思维导图在数据结构课程教学中的实证研究
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[摘 要] 本研究在笔者所开设的“数据结构”课程中进行。应用思维导图设计了相应的教师教学和学生学习活动，对课程学习过程定事件进行了全面的跟踪和记录。研究采用了问卷调查法和个案研究法，采取定性和定量相结合的方式，收集的数据来自于燕山大学12级软件工程专业2个班和信息安全专业1个班共94名学生。本研究认为：老师在课堂中的部分教学内容采用思维导图的授课方式能有效提高课堂教学的质量，学生在课后使用思维导图能大大提升对知识的掌握，两种结合的教学模式能够有效提高教学质量。
[关键词] 思维导图;数据结构;教学方法;教学质量
[中图分类号] G642.0 [文献标志码] A [文章编号] 1005-4634（2014）05-0040-04
0 引言
思维导图是以图解的形式和网状的结构，用于储存、组织、优化和输出信息的思维工具。思维导图特别适合于高效的阅读、复习、笔记和计划，它对收集和整理信息特别有用，同时还可以高效地管理信息[1]。张海森[2]对2001～2010年中外思维导图的教育应用进行了研究，发现中外思维导图的教育应用研究总量呈逐年上升的趋势，但学科应用分布差异较大，主要集中在教育技术学、数学和化学等方面，其它学科的应用分布很散。
“数据结构”作为计算机专业、软件工程专业以及相关专业的核心基础课程，是设计和实现各种应用软件的基础，这门课程的学习效果对学生专业素养的形成具有重要的影响[3]。数据结构理论性强，概念多，知识点也很多，内容抽象，学生花了大量时间研究每个知识点，但学习效果仍不理想。
本文在分析数据结构课程特点的基础上，引入思维导图进行数据结构课程的学习。本研究重点解决以下问题：（1）了解学生对思维导图的认知程度;（2）了解学生使用思维导图的情况;（3）了解学生使用思维导图对数据结构课程学习的效果。
1 本研究的设计与实施
1.1 研究目标
通过课程的教学实践检验思维导图在教师教学和学生学习中应用效果，并提出相应教学方法。
1.2 研究方法
本研究采用了问卷调查法和个案研究法。其中个案研究法是指对一个团体、一个组织或一个人以及一个人一个事件进行详尽的调查研究方法。个案研究的目的有两个：一是对个案作一个广泛深入的考察;二是发展一般性理论以概括说明社会结构或过程[3]。本研究在笔者所开设的“数据结构”课程中进行，利用思维导图涉及相应的教学活动，对学生的学习效果进行全面跟踪，记录实验过程及整个教学活动中所出现的教学问题及相应的解决方案。
1.3 研究对象
本研究以燕山大学信息科学与工程学院软件工程专业12-1，12-2班和2012级信息安全专业12-1班本科生为研究对象。为了比较用不用思维导图的学习效果，笔者先是采取自愿的原则，在介绍了思维导图之后让学生自愿选择是否使用思维导图进行学习，一共有10位同学选择用思维导图。笔者认为这个数量过少，于是又挑选了与本门课程联系较为密切的前期课程C语言成绩较低的20位同学使用思维导图，这样一共有30位同学组成一个实验组，其余64位同学作为对照组。为了鼓励实验组同学多用思维导图，笔者还特意为这些同学每人赠送一套12色彩笔。
1.4 基于思维导图的教学和学习活动方案及实施
实施过程由三个部分组成：第一部分为“讲”，即教师在课堂对于理论性较强、概念较多的教学内容采用思维导图进行教学;第二部分为“练”，即学生使用思维导图对每章内容进行复习;第三部分为“评”，既教师对每一名学生所做的每张思维导图进行面对面点评。
1）教师课堂使用思维导图进行教学：教师根据教学的具体问题，设计相应的思维导图情境，适时引入思维导图。例如在第一堂课介绍课程的基本情况时，就用到了思维导图，如图1所示。
这样做的目的有两个：一是向学生介绍一下什么是思维导图，另一个是给学生示范如何做一张思维导图。
思维导图可以手绘，也可以用电脑绘制。这两种方式各有优缺点。前者方便、快捷，不受设备限制，只需要一盒彩笔和一张无底纹的白纸就可完成，但是和绘制者个体有关，不方便修改;后者需要电脑，绘制出的思维导图美观、便于修改。在这个课堂上，笔者还是要求学生手绘，笔者也用手绘的方式进行部分内容的教学。
2）学生练习做思维导图。对于做思维导图的学生来说，刚开始很不熟悉，需要相当多的练习。
3）第三部分：教师对每一名学生所做的思维导图进行面对面点评。教师要求每名学生学完一章教学内容后做一张思维导图。由于一些学生不是自愿选择做导图，所以不够用心，有的是自愿但做的不好，作为教师，及时的指导和反馈就显得尤其重要。笔者制做了一张表格，对每一位要求做导图的学生都做了记录，出现的问题也都做了记录，对他们进行当面的点评，这样做的目的是督促和指导。
