知识可视化学理评述*

孙湘明，刘 伟

(中南大学建筑与艺术学院，湖南长沙410083)

心理学家赤瑞特拉(Treicher)的实验证明，人类的知识获取通过视觉占83%。任何时代，新技术的发明和运用都会改变人们接受、传播知识的方式。读图时代，可视化技术让人们的思维方式和知识的传播方式在发生改变，人们习惯了图像阅读，知识可视化应运而生。

知识可视化是指运用图解的方式来构建和传达知识，与数据可视化、科学可视化、信息可视化有着紧密的联系。知识可视化既是知识的传播方式，也是知识的研讨方法，它不仅传递知识的表层意思，还传递思维，价值等更深层次的内容。知识可视化的发展涉及到多种理论，有图式理论、有意义学习理论、双重编码理论等。

一、图式理论

图式理论是指围绕某一主题展开的知识表征和贮存方式，是知识视觉表征形式的应用理论。该理论由德国心理学家巴特勒(Bartlett)在1932年首次提出。图式理论能够帮助受众深化对知识内涵的理解，理论中的图式转化和图式化传播都是知识可视化的学理基础，也是知识可视化最早的理论基础。

(一)图式转化

图式转化是指将知识以图形、图像等视觉形式表现出来。图式可以认为是知识的浓缩、提炼，既包含认知结构，也包含认知策略和认知框架。传统的知识表征方式主要是文字，但繁杂的文字很难突出知识主体，给传播带来困难。“每个历史时期的学术思想都会带有鲜明的时代性，有着独特的结构类型和话语范式。”随着科技的发展，知识海量增大增多，其传播方式也由文字向图形图像转变。比如，清朝的《字课图说》就是图文结合的图式化教材。在视觉文化日益受到关注的今天，我们生活的世界已经变成了一个视觉世界，数字资源的图式化倾向越来越普遍，视觉文化为知识创新传播带来可能，可视化技术促进了知识可视化的发展。

(二)图式传播

知识的图式传播是指将知识图形图像化以后再进行传播。图式的传播方式可以是各个部分独立的机械进行，也可以各个部分按照一定规律构成有机整体传播。图式传播除了被动地接受信息外，还积极地把可视化的新知识同图式表征的旧知识加以联系。构成知识图式的各个部分变量是有统一规定的，当一部分变量取得一定值时，其他变量的取值也就受到了约束，在这种约束下的图式才能起到对知识更准确的传播作用。皮亚杰图式理论中的“协调”和“同化”与图式传播有着密切的联系，“同化”指把外界的知识与已知的图式融合起来，这样会使得图式不断扩大。“协调”指当周围环境发生变化时，原来的图式不能再同化新知识，而必须通过重新调整改造才能建立新的图式。知识图式在传播过程中受到同化作用和协调作用会发生变化，简单的知识图式通过同化和协调而逐渐向层次越高的复杂知识图式发展。

二、有意义学习理论

有意义学习是指视觉表征符号所代表的新知识与受众已知的旧知识之间的非人为的联系过程。有意义学习是由美国心理学家戴维·奥苏贝尔(David P．Ausubel)1962年基于图式理论而提出的。有意义学习理论的核心思想是:在接受新知识之前，必须以学习者原有的认知结构(旧知识)为基础，这与图式理论中图式传播的新旧知识相联系，有异曲同工之妙。有意义学习理论中的视觉表征和根据有意义学习理论提出的视觉思维方式等都在推动着知识可视化的进程。

(一)视觉表征

知识视觉表征是指用视觉化的方式来表现知识的特征。知识有两种表现形式:内在表现形式和外在表现形式。在知识可视化领域，知识表征主要是指知识的外在表现形式，即视觉表征，指知识通过一定的外在形式，比如可视化的图形、图像等形式表现出来，以达到传播、学习、交流等目的。奥苏贝尔认为，影响受众有意义学习的最主要因素是学习者已掌握的内在知识。受众只有把视觉表征的知识与自己内在的知识结构联系起来时，意义学习才能发生。受众通过可观察到的现象来推测观察不到的心理过程，可观察到的现象就是知识可视化的视觉表征，视觉思维的可视化工具为解决复杂问题的决策者提供了最有效、最直观的决策依据。

