信息圖形化表達助力學生深度學習

高智英

（晉中師范高等專科學校，山西 晉中 030600）

一、深度學習理論內涵

深度學習是當前信息化時代背景下一種重要而有效的學習方式和學習理念，是1976 年由美國學者Ference Marton 和Roger Saljo 相對于淺層學習提出的一個概念。他們認為淺層學習是處于認知水平的以記憶、背誦為主的孤立的學習，而深度學習是以理解、聯結、建構、遷移、創新等能力為主的更高思維層次的學習。

之后國內外專家對深度學習理論有多種描述，主要觀點有深度理解說、理解遷移說、體驗學習說、三元學習說等。[1]黎加厚教授從布盧姆的教育目標分類學出發率先闡釋了深度學習的概念，指出“深度學習是在理解的基礎上，學習者能夠批判地學習新思想和事實，并將它們融入原有的認知結構中，能夠在眾多思想間進行聯系，并能夠將已有的知識遷移到新的情境中，做出決策和解決問題的學習”，認為理解與批判、聯系與建構、遷移與應用是深度學習的三大特點。[2]

專家學者們對深度學習的理解雖然角度不同、各有側重，但共同強調了學習者的深層動機、切身體驗-高階思維和深度理解-實踐創新是深度學習的基本特質。由此可見，深度學習是基于內部動機的觸及心靈深處的學習，是基于知識聯結建構的深入知識內核的學習，是基于遷移應用的問題解決的學習，是基于批判整合的挑戰創新的學習。基于深度學習的教學設計也應該注重課堂教學中的技術支撐、動機激發、人文滲透、思維引導等方面的內容，使用科學有效、合理可行的教育技術展現教學內容的本質以及知識的關系聯結，促進學生自發主動地進行知識意義的理解建構、遷移應用和實踐創新。[2]筆者通過自身教學和學習經驗認為教學信息的圖形化表達在很大程度上有利于學生進行高階思維的深層次學習。

二、信息圖形化表達的特征

信息圖形化是將知識、信息、數據等通過圖形、圖像等進行表達與傳播的方式，是信息的可視化表現形式。信息圖形化可以是由某種單一的表格、圖形、圖像等結合文字、顏色等來表示事物的特征，也可以是各類相互疊加形成的復合型圖形。從組織形式的角度來看，常見的基本類型有層級圖、組塊圖、流程圖、時序圖等。教學信息圖形化表達能夠提取知識中的關鍵因素，并以一定的線索加以整理架構，使原本復雜的信息在傳遞過程中更為簡潔直觀、清晰明了，做到化繁為簡。

信息圖形化表達能夠提高學生對教學信息的收集、整理、加工速度,容易讓學生理解接受，有利于激發學生深層學習的動機，驅動引導學生進行深層次的高階思維，[3]其通常具有以下幾個方面的特征：

1.非線性

信息圖形化具有線性類型的特征，但非線性也是其明顯的特征之一。非線性是以非順序方式呈現知識，知識點之間相互連接成無中心、無邊緣、立體化的網狀結構，類似于人的大腦結構和血管組織。信息圖形化將知識點用箭頭線條等圖形符號連接，互相之間關聯交錯，沒有絕對固定的中心和邊緣界限，符合非線性特征。

人類的知識結構本身以非線性為主，而信息圖形化正是這樣一種非線性表達技術，相對于語言和文字的線性特征更有助于拓展學習者的思路，促進思維的發散，拓展思維的廣度，使學生以開放的網狀結構思考和判斷深層次的復雜問題。

2.結構性

圖形化信息將文本信息以各種結構框架進行梳理，并以一定的線索加以歸類、整理和架構，與人的邏輯思維相吻合。比如：層級圖是最常見的表現群體關系的一種圖表，它可以形象地反映出組織內各元素上下左右相互之間的關系和結構功能；組塊化框圖借助方框將相關信息進行分割，同時又顯示其之間的各種關系，加強邏輯思維的可讀性；流程圖呈現事物處理的邏輯順序，加快構成問題解決的思路。從思維的角度看，圖形化的結構性呈現是知識內在邏輯性的體現，有助于學生從圖形到內涵、結構到功能全面深入地審視、分析、理解知識的本質，思維更加縝密條理。

3.直觀性

圖形圖像是僅次于文字的第二種信息表達形式。圖形化信息比文本信息更加直觀生動，能夠運用形象化的方式把不容易理解的、抽象的、微觀的信息直觀地表現出來，簡單有力迅速地傳遞教學信號。將教學信息中的關鍵因素提取出來，并用各種圖形符號鏈接建立信息模型。首先從視覺上容易被學生感知，使其在第一時間捕捉到有價值的信息與知識；其次一些比較難的概念分析起來更加條理清晰，使大多數學生都容易理解；然后逐步引導學生由直觀感知最終提升到抽象思考的理論高度。

