知识可视化技术在高职英语语法教学中的应用

吴筱明

(广州工程技术职业学院,广东 广州 510075)

任何一种语言都是由语音、语法、语义构成的，语法是连接语音系统和语义系统的枢纽[1]。语法学习是英语学习的基础，纵观目前高职英语语法教学，大多采用传统的PPP语法教学法（Presenting，Practice，Production），因语法课程内容抽象难懂、枯燥易忘、难以掌握，传统的文本呈现知识的教学方式已不能适应当下的教学需要。美国国图论学者哈拉里曾经说过：“千言万语不及一张图[2]”。美国著名实验心理学家赤瑞特拉（Treicher）的著名心理实验证实：人类获取的信息83%来自视觉，11%来自听觉，3.5%来自嗅觉，1.5%来自触摸，1%来自味觉[3]。知识的不同呈现方式可以大大改变和促进知识在教学过程中的高效传播和理解。作为视图工具和认知工具，知识可视化（Knowledge Visualization）是一种传递复杂信息的图解手段，即把以文字呈现的知识通过图表、图片、图形等形式直观地呈现出来。当教师把单一的文字模态转换成多模态，学生通过视觉符号就可以了解事物更深层次的含义，进行有意义的学习。

一、知识可视化简介

（一）知识可视化的定义

“可视化”（Visualization）意为“图示化”，指的是把抽象的物体或知识以图表、图片、图形等方式进行直观形象地展示。1987年2月，麦考尔米克(B.H.McCormik)把“可视化”作为专业术语提出。2004年，M.J.Eppler（马丁·艾普尔）& R.A.Burkhard（伯克哈特）发表第一篇关于“知识可视化”的文章，将可视化定义为：把任何抽象的事物和过程转变成可视化的图形、图像的过程，知识可视化领域研究的是视觉表征的应用，研究的目的是为了提高知识在两个及两个以上的人之间的创造和传播[4]。马丁·艾普尔主张将知识通过一定的图解方式表征出来，认为它是构建和传递知识复杂内在关系的图文手段，是促进知识创造和传递、整合与思维的有效方法。知识可视化在教学领域的运用，指的是运用图解的方法呈现知识、建构知识、传授知识和理解知识，它可以改变学习者原有的认知方式，可以将教学过程转变为更为迅速高效的信息传播和共享，从而促进有意义学习的发生。

（二）知识可视化的分类

在知识可视化视觉表征工具的研究上，艾普尔和伯克哈特教授将知识可视化视觉表征手段概括为六种类型，分别是启发式导图(Heuristic Sketches)、 概 念 图 表 (Conceptual Diagrams)、 视觉隐喻(Visual Metaphors)、知识动画(Knowledge Animations)、知识地图(Knowledge Maps)、科学图表(Scientific Diagrams)[4]。日本东京大学石川馨教授发明了一种管控质量的鱼骨架图（Fishbone Diagram），用于勾勒相互关联的问题及影响因素，能够层次分明、条理清晰地揭示问题的本质。D.H.乔纳森(Jonassen)概括出认知工具的五种常用可视化方法：概念图、思维导图、认知地图、语义网络、思维地图。

知识可视化的技术类型很多，现今英语教育领域常用的工具主要有图片、视频、音频、概念图、思维导图等。根据英语教学的特点和教学需要，运用在语法教学中较多的知识可视化工具包括概念图、思维导图、思维地图等，在绘制时可以采用手工绘制也可以使用MindManager，XMind，Mindmap，FreeMind或亿图等软件进行绘制。

二、知识可视化应用于语法教学的理论依据

将知识可视化技术应用到语法教学，是指将原本抽象隐性的、复杂难懂的语法知识以图示化的方法进行传授，使语法知识变得直观显性的、具体化和形象化，以促进语法知识的传播和理解，促进学生有意义的学习。将可视化技术应用于英语语法教学是建立在心理学、教育心理学等相关学科理论基础上的，可以从双重编码理论（Dual Coding Theory）、认知心理学理论等方面的理论和研究方法获得支持。

