基于知識圖譜的Web程序設(shè)計課程教學(xué)改革探討

陳榮元 唐揚帆 李廣瓊 黃少年 申立智

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，Web技術(shù)不斷更新迭代，社會對計算機類人才的需求越來越高。因此，高校在培養(yǎng)學(xué)生時不僅要培養(yǎng)其計算思維能力，也要重視學(xué)生們在Web程序設(shè)計方面的能力。該文利用知識圖譜理念，構(gòu)建基于知識圖譜的Web程序設(shè)計課程教學(xué)方法，從學(xué)生的基本知識、專業(yè)素養(yǎng)以及綜合能力三個角度出發(fā)，構(gòu)建知識圖譜，從單一型的教學(xué)方式向復(fù)合型教學(xué)方式轉(zhuǎn)變，摒棄傳統(tǒng)教學(xué)方式中的缺點與弊端，做到以學(xué)生為中心，強化教學(xué)效果，力爭為社會培養(yǎng)更多經(jīng)世致用的人才。

關(guān)鍵詞：Web程序設(shè)計；教學(xué)改革；知識圖譜

中圖分類號：G424? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）06-0123-04

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）

1 當前Web程序設(shè)計課程教學(xué)存在的主要問題

Web開發(fā)技術(shù)作為國家信息化、“互聯(lián)網(wǎng)+”等戰(zhàn)略實施的重要手段和技術(shù)，在計算機課程體系中占有重要地位[1]。但目前的教學(xué)中仍存在以下問題：

（1）課程知識點多且散

Web程序設(shè)計課程本身是一門綜合性較強的學(xué)科，具有“范圍廣、知識點多、學(xué)時少”的特點，所包含的概念和規(guī)則較多，比如程序設(shè)計之初要了解頁面設(shè)計、頁面布局、控件、對象、數(shù)據(jù)庫等知識。傳統(tǒng)授課過程中講授的理論多、實踐少，而這些零散的知識點對學(xué)生來說不易上手學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)狀態(tài)處于“碎片化模式”，不易觸類旁通地進行理解，很難在實踐中靈活運用。Web技術(shù)因為其眾多的知識點以及日益更新的新技術(shù)，要求具備扎實的應(yīng)用能力[2]。課程設(shè)計作業(yè)雖然也包含了實驗內(nèi)容，但所占比重較低，并且實驗題目相對獨立，無法觸類旁通，很難提高學(xué)生的實際開發(fā)水平。

（2）教學(xué)模式較單一

當前Web程序設(shè)計課程中大多數(shù)教學(xué)模式還是采用傳統(tǒng)教學(xué)的單一模式，而傳統(tǒng)教學(xué)模式由于受時間和空間限制無法滿足學(xué)習(xí)者日益增長的個性化學(xué)習(xí)需求[3]。傳統(tǒng)教學(xué)模式在教學(xué)內(nèi)容的組織與教授方面更多屬于“填鴨式”教育，一味地向?qū)W生灌輸課程內(nèi)容中的知識點，由于相關(guān)的知識點比較抽象，很多概念只可在實踐中意會，難以在教授中言傳，學(xué)生作為被動接受的一方，在聽課過程中不易做到全程聚精會神，無法完全掌握其核心知識點。對自主學(xué)習(xí)能力差的學(xué)生來說，更是跟不上講授進度，學(xué)習(xí)效果差強人意。

綜上所述，目前該課程以學(xué)生為中心的教學(xué)方式還沒有完全展開，Web程序設(shè)計課程教學(xué)仍存在很多問題，需要采取有效措施解決上述問題[4]。本文提出構(gòu)建Web程序設(shè)計課程知識圖譜，從以教師講授為主的單一模式向以網(wǎng)狀的知識圖譜為核心的多功能教學(xué)模式進行轉(zhuǎn)變，突破傳統(tǒng)的教學(xué)過程，將各個章節(jié)的知識點整理歸納，使學(xué)生能夠系統(tǒng)性地學(xué)習(xí)，避免因碎片化學(xué)習(xí)導(dǎo)致的低效率。通過引入案例教學(xué)，改進教學(xué)模式，利用知識圖譜將知識點融會貫通，對知識點進行細分和可視化，使學(xué)生能夠觸類旁通地進行學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率[5]。

