思維導(dǎo)圖式教學(xué)在高職課程中的實(shí)踐與研究

趙文龍 鄒珺

摘?要：針對嵌入式開發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，本文提出了一種將思維導(dǎo)圖引入嵌入式開發(fā)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法，將思維導(dǎo)圖融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程多元化考核；構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，分析了思維導(dǎo)圖對教學(xué)質(zhì)量的影響性因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：思維導(dǎo)圖在嵌入式實(shí)驗(yàn)課程多元化評價中的P值為0.00，小于0.01，呈現(xiàn)顯著，表明思維導(dǎo)圖引入后可從整體上提升教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度，對教學(xué)改革具有一定的實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：嵌入式開發(fā)實(shí)驗(yàn)；思維導(dǎo)圖；多元化評價；教學(xué)目標(biāo)；教學(xué)改革

中圖分類號：TP273.4??文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

嵌入式應(yīng)用［1］是一種嵌入設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)部，且滿足特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，更是多個學(xué)科的綜合應(yīng)用。而嵌入式課程［2］也成為計(jì)算機(jī)等相關(guān)專業(yè)的必修課，嵌入式課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，在教學(xué)過程中注重理論和實(shí)踐相結(jié)合的效果［3］，尤其在嵌入式開發(fā)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)環(huán)節(jié)，需讓學(xué)生具備借助實(shí)驗(yàn)平臺掌握較強(qiáng)的實(shí)踐動手能力，即在嘗試一種嵌入式項(xiàng)目任務(wù)中能綜合實(shí)踐和驗(yàn)證嵌入式理論上所學(xué)到知識點(diǎn)，并具備一定程度的項(xiàng)目研發(fā)與科研事項(xiàng)，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生達(dá)到加深專業(yè)知識認(rèn)知、夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)，有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性［4］。

1?嵌入式開發(fā)實(shí)驗(yàn)課程存在的問題及現(xiàn)狀

高校嵌入式實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)［5］普遍存在過于重視理論而忽視實(shí)踐能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式與培養(yǎng)目標(biāo)存在較大的出入，有悖于高職應(yīng)用型人才培養(yǎng)“尊重實(shí)踐、勇于探索、積極創(chuàng)新”的培養(yǎng)目標(biāo)。嵌入式開發(fā)課程通常采用“3∶2”的理論實(shí)踐模式，課程實(shí)踐時學(xué)生對實(shí)訓(xùn)內(nèi)容未有一個清晰的脈絡(luò)思路，只是照抄實(shí)驗(yàn)過程的被動式學(xué)習(xí)，產(chǎn)生一種知識體系結(jié)構(gòu)性缺陷［6］。

針對這種課程實(shí)施現(xiàn)狀，有必要探索一種基于思維導(dǎo)圖的項(xiàng)目化教學(xué)方法［7］，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)發(fā)散思維、有效驅(qū)動自我知識體系結(jié)構(gòu)能力提升等方面起到重要作用。

2?思維導(dǎo)圖概念及應(yīng)用

思維導(dǎo)圖［8］（Mind?Map）也叫心智圖，是一種通過形象性圖形工具表達(dá)發(fā)散性思維的工具。借助圖文并茂的方法把主題內(nèi)容之間的層級與隸屬關(guān)系展現(xiàn)出來，進(jìn)而構(gòu)建知識體系記憶鏈接，從而促使知識邏輯與形象思維固化加深、均衡發(fā)展，提高對事物的認(rèn)識效能。思維導(dǎo)圖已廣泛應(yīng)用于教育等領(lǐng)域，給教學(xué)帶來了積極的影響，并有著較好的教學(xué)效果。

蔣中云［9］將思維導(dǎo)圖在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中以目標(biāo)任務(wù)驅(qū)動教學(xué)進(jìn)行發(fā)散性思維，能有效提高動手實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量；耿榮等［10］將思維導(dǎo)圖用于“雙一流”建設(shè)下通信原理課程教學(xué)，借助思維導(dǎo)圖圖文形式化表達(dá)進(jìn)行輔助教學(xué)，發(fā)揮了一定優(yōu)勢，能促使學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)，并能增強(qiáng)其良好的邏輯思維能力。