经过一个学期的努力，笔者在课堂上做了10副思维导图进行教学，实验组的每名学生做了至少7张思维导图。
2 思维导图在数据结构课程教学中应用效 果分析
为了全面了解思维导图在数据结构课程的应用效果，笔者通过问卷调查的定性分析方法，分析考察了学生对思维导图在课堂教学和课后学习中的感受和建议;又通过成绩对比定量分析了应用思维导图后实验组合对照组的成绩变化。
2.1 思维导图在数据结构课程中的应用调查问卷 分析
本研究主要从学生对思维导图这一思维工具的认知、态度、应用、效果等几个方面进行考察。本问卷采用电子形式给出，学生在网上进行回答，因为实验班有30人做，因此没有强制要求每位同学来回答这份问卷。一共94人，有76位同学回答，有效问卷72份，有效率为94.74%。因为没有要求所有同学画思维导图，因此也就不能要求所有同学做问卷，故而不计算回收率，只计算有效率。
从表1可以看出，只有5%的同学很熟悉思维导图，13%的同学使用过，大部分同学没有用过思维导图;有61%的同学对思维导图的了解还是通过老师介绍知道的。由此可得出：学生从老师这里得到的信息是最多的，因此作为一名教师，有责任、有义务将一些好的学习方法引入课堂。
从表2中可以看出，大部分同学对思维导图工具持肯定态度，36.62%的同学经常使用，53.52%的同学希望尝试;33.8%认为对学习很有帮助，66.2%认为对学习有一定的帮助，相当于100%的同学认为对学习有帮助;15.49%的同学对思维导图非常感兴趣，57.75%的同学对思维导图感兴趣，现大部分同学对思维导图感兴趣。
表1 学生对思维导图的态度
问题1 在做此问卷之前，您接触过思维导图吗？
选项 很熟悉 使用过 听说过 没接触过
人数 5 13 30 23
比例 7.04% 18.31% 42.25% 32.39%
问题2 您是怎么知道思维导图的？
选项 通过这份问卷 老师介绍 通过书本 通过网络 其他
人数 0 61 6 2 2
比例 0% 85.92% 8.45% 2.82% 2.82%
表2 学生对思维导图的态度
问题3 您觉得思维导图怎样？
选项 效果不错， 听说很好用， 效果 没什么
经常使用 我想要要试一试 一般 效果
人数 26 38 7 0
比例 36.62% 53.52% 9.86% 0%
问题4 您认为思维导图是否有助于学习？
选项 很有帮助 有一定帮助 一般 没多大帮助 毫无帮助
人数 24 47 0 0 0
比例 33.8% 66.2% 0% 0% 0%
问题5 您对思维导图这一学习工具是否感兴趣？
选项 非常感兴趣 感兴趣 一般 不感兴趣 非常不感兴趣
人数 11 41 18 1 0
比例 15.49% 57.75% 25.35% 1.41% 0%
从表3可以看出，大家还是自己画思维导图，大部分同学做的不够多，多用于做作业、做笔记、复习等与学习活动有关的事情上。
从表4可以看出，大部分同学对思维导图的效果是比较肯定的。
此外，笔者还设计了一个主观题，“关于思维导图，你想对老师说点儿什么”，在此仅摘录期中比较典型的回答。正面的回答如下。
1）“思维导图的学习方法很适合对知识点的掌握和理解，对数据结构的复习有很大的促进作用。尤其是在考前复习的时候，对知识点的复习会很全面，很遗憾的是，本学期的数据结构我没有参加，是我非常后悔的，不过我会把思维导图这个学习方法带入到别的学习科目中。也希望老师能够继续用这个学习方法教给学生，真的非常有帮助。”
2）“我以前用这种方式来总结学习过的内容觉得效果很好最主要的是帮助我理解与记忆学过的知识点，把一个章节的内容总结成几个知识点进而用这种方式总结一本书，而且在总结的过程中肯定是要看书的，这样就用看了一遍书。我觉得这是一种很好的方法，谢谢老师能够推荐给我们，我也支持老师给以后的同学使用。”
表3 学生应用思维导图的情况
问题6 什么时候您会用到思维导图？（此问题多选）
选项 做作业、笔记、 做个人 创作 很少 其
复习时 计划时 时 用到 他
人数 48 20 4 12 2
比例 67.41% 28.17% 5.63% 16.9% 2.82%
问题7 您喜欢自己画思维导图
还是喜欢跟别人一起合作画思维导图？
选项 自己 大家一起写作 无所谓
人数 52 16 7
比例 73.24% 22.54% 4.23%
问题8 你用思维导图复习《数据结构》课程了吗？
选项 全部内容 大部分内容 少部分内容 没有用
人数 3 32 25 11
比例 4.23% 45.07% 35.21% 15.49%
问题9 目前为止，你做了几张与数据结构有关的思维导图？
选项 0张 1～3张 4～6张 7～10张 11张以上
人数 13 28 15 11 4
比例 18.31% 39.44% 21.13% 15.49% 5.63%
表4 思维导图应用效果
