可視化工具VisualEyes及其在教學中的應用初探

[摘要]隨著可視化技術的發展，它的作用已滲透到人們生活的方方面面。在當今的教育領域中，教學方法不斷變革，可視化工具已被廣大教育專家認可。VisualEyes是美國開發的一個特性優良的網絡可視化工具，文章旨在探究其性能及將其應用到中國的教學之中的價值所在。

[關鍵詞]可視化；VisualEyes；教學；應用

[中圖分類號]G40-057 [文獻標識碼]A [論文編號]1009－8097(2011)01－0125－04

隨著科學技術的日益飛速發展，人類的生產活動、日常生活以及科學實驗都會產生大量的數據，要高效地分析、處理這些應接不暇的數據的最有效辦法就是利用可視化技術，因為人腦中有一半的神經元信息都用來處理視覺輸入信息。隨著可視化技術的不斷發展，人們對可視化的需求也愈加明顯，隨著“知識可視化”概念的出現，可視化技術在教育領域也日漸普及，各種可視化工具也層出不窮。VisualEyes是一種性能良好的網絡可視化工具，本文將對其以及其在教學中的應用進行探究。

一 “可視化教學”概述

1 “可視化教學”的概念

“可視化教學”是指在計算機軟件和多媒體資料的幫助下，將被感知、被認知、被想象、被推理的事物及其發展變化的形式和過程，用仿真化、模擬化、形象化及現實化的方式，在教學過程中盡量表現出來。

隨著計算機技術和網絡技術的發展，教育中的教學模式經歷著不斷變革，傳統的以教師為中心的教學模式已轉變為以學生為中心，學生自主調配學習時間與進度的教學模式。但是，對于一些難以解釋的抽象概念、動態概念以及隱性知識，單純的文本難以有效地展示知識的抽象性和動態性，這對學生的理解造成了很大的障礙。利用可視化技術使抽象的知識具體化、生動化，有利于增強教師的教學效果，更有利于學生的自主學習。可視化教學可以使學生參與性地感受到生動化的知識結構，透過現象探索本質，從而使學生形象地搭建起客觀世界與主觀世界的橋梁，有助于提高學生的認知能力和創新能力。

2 在線可視化教學是一種趨勢

伴隨著無線互聯技術和無線終端開發技術的飛速發展，“3G”時代悄然而至，手持式移動設備日益成為優良的學習終端，它們能真正地實現隨時、隨地、隨身的移動學習。與移動學習同作為教育技術的發展趨勢之一，可視化教學的在線化也必將成為一種趨勢。

二 初識可視化工具VisualEyes

VisualEyes是由美國弗吉尼亞州數字歷史中心于2007年創建，現由美國弗吉尼亞大學科學、人文及藝術技術創新網SHANTI(Sciences，HumanitiesArts Network ofTechnological Initiatives)運營的一個可支持中文的在線可視化工具。VisualEyes以XML為腳本語言，是一個可交互性地呈現隨時空變化內容的可視化瀏覽器。另外，VisualEyes本身是用Adobe Flash的腳本語言Actionscript3.0創建，因此，它可以提供Flash環境的最佳特性和兼容性。

2 可視化工具VisualEyes可支持的資源類型

VisualEyes可支持的資源是可視化視圖的原材料，是可視化項目中最重要的部分，它主要包括矢量地圖、文本、圖片、動畫、電影、音頻片斷及圖表等，這些資源大多來自外部網絡，用戶只需鏈接它們的URL。

(1)圖片資源

VisualEyes所支持的圖片格式主要有JPEG、GIF和PNG三種格式，用戶可以按各自的需求任意地縮放和定位圖片，并且可以將其嵌入到地圖、動畫和其他視圖內容之中。在VisualEyes中載入圖片，用戶只需提供圖片的URL，這個URL可以是任意其他網頁上的圖片地址，也可以源于在線的圖片存儲數據庫，例如Picassa和Flickr等。

(2)視頻資源

目前，VisualEyes僅支持兩種格式的視頻資源，一是在線的FLV格式的Flash視頻片段，另一種是來自YouTube的視頻資源。

(3)地圖資源

地圖資源常應用于VisualEyes項目之中，一種是以一般圖片的形式出現，另一種是具有矢量繪畫技術的地圖。由于VisualEyes擁有完備的交互性信息瀏覽器，因此，它可以呈現來自地理信息系統的矢量地圖，如arcGIS及Google Map等。

(4)數據資源

VisualEyes項目中的數據可以通過XML文件、TXT文件、CSV文件導入，也可以直接從已發布的Google Docs數據文件中鏈入。

3 可視化工具VisualEyes的項目編輯方法

(1)通過后臺編輯器編輯

在網絡瀏覽器中輸入http：//www.viseyes.org/edit.hma，用戶即可輸入已注冊過的用戶名、密碼登錄項目后臺編輯系統VisEdit直接進行項目搭建，如圖2所示。