3?思維導(dǎo)圖在嵌入式開發(fā)課程實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

3.1?研究內(nèi)容、對象及方法

嵌入式應(yīng)用與開發(fā)作為計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，涉及內(nèi)容面較多，如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。作為一門交叉融合課程，如何將多學(xué)科知識通過結(jié)構(gòu)化體系來講解理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)的知識點(diǎn)存在一定困難。而思維導(dǎo)圖的繪制過程就是對知識點(diǎn)進(jìn)行“碎片整理”并迭代優(yōu)化的過程。因此，本文將思維導(dǎo)圖應(yīng)用到嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，基于圖文層級建立結(jié)構(gòu)化的知識體系，通過選取無人機(jī)專業(yè)191作為實(shí)驗(yàn)班、無人機(jī)專業(yè)192作為對照班。其中，實(shí)驗(yàn)班采用思維導(dǎo)圖方式教學(xué)，對照班采用常規(guī)方式教學(xué)，教材采用中國工信出版集團(tuán)和人民郵電出版社出版的《嵌入式技術(shù)與應(yīng)用開發(fā)》項(xiàng)目教程STM32，根據(jù)教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、任課教師和考評方式進(jìn)行教學(xué)。

利用SPSS19.0軟件對評價性過程數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用Excel?2019進(jìn)行數(shù)據(jù)整理。本文中提到的評價性過程數(shù)據(jù)均為均值化處理后數(shù)據(jù)。

3.2?課程“三位一體”教學(xué)過程中的應(yīng)用

課前預(yù)習(xí)增設(shè)利用MindMaster等工具根據(jù)內(nèi)容繪制思維導(dǎo)圖，以中心位置為起點(diǎn)，根據(jù)內(nèi)容標(biāo)題依次設(shè)置實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、基本原理、?shí)驗(yàn)步驟、注意事項(xiàng)、程序加載/運(yùn)行、執(zhí)行過程及預(yù)期結(jié)果與分析等，通過此種方式可提升實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的重點(diǎn)、難點(diǎn)等方面的熟悉程度，大幅提高實(shí)驗(yàn)效率，進(jìn)而增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)掌握的深度和知識廣度。

課程實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)課前預(yù)習(xí)中思維導(dǎo)圖的完成度較好地進(jìn)行課堂教學(xué)，時刻切入思維導(dǎo)圖教學(xué)模式，實(shí)驗(yàn)過程中激發(fā)學(xué)生發(fā)散思維，補(bǔ)充完善知識點(diǎn)，逐步完善知識體系結(jié)構(gòu)的“知識碎片”，凸顯新課改中以學(xué)生為主體的課堂教學(xué)。

課后根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并收集迭代后的思維導(dǎo)圖，依次評判本節(jié)項(xiàng)目化實(shí)驗(yàn)課的掌握程度，及時對課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，進(jìn)而利用思維導(dǎo)圖理清章節(jié)之間的邏輯結(jié)構(gòu)。

4?思維導(dǎo)圖在嵌入式開發(fā)實(shí)驗(yàn)多元形成性評價中的成效分析

嵌入式開發(fā)實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后，通過多元形成性評價研究思維導(dǎo)圖的應(yīng)用成效，課程評價方式緊扣課程大綱，重點(diǎn)考查基礎(chǔ)知識、基本技能以及形成的相關(guān)知識體系，較好地促使教學(xué)目標(biāo)達(dá)成。

4.1?對研究對象影響性分析

根據(jù)多元化考核對課程得分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究對象數(shù)據(jù)描述性統(tǒng)計(jì)如表1、圖1所示。

如表1所示，嵌入式開發(fā)項(xiàng)目化課程實(shí)驗(yàn)的兩平行班人數(shù)均為31，采用思維導(dǎo)圖教學(xué)的實(shí)驗(yàn)班平均成績高于對照班5.19分，差異顯著（P<0.01），呈現(xiàn)極顯著，表明思維導(dǎo)圖應(yīng)用于教與學(xué)的過程后，學(xué)生的思維能力、知識遷移能力及實(shí)驗(yàn)掌握程度等方面均得到了明顯提高；實(shí)驗(yàn)班成績的標(biāo)準(zhǔn)差高于對照班2.750，表明實(shí)驗(yàn)班成績的離散性大，側(cè)面反映出思維導(dǎo)圖引入學(xué)習(xí)過程后，研究個體之間形成的結(jié)構(gòu)化知識體系存在明顯差異等。

