可視化教學(xué)生態(tài)化發(fā)展的知識(shí)圖譜分析

鄧烈君　王小根　王露露　范水娣

[摘要]

可視化教學(xué)是促進(jìn)學(xué)習(xí)者視覺(jué)思維和認(rèn)知過(guò)程的重要手段。木研究基于教育學(xué)36種CSSCI期刊及15種CSSCI擴(kuò)展版期刊的所有相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，繪制了可視化教學(xué)相關(guān)研究文獻(xiàn)的牛態(tài)化發(fā)展知識(shí)圖譜，并對(duì)其進(jìn)行了脈絡(luò)發(fā)展的回顧以及生態(tài)現(xiàn)狀的梳理。研究發(fā)現(xiàn)，可視化教學(xué)研究成果呈指數(shù)趨勢(shì)增長(zhǎng)，經(jīng)歷了短暫的萌芽期，現(xiàn)處于增長(zhǎng)初期階段；形成了以科學(xué)知識(shí)圖譜、可視化教學(xué)設(shè)計(jì)、知識(shí)可視化、數(shù)據(jù)可視化為主要內(nèi)容的四個(gè)主題，主要知識(shí)結(jié)構(gòu)已趨于穩(wěn)定，同時(shí)伴隨有年代熱詞的加入；知識(shí)可視化方向的理論研宄與科學(xué)知識(shí)圖譜方向的綜述研究是該領(lǐng)域信息生命價(jià)值最高的研究類(lèi)型，其他研究尚薄弱。

[關(guān)鍵詞]

可視化教學(xué)；知識(shí)可視化；科學(xué)知識(shí)圖譜；生態(tài)化發(fā)展

一、引言

可視化教學(xué)（Visual Instruction）研究如何利用圖形圖像、動(dòng)畫(huà)視頻等視覺(jué)表征手段以及思維導(dǎo)圖、知識(shí)地圖等視覺(jué)認(rèn)知輔助工具，將抽象的教學(xué)內(nèi)容具體化，并經(jīng)由相應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)內(nèi)化為學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)（葉新東，2014）。隨著可視化技術(shù)和認(rèn)知科學(xué)的發(fā)展，特別是可視化為學(xué)習(xí)者帶來(lái)的“認(rèn)知?dú)埩簟睂?duì)思維和認(rèn)知過(guò)程的影響，可視化教學(xué)已成為促進(jìn)學(xué)習(xí)者視覺(jué)思維和認(rèn)知過(guò)程的基礎(chǔ)和特殊的手段。

廣義而言，可視化教學(xué)伴隨著人類(lèi)教學(xué)媒體的歷史而發(fā)展，從前視覺(jué)媒體時(shí)代的地球儀、地圖、黑板等，到視聽(tīng)媒體時(shí)代的幻燈片、投影，再到網(wǎng)絡(luò)媒體時(shí)代的新媒體，可視化教學(xué)的環(huán)境、模式、特性和內(nèi)涵都發(fā)生了變化。如果說(shuō)前兩個(gè)階段的變化漫長(zhǎng)而單一，那么第三個(gè)階段可謂是“百花齊放、日新月異”，單從學(xué)習(xí)環(huán)境來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)、移動(dòng)學(xué)習(xí)、混合式學(xué)習(xí)快速改變著學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)方式，可視化工具的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用幾乎呈爆炸式增長(zhǎng)。有學(xué)者甚至提出了新發(fā)展階段，即多維媒體時(shí)代的可視化教學(xué)，媒體與認(rèn)知、網(wǎng)絡(luò)與協(xié)作相輔相成。從狹義來(lái)說(shuō)，“可視化”作為專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)最早源于1987年，美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)（National Science Foundation，簡(jiǎn)稱(chēng)“NSF”）提出的“科學(xué)計(jì)算可視化”（趙國(guó)慶，等，2005）。本文所說(shuō)的可視化教學(xué)是從科學(xué)計(jì)算可視化等發(fā)展起來(lái)的教學(xué)手段，是在教學(xué)中利用視覺(jué)表征方法促進(jìn)群體知識(shí)的傳播和創(chuàng)新（Eppler&Burkard，2010）。事實(shí)上，可視化教學(xué)研究數(shù)量繁多，成果豐富，方向不一，有必要對(duì)已有研究進(jìn)行梳理和分析，探究其研究熱點(diǎn)，理清其演化脈絡(luò)，預(yù)測(cè)其發(fā)展方向。

