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摘 要：作为有效的思维可视化工具——思维导图，一方面有助于知识整理，另一方面有利于激发思维和思维整理，在大多数学科教学应用中取得了一些成绩。本研究提出运用思维导图构建知识网络的教学模式，并以微机原理课程教学进行实验验证，实践表明思维导图能够帮助学生掌握知识，在一定程度上具有良好的教学效果，但仅停留在对现有资料的整理，属于“有意识的高效”阶段，未融入个人见解，把握其本质，对于学生思维能力的培养作用欠佳。因此下一步研究方向旨在深化思维导图的应用，将问题解决的方法与思想体现在思维导图中，引导学生学会“分析问题，理性认识问题，最后解决问题”，以培养学生思维能力为目标，研究“算法融合的思维导图运用”教学模式，切实提高学生的思维效率。
关键词：微机原理;思维能力;思维导图;知识网络
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）23-0137-05
Abstract： As an effective thinking visualization tool， Minding map is helpful to knowledge arrangement on one hand， and on the other hand， it is helpful to stimulate thinking and thinking arrangement. Some achievements have been made in most of the teaching applications of subjects. This study proposes a teaching mode of constructing knowledge network by using minding map and experimental verification by teaching with microcomputer principle. Practice shows the minding map can help students mastering knowledge and has good teaching effect to some extent. But it only stay in the sorting stage of existing data， which belongs to the stage of "conscious and efficient"， it does not integrate into personal opinions and grasp it's essence. For the cultivation of students' thinking ability is not very good. Therefore， the next research direction is to deepen the application of minding map， to embody the method and thought of problem solving in the minding map， to guide students to learn to "analyze problems， rationally understand problems and finally solve problems"， aiming at cultivating students' thinking ability， to study the teaching mode of "application of minding map with algorithm"， so as to improve the thinking efficiency of students.
Keywords： microcomputer principle; thinking ability; mind map; knowledge network
