基于思維導(dǎo)圖的數(shù)字信息類課程教學(xué)方法改進(jìn)

吳霆 鄒娟 楊靈 陸佳佳

摘? 要：大學(xué)數(shù)字信息類課程具有知識點(diǎn)繁雜、章節(jié)前后聯(lián)系松散、公式繁多、難以理解等特點(diǎn)。高校教師針對上述課程講解時(shí)也易陷入學(xué)生被動(dòng)接受、枯燥乏味、互動(dòng)不足等困境，嚴(yán)重影響學(xué)習(xí)的效果和積極性。針對該類課程教學(xué)方法死板、教學(xué)模式落后等缺點(diǎn)，文章將思維導(dǎo)圖應(yīng)用到課程的教學(xué)方法中，通過重構(gòu)知識點(diǎn)框架、以實(shí)例促進(jìn)學(xué)習(xí)效果、改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)模式等將枯燥、繁雜的知識點(diǎn)變換為相互關(guān)聯(lián)、層次分明的思維導(dǎo)圖。該方法能夠有效激發(fā)學(xué)生大腦潛能，加深學(xué)生對知識點(diǎn)的理解和掌握，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

關(guān)鍵詞：思維導(dǎo)圖;教學(xué)方法;課程改革

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）05-0103-03

Abstract： The digital signal courses in college are complicated and difficult to understand. At the same time， the current teaching methods generally have shortcomings such as rigid teaching methods， backward teaching mode and unreasonable practical teaching settings， which seriously affect the effect and enthusiasm of students'learning. This paper applies the mind map to the teaching methods of the above courses， transformed the boring and complicated knowledge points into interrelated and hierarchical mind maps by reconstructing the knowledge point framework， promoting the learning effect by examples， and improving the practical teaching mode. The method can effectively stimulate the brain potential of students， deepen students' understanding and mastery of knowledge points， and improve students' enthusiasm for learning.

Keywords： mind map; teaching method; curriculum reform

引言

信息技術(shù)是支撐當(dāng)今經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和生活的基石[1]。培養(yǎng)知識扎實(shí)、素質(zhì)過硬的信息技術(shù)人才不僅關(guān)系著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)也是我國縮小與發(fā)達(dá)國家科技差距，解除國外對我國高科技封鎖，實(shí)現(xiàn)中華民族復(fù)興的前提。當(dāng)前我國高校大量開設(shè)電子、計(jì)算機(jī)等相關(guān)專業(yè)課程，上述課程教學(xué)質(zhì)量的優(yōu)劣顯著影響了我國所培養(yǎng)的信息技術(shù)人才的素質(zhì)和質(zhì)量。

在信息技術(shù)相關(guān)課程中，數(shù)字信息類課程如信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理等是高校工科電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)的重要課程，是學(xué)生踏入該專業(yè)的基礎(chǔ)，是學(xué)習(xí)好本專業(yè)并進(jìn)行后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)的前提。然而上述課程的特點(diǎn)是知識點(diǎn)雜亂、內(nèi)容結(jié)構(gòu)不緊密、公式繁多、概念難以理解。在授課的過程中，如果教師不能把握好教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和潛力，學(xué)生在學(xué)習(xí)上述課程時(shí)很容易陷入死記硬背、理解不深刻等死胡同，不僅影響著學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)對其就業(yè)、我國人才培養(yǎng)均造成不利影響。

在提高教學(xué)方法的探索中，本文發(fā)現(xiàn)思維導(dǎo)圖可很好的應(yīng)用到數(shù)字信息類的課程教學(xué)中，并顯著提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效果和積極性。思維導(dǎo)圖是英國記憶之父Tony Buzan提出的基于可視化的新型表達(dá)思維的工具[2]。由于其在記憶和學(xué)習(xí)中的有效性，現(xiàn)已成為新加坡學(xué)校的必需科目，同時(shí)也是哈弗、劍橋、牛津等頂尖大學(xué)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)工具[3]。思維導(dǎo)圖的優(yōu)勢是將沒有色彩的文字信息轉(zhuǎn)變?yōu)閷哟畏置?、骨肉分層的圖像信息，以便學(xué)習(xí)者更輕松、簡單地對知識管理和記憶[4]。思維導(dǎo)圖充分發(fā)揮左右腦協(xié)作功能，將邏輯思維、抽象分析與形象空間、顏色圖像相結(jié)合，達(dá)到激發(fā)大腦潛能，對所學(xué)知識進(jìn)行深刻的梳理和理解。

在數(shù)字信息類課程的學(xué)習(xí)中，所要求的已經(jīng)不是記憶的速度，而是學(xué)生對所學(xué)知識點(diǎn)理解的深度和融會(huì)貫通的能力[5]。因此筆者考慮將思維導(dǎo)圖應(yīng)用到數(shù)學(xué)信息類課程的教學(xué)當(dāng)中，將枯燥、雜亂的知識點(diǎn)串聯(lián)成相關(guān)聯(lián)、可視化的結(jié)構(gòu)圖，提高學(xué)生對學(xué)習(xí)本專業(yè)的興趣，并加深學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握。

