天津认知科学与技术专业初级职称评审政策发表什么期刊　

基于认知科学的知识可视化研究浅析

本论文课题来源：中山职业技术学院2022年度校级教研教改项目，编号：JY202225，项目名称：基

于现代认知心理学的课程设计在翻转课堂中的实践研究

摘要：从认知科学和脑科学的研究成果中得知，人类大脑对于图像的理解能力远远超过对于文字的理解。传统的知识传递主要依靠文字，但文字具有不形象、难理解等缺点，而图像具有信息量大、直观形象等特点，降低大脑的认知难度。而将文字转换为图像称为“知识可视化”，本文将简要分析一下知识可视化的研究现状和意义。

关键词：认知科学；知识可视化；可视化表征；研究浅析

1.知识可视化的由来

通过图形和图像建构和传递知识的过程被称为“知识可视化”。人脑具有超强的图像和场景记忆能力，知识可视化通过视觉通道启动了长时工作记忆，可突破短时工作记忆模块限制。“知识可视化”术语出现的时间并不长 ，但在教育学 、情报学、知识管理等领域中利用图形图像来帮助表达 、交流、传播和学习知识的实践在不断发展。“知识可视化将成为教育技术达成教学效果优化的利器之一 ，也是教育技术的重要的研究领域。”[1]知识可视化的价值实现有赖于它的视觉表征手段；换言之，在知识可视化的设计及应用过程中，视觉表征都是关键要素[2].随着信息技术和互联网技术的高速发展，为知识可视化的实现提供了充分的技术条件，能够有更多的技术能够帮助实现知识的可视化。知识可视化（Knowledge Visualization）先后经历了科学计算可视化、数据可视化和信息可视化三个发展阶段[3]，通过运用各种视觉表征手段来推动人们对知识的理解、传递与创新，从而降低人们的认知负荷，提高学习效率，为人们在信息化时代快速提取和分析所需的信息提供了一条捷径。

2.知识可视化的意义

知识的一种表征形式包括感觉、知觉、表象，又包括概念、命题、图式等形式；另外一种所使用的表征方式包括传统的文字表征，以及图形、图像等可视化的表征。传统的知识传播形式多使用文字来表征，复杂的概念、原理性的知识可以通过文字详细表述出来，文字表述思路清晰，逻辑严密，但文字不形象、难理解，不符合人类大脑的学习习惯，对人类对知识的认知产生障碍，给传播造成很大的困难。用图像表征知识可有效降低认知负荷，而且图像具有信息量丰富、直观形象等特点，可以形象直观的向学习者传递大量的未知信息；用图形图像表征知识还可以帮助培养学习者的创造性思维，学习者在获得一个新知识的时候，通过将新知进行分析解读，再与自己以往的知识经验产生联系，对比其中的相同与不同之处，由此深入理解新知识，从中可以学会新的知识。人类大脑在演变过程中反复上演这样一个过程，这也是一个主动探究的过程，从古代文字的早期出现形式可以看出图像的重要性，所以使用图像来表征和传递知识，可以达到较好的传播效果，同时可以培养学习者大脑的创造性思维。

3.知识可视化的原则

（1）设计简单准确的图像表征形式

视觉是人类获取知识的最主要方式，在使用图像表征时就应该使用简洁准确的图形图像，突出新知识的关键所在，降低获取知识的难度。另外更不能为了盲目追求视觉的效果而影响表征效果，只要能完整正确的传达知识即可，不能只流于形式而忽略关键核心问题。如果形式过于夸张反而会给学习带来困难，分散学习者的注意力，降低学习效果。只要把要表征的知识用简洁准确的图像表达出来，可以弱化或忽略其他的与内容无关的细节，才能有利于学习者对图像本质和规律的把握。

（2）建立图像与学习者之间的联系

人类在学习过程中首先将新知识与已有的经验相比较，再理解新知识，掌握新知识。人类的经验有些是通过视觉通道获得的，另一些是通过学习或亲身体验获得的。如果使用一个学习者没有体验过或学习过的图形图像，那么学习真很难理解知识的关键所在，也很难掌握这些知识。若学习者缺乏某种视觉经验，就要慎重的使用图形，避免学习者在理解上出现障碍。例如使用思维导图或流程图，如果学习没有掌握这些图像的使用方法，那么学习者就很难从给出的图像中理解新知识，掌握新知识。所以在进行知识可视化改造前要进行学习者的学情分析，掌握学习的学习基础和学习特点，能够为知识可视化的设计提供重要参考。

