知識可視化理論及其在高職物流專業中的教學應用

梁芷萓

（首都經濟貿易大學密云分校，北京 101500）

1 知識可視化的概念、教學工具及其相關理論

1.1 知識可視化的概念

2004 年Martin J.Eppler 和Remo A.Burkhard 提出了被廣泛認同的知識可視化定義：知識可視化是研究在兩個以上人之間運用視覺表達手段提高知識創造和傳遞的作用的領域。我們可以理解為，知識可視化可被認為是一種可以用來構建和傳輸信息的圖示化手段。除了既定事實之外，知識可視化的目標在于描述一些諸如見解、經驗、態度、價值觀、期望、觀點、意見和預測等的一些態度和傾向，并幫助他人正確的理解、構建和應用這些知識。

2009年趙國慶提出了修訂后的知識可視化定義，知識可視化是研究如何應用視覺表征改進兩個或兩個以上人之間復雜知識創造與傳遞的學科。

由此可知，知識可視化可表述為：將抽象的知識、概念及其過程借助視覺來進行表征，個體或群體基于圖形的可視化，通過視覺體驗和想象觸發新的認知和情感，以優化知識的管理、傳播和創新。

知識可視化在知識的轉化過程中，可以通過視覺傳輸變得更加形象，把復雜化抽象化的知識構建為圖解，轉換為形象化的知識，在學習抽象化知識的過程中可以得到形象化的支持，促進知識的傳遞。有利于降低學習難度，增強理解能力，提高教學和學習的效率。

1.2 知識可視化工具

（1）概念圖。概念圖是一種知識以及知識之間的關系的網絡圖形化表征，也是思維可視化的表征。通過箭頭、連線以及連接詞進行有序鏈接，清晰表達出概念以及概念之間的層級關系，將知識體系進行組織結構化構建。

（2）思維導圖。思維導圖，是一種發散性思維圖形工具，通過圖片文字，把主題關鍵詞與圖形、顏色等建立鏈接進行發散，表達出隸屬與層級關系。遵從左右腦的機能，利用記憶思維規律，思想圖像化的同時將知識結構圖像化。幫助學習者理解記憶的同時提升發散思維能力。

（3）思維地圖。思維地圖是繼概念圖和思維導圖后產生的又一種知識可視化工具，結合左腦的邏輯、順序、條例、文字、數字，以及右腦的圖像、想象、顏色、空間、整體等進行全腦開發，對于思考技巧、閱讀速度、記憶力、組織力與創造力等方面有顯著的提升，廣泛應用在學習及工作方面。思維地圖有圓圈圖、氣泡圖、雙氣泡圖、樹形圖、括號圖、流程圖、復流程圖、橋形圖八種類型，分別應用于學習中不同的情況。將知識按照它們的隸屬關系進行準確表達，幫助學習者對知識進行梳理與識記。

（4）教學視頻和動畫軟件。教學視頻是將面對面教學中，受制于時空而無法傳遞的知識、技能等內容制作成視頻形式，利用現代化多媒體進行輔助教學。可以創造場景和空間，更形象生動的展現出在課堂上無法實際操作的內容，實現知識技能的有效銜接，同時可以根據學習進度以及課堂反饋情況，進行暫停、重播、快進等以及課下自主學習，是現代多元化教學中必不可少的教學工具。

動畫軟件是利用專業軟件，由設計師創建一個虛擬世界，根據要表現對象的形狀尺寸進行模型和場景的設定，再生成模型的運動軌跡及參數，計算機自動運算，生成三維動畫。

1.3 知識可視化相關理論

（1）雙重編碼理論。雙重編碼理論主張同時以視覺形式和語言形式呈現信息能夠增強記憶和識別。一般而言，圖像信息和語言信息是通過兩個相互獨立的通道進行處理的，如果在信息以圖像化的方式傳遞的同時，搭配相應的聲音語言，即圖像信息和語言信息在時間和空間上同步，促成視覺表征和言語表征的鏈接，增強學習者獲取信息的路徑，對知識的習得產生促進作用，產生更有效的學習效果，提高學習效率。

（2）圖示理論。圖示理論的倡導者認為人的知識是以圖示的形式進行記憶儲存的,記憶是由無數網絡化、立體化的圖示連接在一起形成的知識框架。要進行有效的學習，構建學習者的認知圖示是非常重要的，所以我們需要將這些無法用文字表達的認知圖示進行可視化處理。