一、當(dāng)前數(shù)學(xué)信號類教學(xué)過程中存在的問題

（一）教學(xué)方法死板

由于該專業(yè)知識點(diǎn)繁多并有一定的理解門檻，課程的重要章節(jié)和必須掌握的知識點(diǎn)往往是抽象的概念和大量的公式推導(dǎo)。以數(shù)字信號處理中的設(shè)計(jì)濾波器為例，涉及到濾波器類型的選擇、FIR濾波器和IIR濾波器的區(qū)別，系統(tǒng)函數(shù)和抽樣響應(yīng)的計(jì)算、高通，低通和帶通濾波器的區(qū)分，級聯(lián)，并聯(lián)等不同濾波器結(jié)構(gòu)的差異等。上述內(nèi)容較為抽象，公式復(fù)雜，對教師的授課能力是極大的考驗(yàn)。

較多教師在講述上述知識點(diǎn)過程中，難以施展教學(xué)技巧，只能采用普通授課法，通過解釋、推論來闡明概念和公式。該方法仍然屬于填鴨式教學(xué)方法，教師以講授知識點(diǎn)為主，學(xué)生被動(dòng)接受[6]，教師按課程目錄按部就班講課，學(xué)生缺乏主動(dòng)探索，因此在知識點(diǎn)理解、思維擴(kuò)展方面受到較大影響。

（二）教學(xué)模式落后

雖然目前有多種教學(xué)模式，如授課模式、問答模式、自學(xué)模式、合作模式、研究模式等。

然而在數(shù)字信息課程的教學(xué)中，由于要講解內(nèi)容的難度較大，深度較高，較難施展討論、問答、研究等其他教學(xué)模式。

針對該課程，當(dāng)前的教學(xué)模式還是以完成知識點(diǎn)的講解為目的，教師以教學(xué)大綱為中心，按照課程教案講解。這種授課模型的缺點(diǎn)是學(xué)生難以帶著問題學(xué)習(xí)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和質(zhì)疑能力。由于本專業(yè)與實(shí)際應(yīng)用較緊密，并且該專業(yè)發(fā)展較快，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中如果缺乏以項(xiàng)目、課題為指引，在解決問題的過程中進(jìn)行知識點(diǎn)學(xué)習(xí)的教學(xué)模式[7]，難以深刻理解所學(xué)知識，容易造成與社會(huì)發(fā)展脫節(jié)的弊端。

（三）實(shí)踐教學(xué)課程設(shè)置不合理

實(shí)踐教學(xué)是數(shù)字信號相關(guān)課程的重要環(huán)節(jié)，通過該環(huán)節(jié)將學(xué)生學(xué)習(xí)到的理論知識應(yīng)用到實(shí)踐，通過實(shí)驗(yàn)等過程進(jìn)行訓(xùn)練，以便對所學(xué)的知識點(diǎn)加深理解。

當(dāng)前很多高校的專業(yè)課程存在壓縮學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)和理論教學(xué)學(xué)時(shí)設(shè)置不合理等問題，同時(shí)實(shí)踐教學(xué)課程存在課程設(shè)置死板，學(xué)生參與度不夠，教學(xué)效果差等現(xiàn)狀。因此在有限的實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)下，如何最大化鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，獨(dú)立思考能力和知識學(xué)習(xí)能力是教學(xué)的難點(diǎn)。

二、基于思維導(dǎo)圖的教學(xué)方法改進(jìn)

（一）應(yīng)用思維導(dǎo)圖重構(gòu)知識點(diǎn)框架

思維導(dǎo)圖可將碎片化的知識點(diǎn)串聯(lián)起來，以圖框、弧線、顏色進(jìn)行表達(dá)，更利于學(xué)生理解和掌握。以信號與系統(tǒng)和數(shù)字信號處理中最重要的傅里葉變換為例，在課程中不同章節(jié)的知識點(diǎn)聯(lián)系不大，公式繁多，概念枯燥，學(xué)生很難對不同特性的傅里葉變換深刻理解。

本文將傅里葉變換中的四種表達(dá)形式通過思維導(dǎo)圖連接起來，如圖1所示。在圖1中，通過抓住概念的本質(zhì)，總結(jié)出不同形式的傅里葉變換本質(zhì)上是時(shí)域信號的不同特點(diǎn)所引起的。根據(jù)時(shí)域信號是否是連續(xù)信號，是否是周期信號可分為四種情況，分別對應(yīng)四種形式的傅里葉變換。進(jìn)一步研究時(shí)域和頻域的對應(yīng)關(guān)系，可總結(jié)出時(shí)域是周期信號時(shí)，傅里葉變換后頻域?yàn)殡x散信號;時(shí)域是離散信號時(shí)，頻域?yàn)橹芷谛盘枺@就從本質(zhì)上抓住了不同形式傅里葉變換的時(shí)域特性和頻域特性，便于學(xué)生簡單、深刻的對相關(guān)概念進(jìn)行理解。

