基于概念圖的可視化教學整合研究

向芳玉　郝建江　顧文玲

摘 要：基于思維導圖、概念圖等的可視化工具在教育教學中受到廣泛應用并發揮著重要作用。文章選取地理概念教學中存在忽視學生的“前概念”、認知差異、學習過程等問題，在分析概念圖具有支持地理概念可視化、思維可視化、交互可視化、知識生長可視化的優勢下，構建了基于概念圖的地理概念可視化教學框架體系，并給出了（課前）前概念診斷階段、（課中）新概念習得階段、（課后）概念圖拓展階段三個階段的一般操作模式。最后，通過實踐得出基于概念圖的可視化教學能激發學習興趣，提高學生學習積極性，也能促進認知和思維的發展，提升分析問題、解決問題的能力。

關鍵詞：概念圖；地理概念；可視化教學

中圖分類號：G434 文獻標志碼：B 文章編號：1673-8454（2018）16-0046-05

一、引言

近年來，基于計算機的可視化教學在教育教學領域中受到廣泛關注與應用。大量研究表明，可視化技術不僅能促進知識的傳遞，訓練學生的思維，而且能提高教師教學能力[1]，如王志軍等構建的思維可視化課堂在小學語文閱讀教學中取得了很好的效果[2]。在學科整合方面，是否可以考慮擴散到地理學科？其中，地理概念是用來表征同類地理事物、現象、演變進程的本質特征與聯系的抽象概括，它不僅是理解地理學、認知地理環境的重要途徑，更是學生地理素養的核心組成部分[3]，因此，地理概念教學研究一直受到廣大教育工作者的關注。

目前，就地理概念教學而言，基于可視化技術的地理概念教學研究較少。其中，江靜華[4]以概念圖、思維導圖、象形圖為例列舉了圖式思維教學策略在地理教學中的具體運用；李露[5]聚焦于概念可視化，對教學中常見的可視化工具做了比較，針對地理課堂教學現狀，提出使用不同知識可視化工具表征、學習地理概念。已有的研究表明，可視化技術更多地作為一種傳授知識的工具或承載知識的載體出現在地理概念教學中，既沒有解決當前地理概念教學中存在的問題（如忽視學生的地理“前概念”，忽視學生的認知能力差異，忽視學生的學習過程等[6]），也沒有做到深度融入地理概念教學中，激發學生的學習興趣，培養學生地理思維，體現學生的主體地位。本研究擬借鑒其他學科已有的可視化教學研究成果，針對地理概念復雜抽象、層次疊加等特性，運用 IHMC CmapTools工具，進行地理概念的可視化教學探索。

二、概念圖促進地理概念教學的優勢分析

概念圖是諾瓦克博士等基于有意義學習理論提出的一種利用節點表示概念、連線表示關系，用于組織和表征知識的教學技術[7]。概念圖除了用概念這一元素表達知識外，還可以利用圖像化和動態化的多媒體素材、文檔、網頁等元素表達知識[8]。本研究中用的IHMC CmapTools軟件不僅支持用戶制作概念圖，還能支持概念圖的發布、共享、協作等操作。概念圖在地理概念教學中具有以下優勢：

1.支持地理概念可視化

“一圖勝千言”，將知識或信息進行圖式化更容易被記憶和識別，這一點已被論證。一方面，雙重編碼理論指出將知識同時以視覺形式和抽象語言形式呈現能降低認知負荷，有利于知識的記憶和識別[7]。另一方面，腦科學研究中也提到人的左腦加工文字內涵，右腦加工圖形內涵，若兩者同時進行能有效提高信息加工效率[9]。然而中學階段，地理概念眾多且復雜抽象、層次疊加，使得學生在學習時難以理解、識記。利用CmapTools將地理概念以及概念間的關系用圖式化表征，能更簡單、直觀地呈現知識的結構性和層次性。形象的概念圖能降低認知負荷，幫助理解語言或文字，習得知識，發展認知。

2.支持思維過程可視化

思維是不可見的，概念圖支持以圖式化的形式清晰地呈現出思維發生過程。將思維可視化能促進知識的高效理解、記憶和應用 [10]。根據建構主義的學習觀，學習是基于一定社會文化背景，學習者借助教師、同學或者其他人的幫助，積極主動地進行意義建構，發展自己的認知結構，獲取知識。在學習方法上強調用探索發現的方法去建構知識的意義。因此，在進行概念學習時，繪制概念圖有助于學習者發展認知結構，培養創新思維。此外，教育心理學家約瑟夫·D·諾瓦克教授在學生學習科學概念時，分別采用音頻材料、常規的學校教學方法和概念圖教學進行實證對比研究，結論得出，前兩種方法學習科學概念的效果并不理想，而應用概念圖組織科學課的學習不僅能促進科學課的學習，還能達到“學會有意義的學習”[11]。概念圖不僅能揭示知識本身的結構特點，呈現結構清晰的知識脈絡，還能呈現學生思維發生的過程，教師能根據反饋，順著學生的思維引導學習或及時調整教學，完成學習目標。

3.支持交互可視化

概念圖作為師生交互、生生交互的平臺，為交互提供了載體，支持交互可視化，有利于師生之間的交流與協作。傳統教學中，教師根據已有經驗和學生成績分析學情，師生間缺乏互動與交流。若利用概念圖檢測學習前概念，教師能很好地了解學生的態度、知識、觀點以及思維方式。而且在課堂上，利用概念圖作為師生教學的共同載體，既能發揮教師主導作用，設計教學思路，理清課堂脈絡，又能體現學生主體性，開展頭腦風暴，培養創新性思維。課后，作為評價學生學習效果的工具，概念圖的完整性、廣泛性、系統性、層級性等特征可以反映學生的認知結構及其對知識的理解與掌握、遷移應用以及知識創新等方面情況，教師根據概念圖反饋的情況給出相應的評價和建議。另外，概念圖能促進學生之間的合作交流與知識共享。在分組教學中，概念圖能支持學生圍繞主題進行有效討論，將思路具體化、明確化，是一種能促進合作學習的有效方式。在繪制和完善概念圖的過程中，能修正和完善自己對概念的理解，討論交流中，訓練思維，發展認知。此外，學生之間還能將自己制作的概念圖分享到網絡，支持學生間在線討論交流。

4.支持知識體系可視化生長

無論對學習個體，還是對學習共同體而言，概念圖支持其知識系統的可視化生長。新建構主義學習理論認為，網絡是一個虛擬的知識銀行，個人博客作為銀行賬戶，學習者可采用“零存整取”的學習策略，通過對同一主題博文反復、迭代式的修改，可獲取知識，實現化零為整、知識創新的目標[12]。同理，IHMC CmapTools平臺亦可以作為一個虛擬的知識銀行，個人賬號為銀行賬戶，采用“零存整取”的學習策略，既能將零散的顯性知識系統化，又能將隱性知識顯性演化。例如，學習個體學習完新課后完善拓展自己的概念圖，將新知識點進行同化或順應，梳理成新的知識系統，這種動態的操作可以一直伴隨學習的延續，實現知識系統的可視化生長。此外，知識建構理論認為知識存在于團隊中，需要通過社會協作的方式來創造與分享知識，實現個人和群體的知識增長與創新。已有研究表明，虛擬學習社區有利于學習者協作性的知識建構，實現知識的共享、收斂、凝聚和創生[13]。IHMC CmapTools平臺作為虛擬學習社區，提供在線的數字化學習環境，支持個體學習與團隊學習，在知識共享的基礎之上，實現學習共同體的知識可視化生長。