随着发展学生“核心素养”体系的提出，作为“核心素养之核心”的思维能力受到越来越多的重视[1]。思维能力指运用归纳和演绎、分析和综合等方法对问题进行分析、抽象、推理、判斷、综合等加工改造，把握事物内在实质联系，解决问题的能力。培养学生思维能力是教育活动的主要目标。广大教师和教育研究者努力尝试运用思维工具，以促进学生思维能力发展。1975年由认知研究基金会出版的《柯尔特思维训练课程》包括思维的广度、思维的组织、思维的交互、创造力、信息与感觉、行动六大模块共60个思维工具①，其中思维导图作为有效的思维可视化工具[2]，已逐渐推向课堂，受到师生们的广泛欢迎。思维导图在绘制过程中不仅能高效地组织知识网络体系，利于学生学习记忆，而且能有效地激发思维，有助于思维能力的形成。本研究考虑将思维导图方法引入教学，研究运用其构建知识网络的教学模式，并结合微机原理课程实践的具体应用进行详细阐述和验证分析。
一、研究意义与可行性
布鲁纳认为，人在学习过程中不是对所有刺激都接受，而是根据自身的认知结构有选择地接受并加工，而认知结构是学习者大脑中所有知识和他们的组织结构②。因此，学习效果的好坏主要在于学生对知识的组织。将零散、孤立的知识点编织成一张网，网络中知识点间良好的逻辑组织形式，帮助学生理解旧知识，并在此基础上实现内化迁移，构建新知识。
1980年美国认知心理学家E·加涅首次提出，知识网络是两类知识，即程序性知识和陈述性知识，在大脑内系统化的存储方式③。应用于教育教学领域，丁家永③认为知识网络中联系的多维性能够充分体现知识点间的联结关系，同时网络的开放性基于学习的动态性，在原有网络中加入新知识及其联结关系，使知识网络不断充实扩展，促进认知水平的提高。因此，知识网络的构建对教育非常有意义。 建构主义学习理论认为，学习者即学生的主动性是最重要的[3]。学生学习不应是简单地将知识原封不动地吸收，而要对其进行有效地加工，自主建构知识网络，并在原有知识框架下完成新知识的融合。构建过程本身即是思维形成的过程。思维导图作为有效的思维工具，不仅能将抽象的知识网络具体呈现出来，同时其绘制过程也有助于思维的形成。因此，着重培养学生的自主构建能力和思维能力，运用思维导图是可行的。当学生在建构过程中遇到困难时，教师是重要的协作者[4]和引导者。必须根据学生已有的知识经验，以此为节点，帮助学生完成知识的衔接。
二、思维导图概述
思维导图诞生于20世纪70年代，英国心理学家东尼·博赞最初提出，且在《思维导图》一书中明确给出其定义：“思维导图是一种用以展现人们思维过程的表达式，且这种表达式就如同一把‘万能钥匙’，可以激发大脑的潜能，一种发散与放射的形式自然的呈现人脑思考的整个过程。因此，思维导图可以作为一种图解技术用于人们日常生活之中，使人们的思维方式和行为表现更具条理性以提高工作与学习效率[5]。”
一直以来，思维导图的应用研究在教育界得到广泛关注。许多知名学府，如哈佛大学、剑桥大学等，也正在使用和教授思维导图。Eriksson和Hauer通过实验研究得出，思维导图在阅读教学中的运用有利于唤起学习者的注意力和提升专注力[6]。Abi-EI-Mona和Adb-EI-Khalick借助思维导图进行学习，有益于学生掌握教学内容[7]。Afaf M.Aljaser通过实验验证思维导图能激发学生的学习热情与积极性[8]。Sarah Edwards和Nick Cooper还倡议教师在备课与教学中使用思维导图，能增强教学设计的科学性、合理性[9]。在国内，越来越多的教师将其运用于课堂，并取得了一定的研究成果。赵国庆通过教学实践，探讨概念图和思维导图的本质与异同，并针对实践过程中常遇到的问题进行探讨[10]。孙锦辉尝试将几种思维导图的构图模式迁移到语文教学中[11]。马少瑛等提出在建立一个简易思维导图的基础上逐步丰富其内容，最终形成脉络清晰的微机原理课程知识体系思维导图[12]。
思维导图围绕一个中心图形或关键词，向外呈散射状，延伸出若干分支，形成层次化的关系图形。相较于文字，运用思维导图构建知识网络，以一种图文并重的形式呈现知识结构，能更有效地促进大脑对各层级分支的主要思想进行关联，加深对知识的理解与记忆，同时又保证思维发散的可控性，而非“天马行空”式胡思乱想，真正实现“理解性记忆、结构化思考”的教学要求。
三、应用思维导图的教学模式设计
为了充分发挥思维导图在教学中有效构建知识网络的作用，教学模式设计包含课前、课中和课后三个环节。如图1所示。
