知识可视化视觉表征：儿童科学概念建构的新方式

夏红

摘 要：学生在进入科学课堂时，对科学概念会有一些零碎、简单，甚至是错误的前概念，但是学生头脑中的东西看不见，老师在教学过程中就必须想办法让学生的前概念可视化，判断学生的思维过程是否正确，从而作出合理的评价。因此，笔者适时创新使用知识可视化视觉表征的方式，暴露学生的前概念，让学生将头脑中的概念可视化，为科学概念的建构打好基础。

关键词：知识可视化；视觉表征；科学前概念；概念结构

【中图分类号】G 【文献标识码】B 【文章编号】1008-1216（2017）03B-0053-02

儿童对事物的认识只是形象化的，而科学概念揭示的是纷繁复杂的自然现象的本质，是具有一定的抽象性和复杂性的。这种矛盾是学生科学概念建构的障碍，但科学概念的建构又是以学生的前概念为基础。因此，如何根据低年级学生的特点建构科学概念，是笔者一直研究的课题。教学中，笔者尝试创新使用知识可视化视觉表征的方式，暴露学生的前概念，卷入学生的思维，从而帮助学生建构科学概念。

一、不识庐山真面目——知识可视化视觉表征方式简介

（一）知识可视化视觉表征技术原理

知识可视化的实质是将人们的个体知识以图解的手段表示出来，从而促进知识的建构。其视觉表征是这个过程中的关键部分。因此，知识可视化的价值实现有赖于它的视觉表征形式，明确新旧知识之间的关系，以帮助建立新旧知识之间的联系。例如，在叙述中，用时间线回忆关键事件；在解说中，用流程图理清顺序；在程序中，使流程图，恰当组织各个步骤的位置和顺序。

（二）知识可视化视觉表征类型特征

知识可视化的视觉表征，以图形符号和文字符号作为信息载体，经过组合编码，形成符合语法结构的图形。知识可视化视觉表征主要有概念图、思维导图、认知地图、语义网络和思维地图等。

二、众里寻他千百度——知识可视化视觉表征本质探寻

根据学生实际情况，我在教学中主要采用概念图与思维导图建构学生的科学概念。很多人在接触概念图、思维导图后，最常问到的三个问题是：（1）概念图和思维导图到底是什么？（2）概念图、思维导图到底有什么用？（3）概念图和思维导图有什么不同？

（一）实质：概念图和思维导图的本质特征

概念图是一种知识的组织和表征工具，这种工具的特征包括图示化、突出概念、突出概念之间的关系、突出概念之间的层次。思维导图是为了促进思维激发和思维整理的可视化、非线性思维工具。从可视化这一点来看，前者在于表征知识，后者在于激发和整理思考。

（二）原理：概念图、思维导图的“能”与“不能”

概念图给出了一种实用的知识表示手段，基于这种手段，学习的效率、深度有所提高，延伸应用到小组讨论、预习、复习、汇报、头脑风暴等，都有不错的效果，但概念图没有解决“按照什么逻辑去表征”的问题，思维导图也没有解决“如何去激发思考”和“如何去整理思维”的问题。

三、绝知此事要躬行——知识可视化视觉表征应用实效

没有理论的事实是模糊的，没有事实的理论是空洞的。知识可视化视觉表征设计方法对科学概念的建构，不仅需要学术理论上加以探索，还需要借助典型案例予以明晰。

（一）知识可视化视觉表征设计方法应用：概念图

下面以生物分类为案例，探讨概念图的设计情况。生物分类相关的概念有动物、植物、微生物等，那么怎样应用概念图展示它们之间的关系呢？首先，需要分析概念图符号之间的关系是否符合概念图的形式特征，以及怎么样调整符号关系才能体现概念图的形式特征；其次，需要在内容设计层面判断概念图的视觉形式是否指代了知识内容，分析概念图的视觉形式和知识内容有什么联系，以及怎样调整概念图的符号关系，才能更准确地表达知识内容。最后，需要在效用设计层面判断学生能否解读概念图的意义，即分析学生先看到什么、后看到什么，以及看了以后做什么。因此，在效用设计中，需要根据学生观看的习惯，调整概念图的底图关系，让学生实现从生理上看见、心理上看懂到效果上看好。

（二）知识可视化视觉表征设计方法应用：思维导图

思维导图有四个基本特征：一是注意的焦点清晰地集中在中央图形上；二是主题的主干作为分支从中央向四周放射；三是分支由一个关键的图形或者写在产生联想的线条上面的关键词构成，比较不重要的话题也以分支形式表现出来，附在较高层次的分支上；四是各分支形成一个连接的节点结构。

以语言文字为主的传统思考与认知方式多依赖左脑，造成左脑认知负荷过重。思维导图可以激发右脑的潜能，将知识以合理的逻辑顺序、图文并茂地表达出来，充分调动右脑参与认知和思考，促进全脑思维。由左脑负责加工节点文字，右脑负责把握整体图形关系，左右脑分工协作，能够大大提高认知、思考、记忆的质量与效率。思维导图对促进概念结构建立、培养学生创新思维的作用，可以从以下三个方面来体现：①激发学生的好奇心和求知欲是培养创新思维能力的主要环节。运用思维导图帮助思考，能让学生无所羁绊地将思维发散开来，对问题的了解和探讨不断深入，解决方案也越来越多，从而形成良性循环，不断激发学生的好奇心和求知欲。②培养发散思维是发展创新思维能力的重要方面。思维导图的特点就是从图形中央逐步向四周放射，本身就是发散性思维的外在表现。因此，思维导图是培养发散性思维的最好方法。③培养直觉思维是培养创新思维不可缺少的环节。思维导图的初期制作是头脑风暴的产物，即让思想完全放松，没有任何顾虑，不受任何条条框框的约束，力求从不同层次、不同角度提出想法。以灵感、直觉和顿悟为主的头脑风暴往往能产生意想不到的新观念和新设想。

1.运用知识可视化工具进行教学。传统的教学模式是教师一人讲、学生听。而在知识可视化教学中，教学活动更多体现为一种对话关系，即科学概念是在教学双方对问题的探讨中建构的，从而形成互动式教学过程，促进师生间的交流与沟通，使学生在共同学习中分享经验、体验成功、开阔视野。

2.指导学生运用知识可视化工具。运用知识可视化工具，将头脑中的抽象思维转化为形象可感的画面，提高学生学习兴趣，尤其是逻辑思维能力以及空间智能的开发。知识可视化工具不但可以提升学生的注意力与记忆力，增强思维能力，而且能够启发学生的联想力与创造力，激发学生的学习兴趣，促进学生主动、自主地学习，熟练掌握这种学习方法。

3.师生共同建立课程的知识体系。科学课程具体内容很多，也很繁杂，但在本质上是有紧密联系的。在每节课的小结部分，教师可以有意识地使用思维导图与学生一起回顾本节课的内容；每一章结束时，可以让学生自己画出整章内容的思维导图；每一个知识模块学完，可以画出这个模块的思维导图；最后，教师和学生共同完成整门课程的思维导图，建立课程的知识体系。在知识可视化教学中，学习是在教师和学生的共同探索与交流中进行的，知识的交流是双向的。

综上所述，在科学概念建构中，根据教材特点和学生的特征，适时地引入知识可视化视觉表征的方法，可以帮助学生找到适合自己的学习方法，教会学生如何暴露前概念、如何高度卷入思维，改变学生认知，从而，促进学生概念的转变和建构。

参考文献：

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[5]成凌飞，高娜.培养本科生创新思维的知识可视化教学法[J].教改创新，2012，（12）.