幾種思維可視化工具的比較研究

申煜　黃偉

【摘 要】思維的內隱性，在表面上阻塞了教師了解并訓練學生思維的通道。流程圖、思維導圖、概念圖、魚骨圖、八卦圖等十種思維可視化工具能夠將思維化隱為顯，促進學習者各種思維的發(fā)展。十種思維可視化工具各有其特定的表征對象和獨特的功能定位，文章主要結合語文教學案例對它們進行比較意義上的分析、闡釋。

【關鍵詞】思維可視化工具;表征對象;功能定位;教學案例

【作者簡介】申煜，吳江經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)實驗初級中學教師，主要研究方向為課程與教學論、中小學語文課堂教學;黃偉，教授，教育學博士，博士生導師，主要研究方向為課程與教學論、中小學課堂教學、學科教育。

學習、掌握甚至創(chuàng)造知識，都有賴于良好的思維技能與素養(yǎng)。當前，我們的教學似乎在舍本逐末，較為關注知識的傳授，對思維技能的培養(yǎng)與訓練缺乏理性審思甚至避而不談。這與“內隱的思維不可知、不可教”的認知誤區(qū)不無關聯(lián)。思維的內隱性，表面上阻塞了我們了解并訓練學生思維的通道;而事實上，隨著認知科學、信息技術的發(fā)展，我們已具有能夠借助流程圖、思維導圖、概念圖等圖示工具將思維化隱為顯，再據(jù)此審視自我或他人的認知能力。這類圖示工具有學者稱之為圖形組織工具（graphic orgnising tools）[1]295-311，也有學者稱之為知識可視化工具[2]66-79。文章有意凸顯其呈示、發(fā)展思維的價值，故統(tǒng)稱為思維可視化工具。思維可視化（thinking visualization），形象地說，就是選用恰當?shù)膱D示工具把大腦中的思維“畫”出來，讓人腦內隱的思維路徑、結構、方法及策略清晰可視。

一、思維可視化工具的比較框架

關于思維可視化工具的分類，說法不一。國外研究者David Hay等人將現(xiàn)有的圖形組織工具分為思維導圖（mind mapping）、蛛網(wǎng)圖（spider diagramming）、概念圖（concept mapping）、論證圖（argument mapping）[1]295-311;David Hyerle博士參照人腦的八種思維過程提出了圓圈圖（circle map）、起泡圖（bubble map）、雙起泡圖（double bubble map）、樹型圖（tree map）、括號圖（brace map）、流程圖（flow map）、復流程圖（multiflow map）、橋型圖（bridge map）八種思維地圖工具（thinking map tools）。國內研究者劉濯源認為，適用于教學中的圖示方法有學科思維導圖、學科策略模型圖、解題魚骨刺圖、邏輯關系框架圖、學科概念圖[3];張舒予將知識可視化工具分為概念圖、思維導圖、思維地圖（即David Hyerle博士提出的八種工具）[2]66-79。本文以可操作性與教學適用性為標準，對已有的分類研究進行了刪減添補，暫將應用于教學中的思維可視化工具分為流程圖（flow map）、思維導圖（mind map）、概念圖（concept map）、魚骨圖（fishbone diagram）、圓圈圖（circle map）、起泡圖（bubble map）、雙起泡圖（double map）、樹形圖（tree map）、橋形圖（bridge map）、八卦圖（eight diagram）十種。

接下來，我們將從表征對象、功能定位兩個維度對十種思維可視化工具做宏觀比較，從而為具體的教學應用提供理論指導。這里需要說明的是，“表征對象”是對每種思維可視化工具適用的知識類型與可表達的事物、概念間關系的綜合考量;“功能定位”則是對每種思維可視化工具演練何種思維方法與促進學生何種思維發(fā)展的綜合考量。為此，我們整理了常見的思維種類、方法（如圖1），考慮到抽象邏輯思維是起主導作用的思維種類，故又進一步呈現(xiàn)了抽象邏輯思維的幾種訓練方法。

明晰了上述兩個比較指標的內涵與意義之后，我們再以表格的形式對十種思維可視化工具做簡要比較（見表1）。

二、思維可視化工具的類型舉隅

參照表1，我們大體清楚了十種思維可視化工具所適用的特定對象以及思維發(fā)展方面的不同定位。在此基礎上，筆者進一步結合教學案例，對十種思維可視化工具的構成、特點、優(yōu)勢做具體闡述。

1.流程圖

應用于教學中的流程圖，不同于表示算法思路的常規(guī)流程圖，形式上追求簡化、形象化，通常由長方形框、帶箭頭的連接線構成。教學中的流程圖順應不同的表達需求，呈現(xiàn)多種樣式：按構圖的序列多寡，分為單流程圖、復流程圖;按構圖的造型感，分為水平時間線、垂直時間線與S型時間線流程圖。無論何種樣式的流程圖，一般以程序性知識為表征對象，有助于學習者厘清事物的發(fā)展過程、順序及其內在的規(guī)律、邏輯。