2? Web程序設(shè)計課程知識圖譜的構(gòu)建

在制定教學(xué)目標時，要讓學(xué)生在今后工作中能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識學(xué)以致用。因此，在教授過程中，要對課程內(nèi)容總結(jié)歸納，使學(xué)生具備扎實的理論基礎(chǔ)，充分理解Web工作原理，能夠在項目中進行實踐，在實踐過程中熟悉開發(fā)平臺，使學(xué)生不僅能夠熟練搭建應(yīng)用系統(tǒng)運行環(huán)境，又會動手設(shè)計、維護網(wǎng)站，了解Web項目開發(fā)流程并最終熟練使用所學(xué)Web技術(shù)與開發(fā)框架。Web程序設(shè)計課程中知識點較多，含有很多易混淆的概念，如何區(qū)分這些概念并不簡單，因此，可以利用知識圖譜理清實際內(nèi)涵，羅列好相似關(guān)鍵詞和概念相近的知識點，把這些思維結(jié)構(gòu)點以網(wǎng)狀的形式展示出來，使得知識點與知識點之間的關(guān)系更加直觀，從而幫助學(xué)生判斷和比較。本文的基本思想路線如圖1所示。

在教學(xué)實施過程中，要根據(jù)學(xué)生實際情況調(diào)整方案，根據(jù)知識圖譜的總攬性與概括性，對Web程序設(shè)計課程中的專業(yè)知識進行梳理，建立起知識點之間的關(guān)系，針對基礎(chǔ)薄弱和能力較強的學(xué)生布置不同內(nèi)容的學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生提高自主學(xué)習(xí)能力。只有學(xué)生在學(xué)習(xí)上的主觀能動力不斷提高，才能更有效率地學(xué)習(xí)豐富的知識，從而構(gòu)建完善的知識框架與體系。對于一些交叉知識和容易混淆的概念，利用知識圖譜可以理清知識點之間的聯(lián)系，避免概念混淆造成的記憶紊亂，從而對整個專業(yè)課程有全局的理解，將各章節(jié)知識點的脈絡(luò)梳理清晰。

將知識圖譜引入教學(xué)過程中，加強學(xué)生對基本概念、方法及思想的理解，啟發(fā)思考、引導(dǎo)探索、逐步培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。轉(zhuǎn)變思維模式，將知識圖譜思維融入思維方式的培養(yǎng)中，促進學(xué)生對各知識點的理解，使學(xué)生能夠有更多的思考空間和創(chuàng)新空間，能夠以突破式的角度去解決實際應(yīng)用中的復(fù)雜問題。針對Web程序設(shè)計實踐性、應(yīng)用性強的特點[6]，采用“理論、實踐和應(yīng)用”三合一式教學(xué)方法，設(shè)置以此三點展開的Web程序設(shè)計課程知識圖譜。Web程序設(shè)計知識體系如圖2所示，在構(gòu)建Web程序設(shè)計課程知識圖譜中，將知識體系層次化、模塊化以及體系化，知識圖譜是基于結(jié)點之間的語義關(guān)系而形成的知識邏輯網(wǎng)絡(luò)[7]，本文從各章節(jié)知識點出發(fā)，將知識點分為基本知識、專業(yè)素養(yǎng)以及綜合能力，通過知識圖譜，揭示這三個要素間的邏輯與內(nèi)在聯(lián)系。其中，基本知識由學(xué)習(xí)任務(wù)中各章節(jié)目錄及章節(jié)下對應(yīng)的知識點組成，專業(yè)素養(yǎng)是對所學(xué)知識的鞏固，由各知識點對應(yīng)下的經(jīng)典案例組成，綜合能力是檢驗學(xué)生是否能夠?qū)⒗碚撝R應(yīng)用于實踐，由學(xué)生自己上機做實驗的綜合實例組成。