（一）双重编码理论（Dual Coding Theory）

心理学家阿伦·佩维奥(Pavio A.)提出了“双重编码理论”，他认为人脑中存在两个信息处理编码——言语系统和非言语系统。言语系统作用在于以语言为基本单位来记忆、储存、加工语言信息并产生言语反应，非语言系统作用在于以意象为基本单位来记忆、储存、加工非语言信息。在学习过程中，这两个系统能够相互配合地工作，言语和意象的组合呈现能够在一定程度上刺激学习者组织、选择和加工信息，并且迁移学习和保持学习[5]。根据双重编码理论，佩维奥认为语言与意象结合呈现信息比单一的语言呈现信息更能促进有意义的学习。学生借助可视化工具进行学习时，大脑内部借助图形的意象来对外部信息进行加工与处理，每一个图都包含了不同的结构关系，促使学生建立起知识间有意义的联系。

（二）认知心理学理论

认知心理学认为学习是信息加工的过程。1781年，德国著名哲学家康德(Kant)首次提出图式理论，他指出图式就是学习者以往习得的产物；图式的功能在于简化现实并且帮助人们理解、推理和记忆。新知识的记忆是在原有知识经验的基础上通过图式提供记忆依据和框架。20世纪60年代，瑞士著名心理学家皮亚杰(Piaget)正式提出建构主义理论，他认为人们的认知是通过同化和顺应的不断发展而建立起来的，皮亚杰认为认识的发生发展包括图式、同化、顺应、平衡四个方面，是同化、顺应不断交替以保持一种平衡的过程[6]。奥苏贝尔认为，当学生把教学内容与自己认知结构联系起来时，有意义学习便发生了。利用可视化技术学习的过程就是学习者通过同化和顺应来产生新图式的过程，可视化的图形化表达中可以体现新知识的关联，能够使学生得以构建新知识的结构、促进新知识的系统整合，从而做到新知识被快速理解、传播和传授。

三、知识可视化在高职英语语法教学应用优势

在知识碎片化时代，要在短时间内快速吸引学生注意力就必须改变呈现知识的方式。目前，知识可视化工具较广泛地应用于中小学物理、化学、数学等学科领域，应用于英语教学中较多集中在阅读、词汇、写作等方面，将知识可视化工具应用于语法教学的研究还较少。知识可视化技术应用在高职语法教学中具有如下优势：

（一）简洁明了、形象直观

可视化技术通过图示化的方法，把乏味、抽象的文字变成形象的可视化意向，使复杂的阅读内容简单化，能有效调动学生感官。学习者面前所呈现清晰的知识结构能使学生将知识进行理解和内化，实现知识的自我建构。形象化的可视化工具能够促使传统语法教学中的知识灌输变为学习者的自主探究，将以往死记硬背的学习方法变为读图观察分析思考的过程，优化教学效果。

（二）层级分明、逻辑清晰

语法规则图式化地呈现可以使语法规则变得具有系统性、逻辑性，实现知识网络的条理化、清晰化，同时搭建连接新旧知识的桥梁，对知识进行系统梳理、巩固记忆和深化拓展。教师提炼语法规则关键点后，通过可视化技术呈现语法知识点的层级关系和知识网络，使知识传递变得生动，把思维过程变得可视，能够促进学生对规则的理解以及逻辑思维能力的培养，提高学生综合分析逻辑关系和归纳总结的能力。

哮喘是一种慢性炎症性疾病，以气道高反应性，可逆性气流受限，嗜酸粒细胞炎症浸润为特征［7‐8］。临床表现为喘息反复发作、气短、胸闷或咳嗽。目前哮喘治疗药物分为控制和缓解两大类，甲基黄嘌呤广泛用于哮喘的治疗，多索茶碱作为其中一种药物，已有文献表明其对儿童成人和的气道阻塞疾病安全有效［9‐10］，与茶碱疗效相似。本研究比较多索茶碱和茶碱对支气管哮喘患者的疗效和安全性，为临床用药提供依据。

（三）生动形象、重点突出

知识可视化技术可以把抽象、隐性的语法知识以生动形象的图示化的方式进行呈现，使其变成“可视”的、具体的、显性的语法知识，利用字体的大小、颜色、线条凸显语法文本中的关键词，形成由关键词组成的视图化集合，激活左脑所擅长的语言、符号和数字，也激活右脑关于图像、空间、色彩与节奏的形象思维。通过教师对图片的分析，激活学生的思维，使学生快捷高效地理解、接受新知识并实现语言信息的有效输出，做到隐性知识显性化，显性知识生动化，帮助学习者实现知识的重构和记忆。