在文科學科中，流程圖可輔助學生厘清文章的脈絡及其內在的表達邏輯。比如，圖2的構圖序列是一條事件發(fā)展的邏輯線，造型上屬于垂直時間線流程圖，總體上將《駱駝祥子》“一起一落”的情節(jié)梳理清楚了;再如，圖3既利用了水平時間線流程圖便于鋪陳的優(yōu)勢，橫向展開詩中的核心意象及其特征，又利用了垂直時間線流程圖便于表征空間角度的優(yōu)勢，直觀呈現(xiàn)了景物的描寫角度;圖4的S型時間線流程圖，則在考慮客觀地理知識的基礎上將“鸚鵡螺號”的航程直觀地呈示出來，提供了學科綜合的可能性。在理科學科中，借助流程圖，學生更易發(fā)現(xiàn)并總結解題的思路：圖5利用復流程圖以多條序列表征多種因果關系的優(yōu)勢，梳理了“物體所受浮力取決于F浮與G物的大小關系”規(guī)律下的兩條思考路徑。

2.思維導圖

20世紀60年代，東尼·博贊兄弟發(fā)明了思維導圖，這是一種用圖表來表現(xiàn)發(fā)散性思維的圖示[4]。思維導圖本質上，是綜合采用詞匯、圖像、線條、數(shù)字、邏輯、節(jié)奏、顏色和空間感等元素將人腦閃現(xiàn)的思維條理化后建構的樹狀知識結構，它在強調事物間創(chuàng)造性關聯(lián)的同時也突出了思維從無序到有序的動態(tài)變化過程[5]。形式自由、內容自主是思維導圖的關鍵特征，決定了它在發(fā)展發(fā)散思維、直覺思維上的優(yōu)勢;同時也要看到思維導圖借助色彩、線條在數(shù)據(jù)分類、整理思維乃至鍛煉邏輯思維上的優(yōu)勢。相應地，教學中的思維導圖便有了發(fā)散、歸納、分析三種思維導圖。

圖6屬于發(fā)散思維導圖，緊扣作文題《這天，我回家晚了》，分別圍繞“中心”與“成長之思”兩個中心主題發(fā)散思維，最終完成了“從漫思到選擇再到確立中心”與“從漫思到選擇再到確立素材”的兩重構思。圖7是歸納思維導圖，利用線條、顏色、圖像將拼音的分類直觀呈示出來。圖8是分析思維導圖，一步步展開一、二、三、四、五級分支的過程，彰顯其思路的明晰及對《海底兩萬里》高屋建瓴式的理解;三級分支“尼摩船長”部分保留了學生獨到、創(chuàng)造性的分析成果。

3.概念圖

概念圖最早是由諾瓦克于1972年在奧蘇貝爾有意義學習理論的啟發(fā)下發(fā)展起來的，因此常被稱為“諾瓦克概念圖”。它一般由表征概念的幾何圖形（概念節(jié)點，如圓圈或方框）、連接詞（如決定、由……組成等）與表征聯(lián)系的標記線構成;標記線分為三種，分別是無方向線、單向線、雙向線[6]。概念圖能夠構造一個層級分明的知識網(wǎng)絡，便于學習者掌握概念間的邏輯關系，進而直觀快速地把握一個概念體系。比如，圖9、圖10這兩幅概念圖借助標記線、連接詞分別呈示了“after school sports”與“物質狀態(tài)”兩個屬概念及其下位的種概念間的邏輯關系，對照自我建構的概念圖，學生的知識記憶率、提取率也將有所提升。

4.魚骨圖

魚骨圖因其狀如魚骨得名，是日本管理大師石川馨發(fā)明的，這種圖示主要用于復雜問題的分析，因此也被稱為特性要因圖。其魚頭部分是要解決的問題，主骨是一條橫向延伸的水平線，大、中、小骨分別對應按關聯(lián)性與重要性列出的大、中、小要因。魚骨圖的魚頭位置并非固定不變，而是取決于魚骨圖的定性。根據(jù)問題與各要素間的關系，魚骨圖可分為問題型、原因型、對策型。

問題型魚骨圖著眼于對問題結構的分析、整理，將一個復雜問題細化為一個個小問題，故問題型魚骨圖中魚頭部分與魚骨部分是結構構成關系并非因果關系，魚頭位置也就隨之不限。如圖11，將“如何學習白求恩的共產(chǎn)主義精神”問題結構化為幾個小問題，如此一來文本的論述結構便一目了然。原因型魚骨圖是要將造成問題的因果邏輯性地呈示出來，常用于問題解決前期的歸因分析，魚頭在右更易呈示出由因至果的邏輯關

系。如圖12厘清了“盲目行動、經(jīng)驗主義等因素造成求石獸不得”的因果關系。對策型魚骨圖，用于解題策略的推導、確定，是在問題分解、歸因分析的基礎上，有序地將解題的關鍵點層層推開，最終確定可供操作的問題解決策略，其魚頭常在左，以此凸顯由疑問到解題思維的提升。如圖13呈示出了“從提出何以尋石的問題到在綜合考慮石性、沙性、水流、時間因素的策略指引下得出求之上游的結論”的思考路徑。