4.系統性

信息圖形化把多個內容、步驟或元素以一定的關系聯結到一張圖表中，形成一個或大或小的完整的知識系統。一個個小的圖形化知識系統組合拓展成大的圖形知識系統，看似動亂之中存在穩定，混沌之中存在秩序。利于學習者從系統的角度出發，分析整體與部分之間的相互聯系、相互作用、相互制約，使自己的知識體系、問題處理等得到最優化的處理。利于學習者由整體到局部，再由局部到整體理解事物的全貌，協調好各內容之間的關系，把握知識系統的規律和命脈。

三、圖形化表達對深度學習的促進作用

結合以上特征分析，教學信息圖形化設計表達與深度學習內涵有諸多關聯和契合點，對學生的深度學習有很大的促進作用。筆者將選取計算機類課程部分知識點為例加以具體說明：

1.信息圖形化展現事物的層級和相互關系，促進理解應用

摳圖是Photoshop（PS）的主要功能之一，其摳圖工具有很多種，學生只有掌握各類工具的主要功能及其之間的關系，方可在摳圖實踐中對癥下藥、游刃有余。

圖1 呈現了PS 摳圖常用的幾種工具，即選區工具、路徑工具、色彩命令、通道以及蒙版。選區工具可以直接繪制規則或不規則形選區；路徑工具可以精確靈活地繪制調節圖形區域并且可以與選區相互轉化；通道借用白、黑色畫筆繪制或色階調整把白色選區和黑色非選區進行對比處理,將白色作為不透明選區完全載入，灰色作為局部和半透明選區，黑色作為非選區，適用于摳取零亂的頭發、半透明的婚紗等；魔棒和色彩范圍命令針對顏色相同或相近的圖像區域；蒙版命令可以在保護原圖不變的前提下顯示或隱藏圖像區域，與通道原理相同。選區工具與其他工具都有直接或間接的聯系且可以互相轉化，使用虛線箭頭連接并添加關系說明，可見摳圖首要目標就是創建選區，故選區使用星號標出。

圖1 Photoshop 摳圖方法

教學過程中，教師由簡單關系到復雜關系向學生展示該圖形并加以解釋說明和演示操作，引導學生理解多種工具之間的內部關系，真正掌握工具的使用方法并融會貫通，在遇到實際圖像時能夠根據圖像特征清晰判斷并分別選用不同的工具命令，精準快速地進行圖像的摳取。

2.信息圖形化呈現程序設計原理模式，促進高階思維

MVC 是一種基于Javaweb 開發的設計指導模式。Model 層實現業務邏輯，View 層顯示用戶界面，Controller 層主要提供應用程序的處理過程控制。在MVC 模式中三個層各司其職，一旦哪一層的需求發生了變化，就只需要更改相應層的代碼而不會影響到其他層的代碼。圖2 是J2EE 企業項目分層概念中表現層的MVC框架，客戶端向服務器發送請求，服務器先執行配置的前端控制器，前端控制器根據客戶端的請求，將請求分發給應用控制器，應用控制器調用業務邏輯層執行業務，業務邏輯層調用集成層實現數據存儲。應用控制器根據業務邏輯層的執行結果決定待顯示的頁面，前端控制器根據業務應用控制器選擇的頁面跳轉到相應的頁面資源，在頁面資源中借助視圖助手（標簽）的幫助完成頁面的顯示，從而完成整個請求處理。

圖2 MVC 架構

教師從視圖表現入手，將其他層的功能逐步分離出來，隨著系統業務的應用擴展以及學習的不斷推進將架構圖推導完善，直到最后形成一個完整優化的設計思路圖。學生隨著教師的引導不斷進行新舊知識的建構聯結，理解各模塊功能及它們之間的相互關系，思維逐漸被驅動引導走向高階深入，從而形成設計模式架構進而指導其編程實現過程。

3.信息圖形化呈現信息處理流程，促進知識聯結建構

計算機漢字信息的編碼處理是微觀不可見的過程，如果單純用文字介紹各種概念，學生較難深入理解其原理。通過流程圖為主的形式將漢字編碼內部信息處理過程呈現，讓學生明白計算機內部漢字的處理過程。如圖3 所示，由鍵盤等輸入設備選擇一種輸入法得到漢字的輸入碼即機外碼，再由輸入碼找到區位碼，區位碼的區號和位號分別加上20H 得到國標碼，國標碼的區號和位號分別加上80H 得到機內碼，即在計算機中存儲的二進制編碼。

圖3 計算機漢字信息的編碼處理過程

而字形碼存儲在字庫中，需要輸出的時候，通過機內碼對應的地址碼訪問漢字字庫，將漢字的字形碼也就是輸出碼由輸出設備顯示或打印。學生通過該流程圖理解計算機內部漢字信息的處理過程，理解了各編碼含義及其前后邏輯關系，使其對漢字信息的各種編碼突破淺層的識記而進行深層的意義建構。

