知识可视化教学研究综述

2022-03-04李祎帆叶湘虹

西部学刊 2022年3期

李祎帆叶湘虹

摘要：知识可视化教学契合“互联网+”时代学生的视听信息接收习惯，降低了学生认知负荷，促进了教学效果的提升。从已有研究成果来看，知识可视化教学研究总体呈上升趋势。国内外知识可视化教学研究成果表明：情境认知学习理论、具身认知理论、双重编码理论、戴尔经验之塔理论等为知识可视化教学奠定了理论基础;目前知识可视化教学研究内容主要涉及视觉表征及其分类研究和知识可视化教学设计，应用研究主要包括在教学理论拓展中的应用、与具体学科的整合应用、具体视觉表征手段在教学中的应用等方面;未来可以从促进理论与教学实践的深度有效结合、深入探索多学科知识可视化教学研究、拓展多种视觉表征工具应用途径等方面入手进行研究。

关键词：知识可视化;教学;综述

中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：2095-6916（2022）03-0138-03

知识可视化教学的定义最早出现在2005年一篇文章中，由此开启了对知识可视化教学应用的研究。“知识可视化无疑将成为教育技术达成教学效果最优化的利器之一，因此也是教育技术的一个重要的研究领域。”[1]显然，知识可视化研究为教育教学手段的变革打开了一个新的窗口。

一、知识可视化教学的概念

知识可视化教学似乎从人类教育教学一开始就已存在，并随着信息技术的发展，逐渐成为教育技术领域中的重要部分。马丁·爱普研究并证明了知识可视化对群体知识共享带来的益处，提出了知识可视化可以应用于学科教学的新观点：在他看来，知识可视化具有社会、情感、认知三方面的优势，所以，知识可视化教学应用范围广泛，效果可期[2]。国内学者叶新东认为，知识可视化教学利用视觉表征和认知辅助工具，使符合学生认知经验的教学内容转化成认知结构，进而加工成可视觉语言。这种方式不但可以促进知识的传播和创新，还能培养学生的认知与创新两种能力[3]。

总的来说，知识可视化教学就是教学者借助知识可视化表征手段，将知识以更加符合受教育者认知规律的形式呈现，从而降低其认知负荷，达到知识传递与创新的目标。这种新型的教学方式能够帮助教学者提高教学效果，提高受教育者的学习效率，实现教与学的有效结合。

二、知识可视化教学研究现状

（一）基本情况

1.研究成果：截至2020年12月31日，在中国知网检索“知识可视化教学”这一主题，共检索到575篇文章，对全部检索结果进行可视化分析，得到一个总体趋势分析图（见图1）。

如图1所示，对知识可视化教学的研究，从最初1998年仅有1篇相关文献，到相关研究文献数量最多时期的2018年的97篇，其中研究成果呈现最快时期是在2017年至2018年间，而近两年间该领域刊出文献成果速度放缓。由此可见，知识可视化教学相关研究总体呈上升趋势，而近两年知识可视化教学相关研究步伐放慢，但仍然是一大热点，有待进一步深入探索。

2.研究学者：虽然“知识可视化教学”提出时间较晚，但越来越多的学者关注到了该领域的重要性，如国内研究较为突出的学者有：北京师范大学的赵国庆、河南大学的赵慧臣、上海大学的李梁等。国外的马丁·爱普等在推动知识可视化优化教学方面发挥了巨大作用。

3.研究机构：随着知识可视化技术的发展，国内一些教育机构特别是学校正在积极研究与探索知识可视化技术的应用。华东师范大学现代教育技术研究所应用可视化技术在国内中小学范围内实施课程改革，证实了可视化技术对教学效果的显著提高。北京师范大学知识工程研究所同样具有代表性，它建立的学术交流网站为知识可视化研究提供了很好的平台，还展开了对大学生发展有关的隐性知识测量研究。中南大学建设的具有学校特色的可视化平台，用以辅助精准教学，确保了新冠疫情期间远程教学任务的按时完成。

在国外，为了尝试培养学生的视觉素养，来自瑞士的一些科研人员联合建立了知识可视化研究和教学联盟。马丁·爱普开发的知识传播网和视觉素养网等网站，为推广知识可视化教学应用成果做出了积极贡献。

