基于概念圖的可視化教學整合研究

向芳玉　郝建江　顧文玲

摘 要：基于思維導圖、概念圖等的可視化工具在教育教學中受到廣泛應用并發(fā)揮著重要作用。文章選取地理概念教學中存在忽視學生的“前概念”、認知差異、學習過程等問題，在分析概念圖具有支持地理概念可視化、思維可視化、交互可視化、知識生長可視化的優(yōu)勢下，構(gòu)建了基于概念圖的地理概念可視化教學框架體系，并給出了（課前）前概念診斷階段、（課中）新概念習得階段、（課后）概念圖拓展階段三個階段的一般操作模式。最后，通過實踐得出基于概念圖的可視化教學能激發(fā)學習興趣，提高學生學習積極性，也能促進認知和思維的發(fā)展，提升分析問題、解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：概念圖；地理概念；可視化教學

中圖分類號：G434 文獻標志碼：B 文章編號：1673-8454（2018）16-0046-05

一、引言

近年來，基于計算機的可視化教學在教育教學領(lǐng)域中受到廣泛關(guān)注與應用。大量研究表明，可視化技術(shù)不僅能促進知識的傳遞，訓練學生的思維，而且能提高教師教學能力[1]，如王志軍等構(gòu)建的思維可視化課堂在小學語文閱讀教學中取得了很好的效果[2]。在學科整合方面，是否可以考慮擴散到地理學科？其中，地理概念是用來表征同類地理事物、現(xiàn)象、演變進程的本質(zhì)特征與聯(lián)系的抽象概括，它不僅是理解地理學、認知地理環(huán)境的重要途徑，更是學生地理素養(yǎng)的核心組成部分[3]，因此，地理概念教學研究一直受到廣大教育工作者的關(guān)注。

目前，就地理概念教學而言，基于可視化技術(shù)的地理概念教學研究較少。其中，江靜華[4]以概念圖、思維導圖、象形圖為例列舉了圖式思維教學策略在地理教學中的具體運用；李露[5]聚焦于概念可視化，對教學中常見的可視化工具做了比較，針對地理課堂教學現(xiàn)狀，提出使用不同知識可視化工具表征、學習地理概念。已有的研究表明，可視化技術(shù)更多地作為一種傳授知識的工具或承載知識的載體出現(xiàn)在地理概念教學中，既沒有解決當前地理概念教學中存在的問題（如忽視學生的地理“前概念”，忽視學生的認知能力差異，忽視學生的學習過程等[6]），也沒有做到深度融入地理概念教學中，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生地理思維，體現(xiàn)學生的主體地位。本研究擬借鑒其他學科已有的可視化教學研究成果，針對地理概念復雜抽象、層次疊加等特性，運用 IHMC CmapTools工具，進行地理概念的可視化教學探索。

二、概念圖促進地理概念教學的優(yōu)勢分析

概念圖是諾瓦克博士等基于有意義學習理論提出的一種利用節(jié)點表示概念、連線表示關(guān)系，用于組織和表征知識的教學技術(shù)[7]。概念圖除了用概念這一元素表達知識外，還可以利用圖像化和動態(tài)化的多媒體素材、文檔、網(wǎng)頁等元素表達知識[8]。本研究中用的IHMC CmapTools軟件不僅支持用戶制作概念圖，還能支持概念圖的發(fā)布、共享、協(xié)作等操作。概念圖在地理概念教學中具有以下優(yōu)勢：

1.支持地理概念可視化

“一圖勝千言”，將知識或信息進行圖式化更容易被記憶和識別，這一點已被論證。一方面，雙重編碼理論指出將知識同時以視覺形式和抽象語言形式呈現(xiàn)能降低認知負荷，有利于知識的記憶和識別[7]。另一方面，腦科學研究中也提到人的左腦加工文字內(nèi)涵，右腦加工圖形內(nèi)涵，若兩者同時進行能有效提高信息加工效率[9]。然而中學階段，地理概念眾多且復雜抽象、層次疊加，使得學生在學習時難以理解、識記。利用CmapTools將地理概念以及概念間的關(guān)系用圖式化表征，能更簡單、直觀地呈現(xiàn)知識的結(jié)構(gòu)性和層次性。形象的概念圖能降低認知負荷，幫助理解語言或文字，習得知識，發(fā)展認知。

