知識可視化教學研究綜述

李祎帆 葉湘虹

摘要：知識可視化教學契合“互聯網+”時代學生的視聽信息接收習慣，降低了學生認知負荷，促進了教學效果的提升。從已有研究成果來看，知識可視化教學研究總體呈上升趨勢。國內外知識可視化教學研究成果表明：情境認知學習理論、具身認知理論、雙重編碼理論、戴爾經驗之塔理論等為知識可視化教學奠定了理論基礎;目前知識可視化教學研究內容主要涉及視覺表征及其分類研究和知識可視化教學設計，應用研究主要包括在教學理論拓展中的應用、與具體學科的整合應用、具體視覺表征手段在教學中的應用等方面;未來可以從促進理論與教學實踐的深度有效結合、深入探索多學科知識可視化教學研究、拓展多種視覺表征工具應用途徑等方面入手進行研究。

關鍵詞：知識可視化;教學;綜述

中圖分類號：G434文獻標識碼：A文章編號：2095-6916（2022）03-0138-03

知識可視化教學的定義最早出現在2005年一篇文章中，由此開啟了對知識可視化教學應用的研究。“知識可視化無疑將成為教育技術達成教學效果最優化的利器之一，因此也是教育技術的一個重要的研究領域。”[1]顯然，知識可視化研究為教育教學手段的變革打開了一個新的窗口。

一、知識可視化教學的概念

知識可視化教學似乎從人類教育教學一開始就已存在，并隨著信息技術的發展，逐漸成為教育技術領域中的重要部分。馬丁·愛普研究并證明了知識可視化對群體知識共享帶來的益處，提出了知識可視化可以應用于學科教學的新觀點：在他看來，知識可視化具有社會、情感、認知三方面的優勢，所以，知識可視化教學應用范圍廣泛，效果可期[2]。國內學者葉新東認為，知識可視化教學利用視覺表征和認知輔助工具，使符合學生認知經驗的教學內容轉化成認知結構，進而加工成可視覺語言。這種方式不但可以促進知識的傳播和創新，還能培養學生的認知與創新兩種能力[3]。

總的來說，知識可視化教學就是教學者借助知識可視化表征手段，將知識以更加符合受教育者認知規律的形式呈現，從而降低其認知負荷，達到知識傳遞與創新的目標。這種新型的教學方式能夠幫助教學者提高教學效果，提高受教育者的學習效率，實現教與學的有效結合。

二、知識可視化教學研究現狀

（一）基本情況

1.研究成果：截至2020年12月31日，在中國知網檢索“知識可視化教學”這一主題，共檢索到575篇文章，對全部檢索結果進行可視化分析，得到一個總體趨勢分析圖（見圖1）。

如圖1所示，對知識可視化教學的研究，從最初1998年僅有1篇相關文獻，到相關研究文獻數量最多時期的2018年的97篇，其中研究成果呈現最快時期是在2017年至2018年間，而近兩年間該領域刊出文獻成果速度放緩。由此可見，知識可視化教學相關研究總體呈上升趨勢，而近兩年知識可視化教學相關研究步伐放慢，但仍然是一大熱點，有待進一步深入探索。

2.研究學者：雖然“知識可視化教學”提出時間較晚，但越來越多的學者關注到了該領域的重要性，如國內研究較為突出的學者有：北京師范大學的趙國慶、河南大學的趙慧臣、上海大學的李梁等。國外的馬丁·愛普等在推動知識可視化優化教學方面發揮了巨大作用。

3.研究機構：隨著知識可視化技術的發展，國內一些教育機構特別是學校正在積極研究與探索知識可視化技術的應用。華東師范大學現代教育技術研究所應用可視化技術在國內中小學范圍內實施課程改革，證實了可視化技術對教學效果的顯著提高。北京師范大學知識工程研究所同樣具有代表性，它建立的學術交流網站為知識可視化研究提供了很好的平臺，還展開了對大學生發展有關的隱性知識測量研究。中南大學建設的具有學校特色的可視化平臺，用以輔助精準教學，確保了新冠疫情期間遠程教學任務的按時完成。

在國外，為了嘗試培養學生的視覺素養，來自瑞士的一些科研人員聯合建立了知識可視化研究和教學聯盟。馬丁·愛普開發的知識傳播網和視覺素養網等網站，為推廣知識可視化教學應用成果做出了積極貢獻。