關(guān)于生態(tài)學(xué)（Ecology），德國(guó)生物學(xué)家Haeckel將其定義為研究生物體與其周?chē)h(huán)境（包括非生物環(huán)境和生物環(huán)境）相互關(guān)系的科學(xué)（劉森林，2008），它強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)各要素間相互作用的規(guī)律和機(jī)制，其中關(guān)于系統(tǒng)、開(kāi)放、自組織以及動(dòng)態(tài)平衡的哲學(xué)意義（彭福揚(yáng)，2011），不僅是建設(shè)生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)科學(xué)和可持續(xù)發(fā)展的依據(jù)，更是人們認(rèn)識(shí)世界的一種思維方式，因此，現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展中出現(xiàn)了“生態(tài)化”的趨勢(shì)，其實(shí)質(zhì)是對(duì)事物整體性、系統(tǒng)性、動(dòng)態(tài)性關(guān)系的把握（余嘉云，2006）。面對(duì)可視化教學(xué)中紛繁復(fù)雜的研究成果，以生態(tài)化發(fā)展的理念對(duì)其進(jìn)行梳理，是一種系統(tǒng)觀、整體觀、動(dòng)態(tài)平衡觀下的綜述。

科學(xué)知識(shí)圖譜是以知識(shí)域?yàn)閷?duì)象、顯示科學(xué)知識(shí)的發(fā)展進(jìn)程與結(jié)構(gòu)關(guān)系的圖像，具有解釋與預(yù)見(jiàn)研究領(lǐng)域的理論功能（陳悅，等，2015），是一種以可視化圖譜看世界的方式。從著名哲學(xué)家卡爾·波普爾（Karl R.Popper，2005，pp.123-173）三個(gè)世界的宏觀哲學(xué)理論出發(fā)，客觀物理第一世界和人類(lèi)感知第二世界需相互作用才能形成客觀知識(shí)第三世界，而科學(xué)知識(shí)圖譜，是人類(lèi)感知第二世界以視覺(jué)思維方式分析客觀知識(shí)第三世界的文獻(xiàn)從而透視客觀物理第一世界的一種工具，如圖1所示。因此，借助科學(xué)知識(shí)圖譜分析可視化教學(xué)的學(xué)科結(jié)構(gòu)及其發(fā)展脈絡(luò)是與其生態(tài)化發(fā)展相輔相成的。

二、數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

中文社會(huì)科學(xué)引文索引（Chinese Social Sciences Citation Index，簡(jiǎn)稱(chēng)“CSSCI”）由南京大學(xué)中國(guó)社會(huì)科學(xué)研究評(píng)價(jià)中心開(kāi)發(fā)研制，是我國(guó)檢索中文社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域論文收錄和文獻(xiàn)被引用情況的重要工具。本研究以中國(guó)知網(wǎng)（China National Knowledge Internet，簡(jiǎn)稱(chēng)“CNKI”）為數(shù)據(jù)來(lái)源，選取了教育學(xué)36種CSSCI期刊及15種CSSCI擴(kuò)展版期刊，以“主題=可視化”為檢索條件，時(shí)間不限，共檢索到361篇文獻(xiàn)，去除6篇資訊類(lèi)非學(xué)術(shù)性題錄，最后得到355篇文獻(xiàn)題錄，檢索日期截至2016年3月15日。

借助文獻(xiàn)引文分析工具CiteSpaceⅢ、文獻(xiàn)題錄分析工具SATI、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析工具Ucinet、Netdraw等，對(duì)355篇文獻(xiàn)進(jìn)行了數(shù)頻統(tǒng)計(jì)分析、作者及其所屬機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)分析、主題關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析，以解釋并預(yù)見(jiàn)可視化教學(xué)研究在教育學(xué)領(lǐng)域的學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)。

三、研究結(jié)果與分析

（一）生態(tài)化發(fā)展的歷史回顧

1.文獻(xiàn)數(shù)量分布

對(duì)355篇文獻(xiàn)按照時(shí)間數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，形成如圖2（1）的可視化圖表，從圖中可以看出，教育學(xué)CSSCI雜志中關(guān)于可視化的研究文獻(xiàn)最早開(kāi)始于1996年。1996年到2003年之間年產(chǎn)文獻(xiàn)量均小于5篇，2004年至2010年年產(chǎn)文獻(xiàn)量呈現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。2011年至文獻(xiàn)檢索日期，年產(chǎn)文獻(xiàn)量增長(zhǎng)迅速，有快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。總體而言，可視化研究文獻(xiàn)的數(shù)量目前呈指數(shù)趨勢(shì)增長(zhǎng)，這種趨勢(shì)就如同自然環(huán)境中典型的生物種群數(shù)量增長(zhǎng)曲線(xiàn)，如圖2（2），a點(diǎn)之前為種群的萌芽期，a-c階段為種群數(shù)量快速增長(zhǎng)期，c點(diǎn)達(dá)到峰值，c-d階段為種群數(shù)量的成熟期。可見(jiàn)，目前教育學(xué)關(guān)于可視化的研究處于a-c階段的增長(zhǎng)期。