（3）腦科學理論。腦科學理論認為大腦由兩個半球組成，分別為左腦和右腦：左腦主要是進行具體的邏輯推理和語言表達；而右腦是進行抽象化的整體推理，識別模式、解釋情緒和非言語的表達。相關實驗表明，大腦中視覺信息的提取效果優于言語信息提取。知識可視化可以利用右腦高效的視覺信息，將知識以圖文并茂的方式更加形象化的進行重組和構造。將文字符號等晦澀難懂的抽象信息轉化為形象的圖形圖像信息，促進知識的傳遞和創新。左腦負責文字，右腦負責圖像，分工合作提高認知和記憶的效率。

2 知識可視化教學工具應用于高職物流教學中的實驗研究

對于高職物流知識受眾學生而言，課堂教學應向多元化發展，知識可視化教學工具在豐富教學，提高學習興趣方面有其必要性。對于施教方教師而言，多元化教學勢在必行，知識可視化工具亟需推廣，但應遵循其自身發展規律，按部就班，循序漸進。

2.1 知識可視化工具表

愛普教授提出的可視化方法周期表作為可視化參考工具，形象系統地對不同形式可視化方法的聯系和區別進行了介紹，方便學習者在學習或使用可視化方法時進行參考和研究。在可視化方法周期表的參考和研究過程中，筆者設想出一種類似于可視化周期表的學習工具，根據物流專業特點進行知識的分類并將知識可視化工具進行梳理，什么樣的知識適用什么樣的工具，將其一一對應，從而使知識可視化工具應用到高職物流專業教學時更加的方便快捷，促進知識的轉化和傳遞。

布魯姆的知識維度理論把知識分為事實性知識、概念性知識、程序性知識和元認知知識四類。事實性知識：學生通曉一門學科或解決其中的問題所必須了解的基本要素術語知識；具體細節和要素的知識。具有點滴性，抽象概括水平低，是形成概念的一些事實。概念性知識：在一個更大體系內共同產生作用的基本要素之間的關系分類和類別、原理和通則以及理論、模型和結構的知識。超越單個特征，按一定的結構組織起來，具有抽象概括性和組織性。程序性知識：做某事的方法，探究的方法，以及使用技能、算法、技術和方法的準則，具體學科的技能和算法、具體學科的技術和方法以及確定何時使用適當程序的準則知識。是回答如何做的問題，即如何做事的一套程序或步驟。元認知知識：關于一般認知的知識，關于自我認知的意識和知識以及策略性知識；關于認知任務的知識，包括適當的情境性知識和條件性知識；關于自我的知識。是人對自己的認知過程的認知。

將上述提及的知識可視化工具：概念圖、思維導圖、思維地圖、教學視頻和動畫軟件與布魯姆的知識四維度進行對應，我們發現事實性知識可以借助于教學視頻和動畫軟件來轉化和傳遞；概念性知識需要概念圖、思維地圖來進行梳理和聯系；程序性知識可利用思維導圖、思維地圖、教學視頻和動畫軟件多種工具來進行創造和解答；元認知知識則需思維導圖和思維地圖來進行引導和詮釋。見表1。

表1 可視化工具與知識分類

2.2 知識可視化教學改進模式

參照可視化工具與知識分類表，我們在授課前首先進行教學分析，根據物流專業知識特點進行知識分類，找出各個知識點對應可以運用的可視化工具。然后對授課環節進行可視化教學改進。如圖1所示。

改進前，復習提問一般為PPT 文字描述，導入可以是文字案例、圖片、視頻，講授新課大多為PPT文字描述，小結基本又回到PPT文字形式。改進后，復習提問可以運用目錄樹、思維導圖進行知識的梳理和轉化，導入可以根據不同的知識類型選擇不同的知識可視化工具進行引導和傳播，講授新課則是根據課程內容對應知識類型自由選擇多種知識可視化工具對知識進行創造和傳遞，小結再次可以利用目錄樹、思維導圖進行知識的串聯和再構。

我們可以選取其中一個物流班作為實驗班，其他班為普通班，將知識可視化教學改進應用于實驗班，進行橫向比對。也可以選取同一個班級的某一個教學時間段作為實驗標本，將知識可視化教學改進應用于該時間段，進行縱向比對。

通過實驗范本即學生的反饋與評估，進行優化，將優化后的結果繼續應用于可視化教學改進。

圖1 知識可視化教學改進與結果應用

3 知識可視化教學工具應用于高職物流教學中的具體教學應用

我們以高職物流專業核心課程“倉儲管理實物”中的第三章入庫作業管理第一節入庫信息處理作為具體教學實例進行分析。

復習提問：倉儲設施設備，采用目錄樹、思維導圖進行知識的梳理和轉化。如圖2所示，倉儲設施設備分為存貨、取貨設備和分揀、配貨設備兩部分。存貨、取貨設備有貨架、叉車、堆垛機、起重機，主要介紹了貨架叉車的概念、作用、分類以及主要類型；分揀、配貨設備有托盤、分揀設備、輸送機、搬運車，主要介紹了托盤的概念、特點、種類、規格。屬于概念性知識。其中貨架的作用可以用氣泡圖幫助描述特征屬性；主要的貨架類型可以借助圓圈圖進行相關聯；叉車的分類則利用樹形圖進行分類。

