基于知識(shí)可視化的教育認(rèn)知工具模型構(gòu)建研究

趙 煜

（南京郵電大學(xué)教育科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇南京 210023）

0 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展與教育現(xiàn)代化的推動(dòng)，多樣化的學(xué)習(xí)技術(shù)工具被應(yīng)用于教育技術(shù)和學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)等教育領(lǐng)域。《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020 年）》明確提出要“推進(jìn)信息技術(shù)與教學(xué)融合，培養(yǎng)學(xué)生信息化環(huán)境下的學(xué)習(xí)能力”的發(fā)展任務(wù)［1］。近年來(lái)，在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的背景下，互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)與教育不斷深度融合，信息技術(shù)在教育中的應(yīng)用日益頻繁。然而研究表明，目前信息技術(shù)與教育的融合價(jià)值大多體現(xiàn)于儲(chǔ)存和傳播信息的容器，即在奉行以教師為中心的師生對(duì)話結(jié)構(gòu)中，將運(yùn)行于平板電腦、數(shù)字化協(xié)作軟件或者在線概念地圖等學(xué)習(xí)工具上的電子教材等同于紙質(zhì)教材的數(shù)字化，把學(xué)習(xí)工具作為演示內(nèi)容的輔助型教具應(yīng)用于教學(xué)。

雖有先進(jìn)的教育技術(shù)用于加固傳統(tǒng)教育模式，但如此龐雜抽象的知識(shí)體量被不加以分割地一股腦扔向?qū)W生，學(xué)習(xí)僅僅被視為教師外部知識(shí)的輸出對(duì)象，工具與人各行其是，學(xué)習(xí)者在繁重的低級(jí)思維活動(dòng)中苦苦掙扎，難以從隱喻的自然表象中直觀感知事物本質(zhì)以建構(gòu)主體認(rèn)知圖式。未來(lái)課堂教學(xué)建設(shè)應(yīng)該打破上述局面，即信息技術(shù)應(yīng)用應(yīng)體現(xiàn)以學(xué)習(xí)者為中心的建構(gòu)主義設(shè)計(jì)理念，知識(shí)的外在呈現(xiàn)方式應(yīng)該附和學(xué)習(xí)者的內(nèi)在認(rèn)知結(jié)構(gòu)。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出基于知識(shí)可視化的教育認(rèn)知工具，利用圖解的手段構(gòu)建和傳遞知識(shí)的方法或技術(shù)。

1 相關(guān)研究

1.1 知識(shí)可視化研究

知識(shí)爆炸性增長(zhǎng)形成巨大的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，并不斷呈現(xiàn)出類型多樣化、規(guī)模擴(kuò)大化、更新加速化、信息間關(guān)系復(fù)雜化的碎片化特點(diǎn)［2］。知識(shí)時(shí)代的到來(lái)使人類逐漸認(rèn)識(shí)到知識(shí)在其生存發(fā)展環(huán)境中的重要性與復(fù)雜性，但是知識(shí)數(shù)量近乎無(wú)限性的增長(zhǎng)與人類壽命有限性長(zhǎng)度之間存在矛盾，學(xué)習(xí)者與自身對(duì)知識(shí)的獲取似乎陷入了“魚(yú)與熊掌”難以兼得的兩難境地。然而，人可以通過(guò)探索學(xué)習(xí)規(guī)律盡量提高認(rèn)知效率。發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，知識(shí)的獲取是學(xué)習(xí)者主動(dòng)形成內(nèi)部認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過(guò)程，學(xué)習(xí)者可以通過(guò)對(duì)外界事物進(jìn)行獲得、轉(zhuǎn)化以及評(píng)價(jià)3 個(gè)過(guò)程建立層次性認(rèn)知結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)知識(shí)獲取。其間知識(shí)的獲取是指在調(diào)節(jié)過(guò)程中以主體“被迫”改變已有結(jié)構(gòu)以適應(yīng)新的刺激物，亦或是利用同化作用將新刺激物以主體“主動(dòng)”的方式整合到已有圖式或認(rèn)知結(jié)構(gòu)中［3］。

