知识可视化理论及其在高职物流专业中的教学应用

梁芷萓

（首都经济贸易大学密云分校，北京 101500）

1 知识可视化的概念、教学工具及其相关理论

1.1 知识可视化的概念

2004 年Martin J.Eppler 和Remo A.Burkhard 提出了被广泛认同的知识可视化定义：知识可视化是研究在两个以上人之间运用视觉表达手段提高知识创造和传递的作用的领域。我们可以理解为，知识可视化可被认为是一种可以用来构建和传输信息的图示化手段。除了既定事实之外，知识可视化的目标在于描述一些诸如见解、经验、态度、价值观、期望、观点、意见和预测等的一些态度和倾向，并帮助他人正确的理解、构建和应用这些知识。

2009年赵国庆提出了修订后的知识可视化定义，知识可视化是研究如何应用视觉表征改进两个或两个以上人之间复杂知识创造与传递的学科。

由此可知，知识可视化可表述为：将抽象的知识、概念及其过程借助视觉来进行表征，个体或群体基于图形的可视化，通过视觉体验和想象触发新的认知和情感，以优化知识的管理、传播和创新。

知识可视化在知识的转化过程中，可以通过视觉传输变得更加形象，把复杂化抽象化的知识构建为图解，转换为形象化的知识，在学习抽象化知识的过程中可以得到形象化的支持，促进知识的传递。有利于降低学习难度，增强理解能力，提高教学和学习的效率。

1.2 知识可视化工具

（1）概念图。概念图是一种知识以及知识之间的关系的网络图形化表征，也是思维可视化的表征。通过箭头、连线以及连接词进行有序链接，清晰表达出概念以及概念之间的层级关系，将知识体系进行组织结构化构建。

（2）思维导图。思维导图，是一种发散性思维图形工具，通过图片文字，把主题关键词与图形、颜色等建立链接进行发散，表达出隶属与层级关系。遵从左右脑的机能，利用记忆思维规律，思想图像化的同时将知识结构图像化。帮助学习者理解记忆的同时提升发散思维能力。

（3）思维地图。思维地图是继概念图和思维导图后产生的又一种知识可视化工具，结合左脑的逻辑、顺序、条例、文字、数字，以及右脑的图像、想象、颜色、空间、整体等进行全脑开发，对于思考技巧、阅读速度、记忆力、组织力与创造力等方面有显著的提升，广泛应用在学习及工作方面。思维地图有圆圈图、气泡图、双气泡图、树形图、括号图、流程图、复流程图、桥形图八种类型，分别应用于学习中不同的情况。将知识按照它们的隶属关系进行准确表达，帮助学习者对知识进行梳理与识记。

（4）教学视频和动画软件。教学视频是将面对面教学中，受制于时空而无法传递的知识、技能等内容制作成视频形式，利用现代化多媒体进行辅助教学。可以创造场景和空间，更形象生动的展现出在课堂上无法实际操作的内容，实现知识技能的有效衔接，同时可以根据学习进度以及课堂反馈情况，进行暂停、重播、快进等以及课下自主学习，是现代多元化教学中必不可少的教学工具。

动画软件是利用专业软件，由设计师创建一个虚拟世界，根据要表现对象的形状尺寸进行模型和场景的设定，再生成模型的运动轨迹及参数，计算机自动运算，生成三维动画。

1.3 知识可视化相关理论

（1）双重编码理论。双重编码理论主张同时以视觉形式和语言形式呈现信息能够增强记忆和识别。一般而言，图像信息和语言信息是通过两个相互独立的通道进行处理的，如果在信息以图像化的方式传递的同时，搭配相应的声音语言，即图像信息和语言信息在时间和空间上同步，促成视觉表征和言语表征的链接，增强学习者获取信息的路径，对知识的习得产生促进作用，产生更有效的学习效果，提高学习效率。

（2）图示理论。图示理论的倡导者认为人的知识是以图示的形式进行记忆储存的,记忆是由无数网络化、立体化的图示连接在一起形成的知识框架。要进行有效的学习，构建学习者的认知图示是非常重要的，所以我们需要将这些无法用文字表达的认知图示进行可视化处理。

