基于知识导图的课程在线学习模式设计与实践——以高等数学为例

邹淑芳

（云南开放大学,云南 昆明 650500）

在移动网络、智能手机和平板电脑迅速发展与普及的互联网时代，在线学习以一种新型的教学组织行为，改变了教学方式，加深了人们对学习过程的认识，使跨越时空进行智能化学习成为可能。

大规模在线开放课程（MOOCs）的发展，成为推动新一轮教育教学改革的强大动力，在线学习也成为满足学习者多样化与个性化学习的有效途径。然而，在线教育快速发展并未为在线教育质量的提高带来实质性的改变，媒体类型丰富的课程在线学习也没有取得预期的成效。究其原因，学习者自主学习能力的缺失及课程在线学习的设计是影响在线课程学习成效的关键因素。

一、影响课程在线学习成效的关键因素分析

影响课程在线学习成效的因素是多方面的，包括工学矛盾等一些难以改变的事实，经过调查研究发现，主要关键的因素在于学习者自主学习能力的缺失及课程在线学习模式的设计。

（一）学习者自我学习能力的缺失

课程在线学习的成效关键在于学习者的自我学习能力，而学习者自我学习能力的高低取决于学习者的学习目标、学习动机、学习态度、自我控制能力、心理因素、社会背景、掌握信息技术的能力等。为此，笔者对开放大学的学员进行了抽样调查。调查包括年龄结构、生源地域、职业背景、文化基础、学习动机、学习态度、应用信息技术的能力、对网络课程的认同感及在线学习情况等。结果显示，县乡级的学员居多，生源复杂，其生活环境、经济条件、个人阅历、思想观念、兴趣爱好、学业等差异明显，造成了学生学习动机的复杂性；部分学员观念陈旧，屈从于“教师主导，学生服从”的态势，缺乏自主学习和团队学习的能力[1]，心情浮躁，对学习浅尝辄止，稍遇困难和挫折便垂头丧气；“庸、懒、散”与孤独感并存。分散的个体自主学习给学生提供的相对宽松、自由和开放的学习环境，使得部分学生在学习中不思进取，消极懈怠，纪律松弛，抱着考试能过就行、得过且过的学习心态[2]； 即使是在电脑和因特网的世界里长大的年轻一代，很多学习者仍然缺乏必要的数字素养技能，不能很好地判断某一种资源是否跟他们的学习相关或者主动建设有效的个人学习环境。

种种迹象表明，学习者自我学习能力的缺失，直接影响课程在线学习的学习成效。

（二）课程在线学习的障碍

每一种技术事件的发生都促使教育实践发生变革，包括教师如何设计和提供学习，学习者如何学习等方面。虽然网络技术为学习者提供了多种学习和交流渠道，但是，信息技术在教育教学中并未得到真正意义上的应用，传统课堂被简单地移动到网络上。即便是网络学习资源，也仅向学习者展示网络学习课件、网络公开课、网络测试等，既没有传承课堂教学的讲授、互动、测评的优势，也没有发挥计算机网络的程序化、可视化、智能化的在线优势，因此学习者在线学习效果并没有超越课堂学习效果[3]。

如图1：精品课程“经济数学基础”，界面设计精彩，内容丰富，形式多样、操作灵活。但是，整个学习过程学习者最直接受用的“课堂教学”呈现的四个内容“内容讲解”、“例题”、“跟我练习”及“最后作业”似乎是传统课堂的翻版。

即便是形式多样、内容丰富的在线课程，也存在着对适应个性化学习特征的教学设计研究不足，低水平在线重复开发等问题。如图2，“高等数学基础”网络课程几乎是传统教学结构的“电子式”表现，未能从根本上改变“以学习者为中心”的教学结构，无法满足个性化学习、探究式学习的需要。

而且还有一种想法，认为只要有了开放教育资源，学习者就会乐于使用。事实并非如此，开放教育资源项目的评估表明，开放教育资源的使用碰到了技术层面、教学法层面等课程在线的障碍（McAndrew，et al，2009）。