受控于認(rèn)知結(jié)構(gòu)是一個(gè)較為抽象的隱性心理學(xué)概念，而心理學(xué)研究表明大部分學(xué)習(xí)者屬于視覺(jué)接收者，因而認(rèn)知過(guò)程中基于主觀能動(dòng)性，將復(fù)雜抽象知識(shí)以視覺(jué)化、形象化的方式表征便顯得尤為重要。早期可視化表征是以符號(hào)表示信息載體，符號(hào)學(xué)習(xí)理論的代表人物托爾曼（Tol?man）［4］通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，迷津行為中的動(dòng)物會(huì)根據(jù)顏色、聲音、氣味乃至通道轉(zhuǎn)角位量等“符號(hào)”特點(diǎn)建立“認(rèn)知地圖”，以達(dá)到目的；皮亞杰（Piaget）在認(rèn)知發(fā)展階段的論述中也提到表象思維向直觀思維的過(guò)渡中“符號(hào)化”所起的重要作用，它使兒童種種的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)圖式內(nèi)化為表象，并且促使兒童學(xué)會(huì)了語(yǔ)言。由此可見(jiàn)可視化即以顏色、形狀、節(jié)點(diǎn)大小、箭頭指示以及下劃線等方式將外界事物通過(guò)符號(hào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一種認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過(guò)程。在對(duì)知識(shí)可視化與認(rèn)知結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)研究中，布魯納（Bruner）認(rèn)為掌握事物的結(jié)構(gòu)就是理解它與其他事物之間的有意義聯(lián)系，學(xué)習(xí)者主動(dòng)形成認(rèn)知結(jié)構(gòu)，按意義關(guān)系編織組成的有序知識(shí)體，散落分散的知識(shí)點(diǎn)被有意識(shí)地加工成認(rèn)知組塊，由此學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的整體把握可促成有意義學(xué)習(xí)的發(fā)生［5］。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，從簡(jiǎn)單手繪的線條、圖表和地圖，到如今借助計(jì)算機(jī)應(yīng)用的仿真模擬動(dòng)畫和交互式可視化技術(shù)，知識(shí)可視化技術(shù)也在不斷發(fā)展中［6］。Chen 等［7］認(rèn)為可視化技術(shù)發(fā)展障礙來(lái)自于特定知識(shí)的匱乏，因此多用戶之間領(lǐng)域知識(shí)的共享就顯得尤為重要?？梢暬碚摰奶岢稣逧p?pler 等［8］提出，知識(shí)可視化領(lǐng)域的研究關(guān)鍵是視覺(jué)表征應(yīng)用，研究目的是為了促進(jìn)群體知識(shí)的創(chuàng)造和傳播。

由此可見(jiàn)，知識(shí)可視化的實(shí)質(zhì)是一種用于群體成員之間進(jìn)行交互、協(xié)商而使顯性知識(shí)與隱性知識(shí)相互作用和相互轉(zhuǎn)化的圖解過(guò)程，是群體思維和結(jié)構(gòu)認(rèn)知的聚合。但是，知識(shí)可視化在群體知識(shí)的解釋、構(gòu)建和發(fā)展中，并未有效解決如何通過(guò)可視化方式更好地表征先驗(yàn)認(rèn)知以進(jìn)行群體知識(shí)建構(gòu)的問(wèn)題，知識(shí)可視化對(duì)于教師以及學(xué)生來(lái)說(shuō)僅被視為一種新型媒介或者知識(shí)呈現(xiàn)方式，需要以此為切入進(jìn)行新的研究。

1.2 教育認(rèn)知工具的概念界定與發(fā)展

認(rèn)知工具這一概念已在眾多學(xué)術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用并具有多種含義，其中針對(duì)學(xué)習(xí)和發(fā)展的認(rèn)知工具理論甚至可以追溯到維果斯基的蘇聯(lián)心理學(xué)。最早使用該術(shù)語(yǔ)的是Ed?ward［9］，其在1972 年成立的認(rèn)知研究基金會(huì)中便將其視為一種“思維策略工具”并展開(kāi)研究，但并未給出明確的定義。隨后認(rèn)知工具的概念與認(rèn)知發(fā)展理論、分布式認(rèn)知以及社會(huì)建構(gòu)主義等相聯(lián)系并共同作用于認(rèn)知能力的發(fā)展。因而，眾多學(xué)者從不同的視角對(duì)認(rèn)知工具的概念范圍加以界定。綜合各有側(cè)重的定義，Derry［10］給出了有關(guān)認(rèn)知工具概念的兩種提法，即“心理裝置”與“計(jì)算裝置”。我國(guó)在后續(xù)研究中也基本沿用，即一種是有形的認(rèn)知工具，視為技術(shù)設(shè)備；另一種是無(wú)形的認(rèn)知工具，即智力方法［11］。認(rèn)知工具的概念起源于認(rèn)知心理學(xué)，由此作為一個(gè)抽象而非具體的概念而存在。任何工具如果使用得當(dāng)都可以成為認(rèn)知工具，判斷一個(gè)工具是否成為認(rèn)知工具的唯一標(biāo)準(zhǔn)是看這個(gè)工具是否能幫助學(xué)習(xí)者完成認(rèn)知操作、促進(jìn)學(xué)習(xí)者進(jìn)行思考［12］。

