思维可视化:理念、框架与方法

相关词汇:可视化、知识可视化、可视化学习、概念图、思维导图、思维地图、认知地图等

一、理念

思维可视化,是指以图示或图示组合的方式,把原本不可见的思维结构、思考路径即方法呈现出来,使其清晰可见的过程。将思维可视化运用到教学中,存在显性价值和隐性价值,显性价值是可以实现零散知识系统化,让知识更容易被理解和记忆,隐性价值是能够帮助发展学生的思维能力即学习兴趣。(刘濯源)

二、教学应用框架

对于思维可视化的教学应用框架是见仁见智,依研究者的取向不同而不同,这里列举三种框架:

1. 五层面思维可视化教学系统

刘濯源教授提出在课堂中应用思维可视化教学包含五个层面:理念转化层、方法技术层、课程设计层、课堂环境层和效能评价层。

理念转化层:要求教师及学生必须充分认识到知识灌输型教学的危害;必须将关注点从“知识层”深入到“思维层”;

方法技术层面:实现思维可视化教学的方法与技术主要包括两类:图示方法(思维导图、模型图、鱼骨刺图、流程图、概念图等)以及生成图示的软件技术(imindmap、Mindmanager、XMIND等),在具体的教学中具体运用。

课程设计层面:基本设计原则就是:以“发展学生思维能力”为深层次目标,以“借助图示方法及技术对知识进行深加工”为效能手段,以“学生为主体,教师为主导,师生及生生合作探究”为课堂形式让学生完成对知识的掌握。

课堂环境层面:运用板书进行思维导图绘制,或者接入现代教育技术构建的“未来课堂”环境。

效能评价层面:关注过程的评价,教与学的过程被可视化后储存起来,课后或考试后师生都可以进行“图上作业”—对照图来进行知识漏洞及解题障碍检测,边检测边释疑,边释疑边标注,非常直观、高效。

2.思维可视化视角下的未来课堂开发架构

尹晗&张际平团队将思维可视化与未来课堂进行结合,提出了一个设计开发模型,其逻辑进路是:

  • 思维可视化技术系统:分析、设计、开发、应用和评价。
  • 未来课堂的设计:从课堂环境设计和课堂教与学的活动设计两方面展开。

将上述两者结合的设计与开发模型见图1:

图1 思维可视化视角下的未来课堂设计与开发模型_尹晗.jpg

值得一提的是尹晗提出的思维可视化的理论支点是可视与可视化的辩证统一关系,这两者又与认知符合存在关系,意义的封装降低了认知符合,意义的释放升高了认知符合。文章描述的可视与可视化的辩证关系有点难以理解,我当前的看法是,可视化是制造者角度的过程,是意义地封装,可视是从使用者角度来说的,良好的可视对学习者并非能够降低认知负荷。

3.语文学科的思维可视化课堂的构建

基本思路是:一是让教师、学生、知识内容、思维训练和可视化技术五者之间形成动态平衡、结构稳定的关系(如图2);二是依据知识的结构特点、学生的原始思维,设计与之相对应的思维活动,三是让可视化技术作为支持教学与学生之间在思维互动活动过程中的外在条件、作为实现知识传授和思维训练两者有机整合的工具中介,具体操作模式见图3。

图2 思维可视化课堂结构.jpg
图3 语文思维可视化课堂一般操作模式.jpg

三、方法(技术、工具)

学者蔡慧英借鉴乔纳森对认知模拟的几个分类(思维建模、为问题建模、为系统建模和为经验建模)对一些主流的可视化学习技术工具进行了梳理,她对这些工具进行了以下分类:可视化知识、可视化认知模式、可视化问题过程和可视化系统建模。

1. 可视化知识技术——概念图(concept map)和思维导图(mind mapping)

概念图是美国诺瓦克教授提出的用于增进理解的教学技术,具体是通过表示概念与概念之间的关系的图示组织和结构化知识从,从而帮助学习者学习。核心要素包括概念、命题、层级结构和交叉连接,
概念:知识的基本建构组块,写在方框或圆框中;
命题:根据学习者的理解,用带箭头的连线连接词对概念进行连接,构成了命题
通过概念图反映的“概念与命题”的层级关系来判断学习者的认知结构,而且在概念图中展示的“交叉连接”可以引发新的创新性见解。
概念图工具如:CmapTool