（四）信息量大、立体感强

学习是通过大脑进行信息的传输、处理和储存的，可视化图表能构建系统的、相互关联的知识网络，几秒钟的读图甚至可以完成十万字文本的阅读，学习者可以通过关键信息迅速了解主旨和关键点，在海量信息中实现定位。不同线条、不同字体、不同颜色以及不同的层级关系能够激活知识点与知识网络之间的关系，图片的立体感可以提高学生对语法关键点的关注度，易于比较知识点之间的关系及异同点，增强知识点的理解和记忆，提高学习效率和学习质量。

四、知识可视化在高职英语语法课程中的应用

传统语法教学中，教师以文字形式呈现语法的形式、意义、用法，而可视化工具使冗长枯燥、琐碎无章的语法知识变为简洁有趣、逻辑有序的图片，系统而体化，把“灌输式”变为“主动式”的语法教学模式。知识可视化工具有其自身的特性及功能，以适当的视觉符号为媒介能帮助人们重构对事物的初认知进而获得更全面的信息。学习者的学习认知的深度和广度与可视化工具的恰当使用有密切的关系。根据可视化工具的功能和特点，结合教学目标、知识内容以及学生的需求，笔者利用亿图软件制作可视化工具，把概念图、思维导图、思维地图等应用到高职英语语法课程中：

（一）概念图：搭建可视支架，建构知识体系

概念图（Conceptual Diagrams/ Concept Maps）由美国康乃尔大学心理学家约瑟夫·D·诺瓦克(J.D. Novak )根据奥苏贝尔（David P. Ausubel）的有意义学习理论提出。作为一种可视化的教学策略，概念图简洁清晰、易于建构，优势在于立体化地展示静态知识框架结构以及知识之间的逻辑关系，具有建构知识、组织信息和表征知识的功能。诺瓦克 (1984)认为，概念图可以在教学活动中帮助学生进行认知，学到的知识可以被保持长久进而促进学生有意义的学习[7]。

语法是语言的组织规律，将概念图运用于高职英语语法教学，改变以往文本认知的方式、缓解学生视觉疲劳，色彩丰富形态各异的图片能在短时间内激发学生学习兴趣。学生通过读图感知语法形成初认识，然后进行观察、比较和理解，理清语法结构以快速地从整体上掌握语法的概念体系。英语的16种时态是英语语法学习的重点，笔者在讲授时通过以下概念图（图1）进行讲解。

在知识呈现阶段，先让学生读图观察时态的构成要素，引导学生理解“动词时态”的概念，即表示动作或状态发生或存在的时间和方式。然后，指出概念图的“时间”和“方式”两个关键中心节点，其中“时间”包括现在、过去、将来和过去将来，“方式”包括一般式、进行式、完成式和完成进行式，用四种不同颜色带箭头的线条标明在四种不同时间和不同方式下形成16种不同时态以及其构成，16种时态的名称也分别与相应线条颜色对应。通过该图帮助学生搭建可视支架，让学生从整体上把握语法时态的知识体系。由此可见，教师对冗长复杂的语法知识点进行高度提炼后，既可以使抽象知识具象化、突出教学重点，又可以帮助学生观察、组织和整合信息，构建清晰的英语语法时态体系，实现对知识的完整理解与扩展，让学生从被动接受语法转变为主动学习。

（二）思维地图：建立知识联系，促进学习者的元认知

图1 英语的16种时态

思维地图(Thinking Map)是由 David Hyerle于1988年在语义学、认知心理学等理论基础上开发的帮助学习者学习的思维工具。运用直观视觉思维进行知识建构，使杂乱无章的知识具有条理性和系统性。基于对大脑接收信息机制的研究，思维地图主要有8种类型（图2）：圆圈图(Circle Map)、起泡图(Bubble Map)、双起泡图(Double Bubble Map)、括弧图(Brace Map)、流程图(Flow Map)、复流程图(Multi-flow Map)、树形图(Tree Map)、桥型图 (Bridge Map)[8]。

图2 思维地图的八种类型

思维地图是学习策略同时也是学习工具，利用思维地图可以描述知识间固定的逻辑关系，可以表达分类、对比、顺序、类比等概念，建立知识之间的内在联系，有助于促进学习者对自我学习方式的了解和优化。在高职口语和写作教学中错误使用动词的现象十分普遍，笔者利用以下思维地图（图3）帮助学生区分各类动词的用法。

