知识可视化在SPOC 设计中的应用

裴培

摘要：SPOC（小规模限制性在线课程）具有小众化、限制性和集约化等特点。在当前的混合式教学中，知识可视化的运用得到了越来越多的重视。该文在分析知识可视化的概念及其教学应用的基础上，提出知识可视化在SPOC设计中的具体应用策略。

关键词：知识可视化；SPOC设计；应用

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）11-0227-03

知识可视化是指通过应用视觉表征手段表现知识或知识之间的关系，改进两个或两个以上人之间复杂知识创造，促进学习者在已有知识结构的基础上实现有意义的建构；SPOC则是“后MOOC时代”的一个典型范式，是高校实现MOOC与传统课堂的深度融合的创新变革。虽然二者成长环境不同，且各具特色，但在教育领域却拥有共同的目标：促进学习者的个性化学习、有意义学习，并使得协同学习更加容易、高效，学习效果更加直观明了。因此二者存在相互借鉴、相互支持和整合发展的基础，知识可视化可以运用SPOC的设计中。

1 知识可视化及其教学应用

1.1 知识可视化的内涵

知识可视化可以理解为将抽象的知识（包括显性知识和隐形知识）、概念及其过程用视觉来进行表征，个体或群体基于信息的可视化，通过视觉思维和认知拓展生发新的认知和情感，以优化知识的传播和理解。

1.2 知识可视化在教学中应用

1）利用视觉语言构建有意义的知识，促进学习者的认知发展

视觉语言是一种认知能力，包括观察、思维、推断以及构建意义等认知功能。学习者借助可视化的图形使抽象的概念变得具体形象，使复杂的信息变得条理清晰。2010年，美国犹他州立大学计算机科学专业硕士Wayne A.Bateman开发了数学学习网站（“VisualMath Learning”）。强调通过图片、计算机动画等视觉化技术的应用，将数学知识和概念视觉化，以促进数学教育以及中小学习者数学能力的培养。[1]因此，通过知识可视化来扩展文本的意义，是促进学习者认知发展的有效途径。

2）通过对学习内容进行图示转化，激发学习者的想象力

阿恩海姆指出：“任何思维，尤其是创造性思维都是通过‘意象来进行的。”[2]通常，教师呈现给学习者的学习内容与学习者原有生活世界匹配程度越高，学习者越是感兴趣，越能发挥主观能动性，学习者和教师之间的对话和交流就越纵深发展。“置图于右，置书于左，索象于图，索理于书，”正说明了图像感知和学习者个体先验知识之间的关系。通过图像产生联想，将新的知识和旧的知识建立联系而获取知识的再建构，即为认知体验中的直觉。[3]

3）解构传统师生关系改变固有的课堂教学解构，建立混合式学习，有意义学习的

在信息技术高度普及的时代背景下，混合式学习解构了传统的师生关系，同时也改变了单纯以课堂为中心的教学结构。教师的作用是引导和帮助，学习者可以随时随地选择学习形式。吴康宁教授认为，网络技术的加入创建了一种全新的教学时刻，其目的是最大限度地激发学习者的兴趣，最大限度地挖掘学习者的潜能，最大限度地引发学习者的创造，是为“技术化了的教学”。[4]

2 SPOC教学模式及其设计原则

2.1 SPOC教学模式

目前，国外SPOC教学主要分为两类。一类是混合式学习（Blended learning），传统课堂教学与在线学习两者结合，学习者根据教师布置的学习任务，观看SPOC视频教学，并进行线下项目练习、同伴之间展示学习成果并同辈评价等；教师则分别从线上、线下两种教学场景中与学习者进行教学交流、内容辅导以及问题探讨。这种混合式教学模式有利于学习者针对个人学习情况，随时随机把控，从而推进学习进程，并注重在线上与他人互动交流。另一类是分类教学模式，由学习者先提交选修某门SPOC的学前材料或满足该SPOC学习的先决条件，由任课教师选拔出一定数量的目标学习者，这些学习者需达到SPOC规定的学习时数与学习强度，并需要积极参与线上学习活动，完成相应的任务和测试。教师给予在线课程辅导；未被选取者仍可以参与课程学习，参与线上讨论。但主讲教师不再进行在线辅导。本文重点谈第一类研究混合学习模式。