思维导图是由Tony·Buzan提出的一种知识可视化的方法,主要用于表达发散性思维。
主要形式是用一定的图形表征一个“核心关键词”,学习者围绕这个核心关键词,发散或扩展出与关键词具有不同关系的其他“知识”,并用不同的颜色、线条、图像、符号进行连接。
思维导图工具如:Inspiration、MindManager等。

2. 可视化认知模式技术——思维地图(Thinking Maps)

由David Hyperle博士开发的用于支持学生思维学习和训练的图示化学习语言。设计的触发点是希望与木匠使用的一套工具类似,学生可以借助多个图示来建构知识,从而帮助学习者培养基本的阅读、写作、数学素养和问题解决等能力,他根据基本认知技巧(比较、对比、排序、归类和因果推理等),设计出了包含与人们基本思维过程相符合的8种基本图形组织器,如:圆圈图、中心气泡图、双中心气泡图、树状图、单线流程图、树状流程图、括弧图、桥接图等。

思维地图提供的是根据认知技巧开发的表征工具。跟Office Word中的SmartArt差不多。

3. 可视化问题解决过程的技术——Metafora平台

Metafora可视化学习平台的设计理念是利用可视化图示方式,通过带有小组规则和语义的图形表征协作过程中的一般规律,为协作学习场景提供过程性的工具支持,促使学生在科学课或数学课中进行协作探究式的学习,其中主要包括计划工具和LASAD工具。

4. 可视化系统思维的技术——Insight Maker工具

可视化系统思维工具的设计理念是支持建模的方法对复杂、劣构性问题进行系统化的理解和解决。Insight Maker的基本元素包括集合/原料(Stocks)、流程(Flows)、变量(Variables)和连接(Links)。 集合/原料:用来对系统中的集合对象进行抽象化图示表征;
变量:用来表征与对象集合相对应的变量情况;
连接:表征对象集合与变量之间的连接关系;
流程:不同对象集合之间的关系。
从集合到流程体现了Insight Maker从微观到宏观的架构观点。Insight Maker还支持两种基本的建模类型:系统动力建模和基于代理的建模。前者可以对简单的、固定变化的系统问题进行模拟,后者则用于对相对复杂、劣构性的问题进行模拟。

其实这两种模拟方法我都稍微接触过,系统动力建模的方法在Terry Anderson主编的《远程教育方法》一书中作为用来替代实验研究方法的优选方法,基于系统动力的方法可以结合每个系统变量初始状态假设的质性数据和在特定情况下系统变量可能发生的变化的量化数据,从而克服从实验研究到现实教育情境的适切问题。基于代理的建模在《学习环境的理论基础》一书中被视为能够结合皮亚杰的个体建构理论和维果茨基的社会文化建构论的复杂非线性方法。由于没有经历过这两种方法的实际用途,对于它们的了解也仅在于知识方面,对于这两种方法的技术细节以后有空我再补充学习吧。

个人看法
在思维可视化及教学应用上,有一个逻辑层面的问题,即教师将自己对于学科知识的理解通过概念图、思维导图等方式进行可视化表征,向学生呈现以后,想要让学生干什么?是要让学生获得相同的思维路径?还是让学生一目了然知识点之间的关系?学习者如何与精细化处理的知识进行交互?

有经验的专家经过自己的梳理总结出来的结构化、精细化的知识未必适合于新手去学习,新手需要的更多地是粗粮而不是经过别人消化反刍之后的精华。要让学生获得专家的思维方式,其重点是要让学生通过构建思维导图来厘清自己对概念的认识,表达自己的思维路径,然后拿出来跟学生和教师交流讨论。

刘濯源教授讲到思维可视化的显性价值时提到“一图胜千言”,这个说法说得更多的是信息图,概念图表达的更多地是概念之间的关系,概念之间的关系抽象成节点及之间的联系,虽然直观明了,但也有可能把一些关键性的联系抽象掉。因此,运用概念图进行表征以促进理解还需要找到关键问题,然后进行更多的研究。

文献参考
[1]刘濯源. 思维可视化:减负增效的新支点[J]. 中小学管理, 2014(6):10-13.
[2]尹晗, 张际平. 思维可视化视角下的未来课堂架构研究[J]. 远程教育杂志, 2016, 35(2):106-112.
[3]王志军, 温小勇, 施鹏华. 技术支持下思维可视化课堂的构建研究*--以小学语文阅读教学为例[J]. 中国电化教育, 2015(6):116-121.
[4]蔡慧英, 陈婧雅, 顾小清. 支持可视化学习过程的学习技术研究[J]. 中国电化教育, 2013(12):27-33.

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