5.圓圈圖

圓圈圖由兩個圓圈組成，中間的小圓圈是主題，外圍的大圓圈是與主題有關的細節(jié)或特征。圓圈圖應用于教學，可做兩種練習：其一，在小圓圈內給出一個明確主題，引導學生圍繞主題展開豐富聯(lián)想，再在大圓圈里補充與主題相關的細節(jié)或特征，如圖14是以“10”為主題引導學生展開聯(lián)想、發(fā)散思維;其二，反過來給出大圓圈的內容，讓學生從這些細節(jié)、現(xiàn)象、特征推斷小圓圈內的主題，如圖15引導學生根據(jù)形象描述推知人物。兩種練習顯露出圓圈圖在培養(yǎng)學生發(fā)散思維與邏輯思維上的優(yōu)勢。

6.起泡圖、雙起泡圖

起泡圖主要用來描述事物、概念的具體特征，它與圓圈圖的不同之處在于強調中心氣泡與外圍氣泡內容間的抽象邏輯關系，相對忽視內容間的創(chuàng)造性關聯(lián)。升級版的雙起泡圖，是建立在深入了解兩個事物、概念特性的基礎上，比較兩者間的共性與個性，如圖16呈示了“孫悟空與豬八戒”的共同特點與鮮明個性。

7.樹形圖

樹形圖的造型靈感源于自然界枝干層疊的樹木，形式特征決定了其在信息分類上的優(yōu)勢，因此教學中的樹形圖常用于數(shù)據(jù)的分析、知識點的分類、文本結構的疏通。分析的過程，涉及對概念間共性、特性的歸納，潛移默化地訓練了學生的抽象邏輯思維?；緲邮饺鐖D17，但可切合繪圖者的興趣愛好，在保留其核心思想的基礎上做個性化創(chuàng)造。如圖18在樹根和樹枝處分別就聲母、韻母做了分類，且根生枝的關系隱射出聲母、韻母密不可分的內在關系。

8.橋形圖

橋形圖，也叫類比圖，用于直觀表征類比思維。如圖19將由山名、水靈到陋室不陋的類比論證思路直觀呈示出來了，學生對照這幅圖既能夠直觀理解“類比”，又打開了類比思維的“大門”。除此之外，橋形圖也有益于培養(yǎng)學生的聯(lián)想能力、鍛煉發(fā)散思維，這與繪制方法有關：先在橋形橫線的上、下寫一組具有相關性的事物，再按此相關性漸次列出多組事物。但要注意，與思維導圖的隨意聯(lián)想不同，橋形圖的聯(lián)想是基于事物相關性展開的，如圖20是基于每組單詞含義相近的相關性展開聯(lián)想的。

9.八卦圖

教學中的八卦圖沿用了道學八卦圖的形式，思想上汲取了其形式背后滲透的對立統(tǒng)一的辯證思維。因此，它對強化學生系統(tǒng)思維意識、促進學生辯證思維的發(fā)展十分有利。如圖21的思維八卦圖便反映出學生對系統(tǒng)思維、辯證思想的體悟：一方面，借助陰陽相生的形式，將日夜輪轉以及

過去、現(xiàn)在、未來與苦、樂的辯證關系表現(xiàn)出來了;另一方面，系統(tǒng)呈示了“虛實結合”“以未來團聚之樂襯托過去分離之苦”兩種手法是以“今夜、過去、未來的時間切換”為依托的內在關聯(lián)。這兩方面的呈示，折射出了李商隱詩中的言說智慧與深層機理，也提示著八卦圖在深度解讀文本上的教學應用價值。

適切的思維可視化工具，比純粹的文字表達更能夠映射事物的規(guī)律、原理與文本的言說智慧、深層機理。本文大體提供了十種思維可視化工具的應用指南，但要真正彰顯它們在演練思維方法、促進思維發(fā)展方面的教學價值，還取決于教師是否能夠根據(jù)不同的表征對象選用、創(chuàng)用不同的圖示工具，甚至創(chuàng)造新的圖示工具為己所用，如上文的八卦圖就是對已有工具的一個突破。

參考文獻：

[1]HAY D，LAN K，BAKER S L.Making learning visible：the role of concept mapping in higher education[J].Studies in higher education，2008，33（3）：295-311.

[2]張舒予.視覺文化與媒介素養(yǎng)[M].南京：南京師范大學出版社，2011.

[3]劉濯源.思維可視化：減負增效的新支點[J].中小學管理，2014（6）：10-13.

[4]博贊 T，博贊 B.思維導圖[M].卜煜婷，譯.北京：化學工業(yè)出版社，2015.

[5]申煜，黃偉.“思維導圖”教學設計的優(yōu)勢價值、問題反思與優(yōu)化路徑[J].中小學課堂教學研究，2017（9）：3-8.

[6]申煜.課堂教學設計呈現(xiàn)樣式及其比較研究[D].南京：南京師范大學，2018.

（責任編輯：周彩珍）