浅谈知识可视化在高中信息技术教学中的应用

佟新浙

摘要：高中信息技术学科中存在较多抽象知识点，较难被理解与长期记忆。知识可视化是描述抽象问题的一种有效手段。本文通过对知识可视化的简要介绍和教学应用分析，阐述了运用思维导图和知识内容视觉化等方法，解决信息技术学科中抽象概念难以形象表达的问题，从而达到良好的教学效果。

关键词：知识可视化;思维导图;图像

中图分类号：G4 文献标识码：A

一.信息技术教学活动中存在的问题

1.知识点晦涩难懂，生搬硬套公式

信息技术学科中存在大量非直观的知识点，以“数的进制”为例：人类熟知十进制，计算机采用二进制数，通常以十六进制表示。该知识点需掌握三种进制转换，涉及基数、权重等概念。对于数学能力一般的学生较难理解，而较多老师采用生搬硬套公式的教法，造成学生知其然而不知其所以然的困惑。

2.无法产生长期记忆

因公式等机械记忆的效率是低下的，随着时间的推移知识遗忘曲线下滑较快，无法产生长期记忆，根源在于学生未真正理解。还是以“数的进制”为例：学生通过套公式去解决问题，但碰到如末位权重为零这类易错点容易造成错记。

3.编程类内容解释不清

由于程序算法内容较难掌握，较多老师采用强制记忆的方法，甚至存在学生从未上机写代码的现象，造成只学不思的情况。以“变量”为例：若只解释其用于存储数据，可进行数据的读和写，学生难免会疑惑，“变量为什么能存储数据？存在哪？”。这里就需要将计算机硬件中的内存引入并解释。

4.与现实世界脱节

信息技术学科中的一些概念在现实生活中是有所体现的，但老师往往会错选不够契合的例子。以“网关”概念为列：一般会强调网关就是路由器，用于不同网络之间的连接。学生听到这里往往会产生迷惑，很少有人了解路由器，就无从去理解这个概念。若将网关用大门进行类比，从一幢楼到另一幢楼时必须经过各自的大门，学生便会恍然大悟。

二、高中生信息技术学科学情分析

1.信息技术知识存储不足

由于我国家长对孩子管控较严，大部分学生平时很少接触计算机和网络，造成相关知识相当贫乏，而能接触到编程知识的学生更是凤毛麟角。

2.文理思维分化严重

信息技术学科整体偏理，对于文科思维的学生相言比较痛苦，特别是算法内容。

3.课时相对不足

信息技术学科课时投入不足。新版教材大幅强化编程内容，使得整体难度有所上升，缺课情况加剧。

4.学校现代化设施丰富，但存在老师过度依赖多媒体技术，存在无PPT则无法授课的现象。

三.知识可视化的概念和形式

1.知识可视化的概念

俗话说“一图值千字”，美国科学家拉尔夫·哈柏做过相关实验[1]表明人脑对图形的辨识能力和记忆能力是天生的。现实生活中多数人是利用文字进行描述和记载信息的，普通人不具备将信息由文字形态转化为视觉形态的能力。知识是高度抽象的，从古至今流传下来的知识多以文字形态为主，而知识需要让人去理解，因此知识的传播相对一般信息难度更大，达到让知识接受者更易理解且不易遗忘是知识传授者的痛点。人类阅读文字后会在大脑中产生大量虚拟化的视觉场景，所谓“一千个读者眼中就会有一千个哈姆雷特”，故根据个人理解力不同，这些场景有正确和错误之别。上述场景的生成过程会增加大脑负担，因此直接将正确的场景可视化后会提高知识接受者对知识的获取效率。人脑记忆文字信息是脆弱的，记忆图形是擅长的，知识可视化后转为图形或影像，便于大脑形成图像记忆，使得记忆更为持久。因此知识可视化具有较高的价值和实际意义，教学实践中以图形或动画的视觉形式进行知识传导，有助于知识的理解与记忆的强化，同时也能增强学习乐趣，提升知识传导效力。

2.知识可视化的几种形式

（1）知识图谱

知识图谱将知识点进行结构化处理，通过关系图进行展现。知识图谱能够清晰的呈现知识脉络，以及知识点间的层次和关系，更符合人脑易于接受结构化信息的特点[2]。知识图谱可用于错题分析，通过追溯知识点的关联性，找到错误路径，是实现精确教学的核心。但知识图谱构建比较严谨且较为复杂，故难度较高。

（2）思维导图

思维导图相较知识图谱会加入制作者的主观构思，添加有利于理解和记忆的额外内容，用于简要呈现知识体系，突出技巧性方面的内容。思维导图较易于实现，是目前知识可视化使用率比较高的一种形式。

（3）知识内容视觉化

知识图谱和思维导图都体现了知识的整体结构，而知识内容也需要具像化给接收者。内容视觉化的过程没有特定规则，设计者的主观性较大，目的是使知识内容更易于理解和记忆[2]。设计者需要将传统文字描述形式转化为图形或动画形式，适度拟人化处理，并结合现实生成通俗易懂并能减少记忆负担的内容，挑战性较高。

知识的类型分为概念和思维两大类。针对不同类型采用的视觉转化策略也有区别。概念类的内容多以原理为主，比较抽象和晦涩，可通过借助日常实例，配以图像或动画进行解释，使之具象化，贴合实际，易于理解，同时也更生动，能促进记忆。思维类的内容相对而言更具体，富有逻辑性，因此适合以呈现流程的图像或动画的形式体现思维步骤。从逻辑中提炼出规律性的东西，将这些内容也加以图像或动画化又可保持记忆的持久度。

