思维可视化工具分析对比

苏 霖

（贵州师范大学大数据与计算机科学学院，贵阳 550025）

0 引言

思维可视化（thinking visualization）作为可视化教学手段的一种，其为抽象逻辑、思想、智慧提供具体化或表象转化，便于理解、应用、实践。思维可视化是以感知为基础，运用语言对事物进行概况和间接反映的心理过程［1］，也可称为其利用技术手段将隐性的抽象方法与路径等思维活动以显性、具体可见的信息呈现出来，方便人们思考表达与理解的一种图形技术。目前在教育教学、设计等领域受到青睐，也成为当下的一个热门研究领域。

思维可视化工具是指运用图示技术将不可视的思考方法和思考过程以形象化的方式呈现出来，使其过程清晰明了，使思维的方法和过程易于向人们呈现、被人们理解和内化，从而有效地提高信息加工及信息传递的功能［1］。当前，思维可视化的实现工具主要包括图示技术，如思维导图、模型图、多种形式的图形化思考工具、流程图、概念图等，以及生成图示的软件技术，如Mindmanager、mindmapper、Free Mind、XMIND、Linux、Mindv、Imindmap等［1］。

本文主要介绍思维可视化的图示技术，以使用频率最高、最易于接受的思维导图、思维地图、概念图为例。通过查阅相关文献研究发现，将思维可视化工具（如思维导图、概念图等）作为教师的教学工具和学生的学习认知工具对于提高学生的认知能力水平、改善学生认知结构等具有重要意义；将可视化工具作为评估工具，可以评价学生在某个领域对于知识理解的掌握程度，探究学生的认知结构［2］。

1 不同思维可视化工具介绍

思维导图（mind map）、概念图（concept map）以及思维地图（thinking map）是思维可视化典型的三种工具。三者之间理论基础不同，有着本质的不同，本节主要厘清思维导图、概念图以及思维地图的含义以及它们之间的异同。

思维导图又称“树枝图”“灵感触发图”，是由东尼·博赞提出的一种将发散思维进行可视化的工具［3］。基于建构主义理论［4］的影响，思维导图作为一种树状或层次结构的能够反映制作者思维过程的工具，主要由主题、关键词、图形、符号并搭配丰富的颜色组成，是一种放射性思维的方式［5］。

概念图是由康乃尔大学诺瓦克（J.D.Novak）博士基于奥苏伯尔有意义学习理论提出的一种组织表征知识的可视化工具［6-7］。在概念图中通常使用节点代表概念，连线将具有联系的节点连接起来，关系词标注在连线上表示两个节点之间的关系。概念图能够清楚地显示概念之间的关系，概念之间的层次性。由概念图所表现出来的逻辑思维有助于人们对新事物的概念、推理、判断、反映现实［8］的理解。

思维地图是继思维导图和概念图之后出现的一种思维可视化工具［9］，是由美国学者大卫·海涅瑞勒博士基于语义学和认知心理学开发的帮助学习者学习的语言工具［10］。思维地图主要包含八种类型：圆圈图（circle map）、起泡图（bubble map）、双起泡图（double bubble map）、树型图（tree map）、括号图（brace map）、流程图（flow map）、复流程图（multi-flow map）、桥型图（bridge map）［10］。思维地图既可用于跨学科学习,也可用于共同学习，它为学校提供了整合教学、学习和评估的连贯工具，积极促进学生的协作学习，抽象思维、创造力、理解力和认知能力的发展，帮助学生成为具有独立反思能力的问题解决者和终身学习者［11］。

2 思维导图、概念图和思维地图的差异

随着社会的发展、教育的变革以及多种制图软件的开发，可视化认知工具被应用的领域愈加广泛，尤其是在教育教学领域，教育工作者认识到思维导图、概念图以及思维地图在教学中的价值，但人们通常将三者的概念混淆。通过多篇文献参考资料比较得出，思维导图、概念图、思维地图之间各自在特点、理论基础、绘制方法、结构要素等方面存在差异，本节主要介绍三种工具之间的不同之处。