4.信息圖形化展現項目完成思路，促進問題解決

微課是當前非常熱門的一種課程類型，形式多樣，制作軟件種類繁雜，學生在設計制作過程中若沒有清晰的思路，往往會陷入混亂。按微課素材獲取、編輯處理、合成導出的思路圖梳理微課制作流程，如圖4 所示。

圖4 微課制作思路

各類型微課通過相應的軟件制作并保存或導出視頻格式素材，音頻素材可以是直接錄制或下載音樂音效等，圖像素材根據需要制作成分圖層的PSD 源文件或JPG 圖片，特效可使用After Effects 實現。各類型素材準備好之后，將其導入Premiere 中，進行裁剪、編輯、合成，需要字幕可以直接在Premiere 中添加，但使用ArcTime添加字幕更加便捷高效，最后渲染導出微課。圖4 將微課的制作過程清晰展現，為學習者提供了問題解決或項目完成的主要思路，幫助學生構建問題的解決模型，能夠根據微課內容和形式合理選擇一種或多種方式進行微課制作。

通過以上實例分析可以看出，圖形化表達首先對知識內容進行加工處理，將隱性的知識內涵用顯性的圖形直觀呈現，激發學生的視覺感知和學習熱情，把學生帶入到該知識的學習場景當中，為學生形成初步的認知結構奠定了基礎。其中的線條或箭頭能夠將新舊知識包括已有的經驗產生聯系，結合問題設疑追問將學生不斷牽引，使其頻繁地進行內部信息加工和經驗重構，從而獲得學習的認知能力并不斷提升到高階層次。[2]

其次，圖形化表達有先天的親和力，比抽象的大段文字更容易讓學生親近并接納，使學生從情緒、情感上不畏懼、不排斥，再結合知識特點和學科屬性將其生活化，比如在需要的情況下配以代表性的圖像或小動畫等，將知識特征與技術表現深度融合，從人文化的角度為學生營造學習的溫馨氛圍。

最后，圖形化的表達將知識結構以大小不同的系統圖呈現，學生可以跟隨教師的步伐，讓思路循環往復地在知識點之間游走往返，不斷反思、平衡及優化，進而通暢地到達每個知識節點，最終帶領學生站在更高層次的角度俯瞰知識的全貌，從而深入掌握知識的內涵，并將其長久穩定地沉淀在自己的知識體系中。

學生在圍繞知識圖形的全程學習思考過程中形成了批判反思、探索創新、求知進取的深度學習精神。在實際教學過程中使用圖形化表達教學信息，觀察學生的課堂反應和表現，發現大部分學生對圖形化表達均有所偏好，學習過程中注意力更加集中，情緒上表現相對愉悅，學習主動性也增強了，經過提問、檢測發現學生對知識的掌握也能夠達到深層的理解。可見信息圖形化表達有助于學生的深度學習。

四、信息圖形化的應用和實現

1.應用方法

信息圖形化在教學過程中的應用根據所學內容的不同而有所變化，通常有如下方法：①直接呈現：針對元素較少的知識體系，可直接向學生呈現圖形全貌，讓學生快速高效地理解知識之間的層次或包含的關系。②逐步遞進：針對龐大復雜的知識系統，每次呈現小部分知識結構，隨著學習的深入不斷推進遞增、補充擴展，逐步完善形成龐大完整的知識結構體系。③動畫補充：針對說明性文字較多的情況，可繪制主要輪廓框架，把說明性內容插入文本框中并添加動畫，使用時把暫不需要學生學習的知識折疊收起，需要時再展開顯示，可使用按鈕觸發功能實現靈活交互。

2.實現途徑

實現信息圖形化最方便快捷的方法是使用板書繪制，隨著內容講解進行現場同步繪制，回顧舊知推導新知，引導思維的進程走向深入，其繪制擦寫容易但不易長期保留。也可使用計算機軟件，如思維導圖、PPT 繪圖、Windows 自帶的畫圖軟件等制作，前期制作過程比較費時，對于操作能力偏低的教師會有些吃力。但一經制作完成，后期可重復使用，也方便完善擴充和保存。

3.注意事項

在信息圖形化設計制作及使用過程中應注意以下幾點：①圖形化設計要有主要類型線索，核心重點內容精簡提煉、明確突出，學生容易從中找出關鍵因素；②同一層次級別的圖形使用同一種類型或風格的字體、顏色、線條，便于學生發現識別，以免造成邏輯混亂；③圖形元素要能夠準確高效地傳遞信息，不可過于繁雜，造成信息干擾，加重學生的認知負荷；④圖形化呈現在學生一定認知水平范圍內使用，而且需要教師提示講解和引導逐步深入，如果學生不具備相應的基礎性知識，會造成理解上的困難，反而阻礙了學生的深度學習。

信息圖形化表達能夠加快學生對信息的感知和處理速度，有利于激發學習者深層次學習的動力，引導學習者進行深層建構、問題探究乃至創新突破的深度學習，促使其樂學、勤學、好學，形成良性循環的學習生態。