2.2 SPOC设计的原则

1）知识点颗粒化原则

由于学习者在接受SPOC学习的时候，时间、场所并非是固定的课堂，也就即是随时随地的产生学习的需求。学习者可以在交通工具上，午间休息片刻，甚至是散步途中观看教程。而在这样的复杂学习环境中，学习者会因为外界因素的变迁，降低、分散学习的注意力，无法保证持续性系统学习。而以将知识进行颗粒化提取，以知识点作为学习基本单位，设计学习时间短的片段式，利用碎片化教学吸引学生注意力并注重循序渐进。

2）呈现简洁化原则

基于学习时间的零碎性，学习场景的复杂性，在设计与开发SPOC资源时必须考虑到资源呈现的方式。应当尽量让学习界面简洁明快，图形图像信息表征要精准，文字表述言简意赅、简明扼要，色彩搭配合理，且突出重点内容。

3）学习进程可视化原则

学习进程可视化就是将学习过程中所有的学习内容、逻辑框架、知识层次关系进行可视化设计并表征出来；同时将学习者参与学习的每一个知识节点的学习时间、作业完成情况、互动情况以及学习效果等进程信息通过数据处理的各知识结构层级学习进程指标也进行可视化设计与呈现，以使学习者能控制自主学习进程，管理好自己的学习资源，提高学习效率和效益。通过对学习进程的可视化，深化学习者自主学习，强化学习者的学习动机，促进学习者的持续学习。

3 知识可视化在SPOC设计中的应用

3.1 知识可视化下在SPOC设计思想

3.1.1 知识可视化在SPOC设计中对记忆效果的影响

学习者认知活动的本质是学习记忆。学习者只有在对知识建立记忆关系的基础上才能够发现、推理和解决问题，并利用对问题的“归因”来掌握知识。因此，学习者的记忆能力决定了知识接受的效果。利用知识可视化对有关知识做出结构化的处理有助于训练对学习者的记忆能力，即利用可视化思维增强学习效果。

1）知识的视觉表征组块化

通过视觉表征的手段，将特定的视觉形式与知识中某个类似的意义或特征建立起来一种指向关系。这是一种视觉隐喻的表现形式，其主要目的是建立起旧的知识信息和新的、长时记忆的知识信息迅速发生关联。这种方法减轻了学习以及在加工新知识信息时的负担，提高了处理信息的效率。而且视觉隐喻还表现出各组块的相互关系，加工难度有所降低，避免了占用更多的学习记忆资源。

2）知识关系的树形结构化

利用树形结构图的方式对知识信息进行细分、归类。一般的，在结构图顶部是父类知识信息，分支则是其子类分解了的知识信息，并逐级类推；同时，对于不同掌握层次、不同时间顺序导出的知识信息分别以不同颜色、不同图标表示。通过树形结构梳理知识表示，有助于帮助学习者在解构原先知识的基础上进行有效建构，扩充记忆容量。

3.1.2 知识可视化在SPOC设计中对知识传递的影响

在SPOC教学过程中，如果知识传递的过程较为复杂，则学习者会在接受知识的时候产生困难情绪，进而降低学习者的学习动机；如果知识的传递高效而有趣，则学习者能有效调动积极性配合SPOC教学要求，有助于完成学习任务。知识可视化知本文根据SPOC基于混合式教学中的线上、线下两条教学场景，提出四种利用知识可视化传递知识的方法。

