丁文文（淮北師范大學 數學科學學院，安徽 淮北 235000）

思維導圖在JAVA教學中的應用

丁文文
（淮北師范大學 數學科學學院，安徽 淮北 235000）

Java課程知識點多且抽象，理論與實踐性都很強.為提高Java程序設計課程的教學效果，調動學生的積極性，引入多姿多彩且組織性強的思維導圖到Java程序設計教學中.從教學實踐經驗中，基于思維導圖策略，取得良好的教學效果，不僅提高Java程序設計課程教學質量，而且有效地培養(yǎng)學生的編程思維能力.利用思維導圖善于總結知識點內在聯系的特點，幫助學生優(yōu)化認知結構，激發(fā)學生的學習興趣.

Java程序設計；思維導圖；教學實踐

0 引言

“Java語言程序設計”是高校計算機專業(yè)的必修課，也是軟件工程師必須學會應用的課程.Java語言具有面向對象特性，實踐性強.由于Java語言的實踐性強和開發(fā)環(huán)境的復雜性，怎樣教好 Java便成計算機教學中一個值得探討與研究的熱點［1］.在傳統(tǒng)的教學實施過程中，教師通常先介紹教材中各個知識點，然后通過課后習題和一些實驗來鞏固和加深學生對于面向對象語言的理解.這種按步就班的教學方式無法體現Java語言的強大功能，導致學生學習目標不明確，不能讓學生直觀地感受到語言的功能和作用［2］.“項目驅動”教學法按照軟件工程思想把某一工程項目展開并貫穿于整個教學，讓學生在一個個典型的編程“項目”的驅動下建構真正屬于自己的知識與技能，達到編程思維的能力培養(yǎng).然而選擇恰當的項目是此教學法成功的重點［3］.

為有效地解決這些問題，需要注意教師的“教”和學生的“學”，兩者本質上是互動的.“教”要理清思路，方法得當，運用多元智能，拓寬學生思維，激發(fā)學生反思，喚起學生的學習潛能.“學”是興趣驅動方法，多種感官并用，不僅要學習知識的細節(jié)，整體把握課程結構，更重要的是要有針對性去學.在教學實踐中，希望通過引入思維導圖來達到教與學的效果［4］.本研究探討如何將思維導圖融入到“Java語言程序設計”課程教學實踐，使其作為知識管理和技術輔助手段，利于教師展示知識點，利于學生整合形成知識結構，最終提高教學效率，為程序設計課程改革提供參考意見［5］.

1 思維導圖概述

1.1 思維導圖

簡單地說，思維導圖是一種高效率地表達思維軌跡的圖形思維工具.思維導圖把握全局，抓住事物的關鍵，通過聯想和想象找到事物之間的聯系.思維導圖是由英國著名心理學家、教育專家東尼.博贊（Tony buzan）在70世紀根據大腦的工作原理發(fā)明［6］.思維導圖基于人類大腦的自然思考方式，將思維形象化，是放射性思考的表達.思維導圖可以把復雜的信息畫出來，使復雜的問題變得非常簡單，它可以幫助我們找到思想、聯系、看清本質，迅速從復雜的信息中找到關鍵.思維導圖順應左腦天然思維方式，各種觀點在圖表中清晰地體現，同時，中心主題、色彩與圖形的結合運用刺激視覺器官，實現視覺的學習、記憶的強化和深化.

1.2 思維導圖的特點

思維導圖遵循一套簡單、基本、自然、易被大腦接受的規(guī)則，運用放射性線條和圖形來模擬人腦的思維過程中的邏輯思維，并用不同的顏色和特殊符號，對圖形上的同關注度的內容去標識.托尼巴贊認為，思維導圖必須具備以下4個基本特征［6］：

（1）一幅思維導圖只有一個主題.主題放在圖形的中央.

（2）確定主題的主干.主題的主干作為分支從中央向四周放射.比較不重要的話題也以分支形式表現出來，附在較高層次的分支上.

（3）尋找關鍵詞和關鍵圖形.無論是直接與主題相聯的一級分支，還是與一級分支相連的下級分支，都是由關鍵詞和關鍵圖形組成的.

（4）各分支形成一個連接的節(jié)點結構.因此思維導圖在表現形式上是樹狀結構的.分支形成連接節(jié)點結構.

在本文中，采用MindManager專業(yè)思維導圖工具［7］來作圖.