四.知识可视化应用的必要性

随着信息时代与智能技术时代的到来，我国互联网普及率已达67%，其中初中学历的网民群体占比达到了四成，而学生群体占比最高[3]。由此可见城市地区的大部分学生在升入高中阶段前已具备基本的信息技术素养，他们对于计算机的基本操作和互联网的基本应用达到了初级水平。浙江省属于沿海较发达地区，这里的学生信息技术素养相对更高一些。小学阶段已普及信息技术学科教育，高中阶段将信息技术学科纳入了高考科目，当前从高校对于浙江地区考生的反馈来看，多数持肯定态度。浙江的信息技术做为高考学科，要求明显高于省外地区，对于考生来说亦是十分重視，因此有必要研究出一套让学生便于理解知识点和强化记忆力的方法。

五.知識可视化在信息技术教学中的应用举例

信息技术学科与其他学科一样有概念和思维型的内容，并具有知识点密集度高和抽象度大两个突出的特点。知识点密集度高指学科涉及内容模块多且散，甚至还有交叉现象;抽象度大指某些知识点的理解无法形象化，比如程序中变量的使用、数据数字化的过程。而且很多内容需要借助计算机来实现和验证，类似于实验课。因此信息技术学科的知识可视化也是必不可少的，而且价值可能更高。下面举几个教实践中的例子。

为解决信息技术学科中知识点密集度高的问题，较适合的方法是使用思维导图，将各知识点通过结构化图形的方式进行分层和关联处理。此外有些内容虽不在同个模块中，但通过对比有助于强化记忆和防止混淆，这种情况在使用知识图谱时是无法实现的，利用思维导图的主观性可以弥补这一缺陷。如：图层概念中的隐藏设置在Photoshop和Flash模块中都有出现，但两个模块中有明显的对比性，Photoshop中隐藏图层的内容在导出后不可见，而Flash中则导出后内容可见，两者具有的反相对比性;又如信息技术的时效性特征与多媒体技术的时实性特征较易混淆，将两者进行对比记忆可更清晰的加以区分和记忆。思维导图绘制的主体除了教师，还可以是学生自身。学生在完成知识模块学习后，根据教材、笔记或练习按自己的理解绘制出的思维导图更胜于教师提供的，因为在绘制过程中通过回忆将知识结构又重构了一遍，这种记忆是深刻的。

具体知识点的可视化转化首先要掌握知识点的精髓，然后通过合适的手段去展现，即不能随意设计，也不能太过复杂。在信息技术学科中抽象概念较多，尤其程序设计中的数据结构与算法部分，在传统教学过程中较难阐述清楚，因此适用于进行可视化处理，下面举几个例子。

例一：面向对象中的类、对象、属性、方法概念讲解

在VB程序设计教学中涉及面向对象概念的知识点，涉及类、对象、属性、方法四块内容。其中类可细化为类名，对象可细化为对象名，属性可细分为属性名和属性值，方法可细化为方法名。四个概念有层次关系，通过类可创建对象，对象拥有属性和方法两部描述。由上述概念的特点可知，该知识点适用于以思维导图的方式去呈现。但由于上述概念高度抽象，如不具象化处理则较难让学生理解，可用卡通形象结合思维导图的方式去呈现。

例二：Python语言中列表、元组、字串、字典四类数据结构的对比

Python语言中的数据结构较其它语言而言较为丰富，使用频率最高的为列表、元组、字串、字典四类。这四类数据结构的讲解一般采用代码对比呈现的方式，一般来说并无不妥，但要使学生能更深刻的记住还需要借助知识可视化的方法去进行改进和强化，此处可采用内容视觉化进行处理，将数据用实物的形式呈现，如用苹果表示数值、香蕉表示字符、梨表示逻辑值。首先列表和元组具有明显的共性，都可以存放不同类型的元素，可用苹果、香蕉、梨表示不同的数据类型，分别放入两个筐子中，对应列表和元组;而字串只能存储字符，故只能用香蕉来表示数据，也放入一个筐子，此时已将字串与列表、元组进行了区分;接着需要将列表与元组进行区分，因元组为只读属性，故将其对应的筐子加个盖子，以示无法再添加新的水果进去，而列表则无限制，可随意添加水果;最后是字典，因为字典是按键和值成对匹配的，故可以用贴上标签的不同筐子去表示键，将前面的表示列表、元组和字串的筐子放入表示键的筐子中，这样就解释了字典结构与前三者的区别。

六.总结和展望：

知识可视化在教学中的实践应用势在必行，应不断解放思想，继承经典的教育理念，挣脱传统的束缚，将对知识解释力由生涩、苍白、浑浊向生动、丰富、拟人的方向转化。知识可视化需充分发挥教育者的想象力，具备时代感，迎合学生的兴趣爱好等特点去进行设计构思。考虑到知识可视化的实现有较高要求，可考虑邀请艺美学科老师发挥专业专长，共同参与开发，学校方面也可尝试通过建立专业开发团队，制作出精良的教学课件，让更多学生能体会到学习过程的高效性和知识吸收的稳定性。

参考文献

[1]王录梅.《思维导图：优化学习的有效工具》[J].淮阴师范学院学报（自然科学版），2014，13（01）：80-82+90.