课前，针对课程特点，教师运用思维导图，完成知识的结构化设计。设计原则在于重点强调知识间的纵向关联性，帮助学生“以旧引新”，在进一步确认旧知的基础上，产生认知疑惑，引导学生积极思维，期待课堂。该环节重在思维引导，明确新旧知识的关联点，通过比较对照与分析，激活新知识的构建。
课中，根据课程标准对学生的知识和技能及创新能力的要求，将教学流程划分为应用展示、部分分解、整体合成和创新发展四个阶段。通过应用展示导课，使学生能够更直观地认识到所学知识的实际应用，激发学生学习兴趣，主动思考，发散联想其与预习内容的关系;教师按思维导图提供的逻辑化结构安排教学流程，带领学生内观其本质特征，便于学生理解，解除疑惑，并补充完善思维导图;在学生已基本掌握知识点的前提下，根据应用要求完成相关实验，实现应用需求，同时在教师的引导和启发下，建立思维导图中知识间的横向连接;结合理论教学内容，在思维导图中延伸出“创新应用”分支，教师根据综合判断学生的实验完成情况，有针对性地引导学生充分发挥其创造性，多角度发散性思考，灵活运用所学知识解决实际问题。该过程是思维形成的关键，应用展示激发学生学习动机，通过“部分与整体”的辨证方法认识事物本质和问题发展规律，形成新思想，获得新发现，制定新决策。最后引导学生充分发挥想象力，创造性地提出新颖观点或独特见解。
课后，安排学生对教学内容重新梳理，形成符合自身思维模式、附带个人思维观点的思维导图。教师审阅评价学生作品，并公开展示，供学生相互捕捉思维亮点，相互学习。该阶段重点在于，一方面是教师评审过程中体现的批判性思维，对学生思维能力形成产生一定影响;另一方面是学生对自身思维形成过程的反思，在反思中不断进步，使思维能力提高呈上升螺旋式發展。
四、教学实验与结果分析
为验证运用思维导图构建知识网络教学模式是否有效可行，以微机原理课程为例，通过以下设计进行教学实践研究，并对研究结果进行分析与反思总结。
（一）微机原理课程分析
微机原理是一门重要的计算机技术基础课程。该课程的任务是使学生建立微机系统的整体概念，具有运用现代微机技术进行软、硬件开发的初步能力[13]。因此应从整机概念出发，围绕冯诺依曼计算机体系结构的五大部件的结构及工作原理展开讨论，重点培养学生对硬件系统的分析、设计、开发和使用。知识面覆盖广，实践性强，涉及硬件设计和软件开发两部分。同时要求发展学生创新思维能力，注重引导学生完成“牵着走”到“独立走”的飞跃。
（二）实验设计
本研究选择对某大学正在学习本门课程的大二本科生进行教学实践研究。实验假设教学过程中运用思维导图的学习效果优于传统的教学模式。实验过程中，首先进行问卷调查和前测，根据成绩将学生分为实验组（A组，30人）和对照组（B组，30人），两组学生的知识水平和能力水平相当。课程教学计划为七章，实验教学内容选取基本输入输出接口——可编程并行I/O接口芯片8255，位于教学内容第六章。在进行实验验证之前，实验组已采用本研究教学模式，而对照组按照传统教学模式进行授课，实验过程中为实验组学生提供课前预习“启发式思维导图”，如图2所示。在该思维导图中，设计若干填空，一是为勾画重点内容，以引起学生注意;二是为学生梳理知识，便于理解记忆。图2中“提示”部分为已学旧知识，建立新旧知识间的连接，突出它们的纵向联系。 学生通过预习，已基本能够通过阅读教材、查阅资料，完成填空部分。課堂上，教学流程设计的四个阶段，如表1所示。在导入阶段通过观察趣味实验，讨论实验和知识间的联系，激发学生对芯片的学习兴趣，其后按预习思维导图的逻辑结构对其工作原理及芯片结构组成进行讲解，学生排除预习中出现的疑惑，在此基础上完善思维导图。然后根据应用要求，学生分小组，合作实现将各硬件部件连接及编写汇编程序。为培养学生的创新性思维，对理论知识在应用场景方面进行多角度引导和延伸，并归纳总结不同应用场景中出现的不同问题，在教师的帮助下，学生在小组协作和讨论中逐一解决。
课后复习，要求学生参照预习思维导图，融入个人思维观点，完成一份完整的复习思维导图。
（三）实验结果
为了进一步判断两组学生是否满足对照实验条件，即两组学生的成绩是否存在统计意义上的差别，利用SPSS软件对两组成绩进行独立样本t检验。从实验结果分析得出，两组学生成绩的平均分基本相同，且假设方差相等，sig.=0.682，数值远大于0.05，假设成立。由此可见，两组学生成绩均值无显著性差异，可认为两组学生成绩相当，同时结合对两组学生的问卷调查及平时表现的观察，综合评估两组学生知识、能力水平相当，满足对照实验条件，适合作为实验组和对照组进行对比教学实验。