1）线下的课堂教学过程中

在实际课堂教学活动中，教师可以借助知识可视化呈现出复杂抽象知识，同时学习者也可以在获得知识概览的同时，引发思考，探索本质。

2）问题答疑和探究式教学过程中

在SPOC的平台上学习者不仅可以通过电子导学清单和微视频获取知识结构的详细信息，还可以通过在线交流和问题讨论等分享学习成果。通常这种情况属于较轻松的对话场景，因此教师还可以借助知识草图呈现信息对学习者提问进行答疑。此外，还可以在SPOC中增加学习兴趣和互动功能的可视化协同学习小工具，学习者可以从已有知识出发，进行知识框架的构思搭建，并选择表征形式，创建可视化图形，同时在后期有了新的想法时还可以进一步修改，逐步建立起个人学习的知识体系。与此同时，还可将知识可视化工具融入学习环境，对于学习伙伴之间的知识建构和相互学习非常有帮助，有助于增进个体间的知识交流。

3）个体自主学习的过程中

在学习者个体进行学习的过程中，教师是扮演进一步引导、启发和答疑的角色的。在这种教学场景中，教师可以利用思维导图、知识地图或者启发性草图等多种知识可视化的工具来完成知识信息的传递。一方面，将各种显性知识有效传达，并将隐性知识进一步可视化；同时视觉化工具挖掘和方法的探究过程也即是对学习者个体增进了解的过程。另一方面，学习者在接受知识传递过程中，不仅掌握知识概念，还可以从教师的可视化讲授汇总，学会分析、表征、解决问题额策略，并训练了思维方法。培养不同学科的视觉思维的能力。

3.1.3 知识可视化在SPOC设计中对知识重构的影响

在实际教学活动中，不仅有教师在课堂上口耳相传的规律性知识，还有教材所呈现的体系化的知识，或则同伴学习中分享的经验知识，而学习者作为信号传送的接收方，接收到的仅仅是知识信息的载体。而由载体映射知识本身并转化为学习者自身的知识结构，则需要考查学习者的认知背景，并个体的认知能力基础上，建构起个体的认知体系，即“知识的重构。”知识可视化可以帮助学习者建立起知识载体和知识内涵之间的桥梁，找出知识体系间的关联，顺利地完成知识重构。主要有体现在以下几方面：

1）协同学习中的知识可视化。在协同学习中，知识可视化通过对知识结构的有机调整，提高学习者知识重构的效率，同时还培养学习者团队协作意识和合作学习的能力，使得思维得到最优化的锻炼。

2）个体学习中的知识可视化。学习者在学习过程中，可以通过可视化工具来记录学习中的想法和困惑，即将知识进行一种可视化的传递。此外，运用可视化重新组织知识信息，可以促使各知识信息之间的关联形象化、具体化，使各知识线索变得显性而更加有条理。

3）知识可视化与隐性知识间的关联。学习者对知识、概念进行可视化的过程，即为学习者对知识、概念进行加工和重构的过程。学习者利用可视化方法对新的知识进行加工、重构和重新表征的过程可以看作是构建为新的知识创新过程。这个过程不仅可以直接得到概念图、思维导图、树形图可视化了的显性知识，还可以“透过现象见本质”，发现隐性知识所在。

3.2 以《多媒体技术》课程为例的分析

3.2.1 需求分析

1）受众分析

选修该门课程的学习者，大多在大三、大四阶段，年龄在20-22岁之间。属于形式运算阶段的学习类型，学习者已经完全具备了假设——演绎思维、抽象思维、系统思维等，能够理解并使用相关的抽象概念。

2）目标分析

A.知识与技能

在传统的SPOC教学设计中，学习者很多情况下只是通过对视频资源的学习、了解概念定义，并未对知识的深层运用进行挖掘，可视化的设计理念是基于学习者自主建构知识的形式，通过建立知识间的联系，挖掘知识之间的深层关系，学习者可以从多方面、多角度对知识加以理解，建立新旧知识之间的联系，从而形成清晰的知识框架。

B.过程与方法

教师可以在线上课堂教学时呈现可视化的教学资源，如概念图、知识地图、信息图表等。这一可以触发学习者的学习动机，提高学习者的学习兴趣，也可以引导学习者自己进行可视化知识建构，锻炼思维能力和理解能力。同时考虑到SPOC的特点，小型、私有，服务特定人群，那么在整个教育过程中还将一步考虑到对学习进程的可视化管理，就是将学习过程中所有的学习内容、逻辑框架、知识层次关系进行可视化设计并表征出来；同时将学习者参与学习的每一个知识节点的学习时间、作业完成情况、互动情况以及学习效果等进程信息通过数据处理的各知识结构层级学习进程指标也进行可视化设计与呈现。

