概念图研究综述及其应用

李 应

（华南师范大学数学科学学院，广东广州510631）

1 概念图研究综述

1.1 概念图的起源

20世纪60年代初期,由于行为主义理论不能很好的解释人是如何获得知识的,奥苏贝尔于1962年第一次提出人学习的认知理论,认为人的学习应该是意义学习。奥苏贝尔认为意义学习的心理机制是同化,除学龄前儿童外,学生的学习都是通过概念同化来获得新概念的。概念的上位关系、下位关系和组合关系的层级排列形成学生的认知结构。

如何知道学生掌握了哪些知识?美国康奈儿大学的诺瓦克教授等人根据奥苏贝尔的意义学习和概念同化理论开发出概念图这一了解学生认知结构的评价工具。他们首先在研究儿童能够理解诸如能量、细胞和进化等抽象概念的过程中进行了应用,后来发现概念图同样适用于教学设计、帮助学生进行有意义学习等教学过程中的其它方面,由此引出人们对概念图更为深入的研究,概念图也从一种评价工具逐渐发展为教学技能与教学策略。

1.2 概念图的涵义及其延伸

现在大家普遍认为概念图最早是在20世纪60年代由诺瓦克教授等人提出的,不过概念图这一名词的真正确定却是在20世纪80年代。概念图又被称为概念构图或概念地图,前者注重概念图制作的具体过程,后者注意概念图制作的最终结果,现在一般把概念构图与概念地图统称为概念图而不加于严格的区别。

诺瓦克教授把概念图作为一种有效组织和表征知识的工具,它通常是“将某一主题的有关概念置于圆圈或方框之中,然后用连线将相关的概念或命题连接,连接上标明两个概念之间的意义关系”。概念、连线和连接词是概念图三个基本的组成结构,概念、命题、交叉连接和层级结构则是概念图的4个基本图表特征[1]:

概念是感知到的事物的规则属性,通常用专有名词或符号进行标记;

命题是对事物现象、结构和规则的陈述,在概念图中,命题是两个概念之间通过某个连接词而形成的意义关系;

交叉连接表示不同知识领域相互关系;

层级结构是概念的展现方式,通常最一般、最概括的概念置于概念图的最上层,从属的概念安排在其下面。

同样在20世纪60年代,英国“记忆之父”——东尼·伯赞在研究大脑力量和潜能的过程中,提出思维导图的创见。思维导图刚开始是作为一种记笔记的方法,后来发展成为一种有效的思维方式。东尼·伯赞提出的思维导图有以下4个基本特征:

1)注意的焦点集中在中央的图形上；

2)主题的主干作为分支从中央向四周放射,呈现“中心—四周”模型;

3)分支由图形和连接图形的关键词构成,子主题以分支的形式表现出来,依附在上一主题的分支上;

4)各分支形成一个连接的节点结构。

现在专家学者对于概念图与思维导图存在以下3种观点:

1)等同论:认为概念图与思维导图可以等同,思维导图是概念图的别称,如黎加厚教授在比较概念图与思维导图的时候曾说:“思维导图的称呼直接说明这是引导人们思维的图,把这种图示方法的意义挑明了,我认为这个说法也很好”;

2)相异论:认为概念图与思维导图理论基础、表现形式和应用范围都不相同,应该严格区分,如下表1是沈建强教授对概念图与思维导图的比较[2],由此可以看出部分专家学者对两种图示相异的观点:

表1 概念图与思维导图的对比

3)无需区分论:承认概念图与思维导图存在一定的差别,但是概念图与思维导图都是使思维可视化的工具,可以展示人们的思维过程,在帮助人们分析问题和整理知识方面发挥积极有效的作用,并且类似的“中心—四周”结构图还被称为知识结构图、体系图、心智图等,因此求同存导,没有必要对它们进行严格区分,研究的方向是对它们的综合应用,而没有拘泥于其中的细微差异。