如圖1所示，研究對象實(shí)驗(yàn)班和對照班的成績整體呈正態(tài)分布，表明課程安排與課程考核設(shè)置合理；實(shí)驗(yàn)班的平均分、優(yōu)秀率、高分（≧80分）集中率均高于對照班，表明基于思維導(dǎo)圖開展的嵌入式開發(fā)項(xiàng)目化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成效顯著，同時也表明思維導(dǎo)圖有助于嵌入式開發(fā)課程整體知識體系的培養(yǎng)。

4.2?對多元化因素項(xiàng)的信效度分析

根據(jù)多元化考核體系，本項(xiàng)目化實(shí)驗(yàn)課程考核從導(dǎo)圖分（思維導(dǎo)圖及實(shí)訓(xùn)報(bào)告）、平時分、試卷分等幾個方面對學(xué)生掌握程度經(jīng)課程分（最終成績）進(jìn)行度量其掌握程度的高低。課程分越高，表明本課程掌握程度越高；課程分越低，表示本課程掌握程度有待加強(qiáng)。為驗(yàn)證多元化考核數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，利用信度系數(shù)Alpha方法檢測其信度可靠性，其測驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

如表2所示，經(jīng)度量分析算法分析后可知，導(dǎo)圖分（含實(shí)訓(xùn)報(bào)告）、平時分、試卷分與課程分之間的可靠性統(tǒng)計(jì)量效度ɑ為0.901，基于標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)的統(tǒng)計(jì)量效度ɑ系數(shù)為092，兩項(xiàng)效度ɑ系數(shù)均大于0.8，表明多元性考核量表的信度合理性較高。其中，導(dǎo)圖分、平時分、試卷分對課程分總計(jì)相關(guān)性系數(shù)分別為0.873、0.645、0.759；項(xiàng)刪除影響的ɑ系數(shù)中，導(dǎo)圖分的影響性最大，達(dá)到0.960，表明思維導(dǎo)圖教學(xué)的引入對課程影響性最大，思維導(dǎo)圖的應(yīng)用更大程度上促使教學(xué)評價效果實(shí)現(xiàn)。經(jīng)因子分析檢驗(yàn)，KMO數(shù)值為0.705，介于0.7～0.9之間，Bartlett球度檢查數(shù)值為744.813，數(shù)據(jù)較大，且P（0.00）<0.01，綜合KMO、Bartlett兩數(shù)值表明，多元考核量表的效度較高，基于思維導(dǎo)圖的多元化因素項(xiàng)評價符合信效度要求。

4.3?對課程考核不同題型的相關(guān)性分析

課程考核緊扣課程大綱，題型分填空、選擇、簡答及編程等四個部分，其分值占比為2∶2∶2∶4，題目設(shè)計(jì)緊密圍繞課程知識點(diǎn)思維導(dǎo)圖，突出重點(diǎn)與難點(diǎn)。其中填空、選擇重點(diǎn)考查基礎(chǔ)知識的掌握程度；簡答重點(diǎn)考查實(shí)驗(yàn)邏輯與實(shí)踐能力；編程重點(diǎn)考查分析與解決問題能力、知識遷移能力。思維導(dǎo)圖對不同考核題型得分之間的相關(guān)性如表3所示。