2.支持思維過程可視化

思維是不可見的，概念圖支持以圖式化的形式清晰地呈現(xiàn)出思維發(fā)生過程。將思維可視化能促進知識的高效理解、記憶和應用 [10]。根據(jù)建構(gòu)主義的學習觀，學習是基于一定社會文化背景，學習者借助教師、同學或者其他人的幫助，積極主動地進行意義建構(gòu)，發(fā)展自己的認知結(jié)構(gòu)，獲取知識。在學習方法上強調(diào)用探索發(fā)現(xiàn)的方法去建構(gòu)知識的意義。因此，在進行概念學習時，繪制概念圖有助于學習者發(fā)展認知結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。此外，教育心理學家約瑟夫·D·諾瓦克教授在學生學習科學概念時，分別采用音頻材料、常規(guī)的學校教學方法和概念圖教學進行實證對比研究，結(jié)論得出，前兩種方法學習科學概念的效果并不理想，而應用概念圖組織科學課的學習不僅能促進科學課的學習，還能達到“學會有意義的學習”[11]。概念圖不僅能揭示知識本身的結(jié)構(gòu)特點，呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)清晰的知識脈絡，還能呈現(xiàn)學生思維發(fā)生的過程，教師能根據(jù)反饋，順著學生的思維引導學習或及時調(diào)整教學，完成學習目標。

3.支持交互可視化

概念圖作為師生交互、生生交互的平臺，為交互提供了載體，支持交互可視化，有利于師生之間的交流與協(xié)作。傳統(tǒng)教學中，教師根據(jù)已有經(jīng)驗和學生成績分析學情，師生間缺乏互動與交流。若利用概念圖檢測學習前概念，教師能很好地了解學生的態(tài)度、知識、觀點以及思維方式。而且在課堂上，利用概念圖作為師生教學的共同載體，既能發(fā)揮教師主導作用，設(shè)計教學思路，理清課堂脈絡，又能體現(xiàn)學生主體性，開展頭腦風暴，培養(yǎng)創(chuàng)新性思維。課后，作為評價學生學習效果的工具，概念圖的完整性、廣泛性、系統(tǒng)性、層級性等特征可以反映學生的認知結(jié)構(gòu)及其對知識的理解與掌握、遷移應用以及知識創(chuàng)新等方面情況，教師根據(jù)概念圖反饋的情況給出相應的評價和建議。另外，概念圖能促進學生之間的合作交流與知識共享。在分組教學中，概念圖能支持學生圍繞主題進行有效討論，將思路具體化、明確化，是一種能促進合作學習的有效方式。在繪制和完善概念圖的過程中，能修正和完善自己對概念的理解，討論交流中，訓練思維，發(fā)展認知。此外，學生之間還能將自己制作的概念圖分享到網(wǎng)絡，支持學生間在線討論交流。

4.支持知識體系可視化生長

無論對學習個體，還是對學習共同體而言，概念圖支持其知識系統(tǒng)的可視化生長。新建構(gòu)主義學習理論認為，網(wǎng)絡是一個虛擬的知識銀行，個人博客作為銀行賬戶，學習者可采用“零存整取”的學習策略，通過對同一主題博文反復、迭代式的修改，可獲取知識，實現(xiàn)化零為整、知識創(chuàng)新的目標[12]。同理，IHMC CmapTools平臺亦可以作為一個虛擬的知識銀行，個人賬號為銀行賬戶，采用“零存整取”的學習策略，既能將零散的顯性知識系統(tǒng)化，又能將隱性知識顯性演化。例如，學習個體學習完新課后完善拓展自己的概念圖，將新知識點進行同化或順應，梳理成新的知識系統(tǒng)，這種動態(tài)的操作可以一直伴隨學習的延續(xù)，實現(xiàn)知識系統(tǒng)的可視化生長。此外，知識建構(gòu)理論認為知識存在于團隊中，需要通過社會協(xié)作的方式來創(chuàng)造與分享知識，實現(xiàn)個人和群體的知識增長與創(chuàng)新。已有研究表明，虛擬學習社區(qū)有利于學習者協(xié)作性的知識建構(gòu)，實現(xiàn)知識的共享、收斂、凝聚和創(chuàng)生[13]。IHMC CmapTools平臺作為虛擬學習社區(qū)，提供在線的數(shù)字化學習環(huán)境，支持個體學習與團隊學習，在知識共享的基礎(chǔ)之上，實現(xiàn)學習共同體的知識可視化生長。