文系統(tǒng)能夠明顯提高記憶效率。

1基于三維思維導(dǎo)圖的交互式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)

1.1三維思維導(dǎo)圖

三維思維導(dǎo)圖又稱心智導(dǎo)圖，以圖文并茂的形式將知識點(diǎn)形成知識網(wǎng)絡(luò)幫助學(xué)習(xí)者思考[2]。三維思維導(dǎo)圖多用于學(xué)校教師對學(xué)生的教學(xué)，因此本次研究嘗試將其應(yīng)用到交互式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)構(gòu)建中，以完善網(wǎng)絡(luò)課程的設(shè)計(jì)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率[3]。

在三維思維導(dǎo)圖基礎(chǔ)上構(gòu)建交互式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)步驟如下：設(shè)計(jì)交互式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)框架；根據(jù)系統(tǒng)框架構(gòu)成系統(tǒng)硬件組建與軟件運(yùn)行程序設(shè)計(jì)；驗(yàn)證基于三維思維導(dǎo)圖的交互式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)性能。

1.2交互式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)組成框架

系統(tǒng)包括三維思維交互、教師工作、三維思維導(dǎo)圖知識信息存儲3個(gè)區(qū)域，如圖1所示。

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

1.3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（1）中央控制芯片

中央控制芯片起到統(tǒng)計(jì)、分析等作用。本系統(tǒng)采用德國西門子STM32F103VCT6中央控制芯片作為主腦。芯片內(nèi)核為ARM CORTEX-M3，運(yùn)行效率高、功耗低，并內(nèi)置高速儲存器、CAN總線、定時(shí)器和DMB控制器，以及各種通信接口等，能夠滿足系統(tǒng)大量運(yùn)行指令的執(zhí)行。

（2）三維思維信息交互接口

傳輸設(shè)備是遠(yuǎn)程三維思維信息交互的重要部分，能夠?qū)崿F(xiàn)通信接口電路設(shè)備間或與計(jì)算機(jī)之間的三維思維信息傳輸，是信息交換的中轉(zhuǎn)站。系統(tǒng)信息交互接口為RS485，包括智能收發(fā)器、微控制器、串行接口引擎和驅(qū)動(dòng)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(huán)境正常工作，抗干擾性強(qiáng)。

（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(chǎn)自杭州磐正科技，集以太網(wǎng)、HDMI、RS485等于一體，支持當(dāng)前視頻及圖片格式解碼和HDMI/VGA視頻輸出，兼容驅(qū)動(dòng)各種TFT LCD顯示屏，具有防暴性好、抗磨損和免維護(hù)等優(yōu)勢[5]。

（4）儲存硬盤

為防止數(shù)據(jù)儲存過多，拖慢系統(tǒng)運(yùn)行速度，以及預(yù)防數(shù)據(jù)丟失等情況的發(fā)生，除內(nèi)置在系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫外，還有一個(gè)內(nèi)接存儲設(shè)備，進(jìn)行數(shù)據(jù)儲存?zhèn)浞?。?shù)據(jù)儲存?zhèn)浞菰O(shè)備為磁盤陣列卡，硬盤容量有120 GB+1 TB，內(nèi)存容量有32 GB，能大量儲存數(shù)據(jù)信息。

1.4系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

基于三維思維導(dǎo)圖的交互式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)由用戶中心模塊、三維思維導(dǎo)航模塊、三維思維導(dǎo)圖教學(xué)描述模塊、三維思維導(dǎo)圖學(xué)習(xí)資源模塊、三維思維交互模塊和三維思維導(dǎo)圖數(shù)據(jù)儲存模塊組成。

（1）用戶中心模塊

無論是教師還是學(xué)生，當(dāng)利用交互式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)，均需要事先進(jìn)行安全登錄，即在系統(tǒng)登錄頁面輸入用戶姓名、密碼、郵箱以及驗(yàn)證碼等信息，等系統(tǒng)驗(yàn)證成功后，即可登錄到系統(tǒng)中。用戶中心模塊的主要作用是保證系統(tǒng)安全，防止非法入侵竊取信息，保證系統(tǒng)正常使用。

（2）三維思維導(dǎo)航模塊

三維思維導(dǎo)航模塊可為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)。該模塊分為全局導(dǎo)航、局部導(dǎo)航以及課程內(nèi)容導(dǎo)航3種導(dǎo)航。全局導(dǎo)航幫助學(xué)習(xí)者掌握本系統(tǒng)的操作技能，減少摸索時(shí)間；局部導(dǎo)航是全局導(dǎo)航的細(xì)化，為學(xué)習(xí)者提供交互式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的知識地圖，幫助學(xué)習(xí)者明確學(xué)習(xí)方向，減少三維思維知識脈絡(luò)梳理時(shí)間；課程內(nèi)容導(dǎo)航幫助學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)內(nèi)容和目標(biāo)。