其实,诺瓦克教授在20世纪60年代提出概念图的时候,概念图主要是作为一种检验学生知识结构的评价工具,但是随着研究的深入发展,概念图的应用范围发生了很大的变化,其涵义也应该作适当的延伸。概念图包含着概念构图,概念构图所侧重的是图示的建构过程,展现构图过程中的思维,这一点与思维导图是非常相似的。因此,随着概念图的发展,我们有必要对“概念”的涵义适度地放宽,对其进行广义的理解,使其吸引思维导图的优点,在应用的中更加灵活。除此之外,在连接概念或命题的时候,并不一定要生硬地在连线上加连接词,而应该随着学生认知结构的发展,在有必要添加的地方才标明连接词,这样可以使制作出来的概念图更加简洁明了,而且更有实效,符合使用者的实际情况。

1.3 国外对概念图的研究现状

从20世纪60年代发展至今,国外对概念图的研究已经比较成熟,成果也颇为丰富。在西方国家,概念图在中小学教学中已得到广泛的应用,并收到良好的教学效果。1990年美国国家科学研究会认知到概念图在教学中的重要作用,出版了一期特刊《概念图展望》,专门论述概念图的使用。2004年9月,包括诺瓦克教授在内的世界各国概念图研究专家齐聚西班牙,参与“第一届国际概念图大会”,这次大会的成功召开,标志着概念图研究发展的全新高度。总的来说,国外对概念图的研究可以概括为以下几个特点:

1)教学功能从评价工具发展为教学技能与教学策略

由概念图的起源可以知道,概念图本身是作为一种评价工具提出来的。但是,随着概念图的深入研究,人们发现概念图的作用远不止于此。概念图还可以帮助教师进行教学设计,也可以在讲解习题时作为展现教师思维的载体;概念图可以帮助学生进行有意义学习,使学生拥有良好的认知结构,也可以作为思想交流的工具,在头脑风暴中发挥导向与记录的作用。概念图在教学中蕴涵着丰富的功能,人们对它的认识也从单一的工具观逐渐发展为一种教学技能与教学策略。

2)绘制技术由手工绘制发展为软件制作

由于概念图的教学功能丰富,人们对其绘制技术也越来越重视,概念图由手工制作逐渐发展为软件制作。目前常用于概念图制作的软件有十多种,如 : Cmap-Tools、 Inspiration、 MindManger、MindMap、Thinking Map、Mapmaker等，使用软件制作概念图具有界面漂亮、修改方便、便于交流分享等优点。为了适应网络时代的发展,研究者还开发出网络协作概念图平台IHMC等工具,使网上实行概念图的交互学习和小组合作学习成为现实。

3)应用领域由科学学科向其它学科和社会应用发展。

由于科学学科具有抽象的概念内涵、严谨的科学命题和清晰的逻辑层次,因此诺瓦克最初把概念图应用于研究儿童科学知识的掌握。但是随着概念图涵义的发展,概念图的应用领域也越来越大,在人文学科上也得到了长足的发展。概念图在教学上的丰富功能使得一些大型的跨国公司也开始使用概念图进行管理,在培训员工时使用概念图,大大减少培训时间,由此引发概念图在社会应用的热潮,概念图逐渐被广泛应用于公司决策、产品研发、人员管理等方面,收到良好的社会效益。

1.4 国内对概念图的研究现状

我国从20世纪90年代未开始研究概念图在教学中的应用,起步较晚,还处于介绍、引进阶段,港台地区则相对发展较快。但我国近年来与概念图相关的论文和著作越来越多,如:广西师范大学出版社在2007年出版了中学阶段各个科目的概念地图和图析题典,对中学知识进行系统化的基本整理;胡小勇在2008年出版了《概念图教学实训教程》,系统地介绍概念图教学应用的理论和方法;李晓鹏在2008年出版了国内首部漫趣版《思维导图学习法》,详细介绍运用思维导图解题的方法，由此可见,概念图的研究已经引起我国越来越多专家学者的注意。