C.情感态度与价值观

学习者还可以通过可视化的学习进程分析了解到个人学习的基本情况，有助于得出科学的自我形成性评价，同时结合SPOC中穿插的学习效果检测，特别是在完成一个富有结构性框架性的课程学习后，也会获得较高的自我认同感，使学习者在“看见”的基础上“看懂”，“学会”的基础上“会学”，以期达到真正的“看好乐学”。

3.2.2教学设计分析

1）知识结构的可视化导航

在学习新知识前通过文字和知识内容结构图组成的先行组织者，能够使学习者对学习内容有一个整体感知，对知识结构体系有整体把握。在SPOC资源设计中，利用思维导图建立知识结构，既可以概述整体内容框架，又能在一些理论概念和观点应用之间建立联系。一方面促进学习者对知识结构的理解与记忆，另一方面，在SPOC的学习者自主学习后根据思维导图进行自我评价。

2）合理的知识可视化表征

要对课程知识进行有效传递，要考虑到以下三点：知识的类型、学习者分析和可视化类型。知识类型指的是要识别需要传递的知识的类型。知识类型包括：描述知识、程序性知识、经验知识、定位知识、个体知识。目前，还不存在把可视化类型和知识类型联系起来的分类方法。[6]学习者分析指的是在知识传递过程中获取可视化知识的一方。可视化类型指的是建立一个简单的分类方法，把已存在的可视化方法组织成为一个统一的结构1。

通过对以上三者的比较和总结得出，在了解受众的基础上，以视觉表征的基本规律为指导，展开视觉思维，选择合适的可视化方法，如视觉隐喻、故事线索描述等将原有的知识转化为可视化知识，传递给学习者。

3）学习进度的可视化记录

项目管理学中曾提到的“任务分解”和“进度计划”的这两个概念。在知识网络图的表征中，可以借鉴这种方法通过对学习计划的制定和任务分解来呈现学习活动中的关键步骤及其前后知识间的关系；同时学习者对各知识点的掌握程度做状态标注，使学习者在每次登陆spoc平台学习时都能清晰地看到自己的学习情况，并及时发现存在问题的薄弱环节。

4）可分享的可视化协作工具

在SPOC中，为促进学习者的协同学习和交流互动，适当增加兴趣和社区的功能，以及提供可视化的分享工具。学习者可以利用工具记录学习状体和学习体会，同时在后期有了新的想法时还可以进一步修改。学习者之间互相通过社区访问可以查看到其他个体的学习动态和学习新发现。此外，学习者和教师之间还可以通过知识草图的表征、保存和分享实现对问题情境的建立和探究式教学。将知识可视化工具融入学习环境后，有助于增进个体间的知识交流，学习伙伴之间可以相互分享可视化的学习见解和可视化文档作业，师生之间通过提问、答疑和知识分享，让老师随时知悉学习者的学习动态；对学习者个体而言，在知识结构的建立与知识的同化与顺应，吐故纳新方面也有很好的体现。

参考文献：

[1] 张霞.知识可视化设计的应用研究[D].扬州大学，2014.

[2] 王淑芬.网络技术下知识可视化的课堂教学范式重构[J].课程.教材.教法，2014（7）：43-47.

[3] 孙艳超.真是“一图胜千言”吗？——兼评《计算机、可视化和历史学：新技术将如何改变我们对过去的理解》[J].现代教育技术，2010（8）：150.

[4] 吴康宁.信息技术“进入”教学的四种类型[J].课程.教材.教法，2012（2）：13.

[5] 康叶钦.在线教育的“后MOOC时代”——SPOCS解析[J].清华大学教育研究，2014（2）：85-93.

[6] 周宁.知识可视化与信息可视化比较研究[J].情报理论与实践，2007（2）：178-17.