如表3可知，采用Pearson算法進(jìn)行思維導(dǎo)圖對不同題型的相關(guān)性及顯著一致性影響分析，其中1.導(dǎo)圖分對2.填空分的相關(guān)性為0.159，顯著性水平P值為0.039，小于0.05；1.導(dǎo)圖分對3.選擇分的相關(guān)性為0.146，顯著性水平P值為0.043，小于0.05；1.導(dǎo)圖分對4.問答分的相關(guān)性為0.279，顯著性水平P值為0.028，小于0.05；1.導(dǎo)圖分對5.編程分的相關(guān)性為0.364，顯著性水平P值為0044，小于0.05，可知思維導(dǎo)圖分的高低表明知識體系結(jié)構(gòu)的掌握程度，對不同題型得到分值呈現(xiàn)差異性顯著，影響較大，表明思維導(dǎo)圖的引入從顯性影響教學(xué)效果的實(shí)現(xiàn)。

4.4?對多元形成性評價模型檢驗(yàn)性分析

通過對照班的教學(xué)效果評價可知，實(shí)驗(yàn)班采用思維導(dǎo)圖式教學(xué)有助于知識體系構(gòu)建，促進(jìn)發(fā)散思維能力養(yǎng)成。從對照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)班多元評價實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均優(yōu)于對照班。通過多元Logistic回歸模型綜合分析導(dǎo)圖分與平時分、試卷分、課程分之間的因素影響關(guān)系，多元Logjstic模型評價分析結(jié)果如表4所示。

如表4可知，根據(jù)模型擬合信息表中的似然比顯著性，P為0.000，小于0.05，表明形成性評價模型統(tǒng)計(jì)具備統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，評價模型良好，即思維導(dǎo)圖的引入對學(xué)科知識掌握水平呈現(xiàn)顯著，密切相關(guān)。

根據(jù)擬合優(yōu)度，假設(shè)原始模型較好地?cái)M合原始數(shù)據(jù)，其中Pearson顯著性水平為1.000，發(fā)生概率遠(yuǎn)大于0.05，表明評價統(tǒng)計(jì)模型對原始數(shù)據(jù)的擬合通過檢驗(yàn)。

根據(jù)偽R方表，Cox?&?Snell、Nagelkerke、MacFadden的偽R方值分別為0.925、0.991、0.955，表明評價統(tǒng)計(jì)模型對原始變量變異程度解釋較好，擬合程度優(yōu)秀。

根據(jù)模型似然比檢驗(yàn)表，模型影響主效應(yīng)事項(xiàng)中，其中導(dǎo)圖分顯著性P值為0.000、平時分圖顯著性P值為0006、試卷分顯著性P值為0.000，均小于0.05，表明三個自變量影響性因素對課程分呈顯著性，具備研究意義。

綜合模型擬合信息表、擬合優(yōu)度表、偽R方表、似然比檢驗(yàn)表可知，思維導(dǎo)圖在多元化評價模型在預(yù)測優(yōu)秀上準(zhǔn)確率最高，可達(dá)100%。其中良好預(yù)測準(zhǔn)確率為87.5%，中等預(yù)測準(zhǔn)確率為100%，及格預(yù)測準(zhǔn)確率為100%，模型總體預(yù)測準(zhǔn)確率為96.8%，表現(xiàn)較優(yōu)，同偽R方數(shù)據(jù)對模型解釋準(zhǔn)確率一致，模型整體呈現(xiàn)一致性。

結(jié)語

在嵌入式課程中引入思維導(dǎo)圖式教學(xué)，通過知識點(diǎn)的“前置”與“后置”的邏輯關(guān)系結(jié)構(gòu)化呈現(xiàn)，有助于達(dá)成自我驅(qū)動式的探究學(xué)習(xí)，提升動手實(shí)踐與創(chuàng)新能力。通過實(shí)驗(yàn)班和對照班之間的數(shù)據(jù)模型分析，思維導(dǎo)圖對課程掌握程度的顯著性水平P為0.00，小于<0.01；思維導(dǎo)圖對平時分成績的顯著性水平P值為0.006，小于<0.05；思維導(dǎo)圖對平時成績、課程成績均呈現(xiàn)一致性相關(guān)，表明思維導(dǎo)圖對教學(xué)效果評價具備顯著性意義，思維導(dǎo)圖對教學(xué)改革引用具備借鑒意義。

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基金項(xiàng)目：蘇州農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院高職教育研究項(xiàng)目資助（No.SNGZYBXM202117）

作者簡介：趙文龍，男，漢族，河南人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)及研究。