基于知識可視化的在線學(xué)習(xí)資源設(shè)計(jì)

尤蕊榮，馮義東*，黃 成，方云端，鄭志群

（1.海南師范大學(xué) 教育學(xué)院，海南 ?？?571158；2.海南師范大學(xué) 數(shù)據(jù)科學(xué)與智慧教育教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 ?？?571158）

1 在線學(xué)習(xí)資源設(shè)計(jì)存在的主要問題

在線學(xué)習(xí)資源是指按照一定的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)策略組織教學(xué)內(nèi)容，通過錄制的微小視頻表現(xiàn)學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)活動，具有交互性、共享性、開放性、協(xié)作性和自主性等基本特征[1]。它的出現(xiàn)，意味著學(xué)生學(xué)習(xí)方式的革命，更是改變傳統(tǒng)教學(xué)方式的一種機(jī)遇。然而目前的一些在線學(xué)習(xí)資源，在資源的組織、內(nèi)容表達(dá)結(jié)構(gòu)、交互設(shè)計(jì)、資源內(nèi)容設(shè)計(jì)方面仍存在問題。

（1）資源之間邏輯不夠清晰

在線資源的線性堆放，會造成學(xué)習(xí)資源的檢索和定位不夠便捷，資源之間邏輯關(guān)系的呈現(xiàn)不夠清晰。而學(xué)習(xí)資源的過量線性堆積會造成學(xué)生一定的心理負(fù)擔(dān)，降低自我效能[2，3]；不清晰的邏輯關(guān)系則會影響學(xué)生對課程體系的把握及對整體知識的有意義建構(gòu)和同化[4，5]。

（2）學(xué)習(xí)者與界面的交互性低

學(xué)習(xí)者與系統(tǒng)界面之間的交互，主要指通過操縱工具或按鈕來達(dá)到某種目的，操作本身不會引起學(xué)習(xí)內(nèi)容的變化（如全屏切換、清晰度選擇等操作）[6]。信息可視化的出現(xiàn)，將科學(xué)與藝術(shù)聯(lián)系在一起，也為我們在界面交互設(shè)計(jì)上打開一扇新大門，提供一個新視角。在界面的交互設(shè)計(jì)上不能只重視學(xué)習(xí)者與界面的行為交互，而忽視了界面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。沒有層次和邏輯的導(dǎo)航結(jié)構(gòu)不僅影響學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，還會降低學(xué)習(xí)的積極性。

（3）授課視頻內(nèi)容制作上創(chuàng)新性不夠

美國曾進(jìn)行過高度集中的注意力試驗(yàn)，研究證實(shí):成人高度集中注意力完成一件簡單枯燥的任務(wù)，字母打地鼠，只能維持20 min不出錯，然后就會出現(xiàn)錯誤[7]。缺乏創(chuàng)意和新意的視頻，難以吸引到學(xué)生的注意力，調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

2 知識可視化在資源設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢

可視化是在科學(xué)計(jì)算可視化、信息可視化、數(shù)據(jù)可視化的基礎(chǔ)上發(fā)展的新興研究領(lǐng)域，2004年Eppler和Burkhard 首次對知識可視化進(jìn)行了定義[8]。國內(nèi)的黃榮懷教授對知識可視化的表述為：知識可視化是指應(yīng)用視覺表征手段促進(jìn)群體知識的傳播和創(chuàng)新，其實(shí)質(zhì)是將人們的個體知識（認(rèn)知知識制品）以圖解的手段表示出來，形成能夠直接作用于人的感官的知識外在表現(xiàn)形式（物理知識制品），從而促進(jìn)知識的傳播和創(chuàng)新[9]。

一言以蔽之，可視化就是利用圖解的手段高效傳遞知識。遠(yuǎn)古時(shí)代，沒有文字的產(chǎn)生以前，我們的祖先就是使用的圖像來交流，這并非今天的人類返祖，而是以圖像和圖形的方式來表述更合適，雖然不免淺俗化，但人類的天性在某一方面就是偷懶和舍遠(yuǎn)求近走捷徑的。讀圖是人類的一種天性，視覺是一種直覺，眼耳鼻舌身，眼是第一位。視覺的形象或圖本身富有生物性誘惑；視覺又是一種全方位的刺激，它不僅是展示更是一種訴求，它的力量有時(shí)候是無法抗拒的。

3 實(shí)現(xiàn)知識可視化的主要途徑

按照國家《教育資源建設(shè)技術(shù)規(guī)范》分類，網(wǎng)絡(luò)資源大致分為媒體素材、試題庫、試卷、課件與網(wǎng)絡(luò)課件、案例、文獻(xiàn)資料、網(wǎng)絡(luò)視頻課程、常見問題解答、資源目錄索引。在線資源設(shè)計(jì)主要包括內(nèi)容表達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)和資源呈現(xiàn)的設(shè)計(jì)[10，11]。