（二）理论基础

知识可视化教学涉及的理论有情境认知学习理论、具身认知理论、双重编码理论、戴尔经验之塔理论等，它们为知识可视化教学的研究发展奠定了理论基础与支撑（见表1）。

学习理论以知识可视化为载体，用各种视觉表征手段为学习者创设了一个良好的学习环境，能帮助学习者感知、注意、理解学习信息，沉浸其中，從而提高学习效果，进一步提升教学质量。具身认知理论在学习知识和解决问题的过程中，知识可视化能帮助学习者通过视觉表征进行感知、记忆和具身思维，视觉化信息呈现方式可降低认知负荷，克服记忆信息负荷困难。双重编码理论双重编码理论认为在记忆的贮存、加工与提取中，存在着语言与视觉两个编码通道。知识可视化将教学语言转化成对学习者来说更形象直观的视觉信息，并通过可视化呈现，极大地加深了学习者对语言信息的理解程度，从而促进学习的有效性，以此提高教学效果。戴尔经验

之塔理论“经验之塔”理论将学习者获取学习经验的途径和方式，依据具体抽象程度，划分出了十一个层次，依层次往上越发抽象。知识可视化教学就是通过可视化表征帮助学习者将直接经验和感性认识作为切入点，逐步抽象，促进直接经验和抽象经验有机融合。（三）知识可视化教学研究内容

1.知识可视化教学中的视觉表征及其分类研究

作为实现知识可视化效果的手段，视觉表征为知识可视化教学提供了实践方法和策略。只有用对了教学过程中所需的方法和策略，才能凸显知识可视化在教学中的价值。赵慧臣在此方面研究成果较为丰富且最具代表性，他在2010年对知识可视化视觉表征进行了整理归纳，随后分别对知识可视化视觉表征的分析框架、形式、设计方法进行了有效探讨与研究，这为规范有效地运用知识可视化视觉表征手段来促进教育教学效果，提供了丰富经验。国外的研究多关注在某种具体的视觉表征手段应用，比如美国的约瑟夫·D·诺瓦克（JOSEPH D.NOVAK）提出的概念地图，以及英国的托尼·巴赞（TONY BUZAN）提出的思维导图法。马丁·爱普制作的“可视化方法周期表”，可以提高知识表征在教学中的利用效率。

目前关于视觉表征的分类方法并没有一个统一标准。国内学者邱婷和钟志贤对知识的视觉化表征形式提出分类的概念框架，并描述了九种主要的知识视觉表征形式[4]。在国外，较为典型的三种分类方法有：D.H.乔纳森的五分法;马丁·爱普的六分法;以及雷莫·A·伯卡德总结的七分法。不管是哪一种分类方法，都未能囊括所有的知识可视化视觉表征类型，但在实际中，只要合理有效地将任一视觉表征手段与教学相结合，都能促进知识的“创造”和“传递”。

2.知识可视化教学设计

知识可视化教学设计是教师根据学情分析，确定课程教学目标，整合课堂教学内容，最后选取合适的知识可视化课堂教学方案。知识可视化教学设计一方面能够简单有效地向学生传递知识信息，以助于学生实现更深层次的信息加工，另一方面也有利于教师在学情、教学目标、教学内容和教学评价等方面的分析。此外，相比传统教学设计，知识可视化教学设计在教学的过程与结果的效果呈现上更具简单性、直观性和深入性，更符合现代学校教学特点。

在认知负荷理论的基础上，张维忠和唐慧荣结合数学课堂教学典型案例，提出了可视化教学内容设计的五条原则[5]。在探讨了教学设计可视化研究兴起缘由后，钱旭鸯对教学设计可视化的实现路径及特征进行了说明，并指出其不足之处，最后分析了教学设计可视化的进一步探究空间[6]。

三、知识可视化教学的应用与展望

（一）知识可视化教学应用

知识可视化教学因它所具有的优势，目前已渗透到教育的多个领域，应用研究主要包括在教学理论拓展中的应用、与具体学科的整合应用、具体视觉表征手段在教学中的应用等方面。

知识可视化教学在教学理论拓展中的应用研究主要包括中等教育、初等教育、教育理论与教育管理以及高等教育。伍国华等人借助元分析手段，对近三十年来关于知识可视化的教学应用实验进行研究，论证了影响其应用效果的因素，并分析各种因素之间的相关性，对知识可视化教学应用具有举旗定向的指导意义[7]。