要突破课程在线学习的障碍，提升学习者自我学习能力和对在线学习的认可度，不能简单、机械地将传统课堂教育原封不动地搬到网络上，需要探索新的在线学习模式，要培养学习者适应使用在线设计的思维方式，提高在线学习的兴趣和质量[4]。要让学习者能以在线学习资源为学习素材，用计算机的程序化功能来解构学习素材，用可视化功能构建和展示知识结构，用智能化功能评价学习过程，让学习者在学习素材解构的过程和知识结构的构建过程中实现有效学习[3]。

二、基于知识导图的课程在线学习模式重塑

突破课程在线学习的障碍，需要重构在线学习模式。根据思维导图的理论，笔者提出基于知识导图的课程在线学习模式，旨在通过解构知识内容和构建知识结构，使学习知识变得简单和有效。

（一）知识导图的概念

1.知识树

知识是有结构的信息集成系统。根据系统科学的理论（德内拉.梅多斯，2012），系统中有多个相互关系的子系统，子系统再生成下一级子系统，形成一个树形结构。知识是一个信息系统，它具有树形结构特征。事实上，一个知识系统中有多个知识点，每个知识点又有多个子知识点，直到最小知识点为止，我们把知识的这种树形结构称为知识树。如图3：实数具有树状结构的显著特征。

图1 精品课程经济数学界面

图2 高等数学基础网络课程界面

在知识树中，一个知识点之下可能多个子知识点，每一个子知识点对应着一定数量的信息，这些信息就是碎片化的学习素材，称之为微知识。如无限循环小数是对应无理数的微知识。

2.知识导图

Tony Buzan,Barry Buzan（2009）发明的思维导图具有树形结构，而知识具有树形结构特征。故，借鉴思维导图理念，提出以知识树、知识点、微知识为基础，建立知识导图的概念。

知识导图就是引导学习者学习的，由知识树、知识点和对应的微知识构成的一个结构图，它包含若干层次的多个知识节点。此结构图可以展示知识点之间的隶属关系，展示知识点对应的微知识，可以实现知识的积累、组织和查询[3]。如图4：实数知识导图中左边框的小数知识点，右边框中的内容为对应小数知识点的微知识（PPT动画）。

对比网络课程，知识点是网络课程中信息传递的基本单元，知识点的表示与关联是网络课程的关键因素[5]，微知识对应着网络课程资源中的“微课程”（Micro-lecture）。微课程是知识碎片化的结果，突出了知识学习的重点、要点及重要内容，成为微时代在线学习或移动学习的重要学习资源[6]。

但是，知识的碎片化和信息的超载是网络时代所面临的两大挑战[7]，越来越多的碎片化知识点和微课程成为了网络学习中的障碍。知识导图可以把数量庞大的知识点、碎片化的微知识整合成一个系统，提高在线学习的系统性和完整性[3]。

基于知识导图的教学设计，目的是让学习者更方便有效地学习。通过构建知识导图，为学习者在线学习提供方便，并提高学习者的学习兴趣。

首先，利用计算机软件的程序化和可视化功能，通过软件编程，构建出一个知识导图的客户端平台，如图5。

图3 实数的树状结构

图4 实数知识导图

平台的功能直接影响学习者在线学习的成效,因此在课程建设过程中，按照知识树结构，设置包含知识树、知识点、微知识选择项等三个功能模块。在知识树的模块中，设置了对树形节点和知识点的编辑和选择项功能。对微知识模块，设置了对文字图像的编辑功能，可对文字、图像、音视频进行编辑，增强了微知识内容的丰富性和多样性[3]。

其次，将原始学习材料通过导图中的新建功能，解构为知识树、知识点和微知识，其中知识点是知识树上的各个节点，微知识对应着每个知识点，将知识树、知识点和微知识以结构化的方式表达在一个知识导图中，如图6。

基于知识导图的教学设计，展示了一个知识树形结构图，图中包含数量庞大的知识点、碎片化的微知识，它们形成了父与子的隶属关系，被组织在一个树型结构中，统一管理；知识导图可在知识树形结构图的任何节点添加新的信息；学习者方便地通过隶属关系或知识点索引查询所需的微知识信息[3]。

再次，根据导图的导出课件功能，将建成的知识树导出，在课件栏目中形成可供学习者学习的知识导图学习课件，学习者可根据需要，选择知识点进行学习。

（二）基于知识导图的高等数学在线学习模式实践

构建知识导图的目的就是要简化学习手段，让学习者方便、有效、感兴趣地学习。

“高等数学”是一门理工类的公共基础课，但是，学习者在线学习的效果不尽人意。为克服学习者对该课程的畏惧，提高在线教育质量，以知识导图理念为支撑，构建“高等数学”在线学习模式。

