一种面向课堂教学概念图自动生成方法

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1、一种面向课堂教学概念图自动生成方法　　摘要：针对概念图在教学中的作用以及目前常用概念图在教学应用中的不足，文章提出了一种面向课堂教学的概念图识别自动生成算法，并应用此方法设计实现了以华中师范大学云端一体化教学平台starC为支撑的概念图自动生成工具，用以满足课堂教学中即时传递知识的需求关键词：概念图；云端一体化平台starC；笔手势交互中图分类号：G434文献标志码：A文章编号：1673-8454（2017）04-0089-04一、引言概念图是20世纪60年代美国康奈尔大学的诺瓦克博士根据奥苏贝尔的有意义学习理论提出的一种教学策

2、略，诺瓦克博士认为：“概念图是用来组织和表征知识的工具。它通常将某一主题的有关概念置于圆圈或方框之中，然后用连线将相关的概念和命题连接，最后用连线表明两个概念之间的意义关系”[1]。教学过程中，教师通常将概念图作为一种教学工具和教学策略，更加有效监控教学过程，使教学内容和结构更加清晰，从而帮助教师提高教学效率[2]，同时，也有利于教��10将自己的课程内容组织成有效的框架，明确课程材料间的连接和教学任务，提高课程计划的质量[3]；对于学习者，概念图可作为一种支持有意义学习的学习工具和策略[4]，促进学习者选择性地将新知识与既有知

3、识联系起来，从而帮助学生进行有意义的学习[5]，作为元认知策略，可以对学生进行创造性训练[6]，引导、促进、帮助建构知识随着信息技术的飞速发展，各类教学工具软件、智能设备等走进课堂，传统的粉笔黑板模式逐渐被电子白板等多媒体设备取代，绘制概念图的方式也由传统的纸笔变为计算机，频繁的键盘、鼠标操作给教师和学生增加了认知负担。基于概念图在教学中的作用以及目前概念图绘制软件的交互不足，本文提出对有关教学内容采用概念图形式进行表示，并设计实现基于手势交互的概念图生成工具，其既具有传统纸笔绘制概念图的流畅和易用性，又克服了传统纸笔绘制概念图

4、不易存储修改的缺点，学习者无需花费精力学习纸笔手势交互系统，只需书写内容，便可自动生成概念图，并可对生成的概念图进行编辑操作，提高了学习效率二、相关研究10严格意义上来讲，目前常用的MindManger、MindMaps、Xmind、FreeMind等软件工具均属于思维导图绘制工具，思维导图与概念图之间在理论基础、绘制规则、图形外观特点等方面都有区别。思维导图以脑科学研究为理论基础，是一种关键词和图像存储信息、组织信息、优化信息的方法，图中每个关键词和图像都会激活相关具体信息的回忆以及新的观点和想法，其有效性来源于对大脑形状和构

5、造的模拟[7]；概念图则以有意义学习理论为基础支撑，是一种以图像形式反映概念与概念之间关系的空间网络结构图，一般包括节点、连线、层级和命题四个基本要素[8]。绘制规则和外观上，概念图的四大特点为：主题以语言的形式表示并置于图的顶部，主题相关概念以层级结构形式排列并置于节点圆圈或方框中，相关概念与命题之间有连线连接，整个结构成网状分布；思维导图的四个特点为：主题以图像的形式位于导图中央，主题主要观点由中央图像开始呈放射状向四周发散形成主分支，主分支上有关键图像或关键词、各级分支呈节点结构分布[9]。根据概念图和思维导图绘制规则和区

6、别，同一概念的概念图、思维导图分别如图1、2所示[10-12]。由上述可知，概念图与常见的思维导图在呈现和外观上有着很大区别，概念图侧重于表征知识，优势在于在学科教学中对科学概念及其相互关系的描述，便于即时绘制，效率较高，思维导图在于激发和整理思考，更适用于观点和思路的整理[13]目前常用的概念图绘制软件有诺瓦克博士指导的CmapTools、美国Inspiration公司研制的Inspiration、北京师范大学知识工程研究中心自主研发的EasyThinking-Cognitive10Assistant等，这些绘制工具解决了传统

7、纸笔画概念图难以修改和存储的问题，顺应了人们利用计算机工作的趋势，是对传统手绘概念图方式的一种变革，对概念图绘制有着深远的意义，但同时也带了一定的弊端。以上工具多采用鼠标和键盘的输入方式，对教师与学生的计算机操作水平要求比较高，频繁的键盘输入命令、按钮操作和菜单选择容易打断教师、学生的思路，不利于专心思考；在绘制概念图时，需要输入精确的信息，指定所画图形的尺寸，即需要将模糊信息转换为精确信息，然后进行绘制，这就要求用户只能在对所绘制概念图有比较清晰概念时使用，是用户阶段性成果的记录，不支持概念图整个构建过程，不利于人们像日常生活

8、中用纸笔记录稍纵即逝的想法；中国科学院软件研究所研发的概念图生成工具基于电子纸笔交互，不需要键盘和鼠标的输入，方便自然，不过人们在书写时需要将概念图节点与节点间的连线表示出来，才能生成相应的概念图，绘制概念图的工作量依然较大，并且需要特殊的软硬件支持10此外，在