问题10 您觉得思维导图对您的学习在哪些方面有帮助？
选项 促进知识整理 提高预习效果 提高复习效率 帮助记忆
人数 33 6 22 10
比例 46.48% 8.45% 30.99% 14.08%
问题11 您认为运用思维导图有助于在学习中哪些能力的提高？
选项 记忆能力 理解能力 表达能力 创新能力 其他
人数 36 30 4 1 0
比例 50.7% 42.25% 5.63% 1.41% 0%
问题 老师在《数据结构》课程中的某些章节
12 用思维导图上课，您认为？
选 很好，促进 可以 无 不好， 其
项 我们理解 接受 所谓 没兴趣看 他
人数 54 16 1 0 0
比例 76.06% 22.54% 1.41% 0% 0%
问题 教师将思维导图引入协作学习的课堂
13 您觉得对课堂教学的效果怎样？
选项 很大程度上 有一定效果， 没什么 负面 我也
提高教学效果 但是不明显 效果 效果 不知道
人数 47 23 1 0 0
比例 66.2% 32.39% 1.41% 0% 0%
问题14 您觉得是什么因素影响了思维导图的应用效果？
选项 同学的参与 思维导图绘制 思维导图绘制 教师的反馈
不积极 的太麻烦 的难度太高 不及时
人数 36 27 7 1
比例 50.7% 38.03% 9.86% 1.41%
3）“可以进一步提高学生中的普及率，可能学生开始会不愿意，可是一段时间过后他们发现自己的知识结构相比于其他学生牢固后 我相信应该也不会再排斥了。”
4）“非常感谢老师对我们这些使用思维导图的同学提供彩色笔，我建议老师让同学们对思维导图的使用提到课前，让他们对整个课程中的知识点和知识脉络有个大致的了解，这样上课会更加轻松。”
5）“在大学里老师平时都很忙碌，但是老师却能够使用思维导图这种创新的课堂教学模式来给我们上课，非常有意思，同学们听课很认真，课下自己做思维导图时也有所参考，有所标杆，希望在这一门课程里学到的这种学习方法能够广泛应用到其他的方面，非常感谢老师！”
6）“后悔当时没有参与绘制思维导图。”
所有反面的如下。
1）“做不做思维导图全凭兴趣，毕竟每个人学习方法都不一样，应该放松学生，让他们找到属于自己的学习方法。”
2）“每个同学都有属于自己的学习思路与方法，并不存在对与错，只有适合与不适合的区别，我们需要一个探索过程，对于老师积极推荐的思维导图，是我们探索过程中的首选。”
3）“本人认为多看看书比画思维导图要有用处。知识在书上写的都很清楚。”
总体来说，对思维导图正面的评价还是比较多的，有不少同学提到希望以后让全班同学使用。
2.2 实验组与对照组成绩对比的定量分析
从表5可以看出，做思维导图的实验组同学29人中有21人的数据结构成绩比C语言成绩提高了，提高比例为72.41%，而不做思维导图的对照组62人中虽然有27人成绩提升，但是提高比例为43.55%;实验组同学的C语言成绩平均分为68分，对照组为81分，两组相差13分;而数据结构平均成绩实验组为76分，对照组为80分，两组仅相差4分。这里面没有统计在对照组中还有一部分同学也是用思维导图了的，因为从问卷中可以看出，只有21位同学一张导图也没做，而对照组中有62名同学，说明对照组中也有部分同学用思维导图进行了复习。
3 结论和探讨
经过一个学期的教学实践，本研究检验了思维导图在数据结构课程学习中的应用效果，探索出一个在数据结构课程中使用思维导图的“讲―练―评”的教学方法。“讲”指教师在课堂中对于理论性较强、概念较多的教学内容采用思维导图进行教学，以提高课堂教学质量;“练”，指学生使用思维导图在课后对每章内容画出一幅或多幅思维导图;“评”，指教师对每名学生所画的每张思维导图进行当面点评。
在研究过程中，笔者对思维导图引入到数据结构课程学习中进行了深入思考，引导学生将这个方法引入到其他学习汇总，并且已经初见成效。通过调查问卷，有不少学生表示今后要将此法应用到别的科目学习中，并且建议笔者在以后的教学中让全班同学用。但是也有个别同学提出，方法因人而异。因此笔者在下一次的教学中会扩大使用面，但不会强求每一位同学使用，本次研究有三分之一的同学使用了思维导图，下一次至少超过三分之二，而课堂教学仍然保持三分之一的内容使用思维导图授课。
参考文献
[1][英]东尼博赞.思维导图使用手册[M].北京：化学工业出版社，2013：109-110.
[2]张海森.2001- 2010年中外思维导图教育应用研究综述[J]. 中国电化教育，2011，295（18）：120-124.
[3]陈瑛.从“数据结构”课程特征谈实践教学改革[J].计算机教育，2012，（6）：33-36，40.
[4][美]梅雷迪斯D高尔等.教育研究方法导论[M].第六版.许庆豫，译.南京：江苏教育出版社，2002：446-469.