通過思維導(dǎo)圖將知識點(diǎn)重構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是教材中不同章節(jié)看似無關(guān)的零散知識點(diǎn)可串聯(lián)成一個(gè)整體，學(xué)生通過思維導(dǎo)圖可快速理清知識的骨架和血肉，分清主次，抓住重點(diǎn)，快速理解和掌握。

（二）應(yīng)用思維導(dǎo)圖以實(shí)例促進(jìn)學(xué)習(xí)

以完成項(xiàng)目為形式，以學(xué)習(xí)知識點(diǎn)為目的是理解和掌握知識點(diǎn)的重要方式。通過解決一個(gè)個(gè)實(shí)例中的問題可快速加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解，做到融會(huì)貫通。信息學(xué)科是與社會(huì)發(fā)展緊密關(guān)聯(lián)的專業(yè)，數(shù)字信息類的課程也應(yīng)與生活中的大量實(shí)例結(jié)合起來才能做到理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)為所用，增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果。

在數(shù)字信號類課程的教學(xué)中，探索在講解項(xiàng)目、實(shí)例的過程中將相關(guān)知識點(diǎn)穿插進(jìn)來，可以促進(jìn)學(xué)生對知識點(diǎn)更好的理解和掌握。本文以數(shù)字圖像處理課程為例，該課程主要講述圖像處理過程中的相關(guān)知識點(diǎn)，包括圖像采集、彩色圖像特性、閾值分割、圖像去噪、形態(tài)學(xué)、邊緣檢測、特征提取等相關(guān)知識點(diǎn)。如果僅僅按章節(jié)進(jìn)行講解，便顯得枯燥，不易理解。

因此本文將知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)融入到人臉識別的實(shí)例中，如圖2所示。在采集人臉圖像時(shí)將圖像采集的知識點(diǎn)進(jìn)行穿插講解;在人臉圖像預(yù)處理過程中將彩色圖像特性、濾波、閾值分割算法融入進(jìn)去;在人臉定位的過程中，將去噪算法，形態(tài)學(xué)方法融入進(jìn)去;在人臉提取的過程中結(jié)合邊緣檢測、特征提取等知識點(diǎn)進(jìn)行講解，使學(xué)生將所學(xué)知識點(diǎn)串成一個(gè)整體，便于理解和記憶。

（三）應(yīng)用思維導(dǎo)圖提高實(shí)踐教學(xué)效果

傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)過程為教師布置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生按部就班做實(shí)驗(yàn)完成，學(xué)習(xí)效果較差。在新的實(shí)踐教學(xué)模式中，本文采用翻轉(zhuǎn)課堂加思維導(dǎo)圖的形式可顯著提高學(xué)生的參與程度和積極性。

首先通過教師講解讓學(xué)生對實(shí)踐內(nèi)容有所了解，然后通過讓學(xué)生上臺畫思維導(dǎo)圖并給大家講解的形式來提高學(xué)生的理解深度，最后通過分小組討論的形式使學(xué)生都參與進(jìn)來并提出自己的見解和改進(jìn)方法，最終完成實(shí)踐教學(xué)過程，如圖3所示。該方法在鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的同時(shí)，也提高了學(xué)生的思考能力和參與度。

三、結(jié)束語

本文將思維導(dǎo)圖應(yīng)用到數(shù)學(xué)信號類課程教學(xué)當(dāng)中，從教學(xué)組織、教學(xué)模式和實(shí)踐教學(xué)設(shè)置三個(gè)方面論述了思維導(dǎo)圖的實(shí)施過程和作用。可以看出思維導(dǎo)圖是一種高效的思維工具，能夠?qū)⒃搶I(yè)枯燥、繁瑣的知識點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷リP(guān)聯(lián)、顯性的結(jié)構(gòu)圖，可有效提升教學(xué)效果，加深學(xué)生的理解能力，提高學(xué)生對該專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉桂文.現(xiàn)代電子信息技術(shù)對競技體育的影響[J].當(dāng)代體育科技，2014，4（26）：173-174.

[2]Tony Buzan. The Mind Map Book[M].London： BBC Active，2006：3-25.

[3]卓嘎.思維導(dǎo)圖在數(shù)字信號處理教學(xué)中的作用[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)：普及版，2015（9）：76-80.

[4]王偉紅.新課程背景下思維導(dǎo)圖在高中物理教學(xué)中應(yīng)用的實(shí)踐研究[D].上海：上海師范大學(xué)，2010.

[5]汪子君，任玉琢，梁偉.學(xué)科思維導(dǎo)圖在模擬電路基礎(chǔ)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2018，16（1）：51-53.

[6]車琳琳，張光玉，曹衛(wèi)芳，等.電子類課程研究型教學(xué)模式探究[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2016，19（6）：96-98.

[7]李樹濤，章兢，黎福海，等.電子信息類專業(yè)課研究型教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新[J].高等教育研究學(xué)報(bào)，2011，34（4）：77-79.