（3）创建有意义的可视化表征图像

可视化表征的图像的设计需要考虑人们的文化传统、生活习惯、约定俗成等，这些亲身的体验或感受已经深深地刻在们个人的身上，将这些与知识可视化相结合可有效降低大脑的认知负荷，提高学习者的知识理解效率。创建和谐的图像表达方式也会影响到学习者的心情，提高大脑的活跃度，所以创建合理的表征样式可有效提高表征的准确性，降低学习者的认知障碍。

4.知识可视化的表征形式

认知心理学研究中的知识分类 ：陈述性知识和程序性知识。认知心理学家安德森（1983）将知识分为陈述性知识和程序性知识。 陈述性知识是关于“是什么”的知识，包括各种事实 、概念 、原则和理论等 。程序性知识是关于 “如何做”的知识，包括如何从事并完成各种活动的技能

[4]。根据知识的分类不同也需要选择不同的视觉表征形式，产生不同的学习效果。另外随着信息技术和网络技术的高速发展，人们将更多的可视化技术应用于知识和数据的可视化中，通过分析数据，去探索规律、表达知识。

Eppler& Burkhard 将知识可视化视觉表征概括为6种类型[5]：（1）启发式草图；（2）概念图表；（3）视觉隐喻；（4）知识动画；（5）知识地图；（6）科学图表。

Jonassen等人描述了多种的知识可视化方法，认为知识可视化表征形式主要有：概念图、思维导图、认知地图、语义网络等。

邱婷[6]等专注于知识可视化的图像表征形式，将其分为知识地图、示意图、图画、连续性图表、离散性图表、矩阵图、流程图、组织者和树形图九类，并分别描述了每种表征形式的发展来源和显示特征。

总体而言，对于知识可视化表征形式的分类没有明确的标准，各种形式的不同分类之间存在交叉和重叠，也就是存在着相同的表征原理。目前现有研究成果对于视觉表征的本质和特征没有明确界定，知识可视化表征形式还处在一个不断发展的过程中。目前来看，思维导图、认知地图、语义网络和思维地图等属于比较常用的知识可视化视觉表征形式。

5.知识可视化教学设计

传统的教育方式已经无法激发学生的学习兴趣，教学设计急需要结合当前的学习环境进行改革，而知识可视化是当前教育需要在教学设计中需要融入的设计理念。知识可视化教学设计需要教师根据学习者的学情分析，确定课程的教学目标，重新整合课程的教学内容，确定合适的知识可视化课程设计方案。知识可视化教学设计能够简单有效地向学生传递新知识的关键信息，以助于学习者实现更深层次的信息处理，掌握知识的核心所在，另一方面也有能帮助教师在学生学情、课程教学目标、教学内容和教学评价等方面的分析。此外，相比传统教学设计，知识可视化教学设计在教学的过程与结果的效果呈现上更具简单性、直观性和深入性，更符合现代学校教学特点[7]。

6.结语

随着信息技术和网络技术的不断发展将会出现更多样化的知识可视化表征形式和方法，得到更广泛的应用。知识可视化以其自身的特点与优势，使得越来越多的研究者发现它对提高学习效果的积极作用。当前知识可视化的研究已取得一定成果，但是还有很多相关领域需要去探索研究，还需要更广泛地进行知识可视化应用实践，全面激发学习者的学习兴趣，提高学习效率。

参考文献

[1]钟志贤，陈春生.作为学习工具的概念地图[J].中国电化教育，2004，（1）：23—27.

[2]赵慧臣 .知识可视化的视觉表征研究综述[J].远程教育杂志,2010,28(01):75-80.

[3]赵国庆.知识可视化2004定义的分析与修订[J].电化教育研究,2009(03):15-18.

[4]梁建宁.当代认知心理学[M].上海 ：上海教育出版社，2003:200-219.

[5]张会平,周宁.基于知识可视化的隐性知识转换模型研究[J].现代图书情报技,2007,(2):60-63.

[6]邱婷,钟志贤.一种概念框架:知识外在表征在教学中的应用[J].现代远程教育研究,2005,(5):39-43.]

[7]李祎帆，叶湘虹.知识可视化教学研究综述[J].西部学刊,2022.02,(156):139.