后测为设计编程题，题为“用8255A作为主机连接打印机接口，编写程序段，实现N个字符的输出打印”。得分项及相应分值为硬件连接（2分）、芯片工作方式选择与控制字（2分）、时序分析与流程图（4分）、基本语法（2分）。为了有效控制无关变量，两组学生在同样的测试环境下完成相同的测试题目。测试后批阅得到两组学生成绩。为了解两组测试的总体情况，利用SPSS软件对两组成绩进行独立样本t检验，实验数据表明实验组的平均分高于对照组。假设方差相等时，sig.=0.019，说明两组成绩在均值上存在显著差异，实验组成绩明显高于对照组，学生对于教学内容的掌握和熟悉程度更高。
为进一步分析对比学生的学习效果，分别对各得分项的得分情况做统计分析，其描述性统计结果及差异性检验如表2所示。
从表2中可以看出，除耗时外，实验组在各得分项的均值高于对照组。在硬件连接、芯片工作方式选择与控制字及基本语法三项中，两组之间存在显著性差异，sig.值分别为0.04，0.02和0.03。
（四）实验讨论
研究表明，运用思维导图构建知识网络，有助于提高学生的学习效果。但目前学生自绘的思维导图仍是在预习思维导图的基础上，简单地完成知识整理，未融入个人见解，仍处于“有意识的高效”阶段，能够掌握知识节点之间的关联，帮助理解记忆。但仅停留在对现有资料的整理，未激发创新，达到“无意识的高效”状态。因此测试结果中仅硬件连接、芯片工作方式选择与控制字及基本语法三项存在显著性差异，而时序分析和流程图涉及算法设计，要求学生具有较强的解决问题的能力和创新能力。“学习思维导图要经历从了解到应用、从应用到受益的过程”[10]。未来研究将运用思维导图对课程建立体系化的完整的知识网络，基于扎实的知识基础，引导学生掌握算法的精髓，将算法的设计思想融入思维导图，使学生在学习中感到有方法可循，但又不局限于某一固定的思维模式，留有一定的创新空间，鼓励学生充分发挥创造力。
五、结束语
随着“核心素养”在新一轮教学改革中的快速推进，如何培养“核心素养之核心”——思维能力，成为热点。微机原理课程的学习需要较强的逻辑思维能力。很好地掌握本门课程，有助于培养学生的思维能力和创新能力。反之学生独立思考能力的提高，也有利于课程学习，两者相辅相成。思维导图作为一种有效的思维工具，以图解的形式呈现知识结构。本研究将思维导图引入教学，运用其构建知识网络，一方面有益于知识的梳理掌握，另一方面其图文并重及发散思维模式特点，能够改善思维品质，形成思维习惯。同时在微机原理课程教学实践中证明，思维导图在教学中能够发挥一定作用，有效提高教学效果。未来将深化思维导图的应用研究，将问题解决的方法与思想（算法思维[14]）体现在思维导图中，引导学生学会“分析问题，理性认识问题，最后解决问题”，进一步提高学生的思维能力。
注释：
①转引自DE BONO E：“The cognitive research trust （CORT） thinking program”，The international journal of creativity & problem solving， 1991，1（2）：105-117.
②转引自温淑清：《关于高中生物教学中的培养学生思维习惯的研究》，硕士学位论文，哈尔滨师范大学，2015.
③转引自刘辉：《运用思维导图构建知识网络的研究——以生物学实验教学为例》，硕士学位论文，山东师范大学，2018.
参考文献：
[1]赵国庆，杨宣洋，熊雅雯.论思维可视化工具教学应用的原则和着力点[J].电化教育研究，2019，40（9）：59-66+82.
[2]赵国庆，熊雅雯，王晓玲.思维发展型课堂的概念、要素与设计[J].中国电化教育，2018（7）：7-15.
[3]朱丽丽.思维导图在高中生物知识纵向联系中的应用[D].南京：南京师范大学，2014.
[4]Anna Buran， Andrey Filyukov. Mind mapping technique in language learning[J]. Procedia-Social and Behavioral Sciences，2015（206）：215-218.