（二）理論基礎

知識可視化教學涉及的理論有情境認知學習理論、具身認知理論、雙重編碼理論、戴爾經驗之塔理論等，它們為知識可視化教學的研究發展奠定了理論基礎與支撐（見表1）。

學習理論以知識可視化為載體，用各種視覺表征手段為學習者創設了一個良好的學習環境，能幫助學習者感知、注意、理解學習信息，沉浸其中，從而提高學習效果，進一步提升教學質量。具身認知理論在學習知識和解決問題的過程中，知識可視化能幫助學習者通過視覺表征進行感知、記憶和具身思維，視覺化信息呈現方式可降低認知負荷，克服記憶信息負荷困難。雙重編碼理論雙重編碼理論認為在記憶的貯存、加工與提取中，存在著語言與視覺兩個編碼通道。知識可視化將教學語言轉化成對學習者來說更形象直觀的視覺信息，并通過可視化呈現，極大地加深了學習者對語言信息的理解程度，從而促進學習的有效性，以此提高教學效果。戴爾經驗

之塔理論“經驗之塔”理論將學習者獲取學習經驗的途徑和方式，依據具體抽象程度，劃分出了十一個層次，依層次往上越發抽象。知識可視化教學就是通過可視化表征幫助學習者將直接經驗和感性認識作為切入點，逐步抽象，促進直接經驗和抽象經驗有機融合。（三）知識可視化教學研究內容

1.知識可視化教學中的視覺表征及其分類研究

作為實現知識可視化效果的手段，視覺表征為知識可視化教學提供了實踐方法和策略。只有用對了教學過程中所需的方法和策略，才能凸顯知識可視化在教學中的價值。趙慧臣在此方面研究成果較為豐富且最具代表性，他在2010年對知識可視化視覺表征進行了整理歸納，隨后分別對知識可視化視覺表征的分析框架、形式、設計方法進行了有效探討與研究，這為規范有效地運用知識可視化視覺表征手段來促進教育教學效果，提供了豐富經驗。國外的研究多關注在某種具體的視覺表征手段應用，比如美國的約瑟夫·D·諾瓦克（JOSEPH D.NOVAK）提出的概念地圖，以及英國的托尼·巴贊（TONY BUZAN）提出的思維導圖法。馬丁·愛普制作的“可視化方法周期表”，可以提高知識表征在教學中的利用效率。

目前關于視覺表征的分類方法并沒有一個統一標準。國內學者邱婷和鐘志賢對知識的視覺化表征形式提出分類的概念框架，并描述了九種主要的知識視覺表征形式[4]。在國外，較為典型的三種分類方法有：D.H.喬納森的五分法;馬丁·愛普的六分法;以及雷莫·A·伯卡德總結的七分法。不管是哪一種分類方法，都未能囊括所有的知識可視化視覺表征類型，但在實際中，只要合理有效地將任一視覺表征手段與教學相結合，都能促進知識的“創造”和“傳遞”。

2.知識可視化教學設計

知識可視化教學設計是教師根據學情分析，確定課程教學目標，整合課堂教學內容，最后選取合適的知識可視化課堂教學方案。知識可視化教學設計一方面能夠簡單有效地向學生傳遞知識信息，以助于學生實現更深層次的信息加工，另一方面也有利于教師在學情、教學目標、教學內容和教學評價等方面的分析。此外，相比傳統教學設計，知識可視化教學設計在教學的過程與結果的效果呈現上更具簡單性、直觀性和深入性，更符合現代學校教學特點。

在認知負荷理論的基礎上，張維忠和唐慧榮結合數學課堂教學典型案例，提出了可視化教學內容設計的五條原則[5]。在探討了教學設計可視化研究興起緣由后，錢旭鴦對教學設計可視化的實現路徑及特征進行了說明，并指出其不足之處，最后分析了教學設計可視化的進一步探究空間[6]。

三、知識可視化教學的應用與展望

（一）知識可視化教學應用

知識可視化教學因它所具有的優勢，目前已滲透到教育的多個領域，應用研究主要包括在教學理論拓展中的應用、與具體學科的整合應用、具體視覺表征手段在教學中的應用等方面。

知識可視化教學在教學理論拓展中的應用研究主要包括中等教育、初等教育、教育理論與教育管理以及高等教育。伍國華等人借助元分析手段，對近三十年來關于知識可視化的教學應用實驗進行研究，論證了影響其應用效果的因素，并分析各種因素之間的相關性，對知識可視化教學應用具有舉旗定向的指導意義[7]。

