思维导图在数字图像处理课程中的具体使用

　　思维导图由着名教育学家托尼·博赞于 20 世纪 60 年代首创而成。作为一种有效的创造性思维工具，它已经被广泛应用在个人的自我分析和问题解决，家庭和商业的各种计划，甚至企业的员工培训和经验管理等方面[1].特别的，教育界也通过研究和挖掘思维导图的潜在教育价值和教学功能，已经将思维导图应用于国内外的许多中小学课程的建设和教学中，典型的如外国语、数学、物理、化学等课程。

　　然而调研发现，在高校（特别是二本地方高校）的课程教学中，引入思维导图的课程仍主要是偏文科的课程，比如外国语，鲜见在工科课程教学中引入思维导图这一创新思维工具。

　　另一方面，数字图像处理作为工科院校的一门重要的专业基础课程，在遥感、交通、医疗、军事、航天、航空等诸多领域都有着广泛的应用。尽管数字图像处理技术有着如此广阔的应用领域，数字图像处理课程也有着特别重要的教学地位，但由于该课程起点高、难度大、公式多、概念多，加之二本地方高校学生的数学知识总体相对更薄弱，这些因素交织在一起，使得很多学生在学习过程中容易感到枯燥，产生厌学感，很难达到预定的教学目的和效果。

　　注意到思维导图的正面教育价值和多样化的教学功能，同时也注意到数字图像处理课程教学中的典型问题，本文在分析思维导图的基本涵义和特点的基础上，简要介绍思维导图的绘制方法，并探讨思维导图在数字图像处理课程教学中的实际应用及其效果。

　　1 思维导图的含义与特点

　　思维导图通过模拟大脑神经网络的外向放射性结构，以一种高度可视化的模式来展现人的认知结构，从而实现大脑思维图谱的外化。它是一种有效激发大脑思维潜能的创新思维工具[2].

　　一幅思维导图通常包含主题、节点、色彩、图像等关键要素，以及连接这些要素的多样化连线。这些关键要素通过连线连接成树状结构，从而能从多维度来组织和表达感兴趣的领域知识。思维导图由中心主题分支出节点，节点分支出子节点，并由此发散，节点不断增加。思维导图的绘制过程实际上反映的是一个思维过程，它从中心主题开始，随着思维的不断扩展和深入，逐步形成一个向周围发散的树状图。树状图的同一层节点数表示思维的广度，一个分支的长度表示思维的深度[3].

　　思维导图的基本特点主要包括：1）中心主题位于中央位置；2）主题涉及的不同主干内容作为分支向四周放射；3）每个主干内容由一个关键图或关键词构成，并放置于分支之上；4）各分支连接主题与主干内容或者两个主干内容；5）不同级别的分支和内容可采用不同的色彩来区分[4].

　　2 思维导图的绘制方法

　　绘制思维导图可以采用手工方式，也可以采用软件方式。目前可用于绘制思维导图的软件较多，比较流行的有 Mind Mapper、Mind Manager、XMind、Visual Mind、Headcase 等教学与商业软件。无论是手工绘制还是软件绘制，都应该遵循共同的规则：突出重点、发挥联想、清晰明白、形成个性风格。具体的绘制方法一般包括五个方面[5]：

　　1）在纸或者屏幕中心位置绘制所要表达的中心主题（可以用图像或者关键词表达中心主题）；2）从主题出发延伸出各级子主题，连接各级主题 / 子主题线条近粗远细；3）在各分支线上添加必要的关键词或内容，可以随时根据需要补充或删减构成图的分支；4）为了反映各分支之间的关系，可将对应分支用箭头相连接，同时可以添加一些小图案或符号进行标记，以增强思维导图的清晰性和生动性；5）可以使用自己喜爱的形式或内容突出个性风格。

　　3 思维导图优化教学的实践应用

　　思维导图模拟大脑神经网络的放射性结构，以树状结构存储信息，并以形象化的图文模式传输表达信息，从而使得思维导图具有多种教学功能。下面结合本校计算机与信息学院数字图像处理课程教学，说明思维导图在教师的备课阶段、师生互动的授课阶段、学生的复习阶段的教学作用。