有效的信息化教學(xué)應(yīng)從封閉的主體二元對(duì)立關(guān)系走向互動(dòng)對(duì)話的交互主體性教學(xué)［13］，這種交互主體性教學(xué)走向轉(zhuǎn)變意味著教師主導(dǎo)權(quán)利的過(guò)渡轉(zhuǎn)移。早在20 世紀(jì)初，Jonassen［14］便提出認(rèn)知工具作為深入大腦認(rèn)知圖式層面的人類大腦延伸，與人腦合作完成認(rèn)知任務(wù)可以促進(jìn)知識(shí)主動(dòng)的同化與順應(yīng)。相關(guān)研究表明以信息技術(shù)為代表的認(rèn)知工具用于教學(xué)，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)主動(dòng)權(quán)轉(zhuǎn)移至學(xué)習(xí)者［15］。其中，潘慶玉［16］及黃小蓮等［17］將認(rèn)知工具視為工具無(wú)形層面上以發(fā)生認(rèn)識(shí)論為基礎(chǔ)的助推兒童學(xué)習(xí)想象力發(fā)展的認(rèn)知策略，以促進(jìn)知識(shí)更好的生成和發(fā)揮學(xué)習(xí)者自我建構(gòu)知識(shí)表征的能力；臺(tái)灣學(xué)者張基成等［18］以虛擬工具作為認(rèn)知工具的微世界學(xué)習(xí)環(huán)境，融合問(wèn)題引導(dǎo)與情境學(xué)習(xí)相結(jié)合益智游戲活動(dòng)促使學(xué)習(xí)者建構(gòu)自己的知識(shí)體系；Norton等［19］圍繞“為外星人Zerkonian 制定旅游行程計(jì)劃”這一課題，通過(guò)小組學(xué)習(xí)方式，綜合運(yùn)用超媒體工具、數(shù)據(jù)庫(kù)、電子幻燈片、流程圖以及電子視頻系統(tǒng)等多種認(rèn)知工具組建學(xué)習(xí)共同體，以幫助學(xué)習(xí)者建構(gòu)認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

由此可見(jiàn)，認(rèn)知工具的作用在于引用可構(gòu)建多人共享情境的技術(shù)工具以促進(jìn)學(xué)習(xí)者之間的交互行為，即學(xué)習(xí)者借助知識(shí)技術(shù)工具的共享互通技術(shù)，通過(guò)“知識(shí)共享”“觀點(diǎn)沖突”“協(xié)商知識(shí)”以及“達(dá)成共識(shí)”等交互行為，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者之間自主構(gòu)建知識(shí)的聯(lián)動(dòng)，構(gòu)建“學(xué)習(xí)者群體—技術(shù)工具應(yīng)用—課堂主體”三位一體的課堂技術(shù)學(xué)習(xí)環(huán)境。

1.3 可視化認(rèn)知工具的相關(guān)應(yīng)用研究

隨著信息化教育的發(fā)展，現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)智能化發(fā)展使技術(shù)工具得以參與“認(rèn)知”［20］，基于知識(shí)可視化的認(rèn)知工具也不例外。與傳統(tǒng)的輔助與支持工具相比，基于知識(shí)可視化的教育認(rèn)知工具作為一種思維技術(shù)兼有知識(shí)可視化與認(rèn)知工具兩方面的特性：一是知識(shí)可視化融合了布魯納“支架式教學(xué)”理念，以圖解的手段構(gòu)建和傳遞知識(shí)，為可視化的視覺(jué)表征提供支持工具，借以達(dá)到傳統(tǒng)工具參與情況下難以形成的認(rèn)知同化及調(diào)節(jié)作用，有助于幫助學(xué)習(xí)者簡(jiǎn)化學(xué)習(xí)任務(wù)并形成清晰的邏輯結(jié)構(gòu)［21］；二是教育認(rèn)知工具由學(xué)習(xí)者主體而不是教師或者技術(shù)控制，通過(guò)對(duì)可視化認(rèn)知工具進(jìn)行合理設(shè)計(jì)與外部有形的工具相適應(yīng)的教學(xué)方法論，可激活學(xué)習(xí)者認(rèn)知與調(diào)節(jié)的元認(rèn)知策略［22］。

