“知識圖解”在物聯(lián)網(wǎng)程序設(shè)計課程中的應(yīng)用

黃煒欽

（廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，福建 漳州 363105）

0 引 言

教育是時代永恒的主題，而教師是教育事業(yè)的重要主體之一，如何高效地傳道授業(yè)解惑，是每一位教師需要自我發(fā)展與精進的一個問題。教育事業(yè)發(fā)展至今，中國的大學(xué)專業(yè)共有13個學(xué)科門類，92個專業(yè)類506個專業(yè)[1]。隨著人工智能的迅猛發(fā)展，工學(xué)下的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)發(fā)展前景廣闊，各高校在該專業(yè)方面的招生人數(shù)也與日俱增[2]。因此，做好物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教育工作對國家和社會的智能化發(fā)展至關(guān)重要。

在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程中，程序設(shè)計類型課程眾多，如C語言程序設(shè)計、Java語言程序設(shè)計以及Android應(yīng)用程序設(shè)計等，不同語言具有不同的語法，看似獨立，實則一通百通，當(dāng)學(xué)好一門程序設(shè)計課程，后續(xù)通過比較學(xué)習(xí)，融會貫通，學(xué)好其他程序設(shè)計課程，甚至是全新的語言程序設(shè)計課程，最后能夠勝任軟件及相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)。因此，從專業(yè)角度出發(fā)，如何評判一門程序設(shè)計課程教得好不好，一方面主要看學(xué)生是否充分掌握本門課程的專業(yè)知識，另一方面要看教師對這一類專業(yè)課程的學(xué)習(xí)方法是否對學(xué)生起到啟發(fā)和引領(lǐng)作用，學(xué)生是否有能力依據(jù)該學(xué)習(xí)思路展開對新課程相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，提高專業(yè)素養(yǎng)。因此，好的教學(xué)方法應(yīng)當(dāng)是既能授之以魚，又能授之以漁的。

人們都說“一圖勝千言”[3]，這體現(xiàn)了圖相比于文字的巨大優(yōu)勢和價值，這些優(yōu)勢與價值主要體現(xiàn)在以下兩個方面。第一、理解更快。大腦處理視覺內(nèi)容的速度往往比文字內(nèi)容快很多，在教學(xué)中，圖可以讓學(xué)生在更短的時間內(nèi)充分掌握知識點，節(jié)省時間，提高上課效率。第二、有助于記憶，減少疲勞。圖是由形狀、色彩、風(fēng)格、形式等多種因素構(gòu)成的，具有獨立的視覺特征，加上本身的形象性、生動性和特有的心理刺激作用，相比于文字而言，最易識別和記憶，而且能從一定程度上避免單調(diào)的文字帶來的疲勞感。

綜上，本文提出一種“知識圖解”的教學(xué)方式。所謂“知識圖解”是指用圖的方式將知識點進行分解，進而講授，使知識點更為直觀易懂，提高教學(xué)效果和學(xué)生知識的吸收效率，同時提高教師的教學(xué)水平和學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。下面以《Android應(yīng)用程序設(shè)計》這一課程為例，針對課程的內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，分別談?wù)勚R圖解在理論教學(xué)、實踐編碼教學(xué)和學(xué)習(xí)過程等方面的應(yīng)用與優(yōu)勢，最后闡述“知識圖解”對教師教學(xué)水平與學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提升。

1 “知識圖解”在理論教學(xué)中的應(yīng)用

計算機程序是指一組計算機能識別和執(zhí)行的指令運行于電子計算機，滿足人們某種需求的信息化工具[4]。因為運行于計算機，因此其基本原理都要依賴于計算機的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較為抽象難懂，教師如果單純地采用文本方式去傳授這一類知識，則學(xué)生們難以理解和吸收，似懂非懂，教學(xué)效果不盡人意；如果這一類問題能夠結(jié)合圖表，采用“知識圖解”的教學(xué)方式，則對于知識點的講授會明朗許多。下面以《Android應(yīng)用程序設(shè)計》中Activity跳轉(zhuǎn)的知識點為例[5]，圖1為該知識點的文本描述，圖2和圖3分別表示新Activity的載入過程與返回上一個Activity過程，其中虛線表示下一個過程的步驟。

圖1 Activity的跳轉(zhuǎn)原理文本描述

不難發(fā)現(xiàn)，通過圖2和圖3不僅可以清楚詳細(xì)地展示新Activity的載入與上一個Activity返回基本流程，同時也展示了棧的基本原理—先進后出[6]。學(xué)生可以通過圖2和圖3更快更好地理解Activity跳轉(zhuǎn)原理，而且基于圖像會形成更牢固的記憶。如果能夠借助PowerPoint完成流程的動圖，那將會更好地發(fā)揮“知識圖解”的優(yōu)勢。

