基于知识网络化思想的大学生创新能力培养

阎高伟 李国勇 续欣莹

摘要：针对知识碎片化现象严重影响大学生的学习效果及创新能力的问题，通过构建学科专业知识网络，利用知识网络化的思想进行教学实践，并采用适当的方法帮助学生建立自身的知识网络，能有效改善大学生的学习和思维方法，提高综合运用知识的能力以及创新能力。

关键词：知识网络化；知识碎片化；思维导图；创新能力

引言

随着科学技术的迅猛发展，世界已进入知识经济的时代，创新在民族发展和国家兴盛中占据了越来越重要的地位。近年来，国家高度重视全社会的创新能力培养和提升。创新发展的思想已经深入人心，高等教育也在积极进行教学改革，顺应这一形势的发展，许多高校对大学生创新能力的培养进行了积极的研究和探索，积累了许多宝贵的经验，取得可喜的进展。但是现阶段大学生的创新能力还存在较大的问题，许多文献对大学生创新能力的现状进行了总结，例如缺乏创新性思维方式、缺乏创新实践能力、缺乏持久创新的毅力等。并且对成因进行了分析，例如思维标准化和知识无活力化，并指出了教育改革的方向和具体的措施。

1知识网络化思想

创新精神和实践能力的形成和发展要以丰富的理论知识和扎实的基本技能为基础。创新活动是学生充分调动自己各学科的知识储备，运用联想、发散、逆向等多种思维方式，凭借强烈的创新意识开展的一切实践活动。因此，对知识的综合运用是创新能力的重要体现之一。而对知识的综合运用需要学生能够建立知识网络。知识网络化的思想并不是一个新的名词和提法，俗话常说的“学习要由点到线再到面”体现的就是知识网络化的思想，也即按照知识的内在联系把所学的知识点有机地关联在一起，让知识点自由联通，从一个知识点可以过渡到任何一个知识点，从而形成解决问题的能力。

现阶段学生学习的结果非但没有形成有效的知识网络，反而是严重的知识碎片化。大部分学生在学习过程中注重的是单科课程的学习，而忽视了对专业和学科知识体系的整体认识，没有理清各门课程、知识单元、知识点之间的关系，没能搭建起学科理论和实验知识的整体网络框架，对课程的学习具有很大的盲目性。头脑中的知识不是一个结构化的知识网络整体，而是支离破碎的，难以实现知识由点到线再到面的过程。知识碎片化所带来的后果之一是难以进行复杂的思考，难以将知识综合利用来解决问题。

随着移动互联网的发展，知识的获取越来越容易，碰到某一个问题，直接通过搜索引擎去查找答案，已经成为现阶段学生学习的一种常用手段，导致知识碎片化的现象呈现进一步加强的趋势。碎片化的知识容易获取，但只能了解和掌握表层知识，难以认识表层知识下的深层知识联系。表层知识决定了知识的广度，但深层的联系则决定了知识深度，由深层联系将知识点连接成的网络就形成了知识结构。知识碎片化的另一后果是导致学生学习效率低下，因为网络化的知识能够通过知识点的关联来加强理解和记忆，而碎片化知识容易被遗忘。

学生知识网络化程度低的原因在于多年来应试教育形成的学习习惯，机械记忆，按套路解题。进入大学以后，传统的教学模式重分析、轻综合，学生缺乏综合联想能力，机械地、片面地看待不同学科的知识结构，不善于相互联系，融会贯通，导致了学习的“只见树木，不见森林”。这种僵硬的学习方式使得学生不擅长思考和质疑，扼杀了学生创新能力。同时教师上课时只讲本课程的内容，没有对相关知识点积极进行有效的引导和拓展。经常听到学生在讲“学到了物理、电路才知道微分方程的应用”，“学习自动控制原理才知道复变函数的重要”等等，反映出学生对知识体系没有一个宏观的认识，也反映出我们在教学过程中缺乏有效的知识联系导引。

