思維導圖在數據庫原理與應用實驗教學中的應用

摘要：針對數據庫原理與應用課程教學效果不理想的現狀，以教育技術學專業為例，闡述在實驗教學中引入思維導圖工具的具體做法，展現其在小組建立、重難點呈現、知識關聯、問題解決、協同建構和成果展示等方面的優勢。

關鍵詞：思維導圖；實驗教學；數據庫教學；教育技術；教學改革

1、背景

從20世紀60年代末數據管理技術進入數據庫系統階段到信息量猛增的今天，各行各業的信息管理對數據庫技術的依賴越來越大，掌握這項技術對實現學科的信息化建設和現代化應用有一定促進作用。為提升畢業生的就業競爭力，各大高校的不同學科都開設了數據庫原理與應用課程。該課程主要以關系數據庫系統為核心，系統全面地講授數據庫系統的基本概念、基本原理和應用技術，是從理論到實踐的一門課程。該課程實驗教學的主要目標是幫助學生熟悉某一種具體的數據庫管理系統，并能利用其進行簡單的數據庫應用系統的設計和開發。

筆者授課的對象是大二下學期的教育技術學專業師范學生。這些學生在前期學習了C語言程序設計課程，有一定的編程基礎，但因為接觸多媒體應用軟件較多，普遍對操作即見效的可視化軟件，如Photoshop、Flash等較為感興趣，而對邏輯性較強、直觀性較差的c語言較為排斥。筆者常規的實驗教學方式是“講授+驗證+綜合練習”，從基礎的SQL語法驗證，到復雜的程序設計，由易到難，讓學生在熟悉操作的基礎上應用操作。但在實際教學中我們發現枯燥的代碼講授，會使學生的自主性和積極性受到損傷，教學效果并不理想。

在借鑒某些學者提出的任務驅動、自主學習、合作學習等方法進行教學改革后，實驗教學取得一定成效。在新的學習方式中，教師的角色發生了改變，由原來的知識傳遞者變成思維引導者，幫助學生理解、尋找解決問題的方法。思維引導和促進可窺一斑，但可借鑒的文獻資料較少，特別是缺少思維引導工具的介紹。

2、思維導圖研究筒述

通過文獻調研和實際訪談，我們發現數據庫原理與應用實驗教學中存在的問題比較普遍，大多數學生反映無法將學習的零散知識系統地整理成可操作的方法進行設計實踐，所以很難完成實驗教學最后的綜合練習。我們在該實驗課程教學過程中引入思維導圖，利用其進行合作小組的建立、重難點的直觀呈現、知識點間的關聯、問題解決能力的提升、協同建構知識的支持、協作成果的高效展示等方面的應用，經過兩屆學生的嘗試，有一定的成效。

思維導圖最初是英國東尼·博贊發明的一種筆記方法。博贊不是專業的教學研究人員，其著作并不追求科學的嚴謹性，所以至今未對思維導圖作出嚴格的定義。北京師范大學博士趙國慶老師將思維導圖定義為促進思維激發和思維整理的可視化、非線性思維工具。作為有效的知識可視化工具，思維導圖在教學中受到越來越高的關注。思維導圖最先的實現方式是手繪，后來出現了很多計算機支持的思維導圖繪制軟件，例如Mind Manager、iMindMap、Freemind等。這些軟件大同小異，都能很好地支持思維導圖的繪制。計算機繪制的方式更方便快捷，逐步在中小學教師的培訓中被大力推廣，因此與思維導圖相關的研究以宏觀研究和中小學教學經驗總結為主，如文科的快速閱讀、理科的知識點復習等。也有不少高校教師把其作為研究生創新思維訓練課程內容的一部分進行介紹。