2 思維導圖在JAVA教學中的應用

Java是一門面向對象的語言，計算機專業(yè)開設Java程序設計課程基本上分為兩種情況：（1）將Java語言作為學生學習的第一種程序設計語言，面臨的最大問題是涉及內容太多甚至太雜，分散重點和學習精力.（2）將Java語言作為C程序設計語言［8］的后續(xù)語言來學習，面臨的最大問題是如何將學生的程序設計思維從面向過程向面向對象轉變，這需要一個循序漸進的逐步轉變的過程.筆者根據多年的程序設計教學經驗，認為：面向對象也可以說是從宏觀方面思考問題（森林），而面向過程可以說是從細節(jié)處思考問題（樹木）.直接接觸面向對象的思想與方法，再訓練程序設計的方法與技巧，就好像是先見森林，后見樹木.這個也等于建筑學里面，先設計整個建筑物的框架，然后再施工的道理是一樣的.要想達到好的教學效果，在授課中采用思維導圖，側重于4方面：

（1）在教學設計中采用思維導圖，必要時用思維導圖勾畫全書和書中各章節(jié).

（2）針對Java語言實踐性強、學生沒有實際的開發(fā)經驗等問題，在實驗環(huán)節(jié)使用思維導圖快速、有效地指導學生安裝Java軟件開發(fā)工具包（Java Development Kit，JDK），設置Java運行環(huán)境變量，理解安裝路徑與環(huán)境變量之間的關系，理清Java虛擬機的執(zhí)行流程等.

（3）針對Java課程知識點多這個環(huán)節(jié)，在授課計劃中對數據類型、控制流程語句和結構化程序設計等程序基礎知識，利用思維導圖引導學生根據實際應用需求來選擇數據類型和執(zhí)行流程.

（4）利用思維導圖加強面向對象思維培養(yǎng).先根據思維導圖建立系統(tǒng)與全局的觀念，按照面向對象的思想和方法來分析問題域，設計對象模型.

2.1 教學設計中采用思維導圖

傳統(tǒng)教師用板書來概括，簡單地為學生提供課堂知識點.大多數學生不能跟上老師的想法，降低教學效果.科學有效的備課方法，不僅對教材內容進行細化，也要結合教材內容和最新的研究理論和方法，引導學生主動學習.利用思維導圖進行備課，容易掌握知識系統(tǒng)的框架和結構.通過圖1的思維導圖，對Java程序設計課程的內容和目標進行詳細的規(guī)劃，明確學生學習目標和任務.教師可以把零散的知識點在思維導圖上全面、系統(tǒng)地聯系起來.不僅對新知識點容易擴展，而且對舊的知識點容易復習.在教師使用思維導圖備完一章內容后，就可以利用它為學生對每一章內容進行復習，不僅是簡單復習教學中的知識點，且短時間內讓學生回憶上過的每一堂課.

圖1 Java程序設計課程思維導圖

圖2 實際需求思維導圖

程序流程概念簡單，使用靈活，想要掌握好并不容易.在引導學生使用哪種程序流程時，可以利用思維導圖讓學生自己判斷，然后加以設計.例如，編寫一個程序，當輸入某年某月某日，判斷這一天是這一年的第幾天.首先在思維導圖上畫出輸入和輸出，對于不正確的年月日會產生異常，直到輸入符合規(guī)則的年月日來.比如，當輸入2月份，年為閏年時，月的天數就不能超過29；然后根據輸入的月份來對總共的天數進行求和，這其中既涉及到循環(huán)結構，又涉及到選擇分支結構.循環(huán)是選擇for還是while，分支是選擇if還是switch，都要學生根據思維導圖給出判讀.整個過程如圖2所示.

2.2 實驗環(huán)節(jié)中采用思維導圖

Java是一門實踐性很強的專業(yè)課程.在實驗環(huán)節(jié)，通過上機實驗來驗證書本和課堂教學內容，理解Java語言的基本結構和程序設計方法.但是學生往往局限在把書本上的程序往Java編輯環(huán)境中敲寫一遍后運行，根本不去進一步思索程序最終運行結果得出的緣由，導致雖然實驗課程結束，遇到實際問題還是束手無策.在實踐環(huán)節(jié)中，采用思維導圖，如圖3所示，盡快讓學生熟悉Java運行環(huán)境配置、理順代碼中蘊含的思想、遇到問題能熟練地調試程序發(fā)現錯誤，從而提高學生的分析問題、解決問題的能力和動手能力.對于在實際編程中需要遵循而又容易忽略的規(guī)則，比如，Java源程序可以包含多個類，但其中只能有一個public class，并且這個class的類名要和文件名保持一致，利用思維導圖，進行歸納總結，幫助學生養(yǎng)成良好的編程習慣.

圖3 Java環(huán)境配置的思維導圖

2.3 利用思維導圖加強面向對象思維培養(yǎng)

面向對象思維的培養(yǎng)，可以利用層次化的思維導圖，促使教師充分把握課堂情境，尋找與學生交流的突破口.比如讓學生清楚面向過程思想是面向著具體的每一個步驟和過程，我們都要親力親為參與進去，面向對象是現實世界模型的自然延伸，它將世界萬物看成對象，從而可以將復雜的事情簡單化，將我們從執(zhí)行者變成指揮者.思維導圖獨特的分支結構有利于學生深入到問題的底層，比如，理解面向對象編程的抽象性、封裝性、繼承性和多態(tài)性等.這樣教師就可以自然地將探究的內容向深度介紹，挖掘學生的個體潛能.類和對象的思維導圖如圖4所示.