圖2 新Activity載入基本流程

圖3 返回上一個Activity基本流程

此外，“知識圖解”還適合于程序設(shè)計中技術(shù)和工具較為繁雜的過程，尤其這些技術(shù)和工具是相互聯(lián)系的。例如在《Android應(yīng)用程序設(shè)計》中，要講解Android客戶端與服務(wù)端的數(shù)據(jù)交互問題，其中涉及到技術(shù)與工具眾多，包括Android客戶端、客戶端的通信框架、通信數(shù)據(jù)格式、服務(wù)端服務(wù)器、服務(wù)端開發(fā)語言以及數(shù)據(jù)庫等，如果單純采用文本描述，如圖4所示，則很難梳理清楚服務(wù)端與客戶端的具體操作思路，編碼操作就難以進行，因此考慮將圖4的知識分解為圖5的交互圖。

圖4 Android客戶端與服務(wù)端交互原理描述

圖5 Android客戶端與服務(wù)端交互圖

圖5將所涉及到的每種技術(shù)與工具視為一個實體，用矩形表示，強調(diào)其獨立性，不同實體之間的線條代表實體之間的聯(lián)系，線條箭頭表示其方向，線條旁邊的文本表示實體之間的數(shù)據(jù)流。矩形位置的擺放可清楚地表示出技術(shù)或工具之間的關(guān)系，比如圖5右側(cè)展示了PHP端與數(shù)據(jù)庫是屬于服務(wù)端的。此外，圖5中的標(biāo)注框?qū)懨鲗夹g(shù)實體的補充說明。圖中也采用不同的顏色對不同的類別以示區(qū)分，更有利于學(xué)生對實體進行分門別類，區(qū)分工具與技術(shù)，避免出現(xiàn)兩者混淆的情況。

2 “知識圖解”在實踐編碼教學(xué)中的應(yīng)用

程序設(shè)計類課程的實踐在于根據(jù)語法編寫代碼，以實現(xiàn)目標(biāo)功能。編碼過程中，首先遇到的問題就是開發(fā)工具的相關(guān)設(shè)置，以在Android Studio[7]開發(fā)軟件中SDK的設(shè)置為例，如果要找到SDK的設(shè)置，一般的講授如下：首先在Android Studio左上角點擊“File”，找到“Setting”，選擇“Appearance& Behavior”下面的“Android SDK”，點擊右邊窗口的“SDK Tools”，最后選擇“Documentation for Android SDK”前面的矩形框。如果采用圖的方式，并在關(guān)鍵步驟采用紅色矩形框進行標(biāo)注，如圖6所示，那么學(xué)生對于該功能的設(shè)置一目了然，設(shè)置的速度也會比較快。

圖6 Android Studio中SDK設(shè)置操作圖

當(dāng)新建完一個程序項目后，需要帶領(lǐng)學(xué)生結(jié)合開發(fā)工具去認(rèn)識整個項目的框架，如果僅僅只是打開窗口，指著某一區(qū)域講解其功能和應(yīng)用，則學(xué)生會因為功能區(qū)域過多或記憶不深刻等問題出現(xiàn)認(rèn)識混亂的情況。如果采用圖的方式去講解，那么就可以明顯改善這類問題。下面以Android項目結(jié)構(gòu)講解為例，如圖7所示。

圖7 項目框架分解圖

在圖7中，可以很清楚地明確這個項目在開發(fā)軟件中的結(jié)構(gòu)，不同的區(qū)域具有不同的功能，同一區(qū)域具有不同的文件，該圖對功能區(qū)域的功能描述和簡單的操作都進行了詳細(xì)地注釋，對運行和調(diào)試等重要的功能按鈕也都進行標(biāo)注，非常有利于學(xué)生上手項目。

在實踐的項目中，通常會有很多類型的文件需要分別按照指定的語法格式去編寫，而且這些文件之間存在互相調(diào)用的情況，如果項目規(guī)模較大，則代碼看起來會更加復(fù)雜。因此，可結(jié)合“知識圖解”的教學(xué)方法理清文件的來源與文件之間的聯(lián)系，編碼的時候可以針對重要的方法進行適當(dāng)說明，突出展示與講解。圖8為Activity跳轉(zhuǎn)的具體實例的代碼分解圖。

圖8 代碼分解圖

圖8通過矩形框和含雙向箭頭的虛線將Java代碼、布局文件和文件在項目中的位置進行關(guān)聯(lián)，學(xué)生們可以很容易看出代碼中引用來源的位置以及代碼文件之間的聯(lián)系，代碼間的調(diào)用有跡可循。同時，對于代碼中比較重要的方法和參數(shù)，采用標(biāo)注的形狀進行說明，這樣比直接提供語法的方法屬性列表更為直觀，學(xué)生們對于該方法的使用就會更加順手。通過這樣的代碼分解圖，學(xué)生能夠快速高效地且扎實地掌握相關(guān)的技術(shù)和知識點，正確編寫代碼，而且會進一步提高代碼的解讀能力和編寫速度。