（3）三維思維導(dǎo)圖教學(xué)描述模塊

教學(xué)描述模塊包括課程種類、課程時(shí)間、三維思維導(dǎo)圖教學(xué)方法和教學(xué)人員等介紹，幫助學(xué)習(xí)者了解多種學(xué)習(xí)課程的性質(zhì)和特點(diǎn)，激發(fā)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)興趣[6]。

（4）三維思維導(dǎo)圖學(xué)習(xí)資源模塊

三維思維導(dǎo)圖學(xué)習(xí)資源模塊是系統(tǒng)的核心模塊，學(xué)習(xí)資源包括教材內(nèi)容、教師課件和教師教案等。其中后面二者作為補(bǔ)充性教學(xué)資源，是一般學(xué)習(xí)系統(tǒng)無法提供的，因?yàn)檫@是教師多年來教學(xué)總結(jié)的精華所在，在傳統(tǒng)課堂是無法直觀展示的，通過本系統(tǒng)以三維思維導(dǎo)圖的形式完全發(fā)揮出來，幫助學(xué)習(xí)者鞏固和擴(kuò)展知識，提高學(xué)習(xí)質(zhì)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(dòng)交流以及評價(jià)3部分組成。課程講授通過視頻模式將知識傳遞給學(xué)習(xí)者，打破時(shí)空壁壘的限制。互動(dòng)交流是師生之間或?qū)W生之間的知識探討，學(xué)生可以通過公告提出自己的疑問，邀請感興趣的其他學(xué)習(xí)者進(jìn)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(xué)習(xí)者對知識點(diǎn)的印象，還能夠激發(fā)學(xué)習(xí)積極性。評價(jià)是由學(xué)生和教師共同完成的。在學(xué)習(xí)過程中，盡管教師無法在學(xué)生身邊，但是當(dāng)學(xué)生遇到無法解決的學(xué)習(xí)困難時(shí)，可以適時(shí)給予學(xué)習(xí)者正確的引導(dǎo)和評價(jià)，并根據(jù)學(xué)習(xí)者反饋，及時(shí)調(diào)整自身教學(xué)模式，通過評價(jià)促進(jìn)雙方的共同進(jìn)步。

（6）三維思維導(dǎo)圖數(shù)據(jù)儲存模塊

三維思維導(dǎo)圖數(shù)據(jù)儲存模塊中的主要軟件為數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫為學(xué)習(xí)資源提供了儲存載體，當(dāng)用戶需要提取相關(guān)學(xué)習(xí)資源時(shí)，數(shù)據(jù)庫會(huì)對申請命令進(jìn)行解析，并根據(jù)解析結(jié)果從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取出需要的部分資源[5]。因此選用數(shù)據(jù)庫時(shí)要力求簡潔實(shí)用，保證數(shù)據(jù)查詢的快速性?；诖?，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫選用SQL Server 2018數(shù)據(jù)庫，是由微軟公司開發(fā)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，操作簡便，具有良好的伸縮性，能快速執(zhí)行命令，完成數(shù)據(jù)調(diào)取。

2系統(tǒng)性能仿真測試

為驗(yàn)證基于三維思維導(dǎo)圖的交互式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)性能，進(jìn)行仿真對比實(shí)驗(yàn)。三維思維導(dǎo)圖在課堂教學(xué)中的應(yīng)用體現(xiàn)在地理、生物、化學(xué)和數(shù)學(xué)等主要學(xué)科當(dāng)中。這些學(xué)科的共同點(diǎn)是知識點(diǎn)雜且多，各個(gè)知識點(diǎn)之間的聯(lián)系較強(qiáng)，特別體現(xiàn)在數(shù)學(xué)知識點(diǎn)中。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，本次仿真實(shí)驗(yàn)就以數(shù)學(xué)知識的記憶效率為系統(tǒng)性能檢驗(yàn)對象。實(shí)驗(yàn)測試選定高一年級30名學(xué)生，調(diào)查使用系統(tǒng)前的記憶情況和使用系統(tǒng)一個(gè)月后的記憶情況，30名學(xué)生使用系統(tǒng)前后的記憶情況調(diào)查表如表1所示。

由表1可知，大部分學(xué)生認(rèn)為在使用本文學(xué)習(xí)系統(tǒng)后，改善了數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)記憶困難的問題。由此可知，本文設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠使學(xué)生思路更加清晰，幫助新舊知識串聯(lián)。

3結(jié)束語

綜上所述，為提高教育質(zhì)量，打破教育教學(xué)的時(shí)空限制，本次研究構(gòu)建了基于三維思維導(dǎo)圖的交互式網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)。該系統(tǒng)構(gòu)建的創(chuàng)新點(diǎn)在于將三維思維導(dǎo)圖應(yīng)用其中，在展示知識點(diǎn)的同時(shí)明確知識點(diǎn)之間的聯(lián)系與脈絡(luò)，提高學(xué)習(xí)者的記憶效率和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)質(zhì)量。

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