3? Web程序設(shè)計課程體系架構(gòu)設(shè)計

基于知識圖譜的Web程序設(shè)計課程體系架構(gòu)，以章節(jié)知識為主體，以基本知識、專業(yè)素養(yǎng)和綜合能力等為關(guān)系，以章節(jié)目錄知識點為屬性。本文基于知識圖譜的Web程序設(shè)計課程設(shè)計原理如下：首先，將Web程序設(shè)計課程確定為知識圖譜的構(gòu)建領(lǐng)域；再定義知識圖譜的層次結(jié)構(gòu)，本文設(shè)置了三個層次結(jié)構(gòu)；根據(jù)提取出的所在知識領(lǐng)域的知識概念確定所屬層次；然后進一步定義關(guān)系模型，確定知識概念之間的關(guān)系模型以及關(guān)系連接的節(jié)點所在層次[8]；最后根據(jù)定義好的層次類型、關(guān)系模型和選取的知識概念構(gòu)建本課程的知識圖譜，以呈現(xiàn)出本課程的專業(yè)知識與相關(guān)知識點。

以檢索JSP基礎(chǔ)為例的知識圖譜如圖3所示：

3.1 Web程序設(shè)計課程基本知識體系架構(gòu)

基本知識模塊描述課程包含基本知識點及其關(guān)系，利用知識圖譜幫助學(xué)生建立起完整的Web程序設(shè)計知識體系。在學(xué)習(xí)中，利用知識圖譜做好課程的思維導(dǎo)圖，打破固化的思維，融會貫通，促進發(fā)散思維，幫助學(xué)生將零散的知識點條理化和集成化。鼓勵學(xué)生多獨立思考，將不能解決的問題帶到課堂中來，教師在幫助解惑的過程中，可以通過知識圖譜舉一反三到類似的問題，旁征博引與之相關(guān)的知識點，幫助學(xué)生更透徹地理解知識點，使得理解問題本質(zhì)的方式從封閉型向開放型轉(zhuǎn)變。由于Web程序設(shè)計課程的章節(jié)相對抽象和獨立，在學(xué)習(xí)過程中需要教師將各個知識點進行總結(jié)與歸納，將抽象、獨立的知識點串聯(lián)起來，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，故利用知識圖譜做到章節(jié)融合，對各項知識建立有條理的內(nèi)在聯(lián)系，有利于后續(xù)的整合與改進。

由于傳統(tǒng)教學(xué)方式主要是按照教材講解知識點與技術(shù)點，教學(xué)方法往往枯燥無味，因此，要在實際教學(xué)中改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，要善于抓住難點、重點，將抽象的概念可視化。利用知識圖譜中的知識點具有相關(guān)性與可視化的特點，可以在課堂上通過回顧舊知識來講解新知識，采用循序漸進、由點見面、由淺入深的教學(xué)方式，以面向知識圖譜的方式做好問題導(dǎo)入，突出所學(xué)書面知識與程序?qū)嶋H操作中涉及的技術(shù)點的關(guān)聯(lián)性，帶領(lǐng)學(xué)生攻克難關(guān)，激發(fā)學(xué)生的主觀能動性。培養(yǎng)學(xué)生形成獨立思考、主動學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣，并在學(xué)習(xí)中不斷地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程中獲得更多有效的學(xué)習(xí)成果。

3.2 Web程序設(shè)計課程專業(yè)素養(yǎng)能力的培養(yǎng)

專業(yè)素養(yǎng)模塊是為了鞏固學(xué)習(xí)成果而設(shè)置的案例教學(xué)步驟，由于Web程序設(shè)計課程相關(guān)的技術(shù)內(nèi)容涉及廣泛，在教學(xué)過程中，應(yīng)該在完整的Web程序設(shè)計知識體系基礎(chǔ)上，從全局理解課程精髓，不只是將學(xué)習(xí)停留在基礎(chǔ)知識上，而是時刻關(guān)注行業(yè)發(fā)展，關(guān)注與領(lǐng)域相關(guān)的技術(shù)更新，掌握前沿動態(tài)，對所學(xué)知識進行擴展，根據(jù)前沿領(lǐng)域的發(fā)展引入案例教學(xué)，對教學(xué)內(nèi)容進行動態(tài)更新與調(diào)整，在規(guī)定的授課計劃中增加對創(chuàng)新技術(shù)的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生掌握新舊知識的聯(lián)結(jié)，抓住技術(shù)革新的重點，在奠定學(xué)生技術(shù)基礎(chǔ)的同時，增加新知識的補充，加重課堂教學(xué)的可持續(xù)性。