3、思維導圖在實驗教學中的具體應用

針對數據庫原理與應用實驗教學中的問題，文章主要解決以下幾個問題。

3.1 科學建立合作小組

由于教育技術專業文理皆收，學生基礎不同、興趣多樣。為了提升學生的學習積極性，降低任務驅動中的任務負擔，我們可以在實驗教學中采用小組合作的方式完成任務。有的學生擅長人際交流，適于協調分配工作，可以擔任組織者；有的學生知識面廣，能夠迅速用自己的語言表征新知識，可以擔任陳述者；有的學生編程基礎較好，新軟件上手快，可以擔任記錄者；有的學生教學實踐經驗豐富，善于總結教與學的需求，可以擔任評價者。課程開始時，首先需要學生學會手繪思維導圖，讓每個學生利用手繪的方式快速繪制自我簡介，包括姓名、性別、兩個特長、兩個不足、兩個愛好和自薦擔任的兩個角色。根據異質分組標準和隨機組合原則，每個組由4個人組成，由教師隨機組合，分別擔任組織者、陳述者、記錄者、評價者4種角色。利用手繪思維導圖，學生還可以快速了解學習伙伴，便于生生互助，促進學習共同體的建立。在學習過程中，筆者以小組為單位設置評價，促進其各盡所長，提升小組競爭力。

3.2 直觀呈現重難點

常見的重難點講解采用演示文稿的頁面以順序方式展現，用超級鏈接擴展每個細節。這種呈現方式在知識點較多時不能使學習者從全局把握重難點，明確細節和總體間的關系。而思維導圖可以作為教學進程引導工具，在教學過程中逐步展開，對不同重難點可以采用不同顏色、不同字號字體、不同圖片進行展示，既形象生動，又易于引導學生的思維和注意力。如在E-R圖繪制教學中，E-R知識重難點思維導圖如圖1所示。思維導圖的繪制利用先行組織者策略，讓學生先有全局概念，然后逐步了解分支內容，確定知識重難點，再進行小組實驗任務討論，共同繪制任務中的E-R圖。整體知識框架和重難點的給出也便于學生有計劃地彌補自己的不足，完善重難點的學習，盡量縮短和其他學生的差距。

3.3 關聯眾多知識點

多數院校采用的數據庫原理與應用課程教材是由薩師煊、王珊編著，高等教育出版社出版的《數據庫系統概論》。該教材通過幾次再版，內容的篩選和組織已經較為成熟，但因為課時緊張，基本無法按照教材體系進行授課。經過篩選后的章節若還按照原章節順序授課，就無法協調統一地展現給學生。在進行對應章節實驗教學時，學生會反映知識點多而散，不易理解消化。我們可以在備課過程中采用思維導圖制作課件，調整授課章節順序，先引出第七章數據庫設計的背景和作用，然后再根據數據庫設計的各個階段所需知識進行課件設計規劃。思維導圖既突出所講授知識點和其他知識點之間的關系，讓學生理清結構，明確學習目的；又可利用伸縮功能，根據需求展開詳細內容，幫助學生學習或回顧；還可以根據學生特點，對所講述知識點進行深度拓展，幫助學生對知識深層次加工。例如，在查詢語句學習過程中，查詢語句分為單表查詢、多表查詢和嵌套查詢，嵌套查詢分為無關子查詢和相關子查詢，每一種查詢適用于不同條件，并分別包含不同的語法格式要求。學生在實驗過程中可根據任務需求，分析所處數據庫設計階段，自行打開對應思維導圖，回顧知識并選取適于當前任務的查詢方式，進一步分析所書寫SQL語句的正確性和規范性。

3.4 提升學生解決問題能力

思維導圖可以幫助學生分析現有問題中的已知條件、限制因素、可行方案和注意事項，幫助學生在細致規劃后選取適當方案進行實施，提升解決問題的效率，同時訓練學生的空間直覺思維，鍛煉從大處著眼、把握重點、逐個擊破的問題解決方法，提高學習效率。這種解決問題的方式遵從于系統論的觀點，思維導圖把這種思考方式可視化，讓小組內不同成員能夠準確把握問題所在，了解學習伙伴的解決方法，并對不同的方案直觀呈現，更易于比較分析。例如，任務中的查詢語句撰寫，不同的學生根據任務要求編寫出來的SQL語句是不相同的，學生可以利用思維導圖直觀對比所有SQL語句的優劣，選取最合適的語句實現小組任務操作。