結(jié)合文獻(xiàn)內(nèi)容分析，可從文獻(xiàn)年產(chǎn)量增長(zhǎng)特征中歸納出兩個(gè)特點(diǎn)：

第一，可視化作為專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)應(yīng)用于教學(xué)的年限不長(zhǎng)。“可視化”作為教育學(xué)領(lǐng)域關(guān)鍵詞首次出現(xiàn)于1996年，蔡大用等在“高等數(shù)值分析課程改革初試”一文中提到“計(jì)算機(jī)可視化”，但未對(duì)“可視化”做任何解釋與闡述。之后的1998年，吳淑慧發(fā)表于《中國(guó)電化教育》雜志的“可視化技術(shù)概述”一文，首次對(duì)計(jì)算機(jī)“可視化”進(jìn)行了方法、關(guān)鍵技術(shù)、工作過(guò)程以及建模過(guò)程的闡述。2005年，知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)可視化、概念圖算法被提出，“可視化”從學(xué)習(xí)環(huán)境及資源可視化聚焦到知識(shí)結(jié)構(gòu)可視化，趙國(guó)慶等詳細(xì)闡述了“知識(shí)可視化的理論與方法”，單篇文獻(xiàn)引用頻次達(dá)325次，為知識(shí)可視化研究提供了有效的理論基礎(chǔ)。2007年，彭緒梅等首次運(yùn)用科學(xué)計(jì)量學(xué)中的可視化技術(shù)，通過(guò)關(guān)鍵詞共詞知識(shí)圖譜分析了國(guó)外創(chuàng)業(yè)型大學(xué)的研究熱點(diǎn)，科學(xué)知識(shí)圖譜成為教育學(xué)文獻(xiàn)分析的重要方法。

第二，可視化教學(xué)研究呈指數(shù)增長(zhǎng)，目前正處于增長(zhǎng)期。1996年至2003年“可視化”教育研究文獻(xiàn)數(shù)量增加不大，2004年至2010年增長(zhǎng)緩慢，2011年至今增長(zhǎng)開(kāi)始加速。如果說(shuō)20世紀(jì)末至21世紀(jì)初期，可視化教學(xué)經(jīng)歷了短暫的萌芽期，那么21世紀(jì)初期至今，可視化教學(xué)進(jìn)入增長(zhǎng)期階段。隨著未來(lái)可視化技術(shù)的發(fā)展，可視化教學(xué)研究會(huì)繼續(xù)發(fā)展并成為教育學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

2.關(guān)鍵詞共現(xiàn)時(shí)序分布

對(duì)355篇文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞及其時(shí)序進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，抽取詞頻排列前100的關(guān)鍵詞生成共現(xiàn)時(shí)序矩陣，導(dǎo)入Netdraw中，生成關(guān)鍵詞共現(xiàn)時(shí)序分布知識(shí)圖譜，如圖3所示。圖中黑色方塊代表時(shí)間節(jié)點(diǎn)，灰色圓圈代表關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)，關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)與時(shí)間節(jié)點(diǎn)間有單向箭頭連線(xiàn)，代表關(guān)鍵詞共現(xiàn)的時(shí)間，如“可視化教學(xué)”節(jié)點(diǎn)指向“1999年”、“2013年”和“2014年”，表示“可視化教學(xué)”作為高頻關(guān)鍵詞首次出現(xiàn)于1999年，后又出現(xiàn)于2013年和2014年。

從圖中可以歸納出兩個(gè)趨勢(shì)：

第一，可視化教學(xué)研究的關(guān)鍵詞突現(xiàn)概率呈正態(tài)分布。2011年之前，1999年和2002年分別突現(xiàn)了一個(gè)高頻關(guān)鍵詞，而后從2004年的2個(gè)突現(xiàn)關(guān)鍵詞迅速增加到2011年的23個(gè)，達(dá)到突現(xiàn)頂峰。2011年之后，突現(xiàn)關(guān)鍵詞逐年減少并呈現(xiàn)出穩(wěn)定突現(xiàn)的趨勢(shì)。這種從大幅增加到逐漸減少的正態(tài)分布態(tài)勢(shì)與文獻(xiàn)年產(chǎn)量的發(fā)展態(tài)勢(shì)相一致，2011年可謂“可視化”教育研究中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