　　备课阶段：思维导图有助于教师的教学规划 数字图像处理是一门跨度大、综合性强、知识点杂的工学课程。

　　传统的备课方案费时费力费篇幅，且制作出的教案往往比较枯燥，缺乏一定的灵活性和生动性。但是运用思维导图可以使教师以分明的层次、清晰的结构展示各概念、知识点之间的相互逻辑关系，从而便于教师从全局上把握各章节的教学内容，帮助教师理顺知识点间的来龙去脉，明了各知识点的重要程度，最终将有助于教师进行高质量的教学设计。以此为基础，教师可以快速准确地归纳整理出各章节的教学思路，提前将各种素材有条不紊地整合起来，以直观和生动的方式把备课内容及整个教学流程表示出来。

　　图 1 展示了数字图像处理课程中关于图像增强主题的思维导图示例（利用 XMind 软件绘制），能够帮助教师把握图像增强的知识脉络。思维导图能够将隐藏于教师头脑中的教学内容、教学思路、教学经验和知识体系以一种可视化的方式展现出来，相当于教师模拟了一次教学的进展过程。由于思维导图的绘制（特别是对软件绘制方式而言）是开放式的和递进式的，教师在进行教学设计时，完全可以根据学生方面的实际情况、教学方面的实际条件等对制作好的思维导图做适度修改。这个优点使得宝贵的思维导图资料不但可以方便原创教师对教案的不断优化，而且也方便不同教师之间教案的资源共享。

　　授课阶段：思维导图有助于促进课堂教学效果 在实际授课时，通过师生互动的形式（教师为主，学生为辅），教师和学生共同在黑板上把授课内容用思维导图画出来，或者利用多媒体技术把预先准备好的有关思维导图展现出来，这样能有效地促进教学效果。首先，层次化、直观化、多色彩与多维度的思维导图能激发学生的学习兴趣和学习热情，从而提高学生的学习注意力，进而能激发学生的联想力，增强学生的课堂记忆效果；其次，思维导图使得隐性知识显性化，从而将零散细碎的知识点系统化和结构化，让学生从整体上掌握教学内容；再次，形象化的图案元素以及精炼的关键词要素，不仅能突出重点，而且能激发学生进行发散性思考问题，并培养学生的创造性思维；最后，生动有趣的绘图过程能有效提高学生的课堂参与积极性，利于师生及生生互动，活跃课堂气氛。

　　复习阶段：思维导图有助于学生的复习总结 思维导图不仅可以帮助学生定制个人学习计划，还可以引导、组织学生对课堂授课内容进行归纳整理。学生可以根据教师提供的思维导图，总结回忆所学习的知识以及它们的关系，把握各个知识点之间的关系，在头脑中形成清晰的知识网络。另外，学生可以通过循环往复地绘制、修改教师提供的思维导图，学会反思自己的学习过程。

　　思维导图具有极大的伸缩性，它顺应人脑的自然思维模式，从而可以使人们的主观意识自然地在图上表达出来。

　　比如，学生复习数字图像处理的图像增强内容时，可以采用图 2 的方式，从主要知识点、重点、难点、实验、自评和思考与讨论等方面建立思维导图，以此促进学生积极动手操作和动脑思考，促进学生进行新旧知识的结合，对复习总结起到事半功倍的效果。

　　4 结语

　　思维导图不仅是一种强有力的思维工具，而且是一种非常有效的教学辅助手段。熟练使用思维导图，使教师能够在备课阶段对课程的整体把握起到提纲挈领的作用，使教师和学生在课堂上能增强互动，加深学生对知识点的理解，使学生可以在课后进行有效复习。实践证明，将思维导图引入数字图像处理课程教学中，能够为教学改革注入新的活力，提高教学的效率和质量。

　　参考文献：
　　[1] 博赞 . 思维导图 [M]. 李斯 , 译 . 北京 : 作家出版社 ,1998.