利用知識圖譜也可以幫助培養(yǎng)學(xué)生分析和理解問題的能力，將一些經(jīng)典案例囊括進知識圖譜中，使得學(xué)生可以通過知識圖譜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，找到問題中的組成要素，進入相關(guān)領(lǐng)域進行學(xué)習(xí)，并理清要素間的關(guān)系，綜合各個知識點進行思考以解決問題。運用經(jīng)典的精選案例進行教學(xué)示范，選取來源于實際應(yīng)用中的豐富案例，幫助學(xué)生更透徹地理解其原理，進而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，能夠在實際操作過程中對重點難點把握得更精準，有效地提高學(xué)習(xí)效率。因此，在知識圖譜中引入專業(yè)素養(yǎng)模塊，使得學(xué)生能夠通過相關(guān)案例加強學(xué)習(xí)，從眾多案例資源中快速了解相關(guān)技術(shù)與知識點，提高學(xué)習(xí)效率與自身的專業(yè)素質(zhì)。

3.3 Web程序設(shè)計課程綜合能力的培養(yǎng)

綜合能力則要求學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R應(yīng)用于實際項目中，鞏固基礎(chǔ)知識，加強專業(yè)素養(yǎng)。Web程序設(shè)計不僅要掌握相關(guān)理論知識，更要有很強的實踐能力，以“應(yīng)用”為主旨和特征構(gòu)建教學(xué)體系，加強針對性和實用[9]，提升學(xué)生的綜合適應(yīng)性，故要強化綜合應(yīng)用教學(xué)，在課程教學(xué)中加入實踐環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的動手能力。讓學(xué)生對所學(xué)Web程序設(shè)計知識進行系統(tǒng)化的訓(xùn)練，進而提高自己的綜合應(yīng)用水平。結(jié)合理論知識與實踐，運用理論知識解決實際問題。針對開發(fā)流程布置實訓(xùn)項目，如網(wǎng)站需求分析、概要設(shè)計、詳細設(shè)計等，組織學(xué)生成立項目組，選擇感興趣的模塊進行實踐，自行進行任務(wù)分工，合作互助，共同完成項目。在項目實訓(xùn)過程中，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識解決問題，深化自己的編程技術(shù)，提高自身學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新能力。在課堂教學(xué)過程中，以項目為載體，以問題為驅(qū)動，通過知識圖譜羅列的知識點之間的邏輯關(guān)系，將不同層級間的要素邏輯關(guān)系梳理清晰，從而一步步解決核心問題，完成項目任務(wù)[10]。

從實踐教學(xué)的角度，加強理論與實踐的銜接，綜合能力模塊是很有必要的。通過項目實訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與綜合能力，在完成實踐學(xué)習(xí)后，教師總結(jié)實踐過程中遇到的問題，并在課堂上對其進行分析講解，根據(jù)知識圖譜中的相關(guān)技術(shù)要點運用聯(lián)想、歸納等策略解決實際問題。通過分析實際項目案例，對程序中涉及的語法結(jié)構(gòu)進行講解，在重點剖析過程中深入淺出，有的放矢地幫助學(xué)生解決問題，提高學(xué)習(xí)效率。在實踐教學(xué)過程中因材施教，針對基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生，可以使其反復(fù)練習(xí)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)任務(wù)，再逐漸提高任務(wù)難度，以確保學(xué)生對知識點的掌控能力。根據(jù)學(xué)生感興趣的項目方向，利用知識圖譜找到相關(guān)的項目實例，使學(xué)生的學(xué)習(xí)從被動型向主動型轉(zhuǎn)變，激發(fā)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性。在上機實驗過程中，鼓勵學(xué)生遇到問題首先要嘗試自己解決，在此過程中聯(lián)系知識圖譜體系中基礎(chǔ)知識模塊中的理論部分，耐心地對問題進行跟蹤、調(diào)試與測試，在解決問題的過程中加深對所學(xué)知識點的理解，通過使用Web程序設(shè)計課程知識圖譜促進學(xué)生的邏輯思維，使得學(xué)生不僅能掌握Web程序設(shè)計課程的理論知識，也能很好地應(yīng)用于實際，為未來項目的開發(fā)奠定堅實基礎(chǔ)。

4? 基于知識圖譜的Web程序設(shè)計課程改革實踐

對Web程序設(shè)計課程進行教學(xué)改革實踐后，在頭歌（EduCoder）實踐教學(xué)平臺中對本校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)與軟件工程專業(yè)共242名學(xué)生進行了教學(xué)效果調(diào)查，從通關(guān)率、學(xué)習(xí)效率、能力值、平均通關(guān)時間以及實訓(xùn)成績等情況進行考量。