第二，可視化教學(xué)研究的主題趨于穩(wěn)定，同時(shí)伴有年代熱詞的加入。2011年之前突現(xiàn)的關(guān)鍵詞如“可視化教學(xué)”“知識(shí)可視化”“信息可視化”“數(shù)據(jù)可視化”“概念圖”“知識(shí)圖譜”等均在2011年之后大量被引用研究。2011年之后，隨著新視角與新技術(shù)的變遷，如“教育大數(shù)據(jù)”“學(xué)習(xí)分析”“微課”等也跨入“可視化”行列。

（二）增長(zhǎng)期生態(tài)現(xiàn)狀分析

1.作者及其所屬機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)分析

對(duì)文獻(xiàn)的作者及其機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)分析，由CiteSpaceⅢ生成混合網(wǎng)絡(luò)知識(shí)圖譜，如圖4所示。

從發(fā)文頻次上看，遼寧師范大學(xué)教育學(xué)院24篇，發(fā)文最多，其次為發(fā)文23篇的南京師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院以及發(fā)文22篇的華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院。另外，華東師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)系、河南大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院、河南大學(xué)現(xiàn)代教育研究所、清華大學(xué)教育研究院、陜西師范大學(xué)教育學(xué)院、華中師范大學(xué)信息技術(shù)系、東北師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院、安陽(yáng)師范學(xué)院教育信息技術(shù)與傳媒學(xué)院發(fā)文均超過(guò)1 1篇。其中，河南師范大學(xué)趙慧臣發(fā)表論文21篇，成為發(fā)文最多的作者，遼寧師范大學(xué)潘黎發(fā)文19篇位居第二，河南大學(xué)蔡建東和華東師范大學(xué)顧小清均發(fā)文16篇并列第三，侯建華、趙蔚、趙國(guó)慶、蘭國(guó)帥、杜華、魏順平、黃榮懷等均發(fā)文10篇以上。可見(jiàn)，可視化教學(xué)研究的主要單位為師范類(lèi)大學(xué)或具有教育學(xué)科優(yōu)勢(shì)地位的高校，可視化教學(xué)是教育技術(shù)領(lǐng)域?qū)W者的研究熱點(diǎn)。

2.高影響力文獻(xiàn)分析

文獻(xiàn)的被引用次數(shù)是該文影響力和認(rèn)可度的重要標(biāo)志。對(duì)當(dāng)前文獻(xiàn)被引用頻次進(jìn)行排序，列出排名前10位的文獻(xiàn)，如表1所示，可以發(fā)現(xiàn)可視化教學(xué)高影響力論文主要是理論類(lèi)和綜述研究類(lèi)文獻(xiàn)。其中，5篇文獻(xiàn)是關(guān)于知識(shí)可視化的理論探索，3篇文獻(xiàn)是關(guān)于可視化教學(xué)環(huán)境建設(shè)，2篇文獻(xiàn)是關(guān)于文獻(xiàn)計(jì)量可視化綜述，而實(shí)證研究類(lèi)文獻(xiàn)還未進(jìn)入高影響力前列。我們知道，科學(xué)發(fā)展特別是科學(xué)知識(shí)體系的發(fā)展，總是在“事實(shí)-理論-新的事實(shí)-新的理論……”這樣的模式中不斷繼承和創(chuàng)新的，可視化教學(xué)的發(fā)展也正如此。結(jié)合表1可知，可視化教學(xué)在“知識(shí)可視化”方面已經(jīng)獲得了諸多理論成果，但其在實(shí)踐中的應(yīng)用仍處于探索階段，這也呼應(yīng)了前文“可視化在教學(xué)中的應(yīng)用處于增長(zhǎng)初期”的推論。

3.研究主題分布

對(duì)文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，抽取詞頻排列前60的詞生成共現(xiàn)矩陣，導(dǎo)入Netdraw中，生成關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)圖譜，如圖5所示。通過(guò)其聚類(lèi)分布情況，發(fā)現(xiàn)教育學(xué)對(duì)于“可視化”的研究主要集中在四個(gè)維度：科學(xué)知識(shí)圖譜、可視化教學(xué)設(shè)計(jì)、知識(shí)可視化以及數(shù)據(jù)可視化。其中，每個(gè)維度代表關(guān)鍵詞及其詞頻分別為：科學(xué)知識(shí)圖譜維度包括知識(shí)圖譜（46）、研究熱點(diǎn)（22）、可視化分析（20）、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析（18）、共詞分析（12）；可視化教學(xué)設(shè)計(jì)維度包括教育技術(shù)（10）、MOOC（9）、教學(xué)設(shè)計(jì)（9）、移動(dòng)學(xué)習(xí)（7）、協(xié)作學(xué)習(xí)（6）；知識(shí)可視化維度包括知識(shí)可視化（35）、概念圖（14）、視覺(jué)表征（10）、思維導(dǎo)圖（6）、本體（5）；數(shù)據(jù)可視化維度包括信息可視化（10）、學(xué)習(xí)分析（8）、數(shù)據(jù)可視化（5）、數(shù)據(jù)挖掘（4）、大數(shù)據(jù)（3）。