（3）脑科学理论。脑科学理论认为大脑由两个半球组成，分别为左脑和右脑：左脑主要是进行具体的逻辑推理和语言表达；而右脑是进行抽象化的整体推理，识别模式、解释情绪和非言语的表达。相关实验表明，大脑中视觉信息的提取效果优于言语信息提取。知识可视化可以利用右脑高效的视觉信息，将知识以图文并茂的方式更加形象化的进行重组和构造。将文字符号等晦涩难懂的抽象信息转化为形象的图形图像信息，促进知识的传递和创新。左脑负责文字，右脑负责图像，分工合作提高认知和记忆的效率。

2 知识可视化教学工具应用于高职物流教学中的实验研究

对于高职物流知识受众学生而言，课堂教学应向多元化发展，知识可视化教学工具在丰富教学，提高学习兴趣方面有其必要性。对于施教方教师而言，多元化教学势在必行，知识可视化工具亟需推广，但应遵循其自身发展规律，按部就班，循序渐进。

2.1 知识可视化工具表

爱普教授提出的可视化方法周期表作为可视化参考工具，形象系统地对不同形式可视化方法的联系和区别进行了介绍，方便学习者在学习或使用可视化方法时进行参考和研究。在可视化方法周期表的参考和研究过程中，笔者设想出一种类似于可视化周期表的学习工具，根据物流专业特点进行知识的分类并将知识可视化工具进行梳理，什么样的知识适用什么样的工具，将其一一对应，从而使知识可视化工具应用到高职物流专业教学时更加的方便快捷，促进知识的转化和传递。

布鲁姆的知识维度理论把知识分为事实性知识、概念性知识、程序性知识和元认知知识四类。事实性知识：学生通晓一门学科或解决其中的问题所必须了解的基本要素术语知识；具体细节和要素的知识。具有点滴性，抽象概括水平低，是形成概念的一些事实。概念性知识：在一个更大体系内共同产生作用的基本要素之间的关系分类和类别、原理和通则以及理论、模型和结构的知识。超越单个特征，按一定的结构组织起来，具有抽象概括性和组织性。程序性知识：做某事的方法，探究的方法，以及使用技能、算法、技术和方法的准则，具体学科的技能和算法、具体学科的技术和方法以及确定何时使用适当程序的准则知识。是回答如何做的问题，即如何做事的一套程序或步骤。元认知知识：关于一般认知的知识，关于自我认知的意识和知识以及策略性知识；关于认知任务的知识，包括适当的情境性知识和条件性知识；关于自我的知识。是人对自己的认知过程的认知。

将上述提及的知识可视化工具：概念图、思维导图、思维地图、教学视频和动画软件与布鲁姆的知识四维度进行对应，我们发现事实性知识可以借助于教学视频和动画软件来转化和传递；概念性知识需要概念图、思维地图来进行梳理和联系；程序性知识可利用思维导图、思维地图、教学视频和动画软件多种工具来进行创造和解答；元认知知识则需思维导图和思维地图来进行引导和诠释。见表1。

表1 可视化工具与知识分类

2.2 知识可视化教学改进模式

参照可视化工具与知识分类表，我们在授课前首先进行教学分析，根据物流专业知识特点进行知识分类，找出各个知识点对应可以运用的可视化工具。然后对授课环节进行可视化教学改进。如图1所示。

改进前，复习提问一般为PPT 文字描述，导入可以是文字案例、图片、视频，讲授新课大多为PPT文字描述，小结基本又回到PPT文字形式。改进后，复习提问可以运用目录树、思维导图进行知识的梳理和转化，导入可以根据不同的知识类型选择不同的知识可视化工具进行引导和传播，讲授新课则是根据课程内容对应知识类型自由选择多种知识可视化工具对知识进行创造和传递，小结再次可以利用目录树、思维导图进行知识的串联和再构。

我们可以选取其中一个物流班作为实验班，其他班为普通班，将知识可视化教学改进应用于实验班，进行横向比对。也可以选取同一个班级的某一个教学时间段作为实验标本，将知识可视化教学改进应用于该时间段，进行纵向比对。

通过实验范本即学生的反馈与评估，进行优化，将优化后的结果继续应用于可视化教学改进。

图1 知识可视化教学改进与结果应用

3 知识可视化教学工具应用于高职物流教学中的具体教学应用

我们以高职物流专业核心课程“仓储管理实物”中的第三章入库作业管理第一节入库信息处理作为具体教学实例进行分析。

复习提问：仓储设施设备，采用目录树、思维导图进行知识的梳理和转化。如图2所示，仓储设施设备分为存货、取货设备和分拣、配货设备两部分。存货、取货设备有货架、叉车、堆垛机、起重机，主要介绍了货架叉车的概念、作用、分类以及主要类型；分拣、配货设备有托盘、分拣设备、输送机、搬运车，主要介绍了托盘的概念、特点、种类、规格。属于概念性知识。其中货架的作用可以用气泡图帮助描述特征属性；主要的货架类型可以借助圆圈图进行相关联；叉车的分类则利用树形图进行分类。

