思维导图式教学在高职课程中的实践与研究

赵文龙 邹珺

摘 要：针对嵌入式开发实验教学中存在的问题，本文提出了一种将思维导图引入嵌入式开发实验的教学方法，将思维导图融入实验教学过程多元化考核；构建数据模型，分析了思维导图对教学质量的影响性因素。实验结果表明：思维导图在嵌入式实验课程多元化评价中的P值为0.00，小于0.01，呈现显著，表明思维导图引入后可从整体上提升教学目标达成度，对教学改革具有一定的实践意义。

关键词：嵌入式开发实验；思维导图；多元化评价；教学目标；教学改革

中图分类号：TP273.4  文献标识码：A

嵌入式应用［1］是一种嵌入设备或系统内部，且满足特定应用而设计的专用计算机系统，更是多个学科的综合应用。而嵌入式课程［2］也成为计算机等相关专业的必修课，嵌入式课程具有很强的实践性，在教学过程中注重理论和实践相结合的效果［3］，尤其在嵌入式开发实验课程教学环节，需让学生具备借助实验平台掌握较强的实践动手能力，即在尝试一种嵌入式项目任务中能综合实践和验证嵌入式理论上所学到知识点，并具备一定程度的项目研发与科研事项，进而引导学生达到加深专业知识认知、夯实专业基础，有效调动学生学习的主观能动性［4］。

1 嵌入式开发实验课程存在的问题及现状

高校嵌入式实验课程教学［5］普遍存在过于重视理论而忽视实践能力的培养，导致教学内容、教学模式与培养目标存在较大的出入，有悖于高职应用型人才培养“尊重实践、勇于探索、积极创新”的培养目标。嵌入式开发课程通常采用“3∶2”的理论实践模式，课程实践时学生对实训内容未有一个清晰的脉络思路，只是照抄实验过程的被动式学习，产生一种知识体系结构性缺陷［6］。

针对这种课程实施现状，有必要探索一种基于思维导图的项目化教学方法［7］，在激发学生学习兴趣、培养发散思维、有效驱动自我知识体系结构能力提升等方面起到重要作用。

2 思维导图概念及应用

思维导图［8］（Mind Map）也叫心智图，是一种通过形象性图形工具表达发散性思维的工具。借助图文并茂的方法把主题内容之间的层级与隶属关系展现出来，进而构建知识体系记忆链接，从而促使知识逻辑与形象思维固化加深、均衡发展，提高对事物的认识效能。思维导图已广泛应用于教育等领域，给教学带来了积极的影响，并有着较好的教学效果。

蒋中云［9］将思维导图在计算机实验教学中以目标任务驱动教学进行发散性思维，能有效提高动手实践能力和实验教学质量；耿荣等［10］将思维导图用于“双一流”建设下通信原理课程教学，借助思维导图图文形式化表达进行辅助教学，发挥了一定优势，能促使学生积极参与学习，并能增强其良好的逻辑思维能力。

3 思维导图在嵌入式开发课程实验中的应用

3.1 研究内容、对象及方法

嵌入式应用与开发作为计算机相关专业的基础课程，涉及内容面较多，如网络技术等。作为一门交叉融合课程，如何将多学科知识通过结构化体系来讲解理论性和实践性较强的知识点存在一定困难。而思维导图的绘制过程就是对知识点进行“碎片整理”并迭代优化的过程。因此，本文将思维导图应用到嵌入式实验教学中，基于图文层级建立结构化的知识体系，通过选取无人机专业191作为实验班、无人机专业192作为对照班。其中，实验班采用思维导图方式教学，对照班采用常规方式教学，教材采用中国工信出版集团和人民邮电出版社出版的《嵌入式技术与应用开发》项目教程STM32，根据教学大纲、教学内容、任课教师和考评方式进行教学。

利用SPSS19.0软件对评价性过程数据进行统计分析，利用Excel 2019进行数据整理。本文中提到的评价性过程数据均为均值化处理后数据。

3.2 课程“三位一体”教学过程中的应用

课前预习增设利用MindMaster等工具根据内容绘制思维导图，以中心位置为起点，根据内容标题依次设置实验目的、基本原理、实验步骤、注意事项、程序加载/运行、执行过程及预期结果与分析等，通过此种方式可提升实验内容的重点、难点等方面的熟悉程度，大幅提高实验效率，进而增强实验掌握的深度和知识广度。