[5]东尼·博赞，巴利·博赞.思维导图[M].卜煜婷，译.北京：化学工业出版社，2016. [6]Eriksson L T， Hauer A M. Mind map marketing： A creative approach in developing marketing skills [J].Journal of Marketing Education， 2004，26（2）：174-187.
[7]Abi-EI-Mona， Adb-EI-Khalick. The influence of mind mapping on eighth graders science achievement[J]. School Science and Mathematics， 2008，108（7）：298-312.
[8]Afaf M.Aljaser. The Effectiveness of Electronic Mind Map in Develop in Academic Achievement and the Attitude towards Learning English among Primary School Students[J]. Canadian Center of Science and Education，2007，10（12）：80-94.
[9]Sarah Edwards， Nick Cooper. Mind Mapping as a teaching resource [J]. The Clinical Teacher， 2010，7（4）：236-239.
[10]趙国庆.概念图、思维导图教学应用若干重要问题的探讨[J].电化教育研究，2012（5）：78-84.
[11]孙锦辉.“思维导图”在小学语文教学中的应用[J].现代教育科学，2017（S1）：94.
[12]马少瑛，冯小虎.思维导图在《微机原理及接口技术》教学中的应用[J].电脑与电信，2019（4）：17-19.
[13]潘丽峰.微机原理教学与学生创新能力的培养[D].长沙：湖南师范大学，2008.
[14]周颖，李葆萍，马超，等.基于KM教学法的知识图开发、教学及评估研究——以《C语言》为例[J].中国电化教育，2016（8）：87-92.
关键词：微机原理;思维能力;思维导图;知识网络
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）23-0137-05
Abstract： As an effective thinking visualization tool， Minding map is helpful to knowledge arrangement on one hand， and on the other hand， it is helpful to stimulate thinking and thinking arrangement. Some achievements have been made in most of the teaching applications of subjects. This study proposes a teaching mode of constructing knowledge network by using minding map and experimental verification by teaching with microcomputer principle. Practice shows the minding map can help students mastering knowledge and has good teaching effect to some extent. But it only stay in the sorting stage of existing data， which belongs to the stage of "conscious and efficient"， it does not integrate into personal opinions and grasp it's essence. For the cultivation of students' thinking ability is not very good. Therefore， the next research direction