总的来说,我国对概念图的研究既有一定的成果也有很多需要提高的地方。从概念图引入我国到发展至今,国内的专家学者一直积极吸收外国的研究成果与实践经验,密切关注国外的研究动态,从不同视角切入,对概念图进行全方位、多层次的研究,丰富了我们教育、教学的理论。但是,我国对概念图的理论研究还不够深入,通过在期刊网上搜索可以发现,大多数发表的论文都是介绍、推广性质,很少结合教学理论去分析、开发概念图作用。其次,我国对概念图的实证研究不足,对概念图的探讨停留在理论的层次,没有结合实际教学工作进行研究。理论对实践具有指导作用,实践对理论具有反作用。我们对概念图的研究积累了一定的理论知识,但是实践是检验真理的唯一标准,我们引进来的理论是否符合我国国情,是否收到理想的教育效果,概念图的推广还存在什么问题，这些都要在实践中探索其解决方法,才可以促进概念图在我国的发展。

2 概念图的类型及其制作方法

一般来说,概念图可以根据其所包含概念的数量分为微观概念图、中观概念图和宏观概念图三种类型,使用者在制作概念图的过程中,可以根据实际情况选择适当数量的概念进行创作。在教学过程中,由于教学课时安排、学生需求等客观因素的限制,教师在课堂上所绘制的概念图所包含的概念都不多,我们可以把这样的概念图称为微观概念图。在复习的时候,一章书或一个知识模块的内容可以整合在一张概念图内,这时候这张概念图所包含的概念比较多,这样的概念图可以称为中观概念图。几章书或几个知识模块间如果有密切联系,那么它们可以整合成为一张更大的概念图,而这样的概念图则可以称为宏观概念图。

早期的概念图是用手工绘制的,后期才逐渐发展为软件制作。总的来说,概念图的制作过程没有严格、固定的模式可循,但是,在制作的时候,可以从以下几个方面综合考虑:

1)明确知识范围。在制作概念图的时候,首先要明确知识范围,熟悉所要制作知识的具体内容,在头脑中初步建立起对这一知识内容的认知结构;

2)选择概念并分层。划定概念图的知识范围后,要选择合理的概念进行建构,确定其中的关键概念,利用发散思维,逐步确定下一级主题,分清各个概念的主次、从属关系;

3)草拟概念图的层级布局。概念图可以根据“纵向分层、横向分支”的原则,对其层级布局进行设计,使整张概念图条理清晰、关系明了,同时在脑海中的知识结构也具有层次化;

4)实施连接。确定概念图的层级布局后,在需要标示层级意义关系的地方添加连接词,挖掘图中可以交叉连接的概念,培养学生创新思维能力;

5)反思交流与扩充完善。初步制作出对某一知识领域的概念图后,可以通过自己反思或者与其他同学交流,检验图中概念是否有缺漏,连接是否恰当,布局是否合理,并且在以后的学习中还可以对其进行扩充完善,使自己在这一知识范围内建立起良好的认知结构。

在具体制作概念图的过程中,由于微观概念图所包含的概念数量不多,直接用手工绘制即可达到满意的效果。不过,宏观概念图所包含的概念数量众多,概念之间的连接复杂,整体布局也可能需要作多次的调整,因此从易于修改和布局清晰的角度考虑,宏观概念图适合用软件制作。中观概念图位于两者之间,可以根据实际情况选择手工绘制或者软件制作。

3 概念图在教学中的应用

3.1 概念图在教学中应用的理论基础

概念图从刚开始作为一种评价工具被人研究,发展到一种教学技能与教学策略,其教育功能不断地被人们开发、利用,收到了良好的教育效果。概念图应用于教学领域,其理论基础主要有如下3个方面[4]:

1)视觉教育理论。据测试,人们接受信息的时候,83%是通过视觉获得的,因此在教学的过程中,也需要一种能够表征知识体系中知识点之间联系的视觉化工具,而概念图恰好可以起到这样的作用。概念图通过将思维以视觉化的方式呈现,促进学习者对事物的形象认知,加深对知识的理解深度,理清知识间的联系,优化学习效果;