导入新课：入库作业管理第一节入库信息分析，包含事实性以及程序性知识，我们利用了动画软件和教学视频。动画软件模型场景更加的逼真立体，全景展示，带入感强；教学视频一般在实训场地真实录制，学生比较熟悉，实操性强。

讲授新课：首先是入库作业基本作业流程，属于程序性知识，我们采用了流程图，来说明入库作业基本作业顺序、过程和步骤。同时辅助实线、虚线，箭头细化其流程结构。入库作业管理第一节入库信息分析分为入库申请和入库作业计划及分析两部分。

知识点一，入库申请，属于概念性知识，我们运用概念图，通过箭头、连线把仓储企业、供货商、仓库部门进行有序链接，供货商提出入库申请，仓储企业拒绝：作出解释，请求原谅；仓储企业接受：同意入库，同时仓库部门生成入库作业计划。

图2 复习提问：仓储设施设备

知识点二，入库作业计划及分析分为入库作业计划内容以及影响入库作业的因素两部分。首先入库作业计划的内容包括到货时间、接运方式、包装单元与状态、存储时间以及物品，为概念性知识，可以用括号图来呈现整体与部分之间的关系。其次影响入库作业的因素，由供应商的送货方式、物品的种类特性与数量、仓储设备与存储方式三部分组成，概念性知识，可以用思维地图中的括号图或气泡图来呈现。第一部分供应商的送货方式有每天平均送货的供应商数量及最大量、送货的车型及车辆台数、每台车平均卸货的时间、货物到达的高峰时间、物品的装车方式、中转运输的转运方式等六个影响因素，概念性知识，可以用圆圈图或气泡图相关联。六个影响因素为事实性知识，其中每天平均送货的供应商数量及最大量可以用桥形图对闲时、忙时两种情况进行类比、类推；送货的车型及车辆台数可以用图片、视频对不同车辆、台数进行比对；每台车平均卸货的时间同样可以借助图片、视频对自动化程度不同车辆进行比较；货物到达的高峰时间可以辅助图片、视频根据人工和机械化水平的实际情况进行分析；物品的装车方式分为散货、件杂货、单位货，可以借助图片、视频相区别；中转运输可以利用图表进行细项、特点的对比罗列。第二部分物品的种类特性与数量由每天平均送达的物品品种数、单位物品的尺寸及重量、物品包装形态、物品的保质期、装卸搬运方式五个影响因素构成，概念性知识，可以用气泡图来呈现。其中单位物品的尺寸及重量可以借助桥形图对不同尺寸进行类比，物品包装形态散装、件杂、单元货可以利用圆圈图或括号图进行隶属包含关系的呈现。第三部分仓储设备与存储方式，属于事实性知识，可以利用动画软件、教学视频根据仓库的设备先进以及简陋程度进行类比。

小结：可以利用目录树、思维导图对入库作业管理第一节入库信息分析进行知识的串联和再构，如图3所示。

4 知识可视化教学工具应用于高职物流教学的实验结果分析

图3 小结：入库信息处理

在实验的实施过程中发现，知识可视化教学工具丰富了教学，提升了学习兴趣，促进了知识的创造与传递，培养了学习的创造性思维以及自主学习能力，但该工具并不适合对所有的教学内容进行生搬硬套，应根据不同的知识内容进行适当调整。比如，概念图对于相关概念的表述，更适合于讲授新概念时，把相关事务联系起来同时按照发生的顺序进行表达，帮助学生认知和理解。思维导图更适合于复习提问和回顾总结，帮助学生提升对概念和知识点的全盘理解，引导学生发散性思维和创造性思维的培养。思维地图更适合讲授对比、包含、隶属等关系以及流程相关联的知识类型，可辅助学生认知和识记。视频以及动画软件则更适合讲授实践性的，文字难以描述的抽象知识，使受制于时空限制的课堂更具生动性，调动课堂气氛，吸引学生注意。同时日常教学中可以用一些简化图板书搭配PPT。教学工具的选择要紧贴课程内容特点，必要的时候可以与时俱进，多种知识可视化工具同时使用，进行多元化混合教学。