基于概念图的可视化教学整合研究

向芳玉　郝建江　顾文玲

摘 要：基于思维导图、概念图等的可视化工具在教育教学中受到广泛应用并发挥着重要作用。文章选取地理概念教学中存在忽视学生的“前概念”、认知差异、学习过程等问题，在分析概念图具有支持地理概念可视化、思维可视化、交互可视化、知识生长可视化的优势下，构建了基于概念图的地理概念可视化教学框架体系，并给出了（课前）前概念诊断阶段、（课中）新概念习得阶段、（课后）概念图拓展阶段三个阶段的一般操作模式。最后，通过实践得出基于概念图的可视化教学能激发学习兴趣，提高学生学习积极性，也能促进认知和思维的发展，提升分析问题、解决问题的能力。

关键词：概念图；地理概念；可视化教学

中图分类号：G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2018）16-0046-05

一、引言

近年来，基于计算机的可视化教学在教育教学领域中受到广泛关注与应用。大量研究表明，可视化技术不仅能促进知识的传递，训练学生的思维，而且能提高教师教学能力[1]，如王志军等构建的思维可视化课堂在小学语文阅读教学中取得了很好的效果[2]。在学科整合方面，是否可以考虑扩散到地理学科？其中，地理概念是用来表征同类地理事物、现象、演变进程的本质特征与联系的抽象概括，它不仅是理解地理学、认知地理环境的重要途径，更是学生地理素养的核心组成部分[3]，因此，地理概念教学研究一直受到广大教育工作者的关注。

目前，就地理概念教学而言，基于可视化技术的地理概念教学研究较少。其中，江静华[4]以概念图、思维导图、象形图为例列举了图式思维教学策略在地理教学中的具体运用；李露[5]聚焦于概念可視化，对教学中常见的可视化工具做了比较，针对地理课堂教学现状，提出使用不同知识可视化工具表征、学习地理概念。已有的研究表明，可视化技术更多地作为一种传授知识的工具或承载知识的载体出现在地理概念教学中，既没有解决当前地理概念教学中存在的问题（如忽视学生的地理“前概念”，忽视学生的认知能力差异，忽视学生的学习过程等[6]），也没有做到深度融入地理概念教学中，激发学生的学习兴趣，培养学生地理思维，体现学生的主体地位。本研究拟借鉴其他学科已有的可视化教学研究成果，针对地理概念复杂抽象、层次叠加等特性，运用 IHMC CmapTools工具，进行地理概念的可视化教学探索。

二、概念图促进地理概念教学的优势分析

概念图是诺瓦克博士等基于有意义学习理论提出的一种利用节点表示概念、连线表示关系，用于组织和表征知识的教学技术[7]。概念图除了用概念这一元素表达知识外，还可以利用图像化和动态化的多媒体素材、文档、网页等元素表达知识[8]。本研究中用的IHMC CmapTools软件不仅支持用户制作概念图，还能支持概念图的发布、共享、协作等操作。概念图在地理概念教学中具有以下优势：

1.支持地理概念可视化

“一图胜千言”，将知识或信息进行图式化更容易被记忆和识别，这一点已被论证。一方面，双重编码理论指出将知识同时以视觉形式和抽象语言形式呈现能降低认知负荷，有利于知识的记忆和识别[7]。另一方面，脑科学研究中也提到人的左脑加工文字内涵，右脑加工图形内涵，若两者同时进行能有效提高信息加工效率[9]。然而中学阶段，地理概念众多且复杂抽象、层次叠加，使得学生在学习时难以理解、识记。利用CmapTools将地理概念以及概念间的关系用图式化表征，能更简单、直观地呈现知识的结构性和层次性。形象的概念图能降低认知负荷，帮助理解语言或文字，习得知识，发展认知。

2.支持思维过程可视化

思维是不可见的，概念图支持以图式化的形式清晰地呈现出思维发生过程。将思维可视化能促进知识的高效理解、记忆和应用 [10]。根据建构主义的学习观，学习是基于一定社会文化背景，学习者借助教师、同学或者其他人的帮助，积极主动地进行意义建构，发展自己的认知结构，获取知识。在学习方法上强调用探索发现的方法去建构知识的意义。因此，在进行概念学习时，绘制概念图有助于学习者发展认知结构，培养创新思维。此外，教育心理学家约瑟夫·D·诺瓦克教授在学生学习科学概念时，分别采用音频材料、常规的学校教学方法和概念图教学进行实证对比研究，结论得出，前两种方法学习科学概念的效果并不理想，而应用概念图组织科学课的学习不仅能促进科学课的学习，还能达到“学会有意义的学习”[11]。概念图不仅能揭示知识本身的结构特点，呈现结构清晰的知识脉络，还能呈现学生思维发生的过程，教师能根据反馈，顺着学生的思维引导学习或及时调整教学，完成学习目标。

3.支持交互可视化

概念图作为师生交互、生生交互的平台，为交互提供了载体，支持交互可视化，有利于师生之间的交流与协作。传统教学中，教师根据已有经验和学生成绩分析学情，师生间缺乏互动与交流。若利用概念图检测学习前概念，教师能很好地了解学生的态度、知识、观点以及思维方式。而且在课堂上，利用概念图作为师生教学的共同载体，既能发挥教师主导作用，设计教学思路，理清课堂脉络，又能体现学生主体性，开展头脑风暴，培养创新性思维。课后，作为评价学生学习效果的工具，概念图的完整性、广泛性、系统性、层级性等特征可以反映学生的认知结构及其对知识的理解与掌握、迁移应用以及知识创新等方面情况，教师根据概念图反馈的情况给出相应的评价和建议。另外，概念图能促进学生之间的合作交流与知识共享。在分组教学中，概念图能支持学生围绕主题进行有效讨论，将思路具体化、明确化，是一种能促进合作学习的有效方式。在绘制和完善概念图的过程中，能修正和完善自己对概念的理解，讨论交流中，训练思维，发展认知。此外，学生之间还能将自己制作的概念图分享到网络，支持学生间在线讨论交流。

4.支持知识体系可视化生长

无论对学习个体，还是对学习共同体而言，概念图支持其知识系统的可视化生长。新建构主义学习理论认为，网络是一个虚拟的知识银行，个人博客作为银行账户，学习者可采用“零存整取”的学习策略，通过对同一主题博文反复、迭代式的修改，可获取知识，实现化零为整、知识创新的目标[12]。同理，IHMC CmapTools平台亦可以作为一个虚拟的知识银行，个人账号为银行账户，采用“零存整取”的学习策略，既能将零散的显性知识系统化，又能将隐性知识显性演化。例如，学习个体学习完新课后完善拓展自己的概念图，将新知识点进行同化或顺应，梳理成新的知识系统，这种动态的操作可以一直伴随学习的延续，实现知识系统的可视化生长。此外，知识建构理论认为知识存在于团队中，需要通过社会协作的方式来创造与分享知识，实现个人和群体的知识增长与创新。已有研究表明，虚拟学习社区有利于学习者协作性的知识建构，实现知识的共享、收敛、凝聚和创生[13]。IHMC CmapTools平台作为虚拟学习社区，提供在线的数字化学习环境，支持个体学习与团队学习，在知识共享的基础之上，实现学习共同体的知识可视化生长。