VisEdit編輯器主要由元素樹窗口、屬性編輯窗口、信息窗口(腳本編輯窗口)及向導列表窗口四部分組成。VisIEyes項目的編輯主要采用樹狀元素的搭建方式，每個元素都可以通過屬性編輯窗口設置其屬性，其中包括顯示屬性設置、外部資源鏈接以及行為設置。另外，VisEdit還為用戶提供了常用元素的添加向導，為用戶的操作提供了捷徑，從而可以滿足用戶最基本的需求。

(2)直接使用XML語言編輯

XML是Extensible Markup Language的縮寫，譯為可擴展標記語言。作為標準通用標記語言的一種，XML已成為目前處理結構化文檔最強大的工具，它主要使用一系列簡潔的標記來描述數據本身，并且可以集成不同數據源，支持多種應用環境。如今，XML已成為網絡環境中跨平臺的一種常用技術，其結構化描述數據的方式深受廣大程序開發者的青睞。

可視化工具VisualEyes正是以XML為腳本語言，因此其項目的編輯也可以直接通過編輯XML的方式進行。用戶只需在VisEdit編輯器中選擇XML代碼模式，即可進行XML編輯，并可以隨時預覽效果，所見即所得。

三 VisUaIEyes的特性

VisualEyes從眾多基于網絡的可視化工具中脫穎而出，主要源于它具有一些獨有的特性。

1 優良的界面

VisualEyes采用多選項卡式的視圖方式，每個選項卡對應一個視圖，以便分層或按邏輯順序顯示系統性的關聯內容。每個視圖都共享一個時間軸，使每個視圖上的內容在時間上也相互關聯。每個視圖都可以顯示多種類型的資源，包括文本、圖片、圖表、視頻以及動態路徑等，另外，用戶還可以通過交互性的控制面板選擇性地顯示內容，使界面更加簡潔大方。

2 低技術門檻

編程能力較差的用戶在利用VisualEyes創建較為復雜、動態的可視化項目時，無需編寫復雜的程序甚至不用編寫程序就可以創作出理想的可視化作品，而這曾經對于他們是望成莫及的，并需要耗費大量的人力、物力。用戶欲利用VisualEyes創建自己的項目，只需熟悉XML語言、腳本語言Glue以及VisualEyes的編輯器VisEdit的項目創建方法即可。使用VisEdit，用戶無需關注格式問題，只需關注項目的功能實現。另外，VisEdit還為用戶提供了一系列的向導，指導用戶創建項目，使用戶創建可視化項目更加便利。

3 Mashup的典型應用

(1)Mashup簡介

Mashup是web2.0技術的一種，即使用、聯合多種外部來源的數據、功能創建一個新的服務，形成新的網頁或是應用，以創造增值的服務。Mashup所能利用的外部數據源格式多種多樣，主要包括PublicAPIs、XML、HTML，Rss Feeds、Web Services及Platform Services等。在地圖、圖片、視頻、博客等網絡服務應用日益廣泛的時候，Mashup為把這些分散的內容創造性地組合起來提供了全新的方式。

(2)VisualEyes是Mashup的典型應用

VisualEyes是Mashup的一個典型應用。利用VisualEyes創建項目時，只有腳本和數據文件存儲在其服務器上，圖片、音頻或視頻文件等資源都不存儲在其服務器上，這些資源都是來自網絡的各個地方，用戶可以鏈接其他網站上的資源，也可以將要顯示的資源存儲在可共享的數據存儲站點上，比如Google Docs及Flickr等。用戶只需記下資源的URL或ID號，將它們鏈接到項目中，并用Glue調用即可。

4 時空交互性

(1)動態的時間軸

VisualEyes所創建項目的特色之一在于其每個視圖都可以共享一個動態的時間軸，以便顯示隨時間變化的內容。時間軸位于視圖窗口的底部，每個選項卡對應的視圖都可以通過播放同一個時間軸呈現隨時間變化的不同內容。

(2)動態路徑

VisualEyes可以通過像素定位在圖形或地圖資源上設置很多個點，進而結合動態時間軸上的時間點描繪出隨時間變化的路徑，即可呈現出隨時空變化的內容，這也是Visua／Eyes項目的一大亮點。

(3)交互性的控制面板

在VisualEyes項目中可以自定義類似消息盒子的控制面板來設置顯示參數。控制面板中可以添加的元素有復選框、單選按鈕、滑動條、文本輸入以及引發事件的按鈕等，通過為每個元素添加Glue腳本，元素即可通過各種方式激發事件。