is to deepen the application of minding map， to embody the method and thought of problem solving in the minding map， to guide students to learn to "analyze problems， rationally understand problems and finally solve problems"， aiming at cultivating students' thinking ability， to study the teaching mode of "application of minding map with algorithm"， so as to improve the thinking efficiency of students.
Keywords： microcomputer principle; thinking ability; mind map; knowledge network
随着发展学生“核心素养”体系的提出，作为“核心素养之核心”的思维能力受到越来越多的重视[1]。思维能力指运用归纳和演绎、分析和综合等方法对问题进行分析、抽象、推理、判斷、综合等加工改造，把握事物内在实质联系，解决问题的能力。培养学生思维能力是教育活动的主要目标。广大教师和教育研究者努力尝试运用思维工具，以促进学生思维能力发展。1975年由认知研究基金会出版的《柯尔特思维训练课程》包括思维的广度、思维的组织、思维的交互、创造力、信息与感觉、行动六大模块共60个思维工具①，其中思维导图作为有效的思维可视化工具[2]，已逐渐推向课堂，受到师生们的广泛欢迎。思维导图在绘制过程中不仅能高效地组织知识网络体系，利于学生学习记忆，而且能有效地激发思维，有助于思维能力的形成。本研究考虑将思维导图方法引入教学，研究运用其构建知识网络的教学模式，并结合微机原理课程实践的具体应用进行详细阐述和验证分析。
一、研究意义与可行性
布鲁纳认为，人在学习过程中不是对所有刺激都接受，而是根据自身的认知结构有选择地接受并加工，而认知结构是学习者大脑中所有知识和他们的组织结构②。因此，学习效果的好坏主要在于学生对知识的组织。将零散、孤立的知识点编织成一张网，网络中知识点间良好的逻辑组织形式，帮助学生理解旧知识，并在此基础上实现内化迁移，构建新知识。
1980年美国认知心理学家E·加涅首次提出，知识网络是两类知识，即程序性知识和陈述性知识，在大脑内系统化的存储方式③。应用于教育教学领域，丁家永③认为知识网络中联系的多维性能够充分体现知识点间的联结关系，同时网络的开放性基于学习的动态性，在原有网络中加入新知识及其联结关系，使知识网络不断充实扩展，促进认知水平的提高。因此，知识网络的构建对教育非常有意义。 建构主义学习理论认为，学习者即学生的主动性是最重要的[3]。学生学习不应是简单地将知识原封不动地吸收，而要对其进行有效地加工，自主建构知识网络，并在原有知识框架下完成新知识的融合。构建过程本身即是思维形成的过程。思维导图作为有效的思维工具，不仅能将抽象的知识网络具体呈现出来，同时其绘制过程也有助于思维的形成。因此，着重培养学生的自主构建能力和思维能力，运用思维导图是可行的。当学生在建构过程中遇到困难时，教师是重要的协作者[4]和引导者。必须根据学生已有的知识经验，以此为节点，帮助学生完成知识的衔接。
二、思维导图概述
思维导图诞生于20世纪70年代，英国心理学家东尼·博赞最初提出，且在《思维导图》一书中明确给出其定义：“思维导图是一种用以展现人们思维过程的表达式，且这种表达式就如同一把‘万能钥匙’，可以激发大脑的潜能，一种发散与放射的形式自然的呈现人脑思考的整个过程。因此，思维导图可以作为一种图解技术用于人们日常生活之中，使人们的思维方式和行为表现更具条理性以提高工作与学习效率[5]。”
一直以来，思维导图的应用研究在教育界得到广泛关注。许多知名学府，如哈佛大学、剑桥大学等，也正在使用和教授思维导图。Eriksson和Hauer通过实验研究得出，思维导图在阅读教学中的运用有利于唤起学习者的注意力和提升专注力[6]。Abi-EI-Mona和Adb-EI-Khalick借助思维导图进行学习，有益于学生掌握教学内容[7]。Afaf M.Aljaser通过实验验证思维导图能激发学生的学习热情与积极性[8]。Sarah Edwards和Nick Cooper还倡议教师在备课与教学中使用思维导图，能增强教学设计的科学性、合理性[9]。在国内，越来越多的教师将其运用于课堂，并取得了一定的研究成果。赵国庆通过教学实践，探讨概念图和思维导图的本质与异同，并针对实践过程中常遇到的问题进行探讨[10]。孙锦辉尝试将几种思维导图的构图模式迁移到语文教学中[11]。马少瑛等提出在建立一个简易思维导图的基础上逐步丰富其内容，最终形成脉络清晰的微机原理课程知识体系思维导图[12]。