第一，科學(xué)知識(shí)圖譜在前沿與熱點(diǎn)研究中具有解釋與預(yù)見(jiàn)的理論功能。由關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可知，科學(xué)知識(shí)圖譜維度的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)較集中，包括1侶篇相關(guān)文獻(xiàn)。科學(xué)知識(shí)圖譜作為一種研究工具，主要通過(guò)可視化方法展示科學(xué)知識(shí)的發(fā)展進(jìn)程與結(jié)構(gòu)關(guān)系。教育技術(shù)學(xué)引入科學(xué)知識(shí)圖譜，可形象地描繪教育技術(shù)學(xué)領(lǐng)域知識(shí)結(jié)構(gòu)與發(fā)展脈絡(luò)，是研究生教學(xué)及科學(xué)研究的重要工具。圖譜顯示，目前該領(lǐng)域利用科學(xué)知識(shí)圖譜研究的熱點(diǎn)主題包括（其中將相似關(guān)鍵詞擬為同一熱點(diǎn)）“MOOC”（包括“慕課”“大規(guī)模在線(xiàn)開(kāi)放課程”等）“移動(dòng)學(xué)習(xí)”（包括“m-learning”）“知識(shí)可視化”（包括“知識(shí)結(jié)構(gòu)”“思維可視化”等）“高等教育”“高等教育管理”“教學(xué)設(shè)計(jì)”“遠(yuǎn)程教育”“翻轉(zhuǎn)課堂”“協(xié)作學(xué)習(xí)”（包括“CSCL”）“創(chuàng)客空間”（包括“創(chuàng)客教育”“創(chuàng)業(yè)教育”等）“游戲化學(xué)習(xí)”“學(xué)習(xí)者模型”“平臺(tái)”“動(dòng)畫(huà)技術(shù)”“學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)”“電子書(shū)包”“混合學(xué)習(xí)”“教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展”“終身學(xué)習(xí)”“大學(xué)文化”等。

第二，可視化教學(xué)設(shè)計(jì)重點(diǎn)關(guān)注學(xué)習(xí)者的認(rèn)知及知識(shí)建構(gòu)。計(jì)算可視化是最早應(yīng)用于教育領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)，通過(guò)文獻(xiàn)內(nèi)容分析可知，可視化教學(xué)設(shè)計(jì)側(cè)重從學(xué)習(xí)者認(rèn)知方式及知識(shí)建構(gòu)的角度出發(fā)，為學(xué)習(xí)者構(gòu)建可視化教學(xué)環(huán)境、實(shí)施可視化教學(xué)策略和教學(xué)活動(dòng)，提供可視化教學(xué)工具和資源。

可視化教學(xué)環(huán)境層面，李妍（2005）通過(guò)對(duì)美國(guó)CoVis項(xiàng)目的解讀，認(rèn)為可為學(xué)習(xí)者建構(gòu)可視化協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境，包括選取開(kāi)放性探究主題、構(gòu)建可視化學(xué)習(xí)工具、開(kāi)發(fā)協(xié)作互動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)、建立遠(yuǎn)程導(dǎo)師數(shù)據(jù)庫(kù)、提供可視化資源等。此后的可視化教學(xué)研究主要依從教學(xué)環(huán)境的主要要素：可視化教學(xué)策略和教學(xué)活動(dòng)、可視化教學(xué)工具、可視化學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)資源、可視化教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等。隨后興起移動(dòng)學(xué)習(xí)的浪潮，李亞男等（2013）強(qiáng)調(diào)了移動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)程中的知識(shí)傳播和同伴交互作用，并提出可視化移動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)境中的關(guān)鍵技術(shù)：知識(shí)結(jié)構(gòu)可視化導(dǎo)航技術(shù)、可分享的可視化協(xié)作工具以及基于學(xué)習(xí)對(duì)象的學(xué)習(xí)伙伴推薦技術(shù)。之后，可視化資源導(dǎo)航、可視化協(xié)作工具也成為可視化教學(xué)環(huán)境中的研究重點(diǎn)。