2.1 特征不同

思维导图①是以中央图形主导视觉中心，以关键词为分支向四周散列，文章关键词作为分支、主体是树状结构并由多个节点组成［12］，好的思维导图均具有关键词，一般核心概念都是由关键词或图形来表示，简单的图形排列有助于表达人们的整体思维过程。②具有鲜明的层级性，关键信息的重要性依次递减。核心关键词一般是思维导图的主体内容，其分支是与主体核心关键词相关的部分，分支上内容的重要性依次递减，所以思维导图具有明显的层级性。③各主干、分支颜色鲜艳醒目，思维导图作为方便记忆和学习的工具，在诸多现有绘制软件如Xmind 中，每一层级采用不同的颜色，色彩之间跳跃度较大，通过色彩的刺激便于学习者根据颜色联想记忆［13］。

概念图在功能上最初是一种评价工具，用于测定学习者已有的知识，随着国内外研究的深入开展，概念图同时也是学习工具、创造工具、合作工具、教学设计工具，概念图应用范围的不断扩大逐渐摆脱了对概念图狭义工具观的认识，将其作为一种教学技能和教学策略，逐渐在范围上扩展为微观概念图以及宏观概念图。在应用领域范围内从科学知识学科向多学科应用发展［14］。

思维地图融合思维导图、概念图的优点，将可视化工具的理论、实践性特征融合于一体。①思维地图包含八种不同类型图，每种地图有其独有的特征，每种图之间各部分的关系均是固定的。②虽然八种地图形式是确定的，但并非一成不变，思维地图可以在原有图形基础上进行添加或修改子标题。③适用范围广，思维地图的绘制可根据学习者的需要、学习内容复杂度等因素扩展，在年龄适用阶段并无上下限［10］。

2.2 理论基础不同

思维导图是在建构主义理论基础上提出，建构主义学习理论认为学习者在教学过程中并非知识的被迫灌输者而应是知识的主动建构者，强调在原有认知网络的基础上接受新知识，学习者按照自己理解的知识来构建思维导图［15］。

概念图是在奥苏伯尔有意义学习理论的基础上提出的，奥苏伯尔强调有意义学习是新旧知识之间建立起非人为的、内在的、实质性的联系，让学生的认知领域在具备接受新知识的储备时能够与原有的旧知识产生新的联系［16］。他认为影响学生学习最重要的因素是学习者已有的知识，进行有意义学习需要学习者将新旧知识中的相关概念和命题联系起来，从而使学习者建构自己独特的意义，达到有意义学习的目的［17］。

思维地图作为一种帮助学习语言的工具，它的开发和建立基于语义学、认知心理学等理论基础之上。认知心理学家将知识分为陈述性知识、程序性知识和策略性知识。陈述性知识是个人有意识地提取线索能够直接表达陈述的知识；程序性知识需借助某种作业或任务的形式间接推测其存在的知识；策略性知识则是利用陈述性知识、程序性知识去学习和解决问题的技能、技巧和方法［18］。思维地图的应用能有效促进知识的学习，按照知识进行分类，不同类型的思维地图在不同类型的知识中起到不同作用，从而有效地提高学习者对陈述性知识、程序性知识、策略性知识的习得能力，促进不同知识点之间的理解与转换。

2.3 绘制方法不同

思维导图、概念图、思维地图由于构成要素不同、绘制过程不同得以区分不同工具之间的差异，学习者在绘制不同思维可视化辅助工具时既是建立起知识点间记忆链接的方法也是一个分析问题、解决问题的过程。三种工具之间的不同见表1。

表1 思维导图、概念图、思维地图的不同

3 结语

对于思维可视化工具的实践和研究分析任重而道远，思考不同工具之间的差异与各自的特点，挖掘思维可视化工具在教育教学领域的应用价值，拓展在不同领域的应用研究。同时运用批判性思维对可视化工具进行审视，合理选用恰当的可视化工具并充分挖掘、发挥其应有的价值，从而推动思维可视化工具更好地为教学和学习服务。