思维导图围绕一个中心图形或关键词，向外呈散射状，延伸出若干分支，形成层次化的关系图形。相较于文字，运用思维导图构建知识网络，以一种图文并重的形式呈现知识结构，能更有效地促进大脑对各层级分支的主要思想进行关联，加深对知识的理解与记忆，同时又保证思维发散的可控性，而非“天马行空”式胡思乱想，真正实现“理解性记忆、结构化思考”的教学要求。
三、应用思维导图的教学模式设计
为了充分发挥思维导图在教学中有效构建知识网络的作用，教学模式设计包含课前、课中和课后三个环节。如图1所示。
课前，针对课程特点，教师运用思维导图，完成知识的结构化设计。设计原则在于重点强调知识间的纵向关联性，帮助学生“以旧引新”，在进一步确认旧知的基础上，产生认知疑惑，引导学生积极思维，期待课堂。该环节重在思维引导，明确新旧知识的关联点，通过比较对照与分析，激活新知识的构建。
课中，根据课程标准对学生的知识和技能及创新能力的要求，将教学流程划分为应用展示、部分分解、整体合成和创新发展四个阶段。通过应用展示导课，使学生能够更直观地认识到所学知识的实际应用，激发学生学习兴趣，主动思考，发散联想其与预习内容的关系;教师按思维导图提供的逻辑化结构安排教学流程，带领学生内观其本质特征，便于学生理解，解除疑惑，并补充完善思维导图;在学生已基本掌握知识点的前提下，根据应用要求完成相关实验，实现应用需求，同时在教师的引导和启发下，建立思维导图中知识间的横向连接;结合理论教学内容，在思维导图中延伸出“创新应用”分支，教师根据综合判断学生的实验完成情况，有针对性地引导学生充分发挥其创造性，多角度发散性思考，灵活运用所学知识解决实际问题。该过程是思维形成的关键，应用展示激发学生学习动机，通过“部分与整体”的辨证方法认识事物本质和问题发展规律，形成新思想，获得新发现，制定新决策。最后引导学生充分发挥想象力，创造性地提出新颖观点或独特见解。
课后，安排学生对教学内容重新梳理，形成符合自身思维模式、附带个人思维观点的思维导图。教师审阅评价学生作品，并公开展示，供学生相互捕捉思维亮点，相互学习。该阶段重点在于，一方面是教师评审过程中体现的批判性思维，对学生思维能力形成产生一定影响;另一方面是学生对自身思维形成过程的反思，在反思中不断进步，使思维能力提高呈上升螺旋式發展。
四、教学实验与结果分析
为验证运用思维导图构建知识网络教学模式是否有效可行，以微机原理课程为例，通过以下设计进行教学实践研究，并对研究结果进行分析与反思总结。
（一）微机原理课程分析
微机原理是一门重要的计算机技术基础课程。该课程的任务是使学生建立微机系统的整体概念，具有运用现代微机技术进行软、硬件开发的初步能力[13]。因此应从整机概念出发，围绕冯诺依曼计算机体系结构的五大部件的结构及工作原理展开讨论，重点培养学生对硬件系统的分析、设计、开发和使用。知识面覆盖广，实践性强，涉及硬件设计和软件开发两部分。同时要求发展学生创新思维能力，注重引导学生完成“牵着走”到“独立走”的飞跃。
（二）实验设计
本研究选择对某大学正在学习本门课程的大二本科生进行教学实践研究。实验假设教学过程中运用思维导图的学习效果优于传统的教学模式。实验过程中，首先进行问卷调查和前测，根据成绩将学生分为实验组（A组，30人）和对照组（B组，30人），两组学生的知识水平和能力水平相当。课程教学计划为七章，实验教学内容选取基本输入输出接口——可编程并行I/O接口芯片8255，位于教学内容第六章。在进行实验验证之前，实验组已采用本研究教学模式，而对照组按照传统教学模式进行授课，实验过程中为实验组学生提供课前预习“启发式思维导图”，如图2所示。在该思维导图中，设计若干填空，一是为勾画重点内容，以引起学生注意;二是为学生梳理知识，便于理解记忆。图2中“提示”部分为已学旧知识，建立新旧知识间的连接，突出它们的纵向联系。 学生通过预习，已基本能够通过阅读教材、查阅资料，完成填空部分。課堂上，教学流程设计的四个阶段，如表1所示。在导入阶段通过观察趣味实验，讨论实验和知识间的联系，激发学生对芯片的学习兴趣，其后按预习思维导图的逻辑结构对其工作原理及芯片结构组成进行讲解，学生排除预习中出现的疑惑，在此基础上完善思维导图。然后根据应用要求，学生分小组，合作实现将各硬件部件连接及编写汇编程序。为培养学生的创新性思维，对理论知识在应用场景方面进行多角度引导和延伸，并归纳总结不同应用场景中出现的不同问题，在教师的帮助下，学生在小组协作和讨论中逐一解决。