四 VisualEyes在教學中的應用

1 VisualEyes在教學中的應用價值

(1)對教師編程能力要求低

由于VisualEyes的技術門檻較低，只需要使用者熟悉基本的Xml語言和Glue，因此，不具有較強編程能力的教師也可以利用它創建出復雜的動態可視化項目，這樣就減少了不必要的人力、物力的耗費，易于各科教師開發自己的項目。

(2)有助于學生提高學習效率

VisualEyes是基于網絡的可視化工具，用戶所創建的每一個項目都會有相應的網絡地址，教師只需將項目的URL發給學生，學生即可將其結合教材做好課前預習或課后復習工作，這樣不僅可以激發學生的學習興趣，更有利于學生學習效率的提高。

(3)易于呈現隨時空變化的教學內容

VisualEyes為項目提供了視圖可共享的動態時間軸，并可以通過像素定位描繪隨時間變化的路徑變化，因此非常適合呈現隨時空變化的教學內容，例如歷史教學中的戰役路線、地理教學中的地形圖、語文教學中的作者生平介紹以及物理教學中的物體運動路徑等。

(4)易于二次開發

VisualEyes項目中的資源都是來自于網絡上的各個地方，對于用戶的請求以及實時數據都是實時動態地呈現，樹狀的項目架構非常清晰，修改起來也十分便利，因此易于教師的二次開發，這也在一定程度上體現了將其應用到教育中的實用性。

2 利用VisualEyes開發的教學實例

(1)教學實例簡介

筆者經過一段時間的學習，利用VisualEyes開發了九年級上學期歷史教材的一個課堂教學實例“新航路的開辟”，項目界面如下圖所示。

該項目由三個視圖部分組成，分別為“新航路開辟的背景”、“新航路的開辟”以及“新航路開辟的影響”。上圖所呈現的是第二個視圖“新航路的開辟”的界面，主要是呈現控制面板中可選的五部分內容。圖中選定了控制面板中的第四項“哥倫布的航海路線”，隨著時間軸的播放，地圖上動態地描繪出了哥倫布隨時間變化的航海路徑，這正好利用了VisualEyes可呈現隨時空變化內容的優良特性，有利于學生的時空感知，有助于理解抽象的知識。歷史教師在教授這個課題時，可將該項目的URL發給學生，供學生結合教材進行在線的課前預習或課后復習，如果在課堂具備網絡教學條件的情況下，也可結合傳統教學方法進行可視化授課。

(2)教學實例的特色

VisualEyes項目可以動態顯示實時數據的特性是制作教學案例的一大優勢。以教學實例中的“新航路的開辟”視圖為例，動態的時間軸以及隨時間描繪的路徑都是由實時數據創建的。關于時間軸的創建，用戶只需在VisEdit編輯器中添加一個Timeline元素，并為其設置屬性，包括時間格式、時間值以及時間軸的播放速度等，最后將這個元素復制、粘貼到每一個視圖文件夾中，每個視圖就可共享同一個可動態播放的時間軸了。

時間軸只是為視圖中的路徑描繪做了時間上的準備，要使時間軸上的時間與動態路徑相關聯，動態地顯示隨時空變化的內容才是最終的目的。動態路徑的創建較時間軸要復雜一些，路徑是由一個個的像素點連接而成。首先，用戶需要對每條路徑上的點做像素定位。在將要描繪路徑的地圖圖片上，只需按住Alt鍵，并同時在需要定位的像素點上單擊鼠標，即可獲得該點的X，Y值。接著，即可為路徑添加點，并設置各點的X，Y值、時間值、點的顏色以及點的形狀等各種屬性。最后，還要為每條路徑添加腳本語言Glue，通過調用Glue，由各點組成的路徑即與時間軸上的時間點相關聯了，隨著時間軸的播放，動態的路徑即可按時描繪了。

另外，筆者正準備制作一系列的可視化教學項目用于課堂教學或課后實驗，以進一步探究可視化工具VisualEyes在教學中的應用價值。

五 結束語

隨著各種可視化工具的層出不窮，可視化教學日益成為教育技術領域的發展趨勢之一。網絡可視化工具VisualEyes綜合水平較高，它對教師的技術要求較低，能交互性地呈現隨時空變化的動態內容。隨著云時代的到來，各種開源的網絡資源越來越多，VisualEyes的項目資源都來自外部的特性使它如魚得水，換言之，VisualEyes是順應時代潮流的可視化工具，教師將其應用到教學中也極具實用價值。

參考文獻

[1]蘭宏生，談談“整合”之路[J]信息技術與課程整合，2002，(2)：33-34

[2]顧培蒂，可視化技術在教育中的應用[D]，北京：北京師范大學2008

編輯：行知