3 “知識圖解”在學(xué)習(xí)過程中的應(yīng)用

學(xué)習(xí)過程一般是預(yù)習(xí)、上課和復(fù)習(xí)三個環(huán)節(jié)，不論是在哪一環(huán)節(jié)，老師與學(xué)生對于相關(guān)的專業(yè)知識都應(yīng)該做到胸有大綱。若要對整節(jié)課或整章節(jié)的內(nèi)容做到了然于胸，一般會采用樹狀圖對知識進行梳理，本文要介紹的是一種更為高效的圖，簡單有效，它是一種實用性強的思維工具[8]，在程序設(shè)計課程中，可以用來梳理知識點，以《Android應(yīng)用程序設(shè)計》中的《Android多用戶界面程序設(shè)計》一章為例，其思維導(dǎo)圖如圖9所示。

從圖9中可看出本章共3部分，分別用不同顏色的線加以區(qū)分，更容易在學(xué)生的大腦中強調(diào)其獨立性，每一部分都有子主題，每個子主題還可能有更多子主題。通過該圖，學(xué)生在預(yù)習(xí)時可以規(guī)劃自己的本章學(xué)習(xí)計劃，在上課時可以清楚當(dāng)前處于整個知識體系的位置，理清當(dāng)前所學(xué)與前期所學(xué)知識點的關(guān)聯(lián)，避免學(xué)習(xí)過程中“只見樹木，不見森林”的問題。在課后，這些知識主干有助于引導(dǎo)學(xué)生去回憶每個主干對應(yīng)的詳細(xì)內(nèi)容，發(fā)散復(fù)習(xí)，達(dá)到良好的復(fù)習(xí)效果，學(xué)生也可以在該圖上根據(jù)自己的認(rèn)知進行知識框架的調(diào)整與豐富，為自己所用。

圖9 章節(jié)知識思維導(dǎo)圖

4 “知識圖解”對于師生的素質(zhì)提升作用

“知識圖解”對于老師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)都具有重要的意義。一個知識點如果要分解為圖的形式，必須要對這個知識點有徹底的掌握，才能夠講清楚整個過程。因此，對于教師而言，必須要認(rèn)真?zhèn)湔n，透徹掌握知識點，并且不斷思考如何才能把復(fù)雜的知識點講明白，掌握深入淺出的教學(xué)技能，讓初學(xué)者能夠盡可能吸收新知識，提高學(xué)習(xí)效率，并且能保持長久的學(xué)習(xí)興趣。因此，在“知識圖解”教學(xué)方法的不斷應(yīng)用中，教師可以不斷優(yōu)化自己的教學(xué)方法，非常有利于提高教師的教學(xué)水平。表1來源于所在學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)，該表展示了上一學(xué)年的學(xué)生對于《Android應(yīng)用程序設(shè)計》課程的教學(xué)評價，包括教學(xué)方法和教學(xué)效果兩方面的評價，其中第2列數(shù)據(jù)為學(xué)生對作者的教學(xué)評價數(shù)據(jù)，第3列數(shù)據(jù)表示任同一課程的其他老師的教學(xué)評價數(shù)據(jù)。從表中數(shù)據(jù)可以看出，非常認(rèn)同的比例均高于任此課程的其他老師，一定程度上表明“知識圖解”教學(xué)方法具有一定的優(yōu)勢。

表1 學(xué)生評教數(shù)據(jù)（教學(xué)方法/教學(xué)效果）

對于學(xué)生，“知識圖解”可以更加直觀地將理論知識和實踐操作展示出來，學(xué)生們能夠更快更好地吸收程序語法知識，更好掌握程序設(shè)計的實踐操作，達(dá)到高效學(xué)習(xí)的效果。除此之外，學(xué)生們可以結(jié)合老師課件的圖解材料，掌握知識的圖解方法，提高自己的學(xué)習(xí)能力。對于這門課的課后作業(yè)，讓學(xué)生結(jié)合知識圖解的方式去完成，既可以促進他們在完成過程中的思考與總結(jié)，而且可以避免抄襲或者缺乏過程的問題。

5 結(jié) 語

本文提出一種應(yīng)用于程序設(shè)計類課程的“知識圖解”教學(xué)方法，并結(jié)合《Android應(yīng)用程序設(shè)計》課程說明該方法在理論和實踐學(xué)習(xí)方面的應(yīng)用與優(yōu)勢。綜上所述，該方法既可以將復(fù)雜抽象的理論知識分解為直觀的圖，提高學(xué)生對于理論知識的吸收效果，又可以在實踐教學(xué)中理清項目文件與代碼之間的聯(lián)系，理清代碼的編寫思路，迅速提高代碼解讀能力和編寫速度。在知識圖解的不斷應(yīng)用中，教師可以不斷深化對知識點的理解和吸收，提高自己的專業(yè)素養(yǎng)和教學(xué)水平，深入淺出地傳道授業(yè)解惑；學(xué)生也可以在高效學(xué)習(xí)的過程中，提高自己的學(xué)習(xí)能力。雖然知識圖解優(yōu)勢較多，但是實施耗時長，課程中并非所有的知識點都需要圖解，也并非所有的圖解都需要細(xì)致，這就需要教師結(jié)合實際的教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生學(xué)情與學(xué)時進行充分應(yīng)用。如何充分應(yīng)用“知識圖解”的教學(xué)方法，發(fā)揮其最大的優(yōu)勢，這也是下一步需要深入展開的研究內(nèi)容。