(二)视觉思维

知识视觉思维是指通过视觉的方式来接收和认识知识。在信息技术条件下，知识视觉思维的传播工具越来越多，主要有:概念图、认知地图、思维导图、思维地图、语义网络等。概念图是诺瓦克(J．D．Novak)博士根据有意义学习理论提出的一种用来组织和表征知识的视觉思维工具。概念图最常用的表现形式是，将知识置入圆圈或方框中，再用线连接相关的概念和命题，连线上标明两个概念之间的关系意义。这种知识视觉思维传播工具最大化的表达出了知识的体系结构及概念之间的关系，还突出表现了知识体系的层次结构。有意义学习理论促进了知识可视化的发展，知识可视化工具，也改变了认知方式，促进了有意义学习。

三、双重编码理论

双重编码理论认为，在知识的加工与传播中，从语言符号转换成视觉符号，必须基于语言符号，并与语言符号相对应。双重编码理论是由加拿大心理学家阿伦·佩维奥(AllanUrho-Paivio1925)1986年提出来的。他指出，人类拥有两种不同的知识表征符号:一种是适用于心理映象的“视觉符号”，一种是适用于语言实体的“语言符号”。意大利符号学家艾柯说:“人是符号的动物，没有符号就没有人类社会”。双重编码理论中的“视觉符号”是知识可视化的理论基础，对知识可视化的发展起着绝对的支撑作用。

(一)视觉符号特征

知识的视觉符号是指知识外在表现形式的载体，是知识表达和传播中不可缺少的一种基本要素。知识视觉符号具有普遍性、多变性、抽象性等特征。而符号的普遍性和多变性跟知识可视化有着密切的联系。知识本身就具有普遍性，视觉符号的功能也具有普遍性，它们并不局限于特殊的状况，这一特性表明人的符号功能是不受任何感性材料限制的。多变性是指知识的视觉符号是普遍的，也是多变的。符号像语汇一样，不同的组合，就会形成不同的语义。我们可以用不同的符号表达同一知识的意思，也可以用一种符号，表达不同的知识和思想观念。正是视觉符号的这两种特征才使知识能够更好的可视化，更好的传播和创新。

(二)视觉符号创造

知识的符号化过程是指知识由文本信息向符号转换的创造过程，也就是对符号附意赋值的加工过程。只有经过符号化过程的知识才能称之为知识视觉符号，才具有符号的“能指”与“所指”双重特性。知识的符号化过程本质上就是知识的视觉化过程，也就是符号的设计过程。广义上讲，知识的视觉符号会以相对固定的形式存在，会以图片和动态图像等方式被记录和传播。人们可以通过这些相对稳定的符号获取知识，实现知识的沟通与交流。知识的视觉符号，相比语言文字形式的符号来说，更加容易体现出符号易认知的特性。抽象复杂的知识以文字等形式表示出来不利于知识的传播与储存，知识的视觉符号创作过程就是将复杂、庞大的知识进行组织、简化和提取，以最容易被识别和认知的视觉形式表达出来。符号化过程即是知识的转化过程，也是一种高度概括的知识记录和储存的过程。

综上所述:首先，从图式理论来说，通过图式化，扩大了知识的传播范畴，加强了知识传播的深度，同时也增加了创造新知识的机会。然后，有意义学习理论中的视觉表征和视觉思维为知识可视化工具的开发和运用提供了理论支撑。最后，双重编码理论说明，获得知识的过程就是人们运用符号进行知识交流和知识共享的行为过程。因此抽象概念的知识必须借助于符号才能实现快速准确的传播。知识的符号化不仅是知识可视化的理论依据，也是人与人之间进行知识交流沟通的必然途径。这三个理论为知识可视化这个动态概念的不断发展和扩大构成了完整的学理基础。

［1］张舒予．视觉文化研究与教育技术创新［J］．中国电化教育，2006，(4)．

［2］钟志贤．陈春生．作为学习工具的概念地图［J］．中国电化教育，2004，(1)．

［3］王瑞明，莫雷，李莹．知识表征的新观点——知觉符号理论［J］．心理科学，2005，(3)．

［4］赵慧臣．知识可视化视觉表征的理论与教学应用［M］．北京:中国社会科学出版社，2011．

［5］［美］鲁道夫·阿恩海姆著．艺术与视知觉［M］．孟沛欣译．长沙:湖南美术出版社，2008．