可视化思维支架:概念图研究的新视角

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《信息技术教育》2005.10期 2006-2-14 11:47:20 [ 文/熊频 胡小勇 ]
近年来,概念图工具受到教学设计领域的关注。美国康奈儿大学诺瓦克(Novak)教授等人曾最早提出概念图术语,认为它是将某一领域内的知识元素,按其内在关联建立起来的一种可视化语义网络,它以视觉化的形式阐明了在知识领域中学习者是怎样使概念之间产生关联的。研究表明,概念图对支持教学具有诸多的功用,包括:具有形象性、支持整体的学习风格、提高综合信息的能力、增进对概念的理解、提高学习/工作绩效和提升元认知学习技能等功能。
除这些研究之外,本文想进一步阐明和提出研究的新视角“概念图可以作为一种促进认知的可视化思维支架,在教学中加以推广应用”。在具体阐述此观点之前,我们有必要重温认知工具观和支架教学观,因为它们涉及将概念图作为认知支架的理论启示。
重温概念图的理论基础
认知工具观
认知工具(Cognitive tools,或称脑力工具Mind-tool)由美国著名教学设计专家乔纳森(Jonassen,1996)提出,是指可以帮助人们去完成认知任务,增强人们在思考问题、解决问题以及学习过程中认知能力的工具。作为认知工具,它能够帮助学习者建构知识基础,更加投入于学习,并且获得更有意义、可迁移的知识。学习者可以使用认知工具来分析世界、获取信息、解释和组织知识,并表达他们的所知所想。在《Computer In The Classroom: Mindtools for Critical Thinking》一书中,乔纳森还列举了包括概念图在内的八种常见认知工具,并把概念图看作是对特定主题知识结构的一种视觉化表征,是一种属于促进认知和语义建构的脑力工具。
支架教学观
作为一种教学策略,支架教学(Scaffolded Instruction)从维果斯基(Vygotsky,1978)的社会文化理论和临近发展区中发展而来,是指教师等人在支持学习者发展中,提供支持结构以让他们进入下一阶段或水平的角色。支架促进了学习者在以前知识之上的能力,并将新的信息内化。如果用教学支架的观点来分析概念图的教学应用,意味着它应该体现为一种支持结构,而这种支持结构将能够有效地促进学习者的思维支撑和能力自治。
作为可视化思维支架的概念图
上述的认知工具观揭示了概念图作为一种促进学习者认知手段的现实性,而支架教学观则进一步对它能否作为一种支持培养特定认知模式的支持结构提出思考。结合这两种理论启示,来进一步考察概念图的应用新潜能,我们认为:概念图能够成为一种促进学习者养成特定认知模式的思维可视化支架。这是指通过提供可视化结构(例如,稍后将阐述的图形组织器)的方法来呈示关键概念或认知图式,能够用概念图来深刻揭示出不同事物或知识之间的内在联系或差异对比,从而促进学习者在思考和解决问题时养成特定的认知途径和思维图式。在将概念图看作为促进认知的思维可视化支架时,包括两方面的重要线索:
◇可视化能够促进和提升思维认知的表现绩效。
可视化(visualize)是指一种通过可以觉察的视觉方式将思维进行外化呈现的过程。事实上,可视化能够大大提高学习者思维认知的表现绩效,使他们的认知水平提升到一个新的层面上,从而解决各种更加复杂的问题。据笔者观察,在日常生活中存在着大量利用可视化促进思维的应用实例。例如,我国古老的算盘就是一种典型的可视化思维工具,通过将计算过程可视化,使运算速度达到了普通人脑心算无法直接达到的思维速度。又如,我们在教幼儿进行加减法时,通常会提醒他们运用手指、实物等可视化实体来进行思考,从而帮助解决了无法解决的心算题目。对于开发可视化应用的潜能,Robert Horn在著作《Visual Language》中指出,尽管人们日常的工作场所大多是语言性或非图视化的(口语、文字和数字等),但事实上人脑的80%功能都是用于处理视觉信息的。因此,Robert Horn将在展示观点时整合视觉语言的各种优点作出简要概括:帮助决策、提升印象、缩短交谈、促进共识和利于说服等。
◇概念图能够提供相应的可视化结构,担负起认知支架的作用。
基于可视化的理解,有研究者(Hartley,1996)指出,概念图是一种可视化思维工具(Visual Thinking Tool),它通过智力相关的图形化符号来连接创建一种对概念的信息和知识的认知模式。当使用可视化思维工具时,无论是个体,还是作为小组参与者,他们都将经历对概念想法进行可视化构建的积极智力挑战。随着研究的不断深入,可视化思维工具正在超越拓展简单的计算,变成一种促进问题发现和解决的使能(Empowering)工具。通过应用可视化思维工具,将能提高成功的问题解决能力,并增加学习者的满意度。这是因为,通过使人们投入到完整的解决过程中、提供适合可视化的行动线索、对当前任务保持可视化来减少认知负担等措施,可视化思维工具能够使人们有能力来解决复杂的问题。通过可视化组织,概念图可以形成促进思维发展的引导框架和概念网络,将解决问题过程中的各种思维结构以各种直观、形象和清晰的结构图示表现出来,设计成结构化、半结构型或开放型的框式,便于使用者在此基础上进行建构和拓展补充。在概念图体现为思维可视化支架时,它最常见的表现形式是各种体现着不同认知加工模式的图形组织器。
可视化思维支架形式:图形组织器
图形组织器(Graphic Organizer)在企业培训中应用颇多,它是一种概念图作为思维可视化支架的典型表现形式。图形组织器能够通过特定的图示来隐含特定的组织类型和结构关系,为教学者和学习者提供了一种使用信息和认知加工的思维支持框架。这也就是说,一种图形组织器通常就代表着一类思维图式或认知加工方法。当再认关系、列出流程或识别需求信息时,图形组织器可以提供所需的各种支持,包括:对信息细节的添加;解释和对比相关的概念;对要学习的材料进行可视化及将新材料与旧知识相关联等等。
常见的图形组织器类型包括(如后图所示):
◇事件链图:用来描述事物发展的阶段、线性流程的步骤、事件次序和小说中历史人物的目的、行动和结果等。
◇对比矩阵:用来表达两件事物(人、地点、事件和想法等)之间的相似性与差异性。
◇连续体:用时间线或连续线来显示历史事件、时代年龄、事物程度(高低)、意义的渐变和评级的水平(学业成绩)等。
◇鱼骨图:用来显示一个复杂事件或复杂现象的因果互动。
◇主题树:用来显示因果信息、层级关系、分支程序、整体局部和主题专题等关系。
◇流程图:用来显示一系列事件是如何相互作用,而产生一系列结果。
◇对比图:用来对比不同事物间的相似性与独特性等。
◇圈图:用来分析影响事物因素的核心关系,以及影响事物存在的情境因素等。