课后复习，要求学生参照预习思维导图，融入个人思维观点，完成一份完整的复习思维导图。
（三）实验结果
为了进一步判断两组学生是否满足对照实验条件，即两组学生的成绩是否存在统计意义上的差别，利用SPSS软件对两组成绩进行独立样本t检验。从实验结果分析得出，两组学生成绩的平均分基本相同，且假设方差相等，sig.=0.682，数值远大于0.05，假设成立。由此可见，两组学生成绩均值无显著性差异，可认为两组学生成绩相当，同时结合对两组学生的问卷调查及平时表现的观察，综合评估两组学生知识、能力水平相当，满足对照实验条件，适合作为实验组和对照组进行对比教学实验。
后测为设计编程题，题为“用8255A作为主机连接打印机接口，编写程序段，实现N个字符的输出打印”。得分项及相应分值为硬件连接（2分）、芯片工作方式选择与控制字（2分）、时序分析与流程图（4分）、基本语法（2分）。为了有效控制无关变量，两组学生在同样的测试环境下完成相同的测试题目。测试后批阅得到两组学生成绩。为了解两组测试的总体情况，利用SPSS软件对两组成绩进行独立样本t检验，实验数据表明实验组的平均分高于对照组。假设方差相等时，sig.=0.019，说明两组成绩在均值上存在显著差异，实验组成绩明显高于对照组，学生对于教学内容的掌握和熟悉程度更高。
为进一步分析对比学生的学习效果，分别对各得分项的得分情况做统计分析，其描述性统计结果及差异性检验如表2所示。
从表2中可以看出，除耗时外，实验组在各得分项的均值高于对照组。在硬件连接、芯片工作方式选择与控制字及基本语法三项中，两组之间存在显著性差异，sig.值分别为0.04，0.02和0.03。
（四）实验讨论
研究表明，运用思维导图构建知识网络，有助于提高学生的学习效果。但目前学生自绘的思维导图仍是在预习思维导图的基础上，简单地完成知识整理，未融入个人见解，仍处于“有意识的高效”阶段，能够掌握知识节点之间的关联，帮助理解记忆。但仅停留在对现有资料的整理，未激发创新，达到“无意识的高效”状态。因此测试结果中仅硬件连接、芯片工作方式选择与控制字及基本语法三项存在显著性差异，而时序分析和流程图涉及算法设计，要求学生具有较强的解决问题的能力和创新能力。“学习思维导图要经历从了解到应用、从应用到受益的过程”[10]。未来研究将运用思维导图对课程建立体系化的完整的知识网络，基于扎实的知识基础，引导学生掌握算法的精髓，将算法的设计思想融入思维导图，使学生在学习中感到有方法可循，但又不局限于某一固定的思维模式，留有一定的创新空间，鼓励学生充分发挥创造力。
五、结束语
随着“核心素养”在新一轮教学改革中的快速推进，如何培养“核心素养之核心”——思维能力，成为热点。微机原理课程的学习需要较强的逻辑思维能力。很好地掌握本门课程，有助于培养学生的思维能力和创新能力。反之学生独立思考能力的提高，也有利于课程学习，两者相辅相成。思维导图作为一种有效的思维工具，以图解的形式呈现知识结构。本研究将思维导图引入教学，运用其构建知识网络，一方面有益于知识的梳理掌握，另一方面其图文并重及发散思维模式特点，能够改善思维品质，形成思维习惯。同时在微机原理课程教学实践中证明，思维导图在教学中能够发挥一定作用，有效提高教学效果。未来将深化思维导图的应用研究，将问题解决的方法与思想（算法思维[14]）体现在思维导图中，引导学生学会“分析问题，理性认识问题，最后解决问题”，进一步提高学生的思维能力。
注释：
①转引自DE BONO E：“The cognitive research trust （CORT） thinking program”，The international journal of creativity & problem solving， 1991，1（2）：105-117.
②转引自温淑清：《关于高中生物教学中的培养学生思维习惯的研究》，硕士学位论文，哈尔滨师范大学，2015.
③转引自刘辉：《运用思维导图构建知识网络的研究——以生物学实验教学为例》，硕士学位论文，山东师范大学，2018.
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