课程实验中，根据课前预习中思维导图的完成度较好地进行课堂教学，时刻切入思维导图教学模式，实验过程中激发学生发散思维，补充完善知识点，逐步完善知识体系结构的“知识碎片”，凸显新课改中以学生为主体的课堂教学。

课后根据实验过程和实验结果完成实验报告，并收集迭代后的思维导图，依次评判本节项目化实验课的掌握程度，及时对课程教学内容进行查漏补缺，进而利用思维导图理清章节之间的逻辑结构。

4 思维导图在嵌入式开发实验多元形成性评价中的成效分析

嵌入式开发实验课程结束后，通过多元形成性评价研究思维导图的应用成效，課程评价方式紧扣课程大纲，重点考查基础知识、基本技能以及形成的相关知识体系，较好地促使教学目标达成。

4.1 对研究对象影响性分析

根据多元化考核对课程得分进行统计分析，研究对象数据描述性统计如表1、图1所示。

如表1所示，嵌入式开发项目化课程实验的两平行班人数均为31，采用思维导图教学的实验班平均成绩高于对照班5.19分，差异显著（P<0.01），呈现极显著，表明思维导图应用于教与学的过程后，学生的思维能力、知识迁移能力及实验掌握程度等方面均得到了明显提高；实验班成绩的标准差高于对照班2.750，表明实验班成绩的离散性大，侧面反映出思维导图引入学习过程后，研究个体之间形成的结构化知识体系存在明显差异等。

如图1所示，研究对象实验班和对照班的成绩整体呈正态分布，表明课程安排与课程考核设置合理；实验班的平均分、优秀率、高分（≧80分）集中率均高于对照班，表明基于思维导图开展的嵌入式开发项目化实验教学的成效显著，同时也表明思维导图有助于嵌入式开发课程整体知识体系的培养。

4.2 对多元化因素项的信效度分析

根据多元化考核体系，本项目化实验课程考核从导图分（思维导图及实训报告）、平时分、试卷分等几个方面对学生掌握程度经课程分（最终成绩）进行度量其掌握程度的高低。课程分越高，表明本课程掌握程度越高；课程分越低，表示本课程掌握程度有待加强。为验证多元化考核数据的准确性，利用信度系数Alpha方法检测其信度可靠性，其测验结果如表2所示。

如表2所示，经度量分析算法分析后可知，导图分（含实训报告）、平时分、试卷分与课程分之间的可靠性统计量效度ɑ为0.901，基于标准化项的统计量效度ɑ系数为092，两项效度ɑ系数均大于0.8，表明多元性考核量表的信度合理性较高。其中，导图分、平时分、试卷分对课程分总计相关性系数分别为0.873、0.645、0.759；项删除影响的ɑ系数中，导图分的影响性最大，达到0.960，表明思维导图教学的引入对课程影响性最大，思维导图的应用更大程度上促使教学评价效果实现。经因子分析检验，KMO数值为0.705，介于0.7～0.9之间，Bartlett球度检查数值为744.813，数据较大，且P（0.00）<0.01，综合KMO、Bartlett两数值表明，多元考核量表的效度较高，基于思维导图的多元化因素项评价符合信效度要求。

4.3 对课程考核不同题型的相关性分析

课程考核紧扣课程大纲，题型分填空、选择、简答及编程等四个部分，其分值占比为2∶2∶2∶4，题目设计紧密围绕课程知识点思维导图，突出重点与难点。其中填空、选择重点考查基础知识的掌握程度；简答重点考查实验逻辑与实践能力；编程重点考查分析与解决问题能力、知识迁移能力。思维导图对不同考核题型得分之间的相关性如表3所示。