 

图形组织器的教学应用策略
在将图形组织器作为促进认知的可视化支架时,可以参考下列应用策略:
当教学设计者使用概念图作为图形组织器进行教学设计时,可参考以下步骤:(1)确定图形组织器所要用的信息;(2)记录主要想法与要点;(3)选择一个设计模式;(4)展示想法间的相互关系;(5)如果恰当的话,在图形组织器内包括体现个人反应的要素;(6)包括需要应用高级思维技能的项目;(7)包括对整门课程、章节或单元进行展示的一个总结或综合信息;(8)包括有助于对原始信息进行重建的信息;(9)使用合适的连接线将图形组织器的各要素相连。
当让学习者参与和使用图形组织器进行设计或学习时,可以参考以下指导:(1)与学生讨论各种图形组织器的类型和用途;(2)向学生展示图形组织器的实例与反例;(3)应用一个完整的图形组织器来教授课程内容;(4)让学生帮助教师来填写一个空白的图形组织器;(5)给学生一个特别完整的图形组织器;师生或学生之间一起来填充组织器;(6)让学生以小组或独立形式来填写一个空白的图形组织器;(7)为学生提供独立创建图形组织器的机会,让他们设计自己的模式;(8)让学生在班上展示自己的图形组织器,并解释为什么他们选择了这个特定的组织器模式。
此外,在制作图形组织器的实践过程中,既可手绘,又可借用高效的电子工具。用笔、纸等来制作概念图(图形组织器)的传统方法,受限于纸张或黑板的尺寸,并且在添加修订时都需要重绘图形组织器,有诸多不足。现在,通过基于信息技术的各种概念图工具,明显地优化了图形组织器的设计和应用,能加快和优化概念图的制作过程。常见概念图工具包括Inspiration、Kid-spiration、Mindmanager、CmapTool、MapMaker、MindMapper和ThinkingMaps等。
结束语
显然,概念图对于促进学习者的有意义学习和知识建构具有重要作用,它在教学中可以体现为头脑风暴工具、超文本设计工具和交流工具等。然而,从目前研究文献来看,以促进认知的可视化思维支架视角来研究概念图的教学应用仍鲜有所见,而通过将它作为图形组织器来组织和支持学习者认知的尝试更显缺乏。因此,本文从这种新视角来重新审视概念图,以期望发掘出它的新型应用潜能和使用方式,为教学设计者提供参考。