當(dāng)前在可視化認(rèn)知工具的研究中，一方面，研究者們基于可視化理論對(duì)工具中的知識(shí)可視化模型進(jìn)行構(gòu)建研究，其中Burkhard［23］基于知識(shí)管理及信息傳播的角度，將知識(shí)可視化過(guò)程分為信息發(fā)送者、知識(shí)可視化工具和信息接收者3 部分，并構(gòu)建了相互交互式操作的知識(shí)可視化模型；Jarke［24］則在對(duì)知識(shí)生成的不同理解上加入技術(shù)/時(shí)間參數(shù)，突出用戶先驗(yàn)知識(shí)以及認(rèn)知發(fā)展能力在模型中的重要作用；Chen 等［7］立足于信息數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上提出了知識(shí)可視化的4 個(gè)發(fā)展過(guò)程，并將多用戶間領(lǐng)域知識(shí)的共享加入模型中，構(gòu)建立了較為完整的基于仿真認(rèn)知加工的知識(shí)可視化模型。另一方面，研究者們嘗試在現(xiàn)代教學(xué)環(huán)境下進(jìn)行可視化認(rèn)知工具的具體應(yīng)用，其中李婷［25］將認(rèn)知工具作為高校數(shù)學(xué)教學(xué)整合路徑，提出利用信息技術(shù)構(gòu)建可視化的額數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)場(chǎng)景，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境以優(yōu)化知識(shí)呈現(xiàn)方式；李志河等［26］從具身認(rèn)知理論的角度出發(fā)，提出可以將認(rèn)知工具、技術(shù)資源等為主的資源支持環(huán)境要素，以構(gòu)建理想的具身認(rèn)知學(xué)習(xí)環(huán)境，從而作用于學(xué)習(xí)者的有意義學(xué)習(xí)；崔文勝［21］在具體的解剖學(xué)及組織胚胎學(xué)中提出運(yùn)用可視化認(rèn)知工具促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建認(rèn)知結(jié)構(gòu)和減少認(rèn)知負(fù)荷的可能性，趙國(guó)慶［27］將概念圖與思維導(dǎo)圖作為語(yǔ)義組織工具引入課堂，通過(guò)兩者適用范圍、基本框架、呈現(xiàn)時(shí)機(jī)與策略問(wèn)題以及效果問(wèn)題等方面進(jìn)行了應(yīng)用區(qū)分，為概念圖和思維導(dǎo)圖作為可視化認(rèn)知工具走進(jìn)課堂打下基礎(chǔ)；張昭理等［6］則在對(duì)知識(shí)類型進(jìn)行分類的基礎(chǔ)上結(jié)合電子雙板的教學(xué)優(yōu)勢(shì)以不同的視覺(jué)表征技術(shù)作為改善學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)的工具等等。

綜上所述，大多數(shù)知識(shí)可視化研究作為一種新型媒介或者知識(shí)呈現(xiàn)方式，其沒(méi)有很好地解決如何在群體知識(shí)中通過(guò)可視化技術(shù)進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)的問(wèn)題?？梢暬J(rèn)知工具是知識(shí)可視化理論與教育認(rèn)知工具相結(jié)合的產(chǎn)物，在教育教學(xué)中，可視化認(rèn)知工具利用其內(nèi)在的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)工具、動(dòng)態(tài)建模工具以及信息闡釋工具等以實(shí)現(xiàn)具象認(rèn)知的方式將學(xué)習(xí)者內(nèi)在知識(shí)結(jié)構(gòu)加以可視化呈現(xiàn)，從而起到科學(xué)構(gòu)建認(rèn)知結(jié)構(gòu)、促進(jìn)隱形知識(shí)的顯性化以及降低學(xué)習(xí)者的認(rèn)知符合的效用［21］。但是無(wú)論是知識(shí)可視化模型構(gòu)建研究還是可視化認(rèn)知工具的具體應(yīng)用探討，研究者們均傾向于對(duì)知識(shí)可視化技術(shù)展開(kāi)探究應(yīng)用，即人們熱衷于從簡(jiǎn)單的線條手繪圖表到借助計(jì)算機(jī)模擬仿真動(dòng)畫的技術(shù)應(yīng)用。然而學(xué)習(xí)者才是技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵與核心，結(jié)合可視化理論研究技術(shù)的可視化操作也必須作用于群體人物角色中的認(rèn)知結(jié)構(gòu)才能真正發(fā)揮效力。本文提出從群體環(huán)境中知識(shí)與學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)層面入手，結(jié)合認(rèn)知工具的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建與學(xué)習(xí)者認(rèn)知關(guān)聯(lián)的可視化認(rèn)知工具模型，并提出基于該模型實(shí)施的可視化認(rèn)知工具實(shí)施機(jī)制。

