基于思维导图的数字信息类课程教学方法改进

吴霆 邹娟 杨灵 陆佳佳

摘  要：大学数字信息类课程具有知识点繁杂、章节前后联系松散、公式繁多、难以理解等特点。高校教师针对上述课程讲解时也易陷入学生被动接受、枯燥乏味、互动不足等困境，严重影响学习的效果和积极性。针对该类课程教学方法死板、教学模式落后等缺点，文章将思维导图应用到课程的教学方法中，通过重构知识点框架、以实例促进学习效果、改进实践教学模式等将枯燥、繁杂的知识点变换为相互关联、层次分明的思维导图。该方法能够有效激发学生大脑潜能，加深学生对知識点的理解和掌握，提高学生学习的积极性。

关键词：思维导图;教学方法;课程改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：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

信息技术是支撑当今经济活动和生活的基石[1]。培养知识扎实、素质过硬的信息技术人才不仅关系着我国经济的发展，同时也是我国缩小与发达国家科技差距，解除国外对我国高科技封锁，实现中华民族复兴的前提。当前我国高校大量开设电子、计算机等相关专业课程，上述课程教学质量的优劣显著影响了我国所培养的信息技术人才的素质和质量。

在信息技术相关课程中，数字信息类课程如信号与系统、数字信号处理、数字图像处理等是高校工科电子、计算机、自动化相关专业的重要课程，是学生踏入该专业的基础，是学习好本专业并进行后续专业课程学习的前提。然而上述课程的特点是知识点杂乱、内容结构不紧密、公式繁多、概念难以理解。在授课的过程中，如果教师不能把握好教学方法，激发学生学习兴趣和潜力，学生在学习上述课程时很容易陷入死记硬背、理解不深刻等死胡同，不仅影响着学生学习的积极性，同时对其就业、我国人才培养均造成不利影响。

在提高教学方法的探索中，本文发现思维导图可很好的应用到数字信息类的课程教学中，并显著提高学生学习的效果和积极性。思维导图是英国记忆之父Tony Buzan提出的基于可视化的新型表达思维的工具[2]。由于其在记忆和学习中的有效性，现已成为新加坡学校的必需科目，同时也是哈弗、剑桥、牛津等顶尖大学学习者的学习工具[3]。思维导图的优势是将没有色彩的文字信息转变为层次分明、骨肉分层的图像信息，以便学习者更轻松、简单地对知识管理和记忆[4]。思维导图充分发挥左右脑协作功能，将逻辑思维、抽象分析与形象空间、颜色图像相结合，达到激发大脑潜能，对所学知识进行深刻的梳理和理解。

在数字信息类课程的学习中，所要求的已经不是记忆的速度，而是学生对所学知识点理解的深度和融会贯通的能力[5]。因此笔者考虑将思维导图应用到数学信息类课程的教学当中，将枯燥、杂乱的知识点串联成相关联、可视化的结构图，提高学生对学习本专业的兴趣，并加深学生对知识点的掌握。

一、当前数学信号类教学过程中存在的问题

（一）教学方法死板

由于该专业知识点繁多并有一定的理解门槛，课程的重要章节和必须掌握的知识点往往是抽象的概念和大量的公式推导。以数字信号处理中的设计滤波器为例，涉及到滤波器类型的选择、FIR滤波器和IIR滤波器的区别，系统函数和抽样响应的计算、高通，低通和带通滤波器的区分，级联，并联等不同滤波器结构的差异等。上述内容较为抽象，公式复杂，对教师的授课能力是极大的考验。

较多教师在讲述上述知识点过程中，难以施展教学技巧，只能采用普通授课法，通过解释、推论来阐明概念和公式。该方法仍然属于填鸭式教学方法，教师以讲授知识点为主，学生被动接受[6]，教师按课程目录按部就班讲课，学生缺乏主动探索，因此在知识点理解、思维扩展方面受到较大影响。

（二）教学模式落后

虽然目前有多种教学模式，如授课模式、问答模式、自学模式、合作模式、研究模式等。

然而在数字信息课程的教学中，由于要讲解内容的难度较大，深度较高，较难施展讨论、问答、研究等其他教学模式。

针对该课程，当前的教学模式还是以完成知识点的讲解为目的，教师以教学大纲为中心，按照课程教案讲解。这种授课模型的缺点是学生难以带着问题学习，不利于培养学生的创新能力和质疑能力。由于本专业与实际应用较紧密，并且该专业发展较快，学生在学习的过程中如果缺乏以项目、课题为指引，在解决问题的过程中进行知识点学习的教学模式[7]，难以深刻理解所学知识，容易造成与社会发展脱节的弊端。