目前的在線課程大部分采用的內(nèi)容表達(dá)結(jié)構(gòu)是視頻加文本。因此本文研究的可視化對象就為視頻和文本。文本的可視化，可以采用文字云、概念圖和思維導(dǎo)圖等工具。文字云將學(xué)生的目光迅速聚焦到每一節(jié)的關(guān)鍵詞上，具有聚焦思維的作用；概念圖在抽象概念的解釋和描述上呈現(xiàn)明顯的優(yōu)勢；思維導(dǎo)圖能激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)潛能，具有發(fā)散思維的作用[12]。視頻本身具有可視化的功能，但錄制屏幕的錄播課程，因?yàn)槿鄙賹W(xué)生的互動，在可視化的效果上比實(shí)時(shí)上課的錄播視頻可視化程度低。隨著短視頻在學(xué)生中備受青睞，也給在線資源的視頻制作注入了一些新創(chuàng)意：后期的精良制作、文本的放大、縮小，圖形化、符合情景的裝飾物的出現(xiàn)，相比于純文本的文字更能吸引使用者的注意[13，14]。Aeguisb利用簡單的代碼片段實(shí)現(xiàn)字幕文件的圖形化，增強(qiáng)了字幕的可視化效果，彌補(bǔ)了錄播視頻不夠生動形象的不足。

3.1 文字云

文字云又叫“詞云”，是指將文字以某種可視化的形狀展示出來[15]。在使用文字云生成圖片的過程中，根據(jù)各個字段的重要程度設(shè)計(jì)大小和顏色，從而達(dá)到區(qū)分出現(xiàn)頻率高的詞和出現(xiàn)頻率低的詞語的效果。1961年，美國神經(jīng)心理學(xué)家斯佩里博士裂腦人實(shí)驗(yàn)研究表明，人腦的左半球負(fù)責(zé)邏輯思維和文本信息類，右半球是形象思維的中樞[16]。文字云將文字與圖片相結(jié)合，能充分發(fā)揮左右腦的功能，利于全腦的開發(fā)，更能促進(jìn)學(xué)生的多元智能的發(fā)展。

3.2 概念圖

概念圖的產(chǎn)生是基于奧蘇貝爾的有意義學(xué)習(xí)理論產(chǎn)生的一種教學(xué)技術(shù)，概念圖的發(fā)明者諾瓦克博士對概念圖的定義為：使用節(jié)點(diǎn)代表概念，使用連線表示概念間關(guān)系的知識組織和表征工具[17]。從定義上可以清楚地看出，概念圖是一種知識的組織和表征工具，主要有四個特征:圖示化、突出概念、突出概念之間的關(guān)系、突出概念之間的層次[18]。使用概念圖可以幫助學(xué)習(xí)者迅速建立舊知識和新知識之間建立的有意義的連結(jié)，從而在大腦中形成網(wǎng)絡(luò)，利于學(xué)習(xí)者有意義學(xué)習(xí)的建構(gòu)。

3.3 思維導(dǎo)圖

思維導(dǎo)圖（Mind Map）利用有規(guī)律的文字和圖片的排列方式，幫助學(xué)習(xí)者將所學(xué)到的新知識和原有存在的知識進(jìn)行有意義的建構(gòu)和發(fā)散，是一種激發(fā)思維和整理思維的非線性思維的方式[19]。思維導(dǎo)圖具有關(guān)聯(lián)性、結(jié)構(gòu)性和導(dǎo)航性等特點(diǎn)[20]，使用思維導(dǎo)圖可以激發(fā)自己和他人思維，能夠打破時(shí)間和空間限制，實(shí)現(xiàn)知識的整合，幫助教師組織教學(xué)內(nèi)容，有效加速學(xué)生對知識結(jié)構(gòu)與架構(gòu)的認(rèn)識，促進(jìn)知識建構(gòu)，還能夠避免學(xué)生因課程知識結(jié)構(gòu)復(fù)雜而迷失學(xué)習(xí)方向或中斷學(xué)習(xí)[1]。

4 基于知識可視化的在線資源設(shè)計(jì)案例

4.1 內(nèi)容分析

本次研究采用高等教育出版社出版的由劉美鳳和康翠主編的《多媒體課件教學(xué)設(shè)計(jì)》教材，全書一共分為六章，分別介紹了對多媒體教學(xué)設(shè)計(jì)具有針對性的理論基礎(chǔ)、根據(jù)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理和一般原則，結(jié)合多媒體課件的特點(diǎn)，提出多媒體課件一般和規(guī)范的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程，以及過程中各個階段的具體操作程序、方法、步驟。