圖4 類和對象的思維導圖

2.4 利用思維導圖鞏固Java基礎知識

對于程序設計語言初學者，筆者在授課計劃中對Java語法部分分配較多的課時，語法學習是任何計算機語言的必經階段，連語法都不熟悉，怎么談程序設計？基于思維導圖，在教學中采用以下手段，盡快讓學生熟悉Java語法和相關基本知識及工具.

（1）基于思維導圖對Java的基本語法有一個整體認識，對int、float、double、char等數據類型能夠靈活分配給各個對象，熟練掌握for、while、swith case等基本流程控制語言.

（2）采用思維導圖強化數據在內存中的表示、引用數據類型的概念、遞歸定義與遞歸算法、類的組合等知識點.

（3）重視學生學習使用Java API文檔.Java API文檔是Java的基本類庫，是有經驗的程序開發(fā)人員已經寫好的可以直接使用的常用的程序.根據多年的開發(fā)經歷和教學實踐來看，學生應該對基本類庫有個整體了解，這就等于站在巨人的肩膀上來學習，自然上手和掌握都要快很多.這里，并不是讓學生熟練掌握每個類有哪些屬性和方法，而是要學生知道每個包由哪些方面的類構成的，這些類的功能是什么.當遇到實際問題的時候，能夠知道哪個類或者哪幾個類的組合可以解決這個實際問題.教學實踐中，采用思維導圖，示范其功效，讓學生根據Java API文檔，畫出每個類的思維導圖，如圖5所示.盡快讓學生熟悉Java語法，能較熟練地編寫程序.

圖5 日期類的思維導圖

3 結束語

在Java教學中，使用思維導圖不僅能幫助學生建立良好的認知結構，挖掘知識點之間的關系，深入了解知識體系的構建，而且能有效地培養(yǎng)學生的自主學習能力和思維能力，激發(fā)學生的學習興趣.利用思維導圖在Java編程輔助教學注入新的思路，提供新的工具和策略，是一種有效的教學和積極的方式，不僅可以促進教師教學，還能促進學生學習，值得推廣［9］.

［1］張麗君.Java語言程序設計課程教學改革探索［J］.中國管理信息化，2017（3）：208-209.

［2］姚明，彭志平，李啟銳，等.Java課內實踐教學改革［J］.計算機教育，2016（6）：151-154.

［3］張璞.“案例驅動+項目導向”的Java程序設計課程教學模式研究［J］.計算機教育，2017（2）：58-61.

［4］劉榮玄.概念圖與思維導圖輔助教學的研究與實踐［J］.教育現代化，2017（2）：119-123.

［5］LI C L，YANG L P，WANG W.Application of mind mapping to improve the teaching effect of java program design course ［C］//Hsiang-Chuan Liu.Computing，Control，Information and Education Engineering 2015.Guilin，P.R.China：CRC Press，2015：451-454.

［6］林文東，宋芹芹.我國思維導圖十年研究概述［J］.中國教育技術裝備，2015（6）：109-110.

［7］伊向超，胡彩蓮.思維導圖MindMapper在課堂教學中的應用探究：以“教學系統(tǒng)設計”為例［J］.中國教育信息化，2010 （7）：59-61.

［8］劉亮.“C語言程序設計”知識構建的思維導圖方式［J］.信息與電腦（理論版），2015（12）：35-36.

［9］胡強，謝超，賈璐.思維導圖在師范生教學設計能力培養(yǎng)中的應用［J］.合肥師范學院學報，2010（6）：67-70.

Applied Research of Mind Mapping in JAVA Teaching

DING Wenwen
（School of Mathematical Sciences，Huaibei Normal University，235000，Huaibei，Anhui，China）

Java programming course possesses many knowledge points，which is abstract，theoretical and prac?tical.In order to improve the teaching effect of Java programming course and stimulate the enthusiasm of the students，the colorful and organized mind map is introduced into the teaching of Java programming.From the teaching practice，the good teaching effect has been obtained based on mind mapping strategy，It can not only improve the quality of teaching of Java programming course，but also help students to optimize cognitive struc?ture，effectively cultivate students′autonomous learning ability and programming thinking ability，and stimu?late students′interest in learning.

Java programming course；mind mapping；teaching practice

TP 3122

C

2095-0691（2017）02-0087-05

2017-03-10

安徽省高校自然科學研究重點項目（KJ2016A625，KJ2017A376，KJ2017A377）

丁文文（1976— ），女，安徽滁州人，博士，講師，研究方向為智能信息處理，機器學習.