可視化教學(xué)策略層面，林九如等（1999）針對(duì)機(jī)械操作中的動(dòng)作技能知識(shí)提出可視化教學(xué)法，包括電化教學(xué)法、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)法、實(shí)驗(yàn)法、模型演示法、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)法（Computer Aided Instruction，簡(jiǎn)稱(chēng)“CAI”），并認(rèn)為將CAI課件應(yīng)用于教學(xué)過(guò)程可以提高學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)理解以及計(jì)算機(jī)操作能力。針對(duì)閱讀與寫(xiě)作中的文本知識(shí)，馬蘭等（2004）根據(jù)美國(guó)當(dāng)代教育心理學(xué)家威特羅克（M·C·Wittocrk）提出的生成學(xué)習(xí)模式，即動(dòng)機(jī)、注意、記憶和生成，分析了生成學(xué)習(xí)模式構(gòu)建文內(nèi)聯(lián)系和文外聯(lián)系的特點(diǎn)，介紹了類(lèi)比、畫(huà)圖、列標(biāo)題等相關(guān)策略，并提出可視化圖形使思維過(guò)程外顯可觀，知識(shí)生成迅捷牢固，促進(jìn)知識(shí)遷移。

可視化教學(xué)工具和資源層面，陳述性知識(shí)的可視化教學(xué)研究占90%以上，主要側(cè)重知識(shí)呈現(xiàn)、結(jié)構(gòu)分析以及過(guò)程模擬，其中還原知識(shí)本源的概念圖、文字云圖、知識(shí)地圖等占60%，反映概念、命題關(guān)系的思維導(dǎo)圖等占23%，模擬仿真反映事物本質(zhì)與過(guò)程的visualEyes等占9%，其他綜合類(lèi)工具占8%，如表2所示。它們成為可視化教學(xué)中的重要支持工具和學(xué)習(xí)資源，對(duì)學(xué)生成績(jī)、認(rèn)知技能以及學(xué)習(xí)情感均產(chǎn)生積極影響。而在資源建設(shè)中，除了視覺(jué)化資源本身外，基于資源迷航等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中獨(dú)有的問(wèn)題，資源深度聚合、可視化導(dǎo)航以及個(gè)性化推薦迅速成為研究熱點(diǎn)。余勝泉等（2009）在聯(lián)通主義理論指導(dǎo)下，提出了基于學(xué)習(xí)元的資源組織形式，并以標(biāo)簽形式實(shí)現(xiàn)了資源的可視化聚合。黃濤等（2015）將“知識(shí)地圖”“本體”“知識(shí)元”等引入資源的組織中，通過(guò)知識(shí)地圖實(shí)現(xiàn)了可視化資源導(dǎo)航與檢索，以及基于認(rèn)知缺陷的個(gè)性化資源推薦。姜強(qiáng)等（2015）受認(rèn)知負(fù)荷理論和資源有限理論的啟發(fā)，從不同學(xué)習(xí)風(fēng)格出發(fā)，研究了視覺(jué)型、聽(tīng)覺(jué)型、讀寫(xiě)型和動(dòng)覺(jué)型對(duì)資源類(lèi)型的偏好，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于學(xué)習(xí)風(fēng)格的多媒體資源適應(yīng)性推送和序列可視化。

第三，知識(shí)可視化研究的信息生命價(jià)值逐漸增高。知識(shí)可視化作為在科學(xué)計(jì)算可視化、數(shù)據(jù)可視化、信息可視化基礎(chǔ)上發(fā)展的新興研究領(lǐng)域，以其同時(shí)以視覺(jué)形式和語(yǔ)言形式呈現(xiàn)信息的理論特點(diǎn)，能夠更大限度地連接人腦認(rèn)知模式，增強(qiáng)認(rèn)知、記憶與理解。結(jié)合表1，統(tǒng)計(jì)其中5篇關(guān)于知識(shí)可視化文獻(xiàn)年被引率，如圖6（1）所示。發(fā)現(xiàn)5篇文獻(xiàn)被引用量正逐年增加，這種趨勢(shì)符合信息生命周期理論（索傳軍，2010）中關(guān)于“網(wǎng)絡(luò)信息創(chuàng)建后要經(jīng)歷萌芽、增長(zhǎng)、成熟、老化甚至死亡的生命過(guò)程”的描述，而且從趨勢(shì)圖看，知識(shí)可視化理論研究的信息生命價(jià)值逐漸增高，可見(jiàn)這種視覺(jué)認(rèn)知與語(yǔ)詞語(yǔ)義的雙重優(yōu)勢(shì)使“知識(shí)可視化”成為教育學(xué)研究的重要方向。