導入新課：入庫作業管理第一節入庫信息分析，包含事實性以及程序性知識，我們利用了動畫軟件和教學視頻。動畫軟件模型場景更加的逼真立體，全景展示，帶入感強；教學視頻一般在實訓場地真實錄制，學生比較熟悉，實操性強。

講授新課：首先是入庫作業基本作業流程，屬于程序性知識，我們采用了流程圖，來說明入庫作業基本作業順序、過程和步驟。同時輔助實線、虛線，箭頭細化其流程結構。入庫作業管理第一節入庫信息分析分為入庫申請和入庫作業計劃及分析兩部分。

知識點一，入庫申請，屬于概念性知識，我們運用概念圖，通過箭頭、連線把倉儲企業、供貨商、倉庫部門進行有序鏈接，供貨商提出入庫申請，倉儲企業拒絕：作出解釋，請求原諒；倉儲企業接受：同意入庫，同時倉庫部門生成入庫作業計劃。

圖2 復習提問：倉儲設施設備

知識點二，入庫作業計劃及分析分為入庫作業計劃內容以及影響入庫作業的因素兩部分。首先入庫作業計劃的內容包括到貨時間、接運方式、包裝單元與狀態、存儲時間以及物品，為概念性知識，可以用括號圖來呈現整體與部分之間的關系。其次影響入庫作業的因素，由供應商的送貨方式、物品的種類特性與數量、倉儲設備與存儲方式三部分組成，概念性知識，可以用思維地圖中的括號圖或氣泡圖來呈現。第一部分供應商的送貨方式有每天平均送貨的供應商數量及最大量、送貨的車型及車輛臺數、每臺車平均卸貨的時間、貨物到達的高峰時間、物品的裝車方式、中轉運輸的轉運方式等六個影響因素，概念性知識，可以用圓圈圖或氣泡圖相關聯。六個影響因素為事實性知識，其中每天平均送貨的供應商數量及最大量可以用橋形圖對閑時、忙時兩種情況進行類比、類推；送貨的車型及車輛臺數可以用圖片、視頻對不同車輛、臺數進行比對；每臺車平均卸貨的時間同樣可以借助圖片、視頻對自動化程度不同車輛進行比較；貨物到達的高峰時間可以輔助圖片、視頻根據人工和機械化水平的實際情況進行分析；物品的裝車方式分為散貨、件雜貨、單位貨，可以借助圖片、視頻相區別；中轉運輸可以利用圖表進行細項、特點的對比羅列。第二部分物品的種類特性與數量由每天平均送達的物品品種數、單位物品的尺寸及重量、物品包裝形態、物品的保質期、裝卸搬運方式五個影響因素構成，概念性知識，可以用氣泡圖來呈現。其中單位物品的尺寸及重量可以借助橋形圖對不同尺寸進行類比，物品包裝形態散裝、件雜、單元貨可以利用圓圈圖或括號圖進行隸屬包含關系的呈現。第三部分倉儲設備與存儲方式，屬于事實性知識，可以利用動畫軟件、教學視頻根據倉庫的設備先進以及簡陋程度進行類比。

小結：可以利用目錄樹、思維導圖對入庫作業管理第一節入庫信息分析進行知識的串聯和再構，如圖3所示。

4 知識可視化教學工具應用于高職物流教學的實驗結果分析

圖3 小結：入庫信息處理

在實驗的實施過程中發現，知識可視化教學工具豐富了教學，提升了學習興趣，促進了知識的創造與傳遞，培養了學習的創造性思維以及自主學習能力，但該工具并不適合對所有的教學內容進行生搬硬套，應根據不同的知識內容進行適當調整。比如，概念圖對于相關概念的表述，更適合于講授新概念時，把相關事務聯系起來同時按照發生的順序進行表達，幫助學生認知和理解。思維導圖更適合于復習提問和回顧總結，幫助學生提升對概念和知識點的全盤理解，引導學生發散性思維和創造性思維的培養。思維地圖更適合講授對比、包含、隸屬等關系以及流程相關聯的知識類型，可輔助學生認知和識記。視頻以及動畫軟件則更適合講授實踐性的，文字難以描述的抽象知識，使受制于時空限制的課堂更具生動性，調動課堂氣氛，吸引學生注意。同時日常教學中可以用一些簡化圖板書搭配PPT。教學工具的選擇要緊貼課程內容特點，必要的時候可以與時俱進，多種知識可視化工具同時使用，進行多元化混合教學。