如何在有限的时间内提高学生的学习效率，解决知识碎片化问题，建立起知识网络，为学生的创新实践能力提升奠定良好的基础，是一个值得探索的问题。笔者结合“种子计划”，进行了这一方面的尝试。所谓种子计划是学院为了提高人才培养质量，选择部分学生为其配备学业导师，每位导师可带多名学生，对其进行学业指导及项目指导。

2知识网络化教学的实践

一个人的创新能力具有可培养性。笔者不否认创新项目和创新科技活动在培养学生创新能力方面的重要性，但创新能力的培养是以知识学习为基础的。从某种角度说，创新就是知识有机的重新组装配合，关键在于获取知识结构。笔者的设想是通过改进教学方法来加强学生知识网络的形成，提高学生对知识的综合运用能力。为了更清楚地了解整个专业课程的知识体系，首先对自动化专业知识点进行分析，建立自动化专业课程内的知识点网络。

2.1建立自动化本科专业的知识网络

知识网络建模选择表1中自动化本科专业常见的37门课程，借鉴有关教学大纲及相关资料对各门课程内容进行合理的划分，形成了287个知识单元。更进一步对每个知识单元进行细分，形成了1422个知识点，然后对1422个知识点以先学关系进行知识关联，形成知识点网络。现阶段共提炼出4988条知识关联，从而建立了以知识点为基础的知识点网络A1。采用复杂网络的概念和方法对知识点网络A1进行分析，可以获得其统计特性及有关参数。例如，用入度表示当前知识点需要学习的先学知识点的数目，入度值大则表示该知识点受到多个先学知识点的影响，是对先学知识点的综合；用出度表示当前知识点是多少知识点的先学知识点，出度值大意味着该知识点会影响许多后续知识点的学习。

通过对知识点网络A1进行提升可得到关于知识单元的知识网络A2，进一步对知识单元网络A2进行提升可得到关于课程的知识网络A3。上述三个网络能从不同层次给教师和学生展现知识联系，梳理知识脉络。专业教学体系的知识网络可以让教师清楚每门课程之间、知识单元之间及知识点之间的联系，从而加强在教学过程中有意识的引导，也可提供给学生，帮助学生建立知识网络。

从表2可以看出，知识网络统计的结果与我们在日常教学中的认识相符，进一步启发我们在教学过程中应有意识地加强相关课程之间的联系，通过知识的联系帮助学生形成良好的专业知识认知结构，消除知识碎片化现象。

2.2学生进行自主知识网络的建立

所建立的自动化专业本科的知识网络能够给学生一定的参考，但是学生自己不进行思考也难以取得良好的效果。大学生在学习的过程中普遍存在的—个问题是上课前没有预习，造成听课时抓不住重点，课后不进行认真的复习和总结，只是把老师布置的作业做完即可，难以真正理解所学课程内容。针对这一问题，笔者在“种子计划”的学生中开展了学生自主进行知识网络建立的实验。

学生建立知识网络的过程如下：首先是在开课前进行课程预习，并采用思维导图工具XMIND或MindManager进行课程知识点及知识点关联的整理。在上课的过程中，学生对所建立的知识网络进行补充和完善，尤其是注重知识点之间的联系，包括理论知识点之间的联系，理论知识点和方法知识点之间的联系，方法知识点和技能知识点之间的联系。最后，学生可以将每学期的几门课程，或不同学期前后相关的几门课程的知识点及其联系整理在一个思维导

对课程知识网络A3进行统计分析，其人度大的课程分别为：运动控制系统、计算机控制系统、嵌入式系统设计、计算机仿真和过程控制。出度大的课程分别为：电路原理、模拟电子技术、高等数学、线性代数和自动控制原理。可以看到出度大的课程均为学科基础课或专业基础课，人度大的课程均为专业综合性的课程。进一步对知识网络进行分析，汇总出课程之间知识点关联度较大的一些课程，如表2所示。图上，从更宽广的视角审视各门课程之间的知识联系。学生自己制作课程知识思维导图的过程中，会不断的规整自己的思维逻辑和知识体系，本身就是一个知识体系化和结构化的过程。正如黄石金所指出的“将碎片化知识转化成个人能力的过程中，找到串联各专业知识的红线，是消化知识的关键”。

