基于知識可視化的KM教學法在網絡工程專業課程體系中的應用研究

孟小燕

摘 要 在高校理工科課程教學中，其核心課程均是理論性和實踐性較強的課程，概念較難理解。KM教學法是知識的邏輯結構與思維導圖的有機結合，將抽象概念直觀、符合思維邏輯地展現出來，解決教學難題。選取網絡工程專業基礎課“程序設計基礎——C語言”為例，探討KM教學法的要點，期望為其他課程教學提供借鑒。

關鍵詞 知識可視化；KM教學法；思維導圖；C語言

中圖分類號：G652 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）02-0093-03

1 引言

質量是高等教育的生命線，從宏觀上關系到學校的生存和發展，從微觀上則反映出每堂課的教學效果、學生的學習成效。課堂教學作為基礎性環節，直接決定了人才培養的質量，而恰當的教學方法是解決教學難題、達成教學目標、增強教學效果的有效途徑。

隨著信息化水平的提高，知識、信息大量充斥在人們周圍，學習時間的有限與知識的迅速更新、豐富形成兩個對立面。學生需要較快地獲取知識、消化記憶，實現知識的遷移，獲得認識上的“飛躍”，這是教師、學生雙方面臨的實際問題。高校理工科課程概念抽象、內容繁雜，大一學年相繼開設“高等數學”“線性代數”“操作系統”等專業基礎課程，學生會感到力不從心，理不清頭緒，學習效率低下，學習成績不理想，從而失去學習信心。這種現象較為普遍，對學生為學習后續課程打好基礎產生十分不利的影響。

楊炳儒教授經過多年的教學實踐，提出KM教學法[1]：依照知識的內在邏輯結構組織教學內容，開展教學過程，以可視化的方式呈現知識結構，為學生獲取知識、積極建構知識提供便利。這種方法受到教育研究者的推崇，對優化教師的教和學生的學發揮了重要作用。

本研究針對學生存在的實際情況，選擇網絡工程本科專業課程為實驗對象，在“程序設計基礎”課程中融入“KM教學法”，學生通過總圖點擊進入知識點，達到反復強化知識結構、牢固掌握知識和知識間的關系的目的，有助于理清知識脈絡結構，幫助建立學習自信。

2 知識可視化的發展

知識可視化2004定義指出：知識可視化是視覺表征在改善兩個或兩個以上人之間知識創造和傳遞中的應用；是指所有可以用來建構和傳遞復雜見解的圖解手段[2]。可以看出，知識可視化的作用除傳達事實信息之外，還在于正確地重構、記憶和應用知識，幫助知識傳播與創新，其關鍵部分是視覺表征。

根據戴爾的“經驗之塔”，視覺符號是比言語符號更為具體、更易理解的經驗。在皮亞杰的認知發展理論中，他認為認知發展中首個要經歷的階段就是圖式。圖式[3]是指動作的結構或組織，這些動作在同樣或類似的環境中由于重復而引起遷移或概括。而知識可視化的價值在于它的視覺表征形式。作為學習工具，它改變了人們的認知方式，促進有意義學習。比較常用的就是思維導圖。

3 KM教學法基本原理

KM教學法是將知識的邏輯結構和思維導圖相融合的創新性教學法。K是指知識邏輯結構（Knowledge Logic Structure），M則是指思維導圖（Mind Mapping）[4]。

“獲得的知識，如果沒有完滿的結構把它關聯在一起，那是一種多半會被遺忘的知識。一串不連貫的論據在記憶中僅有短促得可憐的壽命。”[5]任何一門課程其零散的知識內部必然存在一定的邏輯關系，教材作為學習內容的載體，其結構往往是逐章逐節呈現的扁平化組織，無法體現章節知識之間的層次聯系。知識的邏輯結構是一種從學科知識的角度出發，整體性的、互相聯系的立體結構；思維導圖則是在知識結構的邏輯框架下，通過思維的不斷加深，在大腦中漸漸形成一個有序的脈絡圖，讓各種觀點自然地在圖上表達出來，關鍵詞的使用加強了記憶。

這相當于從宏觀上先在學生頭腦中搭建起知識的骨架，然后在骨架中逐步填充知識，借助思維導圖啟發學生對概念、推理、證明等環節的深入理解，揭示概念形成、問題求解、證明思路的動態發展與邏輯推演，逐步細化，具體、階梯式呈現知識的系統構造，強化重點、分解難點；最后再把填充的知識概括起來，放回到骨架中。這一過程符合學生的認知發展規律，零散的知識會形成一個有血有肉的立體框架，學生因胸有成竹，知識不會輕易被遺忘。

KM教學法從宏觀層次和微觀層次共同組織教學過程，能使學生獲得更大的受益，其運行模式如圖1所示，即：先忽略教學內容中次要的、細節性知識，抽取課程中每一章、每一節的概念、定理、法則；先認真梳理位于同一主題層面的重要知識點，找出它們之間彼此的聯系，然后按照不同的聯系連線，組成新的邏輯結構，從前至后，將這些概念、原理法則等連成一條“知識鏈”；再將不同主題的“知識鏈”按照從屬關系（包含）、并列關系等層次，由淺入深、由具體到抽象、由一般到特殊地形成多層次網狀結構（在這一過程中要深入分析各個知識點、主題之間橫向、縱向的聯系，從而在水平和垂直方向上形成學習內容對應的“知識網絡”）；最后對知識網絡的整體框架不斷補充知識細節，知識的呈現不再按照教材章節出現的先后順序組織排序，變成一個立體的、彼此聯系的、有血有肉的系統框架，學生的認知水平隨著知識的邏輯結構與思維導圖的穿針引線而螺旋上升。