知識(shí)可視化作為認(rèn)知心理學(xué)與人工智能研究的橋梁，涉及多學(xué)科理論與方法，存在多研究視角和取向。如趙國(guó)慶等（2005）傳播取向的知識(shí)可視化研究，他認(rèn)為知識(shí)可視化的本質(zhì)是通過(guò)視覺(jué)表征從而促進(jìn)知識(shí)的傳播與創(chuàng)新。在之后關(guān)于“知識(shí)可視化”定義的研究中，趙國(guó)慶（2009）認(rèn)為知識(shí)可視化不僅是一個(gè)研究領(lǐng)域，而且是一門(mén)新興學(xué)科，目的在于研究如何應(yīng)用視覺(jué)表征改進(jìn)兩個(gè)或兩個(gè)以上之間復(fù)雜知識(shí)創(chuàng)造與傳遞。顯然，這種取向強(qiáng)調(diào)以圖解和概念的手段表征知識(shí)，著重知識(shí)的呈現(xiàn)，常用的表現(xiàn)方式包括概念圖、思維導(dǎo)圖等。之后，權(quán)國(guó)龍等（2016）認(rèn)為，關(guān)于視覺(jué)文化的研究屬知識(shí)可視化研究的范疇，在學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)資源的開(kāi)發(fā)與建設(shè)中，視覺(jué)元素在理論上具有指導(dǎo)性作用，視覺(jué)符號(hào)中的實(shí)體、抽象物、符號(hào)結(jié)構(gòu)和意義與知識(shí)表征中的要素一致，是知識(shí)可視化研究中一種獨(dú)特的視角，這種視覺(jué)文化視角下的知識(shí)可視化注重藝術(shù)哲學(xué)和多元審美，在課件、教學(xué)視頻、教育游戲等中都有體現(xiàn)。

在知識(shí)可視化理論與方法的指導(dǎo)下，可視化工具的開(kāi)發(fā)和教育應(yīng)用也在逐步探索中，伍國(guó)華等（2011）研究發(fā)現(xiàn)，在指導(dǎo)學(xué)習(xí)條件下，小組協(xié)作具有最優(yōu)的教學(xué)效果，且不論是單獨(dú)學(xué)習(xí)還是小組協(xié)作學(xué)習(xí)，步驟圖比概念關(guān)系圖的效果更優(yōu)。同時(shí)，相對(duì)于網(wǎng)絡(luò)課堂，概念圖、思維導(dǎo)圖等可視化工具在傳統(tǒng)課堂上使用的效果更好。權(quán)國(guó)龍等（2015）通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)程協(xié)作學(xué)習(xí)的實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)，影響圖示工具使用的主要因素是任務(wù)相關(guān)性、計(jì)算機(jī)自我效能感、感知易用性和感知有用性。

第四，數(shù)據(jù)可視化依托于在線(xiàn)教育中的有效數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可視化是在大數(shù)據(jù)的背景下，借助圖形圖像讓用戶(hù)直觀了解數(shù)據(jù)本身，分析可視化數(shù)據(jù)背后的信息價(jià)值，以“揭示趨勢(shì)、探索來(lái)源、獲取新知”。在教育領(lǐng)域，數(shù)據(jù)可視化主要應(yīng)用于兩個(gè)層面：教育數(shù)據(jù)挖掘與學(xué)習(xí)分析。

教育數(shù)據(jù)挖掘是通過(guò)學(xué)生管理系統(tǒng)、在線(xiàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)和課程管理平臺(tái)中關(guān)于學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)成績(jī)、學(xué)習(xí)情境以及個(gè)性特征等數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效果與學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)資源和教學(xué)過(guò)程間的關(guān)系，以預(yù)測(cè)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)趨勢(shì)的技術(shù)和方法。目前，關(guān)于教育數(shù)據(jù)挖掘的研究主要集中在三個(gè)方面：①呈現(xiàn)。以可視化直觀形式揭示現(xiàn)象，如通過(guò)圖形圖像展現(xiàn)整個(gè)學(xué)習(xí)領(lǐng)域的現(xiàn)狀。②預(yù)測(cè)。以多因素變量預(yù)測(cè)相關(guān)變量的發(fā)展，如通過(guò)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過(guò)程、個(gè)性特征、學(xué)習(xí)偏好等數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)學(xué)習(xí)成績(jī)，并為其提供預(yù)警。⑧聚類(lèi)。將海量無(wú)序?qū)ο缶垲?lèi)為相關(guān)性維度，如有研究者通過(guò)學(xué)習(xí)者不同風(fēng)格和偏好，將學(xué)習(xí)者聚類(lèi)為不同群體，以為其進(jìn)行適應(yīng)性資源推送；另有研究者通過(guò)資源的知識(shí)結(jié)構(gòu)，將資源聚類(lèi)導(dǎo)航，以方便學(xué)習(xí)者檢索。