图3 动词的分类

动词分为实义动词、系动词、助动词和情态动词四类，高职学生错误使用动词的原因是无法准确判断动词是否可以单独作谓语使用。为了突出该语法的关键点，首先把动词明确在思维地图上标注为“可独立作谓语”和“不可单独作谓语”两类，让学生明确动词是否可以独立作谓语，其次，让学生读图理解“可独立作谓语”只有实义动词，其中实义动词又分为及物动词和不及物动词，而“不可单独作谓语”的有系动词、助动词和情态动词三类，同时标注三类词的具体用法以及例句，例句中的词语用红色字体标注以引起学生的注意并帮助学生理解。在思维地图中，学生通过图形、分支结构和颜色等多模态元素了解知识的分类及层级关系，使学生多种感官通道迅速地被调动起来，能够快速地把握知识的重点，发现知识点之间的内在联系，加深对知识逻辑关系的理解，从而提高学习能力。

（三）思维导图：拓展发散性思维，实现知识深加工

虚拟语气是语法教学中的重点和难点，笔者在虚拟语气复习课时绘制了树形思维导图（图4）。该图以讲解重点“虚拟语气”为树干，以讲解要点（定义、基本句型、主要用法、特殊句式、倒装句、情态动词+have done）六大部分为分支绘制树形图。树形图颜色鲜艳、具有跳跃感和生命力，快速吸引学生注意力。在教师引导下，学生对所学内容进行回忆、比较、整合及总结，大脑潜能被迅速激发、学习的主动性很快就提高了。教师通过对已学知识中的重难点和零散的知识综合起来进行细心梳理和高度提炼，扩大了教学容量，减轻了学生的认知负荷。

图4 虚拟语气

五、知识可视化应用在高职语法教学中需注意的问题

（一） 合理选择并恰当使用知识可视化工具

知识可视化工具类别及方法众多，教师应根据不同的教学内容选择使用不同的可视化工具。可视化工具的选择和使用与学习者知识认知的深度和广度有极其密切的关系。在描述知识框架结构、层级关系及体系、帮助学习者理清整体框架和体系时，宜采用概念图；在描述相对固定的逻辑关系、帮助学习者获取和巩固知识时或是在提出问题进行思考时，宜采用思维地图；在多角度对知识关键点进行整合和记忆、扩展思考时或是需要提出问题的解决办法时，宜采用思维导图。在教学时教师应结合教学目标、知识内容以及学生的认知特点、学习习惯和学习需求，对知识可视化工具加以改造、综合，使抽象的概念具体化，培养学生对视觉信息的理解和运用能力。

（二）提高学生的识读能力和视觉素养

当今读图时代，识读是重要的学习技能。视觉素养是“有意识的看”的能力，研究始于美国60年代中期。视觉素养”(visual literacy)由国际视觉素养协会（(International Visual literacy Association）创立者之一的John Debes（约翰·戴伯斯）于1969年首次使用：视觉素养是人类通过观看，同时整合其它感觉经验发展出的一组视觉能力的素质[10]。教师应引导学生主动探究知识图形、认识图形所表达的意义，教会学生对知识进行分类、归纳和总结以及呈现知识方式的方法，对所学内容进行有效地组织、优化以及整合，提升学生的多元识读能力和视觉素养，让学生学会自主学习。

（三）培养可视化工具的使用技能

Jonassen 认为思维是学习的必备条件，当学生试图用图表来表示他们的思想时，最能激活学生的思想[11]。因此，应引导并鼓励学生以小组协同合作的方式共同绘制概念图、思维地图或思维导图。让学生学会用个性化的方式管理和表述学习内容，有条理、有层次地建构知识，使知识表达逻辑化、系统化。教师应适当普及可视化工具知识或提供绘制模板，让学生参与可视化图表绘制，这样可以激发学生创新能力，提高合作能力和协同能力，也可以开发学生认知的潜能，实现个性化、可持续的教学交互。

六、结束语

可视化技术作为一种重要的教学策略和教学辅助方法既可以改变知识的呈现方式，也能够实现教法与学法的升级。在高职英语语法教学中，教师要根据语法知识类型、特征以及学生学习程度，合理选择并恰当使用各种可视化工具，帮助学生搭建可视支架，让隐性知识显性化，显性知识形象化，帮助学生提高知识输入和输出的双向能力。新时代的英语教师将改进教学方法从而进一步优化课堂教学，提高教学质量。