4 KM教學法在程序設計基礎——C語言教學中的具體應用

“程序設計基礎——C語言”是網絡工程專業大一伊始開設的一門重要的專業基礎課程。C語言語法結構很簡潔精妙，寫出的程序也很高效；模塊化設計，結構化編碼；最重要的系統軟件Window、Linux、Unix均是由C語言編寫，現在流行的人工智能和嵌入式技術也都要用到C語言；同時為數據結構、C++、JAVA等計算機語言的學習奠定基礎。因此，在本專業人才培養方案中，該課程的地位和作用舉足輕重。

首先在課程目標的設計上，采用三維目標進行分析。

1）知識與技能目標：通過本課程的學習，理解C語言的基本語法，能閱讀、理解、調試、編寫簡單的程序。

2）過程和方法目標：通過任務引領，培養學生嚴謹的程序設計思想、靈活的計算思維方式及較強的動手能力，并以此為基礎，逐漸具備承擔大中型軟件設計和開發的能力。

3）情感態度與價值觀目標：培養學生的學習興趣，對編程產生好感；培養學生善于溝通、團隊協作的職業素養和創新精神。

本門課程是一門理論性和實踐性非常強的課程，課程內容的學習既涉及基本概念、原理、算法的理解，又涉及上機調試程序、解決實際問題，內容多而散，思維靈活、邏輯性強。大一新生已有的計算機知識儲備不足，獨立解決實際問題的能力非常有限。C語言是學生入學之后接觸的第一門編程語言，計算機編程的思維很難在短時間內建立起來，需要一種直觀、系統的教學方法加以引導和啟發。

選用清華大學出版的《C程序設計》（第三版）。著名計算科學家沃恩提出：程序=數據結構+算法。其中數據結構即存儲數據的結構，包括基本數據類型、構造數據類型及指針。采用Xmind工具勾勒出圖2所示數據類型的思維導圖。

算法部分包括輸入數據、計算數據、輸出數據。其中計算數據是核心部分，包括利用運算符（算術、賦值、關系、邏輯、條件、逗號等）與表達式語句計算，利用結構控制（順序、選擇、循環）計算，利用函數調用、位運算計算等方法。第1、2章為C語言概述部分，包括C語言的發展歷史、特點、運行步驟，算法概述及表示方法；第3章（數據類型、運算

符、表達式）、第4～6章（順序、選擇、循環）屬于初級程序結構設計，是課程的重點；數組可以完成對批量數據的處理，函數則實現程序的模塊化設計、預處理命令在編譯之前進行的處理，包括宏定義、文件包含、條件編譯部分，這三章共同組成較高級的程序結構設計，既是課程的重點，也是難點；從第10章開始進入指針的學習，指針是C語言所特有的，它可以直接訪問硬件，控制計算機的底層，和結構體與共用體、位運算、文件三章共同屬于高級程序結構設計，而指針部分尤其為本課程的難點，對教師的教與學生的學都是一個挑戰。

由表及里、由淺入深得到C語言程序設計的知識邏輯結構圖，如圖3所示。

5 實施情況

“程序設計基礎——C語言”課程蘊含了大量的知識點、基本概念、數據類型、算法，對于大一新生而言，本門課的學習并不輕松，開課前，教師首先明確告知本門課程的學習重要性及課程學習目標。對比網絡工程的兩個教學班，分別為38人、39人，入學成績相當，在學習起點基本一致的前提下，對一班實施KM教學法。在上課之前，教師先對知識的邏輯結構框架進行整體介紹，使學生對知識內容的全貌有一個大致了解；然后在框架中填充知識，使得零碎、抽象的知識以直觀、生動、系統、符合思維邏輯的方式展現出來，骨架與豐富內容的交替充分提高了學生的學習興趣，收到較好的學習效果。通過課堂觀察發現，師生互動頻次增多，學生回應的準確率有所提高，同時在上機調試過程中能夠明顯感到學生對基本知識點的掌握是較為扎實的，較少出現語法錯誤。

6 結論

事實證明，KM教學法可以使學生更好地掌握新知識，復習舊知識，梳理內容，促進記憶，幫助學生牢固樹立課程的知識結構，發散思維，提高抽象思維能力。隨著相關理論研究的逐步深入，KM教學法在改善學習績效方面將發揮更加重要的作用。

參考文獻

[1]陳道隆，龐貝.投身KM教學 領軍教育改革：北京科技大學楊炳儒教授主持的“KM教學法”通過鑒定[J].科技創新與品牌，2010（8）：44-45.

[2]Eppler M J， Burkhard R A. Knowledge Visualization：Towards a New Discipline and its Fields of Applica-tion[J].City，2004.

[3]劉長城，張向東.皮亞杰兒童認知發展理論及對當代教育的啟示[J].當代教育科學，2003（1）：45-46.

[4]鞠小林，陳繼紅.基于KM教學法的軟件工程教學研究[J].計算機教育，2010（20）：107-110.

[5]劉超.用“線索”串起那一顆顆“珍珠”：知識線索在學科知識點教與學中的典型應用[J].中小學信息技術教育，2012（z1）：22-24.