3.5 提供協同建構工具

根據美國緬因州國家訓練實驗室的研究成果——學習金字塔顯示，學習效果在30%以下的幾種傳統的學習方式，都是個人學習或被動學習；而學習效果在50%以上的學習方式，都是團隊學習、主動學習和參與式學習。我們要用科學研究的方式去組織教學、引導學生，不僅要讓學生掌握和運用知識，更要讓他們學會科學研究的方法，從而培育學生的科研創新精神。我們把思維導圖引入本科生的教學，作為討論交流的工具，這樣做可以支持協同知識建構的進行。例如，在多級嵌套exists語句教學過程中，常規舉例講授的方法對不同學生知識掌握的程度不同。由于枯燥的代碼講授限制了學生的主動思考，效果并不理想。有的學生只能從理論上掌握語句的特點，有的學生能夠掌握語句的執行方法，有的學生能夠模仿寫出正確的語句。在實驗教學改革過程中，我們取消單一的代碼講授方式，利用思維導圖繪制案例分析的過程，開展小組討論，要求小組結合自己的理解修改思維導圖。若不同小組意見差異較大，由各小組的陳述者展開辯論，修訂并推選出最易理解的1～2幅成為最終的思維導圖，用以參考完成實驗任務。學生普遍反映這樣的方式比單一教師講授實例的印象更深刻，理解更容易。思維導圖很好地支持了學生協同建構新知識。

3.6 高效展現學習成果

學習成果既包含教師講授過程中學生獨立記下的筆記，又包含合作學習過程中小組的工作呈現。傳統流水賬式的筆記對學生幫助不大，很多學生機械地記下演示文稿中出現的文字，可是并沒有理會其中的含義。有些學者專門研究了一般筆記的問題，例如，埋沒了關鍵詞、不容易記憶、浪費時間、不能有效地刺激大腦等。而小組合作學習過程中自主學習的成果匯報，若采用演示文稿輔助呈現，學生常會出現照念文稿文字、邏輯思路不清晰、重點不突出等問題。利用思維導圖呈現筆記或者合作學習成果的優勢有3個：第一，避免了死記硬背，將自己的知識融入到了思維導圖中，使講解變得生動；第二，避免了課堂筆記帶來的單調無聊，節約了記錄時間，學生更能集中精力思考主題，保持了思維的連續性；第三，思維導圖末端開放式的結構會增強大腦對知識的“渴望”，激發學生的探究意識，而且使新信息的補充更加方便。

4、結語

思維導圖的優勢是明顯的，但現今還沒有被廣泛應用在實驗教學中，原因可能有3點：第一，從思維導圖教育應用的使用者來看，這一認知工具的應用有賴于思維導圖教育應用推動者的技術敏感度和教學創新的自我驅動力。從文獻的分析來看，教育技術學科的教師更愿嘗試將新興技術作為提升教學效率的手段，所以在其他專業不易普及。第二，思維導圖的掌握有一定的階段性。一般培訓和教學定位在初級階段，僅把其當作一種方法或軟件傳授，沒有結合具體的教學應用，在后期真實情境使用時缺乏指導，使學習者掌握思維導圖教學應用技巧困難加大。第三，實驗教學過程中，基于學生的自主學習能力的認可，我們較為重視知識傳授的結果，而忽略知識掌握的過程，所以針對實驗教學中師生思維方式的研究不多。

筆者在數據庫原理與應用的教學過程中引入患維導圖，不僅是要推廣一個優秀的教學方法，而且希望能夠培養學生如下能力：第一，培養學生的發散思維能力，按照從中心到分支繪制的思維導圖可以引導學生的發散思維；第二，培養學生的直覺思維能力，突出重點的思維導圖可以培養學生從全局人手，把握重點，提高處理問題的效率；第三，培養學生的邏輯思維能力，思維導圖工具能夠讓學生分析因素之間的關系，理清主次，條理分明。這些能力的培養都充分契合教育技術學本科生當前新的培養目標需求，為其增強就業競爭力打下良好的基礎。

致謝

該論文得到四川省教育廳科研項目“基于信息技術的教學分析”、四川師范大學教學改革研究課題“提升交互白板的學習活動設計能力促進卓越教師培養”的支持，在此表示誠摯感謝。