1.构建知识导图基础模型

图5 知识导图客户端平台

图6 解构知识导图

教师按照碎片化的理念，解构高等数学课程内容（此内容以PPT形式呈现，内容丰富，形式独特，配有动画），建立相应的知识导图，每个微知识对应相应的知识点。

同时，建立评价系统，提供思考题选项及在线测试选项。思考题有多个选项，选项里呈现解题过程，其中只有一个选项是正确的知识点。通过选项，学习者学习了如何提炼知识点。如，学习自然数概念，先在左边框中选中自然数，右边框中自动跳出自然数PPT，点击该PPT，出现了微知识。通过学习微知识，回答左边框中的思考1问题，提炼出自然数知识点。每个知识点均配有在线测试选项，学习者可通过在线测试，检测阶段的学习成效。至此，完成了知识导图基础模型构建。

2.基于知识导图模型的学习者在线学习

在线学习包括三个环节：学习资源、在线学习过程和学习评价。学习资源是知识导图模型，学习过程是学习者学习微知识、选择知识点，学习结果是构建知识树，测试学习效果。

教师制作知识导图，在线平台提供知识导图，为学习者提供了学习资源；学习者在在线平台上学习微知识，选择知识点，构建知识树，在线平台对学习过程给予自动定量评价。

图7 函数知识导图学习模式

图8 建构实数知识导图

教师制作的知识导图有多个知识点让学习者选择学习。学习者可先任意选择知识点，学习对应的微知识，再进行正确的知识点选项。如在图7中，选择左边框图中的自然数知识点，右下自动弹出自然数定义的PPT及右上的思考题。学习右下框图中的微知识，提炼出自然数的概念，根据右上框中的多个选择项，选择正确的答案，回答思考题，这样，就建立了知识树的节点，完成了对自然数的学习。

图7中右边上框，呈现知识点的答案选项，下框对应知识点。学习者通过学习微知识，在知识点选项中进行选择，直到选择正确的知识点为止。选项正确，“思考”就变成了相应的知识点，当前的这个小知识树就构建完成，这就是基于知识导图的高等数学课程在线学习模式。这种学习模式，给学习者一个自由的学习环境，帮助学习者通过学习微知识，提炼知识点，构建知识树，有利于学习者进行更多的思考判断和理解吸收。当所有“思考”选项都变成知识点后，整个知识树就建构完成了。同时，学习者也完成了对全课程的学习。

学习模式测试：完成课程学习后，对知识树进行完整测试。学习者可选择一个章节中的所有标有“测评”的知识点进行学习，正确率大于一定比例，表示学习者通过了本章节的测试，此测评由在线平台自动完成。

另外，对于具备一定自学习能力的学习者，学习模式可与上述模式相反，即：通过学习者自己解构学习素材，提炼知识点，构建知识导图，完成课程在线学习。这种学习模式，让学习者理解学习材料中的知识点、知识结构和相关的微知识，完成课程在线学习，如图8。

左边框的实数知识点，对应右边框的实数整体学习素材。学习者学习全部素材，并将其进行解构，提炼出有理数、无理数和实数可用数值表示等知识点，最终得出有理数和无理数构成实数的结论。

这种学习模式的效果评价有两种方式。一是与教师制作的知识导图进行类比；二是由指导教师评定和指导。

只要学习者学会了知识导图的构建过程，学习者就可以根据自己的知识需求和兴趣爱好开展自主学习，实现课程学习的终极目标。

三、结语

通过分析影响课程在线学习成效的关键因素，并依据系统科学及思维导图的理论，重塑在线学习模式，实施“基于知识导图的课程在线学习”，合乎教育发展规律，能极大地消除“教师主导，学习者服从”的心理定势，满足学习者对改变学习方式的渴望，引导学习者制定自学计划，方便学习者根据自己对知识的需求和兴趣，主动地、自由地学习，也体现了在线学习模式的可行性、方便性和有效性。

当然，基于知识导图的课程在线学习模式还有改进的空间，需要在今后的再实践中去检验，去补充，去完善。