以计算机控制系统课程为例，预习阶段学生一般能粗略地将基本知识点之间的联系画出，但难以发现深层次和知识点之间的隐性联系。在课程学习中，通过教师的启发与指导，遵循认知规律进行知识网络的构造，逐步完善课程内容知识点之间的联系，包括硬件知识点之间、理论知识点之间、理论与算法之间以及硬件与软件之间的联系，形成课程知识体系的认知结构。上述过程实际上是对课程内容的理解和深化的过程。课程结束时，学生完善后的计算机控制系统的课程知识网络如图1所示（限于篇幅，未将全部层级的知识点及其联系展开）。

2.3利用思维导图进行项目设计和计划，实现思维能力的跃升

作为学生的导师，不但在平时对学生进行学业指导，还带学生进行大学生科技实践活动，在与学生相处的过程中发现学生存在如下问题：首先是缺乏创造性思维，其次学生难以全面分析问题并进行综合，再者碰到问题后难以找出解决问题的方案。此外，在项目执行过程中往往抓不住主要问题，分不清主次，搞不清过程的先后次序。针对学生存在的上述问题，笔者也将思维导图工具引入学生的科技实践活动中，让学生绘制解决项目技术问题的思维导图和项目组织实施的思维导图。

图2是学生在课外科技活动中针对智能药箱开发所绘制的思维导图，可以看出学生对项目进行认真的分析和规划。项目技术问题的思维导图将整个项目要解决的技术问题作为一个关键主题，从关键主题出发建立与每一个子问题的联系，通过逐层提出子问题，学生可以理清整个项目的技术思路，明晰每一个过程应该完成什么。在碰到具体问题后结合课程的知识点网络进行问题的追踪，寻找理论和方法的支撑，找到解决问题的方案。项目组织实施的思维导图，帮助学生理清项目实施过程的主次关系、人员分工和协调配合等因素。上述方法取得了较好的效果，学生自主实施项目的能力得到很大提高。思维导图的方式有助于学生形成创造性思维。因为创造性思维是发散思维与聚合思维的有机结合，只有二者协调发展，才能构成高水平的创造性思维。而思维导图的优势在于焦点集中，主干发散，按照从中心到分支绘制的思维导图可以引导学生的发散思维。一方面能突出重点以培养学生从全局人手，把握重点，提高综合分析问题的能力。另一方面又可以问题为导向追踪细节以深入分析，让学生分析因素之间的关系，培养学生的逻辑思维能力。

2.4教学效果

在知识网络化思想的指导下，经过近三年的摸索和实践，从一开始采用语言进行知识点之间联系的描述，得到的是知识点顺序的罗列，难以形成网状的知识联系。后期随着认识的深入和引入便捷的思维导图工具，学生能够自主建立知识网络，初步达到了预先的设想。学生对知识点背后的知识规律得到了较深刻的认识，而且发散思维能力得到明显的加强。使学生从原有的以单个知识点、单门课程为对象的学习模式改变为以知识整体结构为对象的网络化立体化学习模式。所带的学生在学业成绩上取得良好的效果，各门课程成绩均名列前茅，多名学生保送研究生。学生在科技实践活动中也取得良好的成绩，获得多项国家和省部级竞赛奖项。实际效果表明知识网络化思想落实在教学过程中对改善学生的学习方法、提高学生的学习效率：培养创新能力有较好的作用。

3结语

知识是大学生创新活动的基础，知识的碎片化是制约大学生学习和创新能力提高的重要因素，如何提高大学生知识网络化程度，将知识结构和思维训练的结构提升到立体网络的层次，加强知识的综合运用能力是大学生创新能力培养的关键，需要发挥课内教育的主渠道作用。要想达到上述目的，首先教师要对专业知识体系及其相应的联系结构有充分的认识，在相关教学环节中引导学生掌握众多知识点背后的知识规律。其次也需要有相应的方法和手段帮助学生建立自己的知识网络，将知识融会贯通，通过一个知识点能快速提取出相关的一连串知识点，提高学生分析问题和综合应用知识的能力，并且能更好地促进大学生学习方法的改善，提高综合运用知识的能力以及创新能力。