本門課程作為師范類學(xué)校的公共必修課，在線課程的內(nèi)容設(shè)置重點(diǎn)要落在培養(yǎng)學(xué)生對美的作品的感知及創(chuàng)造性的制作出符合自己專業(yè)的多媒體課件上。

課程內(nèi)容的具體設(shè)計(jì)方式為：每章章節(jié)開始，使用文字云工具對文字內(nèi)容統(tǒng)計(jì)歸納，關(guān)鍵字用較大較顯眼的文字顯示，第二層次之；對于理論性很強(qiáng)但又基礎(chǔ)的“多媒體課件教學(xué)設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)”，利用概念圖呈現(xiàn)；思維導(dǎo)圖的使用應(yīng)該貫穿整個課程，由資源的設(shè)計(jì)者確定主題，讓學(xué)習(xí)者進(jìn)行發(fā)散思維訓(xùn)練，制作完成的思維導(dǎo)圖通過在線資源的交流平臺與更多的人交流分享。錄制的錄屏視頻是利用Aegisub添加符合情境的圖形化字幕，但字幕的添加應(yīng)避免大段的文字和過于花哨的效果，過多的文字呈現(xiàn)會讓學(xué)習(xí)者產(chǎn)生認(rèn)知負(fù)荷。

4.2 文字云制作案例

在線課程是按照章節(jié)和小節(jié)歸納課程內(nèi)容設(shè)計(jì)，每一大章分為幾個小節(jié)，每個小節(jié)又有更細(xì)的知識點(diǎn)劃分。對于初次接觸課程的學(xué)習(xí)者來說，課程的重難點(diǎn)不易把握。文字云的作用即利用鮮艷的文本顏色和不同的字號大小幫助學(xué)習(xí)者梳理出重點(diǎn)。色彩心理學(xué)中提出，高明度的色彩能給人帶來輕快、明亮的感覺，但低明度的色彩會給人一種壓抑沉悶的感覺。因此在文字云的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)避免使用低明度的色彩。本次研究采用的是在線文字云設(shè)計(jì)軟件“Word art”。此軟件的優(yōu)勢在于可以自定義形狀，設(shè)計(jì)時(shí)選擇跟主題文字相符合的圖片，能幫助學(xué)習(xí)者進(jìn)一步理解新知識。

文字云的制作分為四個步驟:梳理本章的內(nèi)容確定重難點(diǎn)；提煉每一小節(jié)的關(guān)鍵字；輸入文字；更改默認(rèn)設(shè)置將重點(diǎn)內(nèi)容的字號加大，顏色設(shè)置為較為鮮艷的；點(diǎn)擊生成保存為png圖片格式。如圖1所示。

4.3 概念圖制作案例

概念圖能幫助學(xué)習(xí)者梳理知識的結(jié)構(gòu)與自身原有的知識建立聯(lián)系，繪制概念圖時(shí)將概念特征分層顯示，每一層的概念結(jié)點(diǎn)上，只注明該概念獨(dú)有的特征。同一層概念共有的特征，則注明于上一層的概念結(jié)點(diǎn)上。

圖1 “多媒體課件教學(xué)設(shè)計(jì)之分析階段”文字云Figure 1 "Analysis stage of multimedia courseware teaching design"word clouds

概念圖的設(shè)計(jì)分為如下幾個步驟：首先確定知識結(jié)構(gòu)，知識結(jié)構(gòu)反映的是知識的整體結(jié)構(gòu)及關(guān)系；其次是分解知識點(diǎn)；第三是此知識點(diǎn)具體案例解析；第四是課外補(bǔ)充的內(nèi)容，放在課外資源層。繪制概念圖的工具選用百度腦圖，此款軟件界面簡潔，容易上手。

將概念圖的展示位置放在教學(xué)視頻的前面，幫助學(xué)習(xí)者在正式學(xué)習(xí)之前先建立知識框架，從而有目的的進(jìn)行學(xué)習(xí)。如圖2所示。

圖2 “媒體資源的收集與管理“概念圖Figure 2 Concept of"media resource collection and management"

4.4 思維導(dǎo)圖繪制案例

常用的思維導(dǎo)圖軟件有Xmind、Mindmanaer、Mindmaster、億圖圖示。相比前三款軟件，億圖圖示擁有較多的思維導(dǎo)圖模板，導(dǎo)出的格式更多樣化。它能夠?qū)⒃诰€資源的思維導(dǎo)圖導(dǎo)出為PPT模式，作為文檔鏈接給學(xué)生，從而實(shí)現(xiàn)思維導(dǎo)圖的再創(chuàng)作和分享。利用億圖圖示制作的思維導(dǎo)圖具有可共同編輯的特點(diǎn)，能夠改善在線課程缺少教師適時(shí)引導(dǎo)的不足。由制作在線資源的教師繪制一部分導(dǎo)圖，給使用者指出明確的思維方向，同時(shí)留下一些需要擴(kuò)展的空間。這樣就能保證，教師既掌握著學(xué)生學(xué)習(xí)主動權(quán)又沒有扼殺學(xué)習(xí)者的主體地位。