通過對知識可視化教學與具體學科整合的文獻梳理后發現，知識可視化與計算機學科結合的研究占主導，此外，知識可視化教學還與圖書情報學、外國文學等學科相結合。如陳萱和黃春娟曾說道：“知識可視化在圖書情報領域有廣闊的應用前景，國內應加強知識可視化的心理認知機制研究。”[8]盡管知識可視化教學已與很多學科相結合，但與高校思想政治理論課教學相結合的研究文獻寥寥，這是有待我們進一步研究的領域，也從側面反映了知識可視化教學研究領域分布不均衡的問題。

關于具體視覺表征工具在教學中的運用研究，一般以研究思維導圖、概念圖等為主。如趙國慶深入探討了概念圖和思維導圖的本質，并闡明了兩者的異同及各自優勢[9]。于昊基于已有的研究成果，全面介紹了思維導圖的有關內容、應用的可實現性、基本原則及具體流程，并與具體學科相結合進行教學案例演示，有效探討了以思維導圖輔助教學的整個流程[10]。此外，其他具體視覺表征工具與運用于教學的研究較少，這反映了教育教學過程中知識可視化視覺表征工具應用較為單一的問題。

（二）知識可視化教學應用的展望

1.促進理論與教學實踐的深度有效結合

目前關于知識可視化教學研究僅僅只是開頭，還需要完善理論研究，促進與教學實踐的有效結合。同時，為避免實踐與理論出現“一邊倒”“蹺蹺板”現象，需要大力推進知識可視化教學理論構建與教育教學實踐深度融合，實現知識可視化教學研究中理論與實踐的良好互動。

2.深入探索多學科知識可視化教學研究

由于每個學科的性質不同、教學環境與師生視覺素養也會存在差異。在今后知識可視化教學研究中，要根據各學科特點，確定合適的知識可視化教學方案。同時，還要加大其他學科的知識可視化教學研究，比如可以將知識可視化作為一種具體的教學手段應用于高校思想政治教育教學設計中，拓展高校思想政治教育理論課的教學方法研究。

3.積極拓展多種視覺表征工具應用途徑

除了教學中常用到的思維導圖與概念圖，對于其他視覺表征工具的應用方面還有待進一步研究：其他視覺表征工具在應用條件與模式方面，以及各視覺表征工具使用過程中的影響因素與相互關系方面等。如對于教學過程中較難理解的陳述性知識，語義網絡能夠有效地用圖形表達復雜的概念以及這些概念相互內在關系，而思維地圖有助于人們學習語言知識，提高受教育者的抽象邏輯能力，從而提升學生的學習效果。

四、結語

霍爾蒂曾建議：“教學設計者應該將自己內部的表征外顯化，并將學科專家和學生的內外部表征容納進教學設計。”知識可視化教學自身的特點與優勢使得越來越多的學者發現它對各個學科教學的積極作用。雖然當前知識可視化教學研究已取得了一定成果，但在某些領域還存在一些空白，這也是有待進一步深入探索的地方。我們堅信，隨著相關研究的深入，知識可視化教學必將走向成熟，在教育教學領域得到更多應用，以實現教學效果的最優化。

參考文獻：

[1]趙國慶，黃榮懷，陸志堅.知識可視化的理論與方法[J].開放教育研究，2005（1）.

[2]趙慧臣，王淑艷.知識可視化應用于學科教學的新觀點——訪瑞士知識可視化研究開拓者馬丁·愛普教授[J].開放教育研究，2014（2）.

[3]葉新東.未來課堂環境下的可視化教學研究[D].上海：華東師范大學，2014.

[4]邱婷，鐘志賢.一種概念框架：知識外在表征在教學中的應用[J].現代遠程教育研究，2005（5）.

[5]張維忠，唐慧榮.可視化教學內容設計的五大原則[J].電化教育研究，2010（10）.

[6]錢旭鴦.教學設計可視化研究：教學設計的視覺轉向[J].全球教育展望，2010（7）.

[7]伍國華，李克東.知識可視化教學應用的元分析研究[J].電化教育研究，2011（12）.

[8]陳萱，黃春娟.國外知識可視化研究的現狀與啟示——基于Citespace和Vosviewer的知識圖譜分析[J].大學圖書情報學刊，2015（4）.

[9]趙國慶.概念圖、思維導圖教學應用若干重要問題的探討[J].電化教育研究，2012（5）.

[10]于昊.思維導圖及其教學應用研究[D].大連：遼寧師范大學，2016.

作者簡介：李祎帆（1997—），女，漢族，湖南邵東人，單位為中南大學馬克思主義學院，研究方向為思想政治教育。

通訊作者：葉湘虹（1972—），女，漢族，湖南望城人，博士，中南大學馬克思主義學院教授、碩士研究生導師，研究方向為思想政治教育心理學。

（責任編輯：王寶林）