如表3可知，采用Pearson算法进行思维导图对不同题型的相关性及显著一致性影响分析，其中1.导图分对2.填空分的相关性为0.159，显著性水平P值为0.039，小于0.05；1.导图分对3.选择分的相关性为0.146，显著性水平P值为0.043，小于0.05；1.导图分对4.问答分的相关性为0.279，显著性水平P值为0.028，小于0.05；1.导图分对5.编程分的相关性为0.364，显著性水平P值为0044，小于0.05，可知思维导图分的高低表明知识体系结构的掌握程度，对不同题型得到分值呈现差异性显著，影响较大，表明思维导图的引入从显性影响教学效果的实现。

4.4 对多元形成性评价模型检验性分析

通过对照班的教学效果评价可知，实验班采用思维导图式教学有助于知识体系构建，促进发散思维能力养成。从对照实验数据可知，实验班多元评价实验数据均优于对照班。通过多元Logistic回归模型综合分析导图分与平时分、试卷分、课程分之间的因素影响关系，多元Logjstic模型评价分析结果如表4所示。

如表4可知，根据模型拟合信息表中的似然比显著性，P为0.000，小于0.05，表明形成性评价模型统计具备统计学意义，评价模型良好，即思维导图的引入对学科知识掌握水平呈现显著，密切相关。

根据拟合优度，假设原始模型较好地拟合原始数据，其中Pearson显著性水平为1.000，发生概率远大于0.05，表明评价统计模型对原始数据的拟合通过检验。

根据伪R方表，Cox & Snell、Nagelkerke、MacFadden的伪R方值分别为0.925、0.991、0.955，表明评价统计模型对原始变量变异程度解释较好，拟合程度优秀。

根据模型似然比检验表，模型影响主效应事项中，其中导图分显著性P值为0.000、平时分图显著性P值为0006、试卷分显著性P值为0.000，均小于0.05，表明三个自变量影响性因素对课程分呈显著性，具备研究意义。

综合模型拟合信息表、拟合优度表、伪R方表、似然比检验表可知，思维导图在多元化评价模型在预测优秀上准确率最高，可达100%。其中良好预测准确率为87.5%，中等预测准确率为100%，及格预测准确率为100%，模型总体预测准确率为96.8%，表现较优，同伪R方数据对模型解释准确率一致，模型整体呈现一致性。

结语

在嵌入式课程中引入思维导图式教学，通过知识点的“前置”与“后置”的逻辑关系结构化呈现，有助于达成自我驱动式的探究学习，提升动手实践与创新能力。通过实验班和对照班之间的数据模型分析，思维导图对课程掌握程度的显著性水平P为0.00，小于<0.01；思维导图对平时分成绩的显著性水平P值为0.006，小于<0.05；思维导图对平时成绩、课程成绩均呈现一致性相关，表明思维导图对教学效果评价具备显著性意义，思维导图对教学改革引用具备借鉴意义。

参考文献：

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［2］熊国刚，蔡晶，叶永强，等.线程池在嵌入式系统中的应用［J］.电子信息对抗技术，2021，36（03）：8790.

［3］黄克亚，吕勇，黄俊.新工科背景下《嵌入式系统开发》课程改革与实践［J］.中国电力教育，2021，4（03）：4849.

［4］霍利军，倪健领.思维导图在高分子化学教学中的应用［J/OL］.大学化学，2021，36（07）

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［5］李琳，陈景霞，肖琳.高职嵌入式应用课程思政教学实践与探索［J］.现代职业教育，2021，4（11）：4647.

［6］张泽锋.高职院校高等數学教学的现状与对策［J］.石家庄职业技术学院学报，2021，33（04）：7173.

［7］郑步芹.项目化教学内涵特点及实施路径——以市场营销教学中的应用为例［J］.江苏教育研究，2021，4（03）：2327.

［8］罗希.基于心智图法的发散思维培养在创意类通识课中的运用［J］.现代职业教育，2019，4（28）：5051.

［9］蒋中云.思维导图在计算机实验教学中的应用［J］.实验室研究与探索，2013，32（08）：361364.

［10］耿蓉，叶宁，刘军.“双一流”建设下的通信原理课程教学——基于思维导图［J］.软件导刊，2020，19（12）：160163.

基金项目：苏州农业职业技术学院高职教育研究项目资助（No.SNGZYBXM202117）

作者简介：赵文龙，男，汉族，河南人，硕士研究生，高级工程师，研究方向：数据模型设计及研究。