通过对知识可视化教学与具体学科整合的文献梳理后发现，知识可视化与计算机学科结合的研究占主导，此外，知识可视化教学还与图书情报学、外国文学等学科相结合。如陈萱和黄春娟曾说道：“知识可视化在图书情报领域有广阔的应用前景，国内应加强知识可视化的心理认知机制研究。”[8]尽管知识可视化教学已与很多学科相结合，但与高校思想政治理论课教学相结合的研究文献寥寥，这是有待我们进一步研究的领域，也从侧面反映了知识可视化教学研究领域分布不均衡的问题。

关于具体视觉表征工具在教学中的运用研究，一般以研究思维导图、概念图等为主。如赵国庆深入探讨了概念图和思维导图的本质，并阐明了两者的异同及各自优势[9]。于昊基于已有的研究成果，全面介绍了思维导图的有关内容、应用的可实现性、基本原则及具体流程，并与具体学科相结合进行教学案例演示，有效探讨了以思维导图辅助教学的整个流程[10]。此外，其他具体视觉表征工具与运用于教学的研究较少，这反映了教育教学过程中知识可视化视觉表征工具应用较为单一的问题。

（二）知识可视化教学应用的展望

1.促进理论与教学实践的深度有效结合

目前关于知识可视化教学研究仅仅只是开头，还需要完善理论研究，促进与教学实践的有效结合。同时，为避免实践与理论出现“一边倒”“跷跷板”现象，需要大力推进知识可视化教学理论构建与教育教学实践深度融合，实现知识可视化教学研究中理论与实践的良好互动。

2.深入探索多学科知识可视化教学研究

由于每个学科的性质不同、教学环境与师生视觉素养也会存在差异。在今后知识可视化教学研究中，要根据各学科特点，确定合适的知识可视化教学方案。同时，还要加大其他学科的知识可视化教学研究，比如可以将知识可视化作为一种具体的教学手段应用于高校思想政治教育教学设计中，拓展高校思想政治教育理论课的教学方法研究。

3.积极拓展多种视觉表征工具应用途径

除了教学中常用到的思维导图与概念图，对于其他视觉表征工具的应用方面还有待进一步研究：其他视觉表征工具在应用条件与模式方面，以及各视觉表征工具使用过程中的影响因素与相互关系方面等。如对于教学过程中较难理解的陈述性知识，语义网络能够有效地用图形表达复杂的概念以及这些概念相互内在关系，而思维地图有助于人们学习语言知识，提高受教育者的抽象逻辑能力，从而提升学生的学习效果。

四、结语

霍尔蒂曾建议：“教学设计者应该将自己内部的表征外显化，并将学科专家和学生的内外部表征容纳进教学设计。”知识可视化教学自身的特点与优势使得越来越多的学者发现它对各个学科教学的积极作用。虽然当前知识可视化教学研究已取得了一定成果，但在某些领域还存在一些空白，这也是有待进一步深入探索的地方。我们坚信，随着相关研究的深入，知識可视化教学必将走向成熟，在教育教学领域得到更多应用，以实现教学效果的最优化。

参考文献：

[1]赵国庆，黄荣怀，陆志坚.知识可视化的理论与方法[J].开放教育研究，2005（1）.

[2]赵慧臣，王淑艳.知识可视化应用于学科教学的新观点——访瑞士知识可视化研究开拓者马丁·爱普教授[J].开放教育研究，2014（2）.

[3]叶新东.未来课堂环境下的可视化教学研究[D].上海：华东师范大学，2014.

[4]邱婷，钟志贤.一种概念框架：知识外在表征在教学中的应用[J].现代远程教育研究，2005（5）.

[5]张维忠，唐慧荣.可视化教学内容设计的五大原则[J].电化教育研究，2010（10）.

[6]钱旭鸯.教学设计可视化研究：教学设计的视觉转向[J].全球教育展望，2010（7）.

[7]伍国华，李克东.知识可视化教学应用的元分析研究[J].电化教育研究，2011（12）.

[8]陈萱，黄春娟.国外知识可视化研究的现状与启示——基于Citespace和Vosviewer的知识图谱分析[J].大学图书情报学刊，2015（4）.

[9]赵国庆.概念图、思维导图教学应用若干重要问题的探讨[J].电化教育研究，2012（5）.

[10]于昊.思维导图及其教学应用研究[D].大连：辽宁师范大学，2016.

作者简介：李祎帆（1997—），女，汉族，湖南邵东人，单位为中南大学马克思主义学院，研究方向为思想政治教育。