學(xué)習(xí)分析以學(xué)習(xí)者為中心，通過(guò)分析學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過(guò)程、學(xué)習(xí)表現(xiàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)課程、教學(xué)和評(píng)價(jià)本身進(jìn)行調(diào)整，以促進(jìn)更有效的學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)分析與教育數(shù)據(jù)挖掘的區(qū)別在于教育數(shù)據(jù)挖掘更側(cè)重?cái)?shù)據(jù)本身的聚類(lèi)、模型的構(gòu)建從而找出數(shù)據(jù)背后隱藏的有效信息，而學(xué)習(xí)分析更側(cè)重通過(guò)學(xué)習(xí)者的過(guò)程性數(shù)據(jù)分析學(xué)習(xí)績(jī)效，從而對(duì)課程內(nèi)容、教學(xué)策略進(jìn)行規(guī)劃整理，個(gè)性化資源推薦就是其中一個(gè)重要的研究方向。

四、研究結(jié)論與啟示

首先，從生態(tài)化歷史發(fā)展的脈絡(luò)來(lái)看，可視化教學(xué)研究呈指數(shù)發(fā)展趨勢(shì)，在短暫的萌芽期（20世紀(jì)末至21世紀(jì)初）后，可視化教學(xué)研究正處于增長(zhǎng)初期（21世紀(jì)初至今），并在不斷演變過(guò)程中逐步形成了以科學(xué)知識(shí)圖譜、可視化教學(xué)設(shè)計(jì)、知識(shí)可視化、數(shù)據(jù)可視化為主要內(nèi)容的四個(gè)橫斷面，其知識(shí)結(jié)構(gòu)已趨于穩(wěn)定，并同時(shí)伴隨年代熱詞的加入。

其次，從增長(zhǎng)期的生態(tài)現(xiàn)狀來(lái)看，師范類(lèi)大學(xué)或具有教育學(xué)科優(yōu)勢(shì)地位的高校及其教師團(tuán)隊(duì)成為可視化教學(xué)研究的重鎮(zhèn)，知識(shí)可視化方向的理論研究與科學(xué)知識(shí)圖譜方向的綜述研究是該領(lǐng)域信息生命價(jià)值最高的研究類(lèi)型，實(shí)證研究尚待提高。

最后，可視化教學(xué)研究的四個(gè)橫斷面主線(xiàn)明確且交叉發(fā)展。其中，對(duì)于科學(xué)知識(shí)圖譜的研究主要集中于主題熱點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)；知識(shí)可視化研究集中于概念圖、思維導(dǎo)圖等對(duì)學(xué)習(xí)成效的影響，這種成效又經(jīng)常與教學(xué)策略的影響相結(jié)合，如協(xié)作學(xué)習(xí)、獨(dú)立學(xué)習(xí)等；數(shù)據(jù)可視化研究集中于數(shù)據(jù)挖掘和學(xué)習(xí)分析兩個(gè)層面；可視化教學(xué)設(shè)計(jì)研究相對(duì)分散，主要著重于移動(dòng)學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂、智慧校園等多維學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建。

可視化教學(xué)研究的生態(tài)化發(fā)展及脈絡(luò)分析對(duì)其今后的發(fā)展具有預(yù)見(jiàn)與指導(dǎo)意義。第一，科學(xué)知識(shí)圖譜作為文獻(xiàn)計(jì)量分析及可視化的重要工具，在研究學(xué)科知識(shí)演變規(guī)律、熱點(diǎn)發(fā)展的過(guò)程中具有解釋、預(yù)見(jiàn)世界的理論功能；第二，知識(shí)可視化可向多元視角發(fā)展，如傳播視域下的知識(shí)可視化注重視覺(jué)表征過(guò)程中的認(rèn)知規(guī)律，重點(diǎn)研究對(duì)象包括概念圖、思維導(dǎo)圖、語(yǔ)義地圖等，視覺(jué)文化視域下的知識(shí)可視化注重美學(xué)要素，重點(diǎn)研究對(duì)象包括各種多媒體教學(xué)資源；第三，可視化資源聚類(lèi)導(dǎo)航成為教學(xué)資源設(shè)計(jì)中知識(shí)服務(wù)的新途徑，隨著網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源從整合到聚合的發(fā)展，利用語(yǔ)義標(biāo)簽、知識(shí)地圖、知識(shí)元等對(duì)資源進(jìn)行可視化聚類(lèi)在各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中得到應(yīng)用，其與個(gè)性化資源推薦的結(jié)合使得網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源在社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中更加聯(lián)通；第四，數(shù)據(jù)可視化依托大數(shù)據(jù)的背景，海量數(shù)據(jù)以及有效數(shù)據(jù)的獲得成為學(xué)習(xí)分析與數(shù)據(jù)挖掘過(guò)程中最大的障礙，因此，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)的記錄系統(tǒng)越來(lái)越重要，數(shù)據(jù)的客觀性、準(zhǔn)確性以及代表性是學(xué)習(xí)分析有效性的保證。