（三）实践教学课程设置不合理

实践教学是数字信号相关课程的重要环节，通过该环节将学生学习到的理论知识应用到实践，通过实验等过程进行训练，以便对所学的知识点加深理解。

当前很多高校的专业课程存在压缩学时，实践教学和理论教学学时设置不合理等问题，同时实践教学课程存在课程设置死板，学生参与度不够，教学效果差等现状。因此在有限的实践教学学时下，如何最大化锻炼学生的动手能力，独立思考能力和知识学习能力是教学的难点。

二、基于思维导图的教学方法改进

（一）应用思维导图重构知识点框架

思维导图可将碎片化的知识点串联起来，以图框、弧线、颜色进行表达，更利于学生理解和掌握。以信号与系统和数字信号处理中最重要的傅里叶变换为例，在课程中不同章節的知识点联系不大，公式繁多，概念枯燥，学生很难对不同特性的傅里叶变换深刻理解。

本文将傅里叶变换中的四种表达形式通过思维导图连接起来，如图1所示。在图1中，通过抓住概念的本质，总结出不同形式的傅里叶变换本质上是时域信号的不同特点所引起的。根据时域信号是否是连续信号，是否是周期信号可分为四种情况，分别对应四种形式的傅里叶变换。进一步研究时域和频域的对应关系，可总结出时域是周期信号时，傅里叶变换后频域为离散信号;时域是离散信号时，频域为周期信号，这就从本质上抓住了不同形式傅里叶变换的时域特性和频域特性，便于学生简单、深刻的对相关概念进行理解。

通过思维导图将知识点重构的最大优点是教材中不同章节看似无关的零散知识点可串联成一个整体，学生通过思维导图可快速理清知识的骨架和血肉，分清主次，抓住重点，快速理解和掌握。

（二）应用思维导图以实例促进学习

以完成项目为形式，以学习知识点为目的是理解和掌握知识点的重要方式。通过解决一个个实例中的问题可快速加深学生对所学知识的理解，做到融会贯通。信息学科是与社会发展紧密关联的专业，数字信息类的课程也应与生活中的大量实例结合起来才能做到理论联系实际，学为所用，增加学生学习兴趣，提高学习效果。

在数字信号类课程的教学中，探索在讲解项目、实例的过程中将相关知识点穿插进来，可以促进学生对知识点更好的理解和掌握。本文以数字图像处理课程为例，该课程主要讲述图像处理过程中的相关知识点，包括图像采集、彩色图像特性、阈值分割、图像去噪、形态学、边缘检测、特征提取等相关知识点。如果仅仅按章节进行讲解，便显得枯燥，不易理解。

因此本文将知识点的学习融入到人脸识别的实例中，如图2所示。在采集人脸图像时将图像采集的知识点进行穿插讲解;在人脸图像预处理过程中将彩色图像特性、滤波、阈值分割算法融入进去;在人脸定位的过程中，将去噪算法，形态学方法融入进去;在人脸提取的过程中结合边缘检测、特征提取等知识点进行讲解，使学生将所学知识点串成一个整体，便于理解和记忆。

（三）应用思维导图提高实践教学效果

传统的实践教学过程为教师布置实验内容，学生按部就班做实验完成，学习效果较差。在新的实践教学模式中，本文采用翻转课堂加思维导图的形式可显著提高学生的参与程度和积极性。

首先通过教师讲解让学生对实践内容有所了解，然后通过让学生上台画思维导图并给大家讲解的形式来提高学生的理解深度，最后通过分小组讨论的形式使学生都参与进来并提出自己的见解和改进方法，最终完成实践教学过程，如图3所示。该方法在锻炼学生动手能力的同时，也提高了学生的思考能力和参与度。

三、结束语

本文将思维导图应用到数学信号类课程教学当中，从教学组织、教学模式和实践教学设置三个方面论述了思维导图的实施过程和作用。可以看出思维导图是一种高效的思维工具，能够将该专业枯燥、繁琐的知识点转变为相互关联、显性的结构图，可有效提升教学效果，加深学生的理解能力，提高学生对该专业的学习兴趣。

参考文献：

[1]刘桂文.现代电子信息技术对竞技体育的影响[J].当代体育科技，2014，4（26）：173-174.

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

[3]卓嘎.思维导图在数字信号处理教学中的作用[J].现代计算机：普及版，2015（9）：76-80.

[4]王伟红.新课程背景下思维导图在高中物理教学中应用的实践研究[D].上海：上海师范大学，2010.

[5]汪子君，任玉琢，梁伟.学科思维导图在模拟电路基础中的应用[J].实验科学与技术，2018，16（1）：51-53.

[6]车琳琳，张光玉，曹卫芳，等.电子类课程研究型教学模式探究[J].实验室科学，2016，19（6）：96-98.

[7]李树涛，章兢，黎福海，等.电子信息类专业课研究型教学模式的改革与创新[J].高等教育研究学报，2011，34（4）：77-79.