圖4為選取Web程序設(shè)計課程的前9個實訓(xùn)關(guān)卡的通關(guān)率對比，基于知識圖譜的教學(xué)方式使通關(guān)率提升了約29%；圖5為在實訓(xùn)過程中的學(xué)習(xí)效率對比，學(xué)習(xí)效率=log（實訓(xùn)總得分/實訓(xùn)總耗時）；圖6為學(xué)生的能力值對比，能力值=實訓(xùn)獲得經(jīng)驗值/實訓(xùn)測評次數(shù)；表1為通過實訓(xùn)關(guān)卡的平均時間對比；圖7為學(xué)生的實訓(xùn)成績分布，從圖表中的數(shù)據(jù)可以看到，基于知識圖譜的教學(xué)方式在降低時間耗費的同時使得通關(guān)率、學(xué)習(xí)效率、能力值與學(xué)習(xí)效率均有所提高。

與傳統(tǒng)教學(xué)方法對比，經(jīng)過基于知識圖譜的Web程序設(shè)計課程教學(xué)改革后，課程改革在以下幾個方面均取得了顯著成效：

1）在落實了基于知識圖譜的Web程序設(shè)計課程教學(xué)改革后，學(xué)生學(xué)習(xí)成績?nèi)〉昧艘欢ǖ倪M步。在Web程序設(shè)計課程的授課過程中，利用知識圖譜，不僅展示了Web程序設(shè)計領(lǐng)域的知識結(jié)構(gòu)，也更直觀和立體地展示出了課程中的重點與難點，幫助學(xué)生清晰地梳理知識間的相互關(guān)系，能夠針對性地學(xué)習(xí)重點與難點內(nèi)容，對所學(xué)知識有較為全面的認識，并能夠系統(tǒng)科學(xué)地掌握相關(guān)專業(yè)知識。

2）使用基于知識圖譜的教學(xué)方式提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和教師的教學(xué)效果，使得教學(xué)內(nèi)容不再孤立和缺乏邏輯性，章節(jié)間的知識點可以相互銜接與協(xié)同，幫助學(xué)生建立起了統(tǒng)籌的知識體系架構(gòu)，對所學(xué)知識能夠更好地學(xué)以致用，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造性與積極性。

3）教學(xué)實踐表明：學(xué)生的編程能力和算法思維都得到了拓展與提升，在實訓(xùn)過程中，利用知識圖譜大大縮短了對問題的檢索時間，并且能夠綜合多個知識點從更多角度求解答案，在鞏固與發(fā)展理論知識的基礎(chǔ)上提高了實踐能力。

由此可見，使用基于知識圖譜的教學(xué)方式在教學(xué)實踐中達到了預(yù)期的應(yīng)用效果，不僅促進了課堂教學(xué)優(yōu)化，也使得學(xué)習(xí)成效大大提高。

5 總結(jié)

在Web程序設(shè)計課程教學(xué)改革的過程中，要在教學(xué)過程中牢牢把握兩條主線：一是編程思想的培養(yǎng)，二是實際動手能力的鍛煉。因此，本文利用知識圖譜將Web程序設(shè)計課程中各類表層與內(nèi)在知識融合，形成一種容納知識的有機體系，以此優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，推動學(xué)科建設(shè)。利用知識圖譜理解基本知識、綜合能力以及專業(yè)素養(yǎng)之間的關(guān)系，并對其進行歸納和總結(jié)，用理論指導(dǎo)實踐，在實踐中完善理論。提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高課堂教學(xué)效果，鞏固學(xué)習(xí)成果，建立完善的課程體系，發(fā)揮其整體優(yōu)勢，提升學(xué)生的計算機思維和計算機綜合應(yīng)用能力，培養(yǎng)交叉型應(yīng)用型的人才，并讓學(xué)生運用所學(xué)知識和概念對實際生活中的問題進行處理，建立扎實的計算思維框架。通過Web程序設(shè)計實踐教學(xué)改革提高學(xué)生對Web程序設(shè)計的學(xué)習(xí)興趣，并培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中利用計算機處理實際問題的能力。

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