2)认知工具观。认知工具观是由美国教学设计专家乔纳森提出的,它是指可以帮助人们完成认知任务,增强人们在思考问题、解决问题及学习过程中认知能力的工具。概念图是对特定主题知识结构的视觉化表征,是一种促进认知和语义建构的脑力工具,学生应用概念图可以获得充分的感知信息,产生意义建构,从而促进学生认知能力与创新能力的发展;

3)学习支架理论。支架教学是建构主义教学理论中的一种重要教学策略,在支架教学中,通过提供支架或支持来促进学习者的发展,通过临近发展区,促使学习者完成自己无法独立完成的任务。概念图可以通过某种特定的图示来隐含特定的思维结构关系,为教学者和学习者提供使用的加工信息的认知支架。

3.2 概念图在教学中的应用优势

1)区别于传统测评的评价优势。早在1983年,诺瓦克曾选择7年级的学生作为研究对象,把他们的概念图成绩与传统标准化考试的成绩进行比较。根据测试结果计算,传统的标准化考试成绩和概念图测试成绩的相关系数很低,这显示出概念图所测查的能力正是传统测评无法测出的。概念图不仅考查学生对知识整体把握能力,还可以考查学生对知识之间有机联系的理解程度,突出对学生归纳能力和理解能力的考查。由于认识到概念图在评价学生认知能力的优势,近年来我国在标准化考试中,概念图作为一种新型题,在中考、高考的试卷上也逐渐出现它的身影。

2)辅助教师进行教学设计。教师在备课的时候,可以借助概念图联系紧凑、条理清晰的特点进行教学设计,使自己对课堂有整体的把握,课堂的每一环节的联系也更为紧密。在对一个章节或知识模块的内容进行备课的时候,教师可以通过概念图把握整个章节或知识模块的内在联系,站在高观的角度去安排知识点的讲解。

3)促进学生进行有意义学习。由前面概念图的制作过程可以看出,学生在制作概念图的同时,也会对头脑中相关概念重新进行组合、连接,主动寻找新旧概念间的意义关系,把新概念纳入到原有的认知结构,进行有意义学习。学生对概念进行交叉连接,发现不同分支间的意义连接,常常可以促进学生的创造性思维,提高学生的综合能力。学生反思概念图的时候,也是一个温故知新、反省提高的过程,有利于提高学生自主学习的能力。

4)高效做笔记,提高课堂效率。东尼·伯赞认为传统做笔记有埋没关键词、不易于记忆、浪费时间和不能有效刺激大脑等四大不利之处。概念图与传统直线式的记录方法不同,它以可视化的图示建立起各个概念之间的联系,突出关键概念以及概念之间的联系,是一种简单有效的思维工具。应用概念图做笔记,不但可以节省做笔记的时间,还可以提高学生对关键问题的注意力,把握重难点,从而提高课堂效率。

5)小组合作,促进头脑风暴。自主学习、合作学习和探究学习是我国基础教育课程改革中极力倡导的三种学习形式,在这三种学习形式中,概念图都可以找到“用武之地”。在进行头脑风暴的时候,运用概念图可以对思维进行正确的导向,使发散思维始终紧紧围绕着关键问题去展开。小组讨论的时候,用概念图去组织、记录大家的观点,可以提高讨论的效率,从中发现小组共同的观点,找到解决问题的最佳方法。

[1]希建华,赵国庆.“概念图”解读:背景、理论、实践及发展——访教育心理学国际著名专家约瑟夫·D·诺瓦克教授[J].开放教育研究,2006(12):4-8.

[2]沈建强.概念图与思维导图的比较[J].浙江现代教育技术,2007(8):34-35.

[3]贺双桂.高中数学概念地图[M].南宁:广西师范大学出版社,2007:16-32.

[4]胡小勇.概念图教学实训教程[M].南京:南京师范大学出版社,2008:7-8.

[5]杜伟宇,季春阳,梁红.概念图在测评中的应用——一种现代认知心理学的测评方法[J].宁波大学学报,2004(2):26-27.

[6]李晓鹏.思维导图学习法[M].北京:中国城市出版社,2008:80-86.