思維導(dǎo)圖最重要的作用是激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，因此在主題的選擇上，要注意三個原則：主題內(nèi)容不宜過于寬泛，創(chuàng)新思維并不代表學(xué)生可以隨心所欲；主題關(guān)鍵詞要簡練，具有高度概括性，留給學(xué)習(xí)者更多的可擴(kuò)展外延；主題圖片的選擇要貼合關(guān)鍵字的內(nèi)容，幫助學(xué)習(xí)者充分發(fā)揮左右腦的機(jī)能。思維導(dǎo)圖的制作，分為四個步驟：確定所要繪制的主題；選取合適的制作思維導(dǎo)圖軟件，常見的一些開源類的導(dǎo)圖繪制軟件有：xmind、freemind、百度腦圖等；查找需要的素材，包括圖片、視頻、文檔等，為了保證導(dǎo)圖的美觀和節(jié)點(diǎn)的連續(xù)性，圖片盡量使用背景透明的png格式；修改和美化，主要檢查每個一級節(jié)點(diǎn)的主題詞是否已是最精煉。如圖3所示。

圖3 “學(xué)習(xí)理論”思維導(dǎo)圖Figure 3 "Learning Theory"Mind Map

4.5 在線資源的可視化字幕制作

Aegisub是一個免費(fèi)、開源、跨平臺的字幕編輯軟件。利用簡單的代碼片段或者嵌套字幕模板實(shí)現(xiàn)字幕的圖形化，也支持直接導(dǎo)入字幕模板。Aegisub 的標(biāo)準(zhǔn)格式是Advanced Sub Station Alpha（即ASS字幕）格式，此種格式可以記錄字幕位置信息和樣式信息。使用Aegisub制作字幕時(shí)，視頻跟音頻是相互獨(dú)立的，利用聲音的波頻區(qū)分每一段聲音的間隔，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵是聲音的開始，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵是一段聲音的結(jié)束。

使用Aegisub制作字幕分為如下幾個步驟，首先制作字幕文件；其次使用卡拉Ok實(shí)現(xiàn)文字分割，右鍵全選文字復(fù)制粘貼到記事本中；最后導(dǎo)入字幕模板，將模板中的原文字刪除，復(fù)制粘貼記事本中文字，在菜單欄的“自動化”中選擇使用模板。視頻導(dǎo)入時(shí)需要注意的問題是：在Aegisub中視頻和音頻是不同時(shí)導(dǎo)入的，需要先導(dǎo)入視頻文件然后在音頻選項(xiàng)卡中選擇“在視頻中打開音頻”。字幕模板資源在瀏覽器中搜索“Aegisub動態(tài)字幕模板”下載文件。導(dǎo)入的字幕模板中的代碼支持修改。

5 成果分析

相比于傳統(tǒng)知識建構(gòu)的方式，概念圖能突出概念之間層次的特點(diǎn)，改變了在線資源的課程內(nèi)容采用線性排列的方式。采用概念圖分解出各個章節(jié)的層次關(guān)系，使學(xué)習(xí)者在對課程結(jié)構(gòu)有宏觀認(rèn)識的基礎(chǔ)上更好地理解、建構(gòu)知識。思維導(dǎo)圖則是將原本雜亂無章的文字以與人腦結(jié)構(gòu)相似的形狀結(jié)構(gòu)表示出來，不僅利于學(xué)習(xí)者頭腦風(fēng)暴的展開，在促進(jìn)學(xué)習(xí)者的知識遷移和創(chuàng)新能力培養(yǎng)上也有較大作用。使用文字云設(shè)置課程導(dǎo)讀，將章節(jié)的出現(xiàn)頻率最多的字、詞用鮮艷顏色顯示，便于區(qū)分出重難點(diǎn)與非重點(diǎn)知識，幫助學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)之前有針對性的查閱資料，從而增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)的積極性。

6 總結(jié)

運(yùn)用可視化的方法建構(gòu)高校在線課程知識，使用文字云訓(xùn)練歸納總結(jié)能力、概念圖訓(xùn)練邏輯思維能力、思維導(dǎo)圖訓(xùn)練創(chuàng)新思維能力，各種可視化工具在思維訓(xùn)練方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢。后期將通過此種構(gòu)建方法用于學(xué)生學(xué)習(xí)，并統(tǒng)計(jì)學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程中遇到的問題，考察學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力是否得到了有效的提升。