2 可視化認(rèn)知工具的模型構(gòu)建

基于知識(shí)可視化的認(rèn)知工具是一種以學(xué)習(xí)者自主知識(shí)建構(gòu)為基礎(chǔ)的思維表征技術(shù)，本文以Jarke［24］提出的知識(shí)可視化基本模型為基礎(chǔ)，將其模型中的“用戶環(huán)境—數(shù)據(jù)環(huán)境—可視化環(huán)境”三要素基本框架進(jìn)一步具化為“人物角色建模—知識(shí)特征處理—可視化展示”3 個(gè)數(shù)據(jù)關(guān)系模型（見(jiàn)圖1）。

Fig.1 Visual cognitive tool model圖1 可視化認(rèn)知工具模型

2.1 人物角色建模

知識(shí)可視化的實(shí)質(zhì)是群體成員間的交互、協(xié)商而產(chǎn)生的群體思維與結(jié)構(gòu)認(rèn)知的聚合，認(rèn)知存在于“個(gè)體+群體”的交流、共享各要素中，由此需要針對(duì)這種模型交互中基本的人物關(guān)系單元進(jìn)行界定，本文從知識(shí)生成與關(guān)聯(lián)認(rèn)知兩方面對(duì)人物角色進(jìn)行建模研究。

2.1.1 知識(shí)生成中的角色

知識(shí)建構(gòu)主義認(rèn)為設(shè)定的角色無(wú)法促使學(xué)習(xí)者進(jìn)行自我管理及自主認(rèn)知，并提出學(xué)習(xí)者在群體環(huán)境中的自我角色設(shè)定。由此應(yīng)用于知識(shí)建構(gòu)的SNA 通過(guò)分析網(wǎng)絡(luò)交互密度、中心度、平均距離等參數(shù)將群體中的角色分為核心參與者與邊緣參與者兩類人物角色，并將角色以圖式的方式進(jìn)行可視化建構(gòu)以分析人物并建構(gòu)認(rèn)知的相互影響［28］。本文基于上述網(wǎng)絡(luò)參數(shù)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將角色具化為領(lǐng)導(dǎo)者及從屬者兩類，并依據(jù)中間中心度參數(shù)將群體中的人物角色進(jìn)行劃分，即在核心與邊緣參與者中引入在結(jié)構(gòu)洞中起到橋梁溝通作用的人，并將其定義為中間人［29］。但是在知識(shí)生成中的角色并不適合全部學(xué)習(xí)群體，對(duì)于任務(wù)水平復(fù)雜、自身水平較低且處于低密度交互的學(xué)習(xí)群體組織，教師也應(yīng)提供切實(shí)的腳手架支持，即以固定小組界限的方式在任務(wù)分工過(guò)程中對(duì)上述三者角色進(jìn)行人為劃分。

2.1.2 認(rèn)知關(guān)聯(lián)中的角色

認(rèn)知學(xué)習(xí)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中經(jīng)驗(yàn)知識(shí)中孤立的元素通過(guò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)連續(xù)地聯(lián)結(jié)在一起，以此發(fā)展新的認(rèn)知。由此用戶的當(dāng)前認(rèn)知不僅與任務(wù)難易度或者交互度有關(guān)，同時(shí)也與學(xué)習(xí)者以往的先驗(yàn)知識(shí)水平及學(xué)習(xí)認(rèn)知風(fēng)格有關(guān)。Yang 等［30］在利用知識(shí)圖譜展示MOOC課程關(guān)系時(shí)，便把先驗(yàn)知識(shí)作為重要的考慮因素之一。本文通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)者信息深入采集的基礎(chǔ)上進(jìn)行人物角色劃分，即從學(xué)習(xí)風(fēng)格及認(rèn)知水平兩個(gè)方面對(duì)學(xué)習(xí)者人物角色特征進(jìn)行進(jìn)一步的提取，提取過(guò)程為將人物過(guò)去的認(rèn)知信息作為已知信息，結(jié)合當(dāng)前學(xué)習(xí)者認(rèn)知狀態(tài)通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)量表對(duì)學(xué)習(xí)風(fēng)格中的學(xué)習(xí)者活動(dòng)序列以及媒體類型。將認(rèn)知關(guān)聯(lián)中的角色劃分為高中低三關(guān)聯(lián)角色，并經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，從知識(shí)等級(jí)、難度及相關(guān)聯(lián)結(jié)程度挖掘?qū)W習(xí)者對(duì)相關(guān)知識(shí)的掌握，以進(jìn)行實(shí)時(shí)更新和預(yù)測(cè)人物角色模型。

2.2 特征提取與處理

在對(duì)人物角色建模后，模型需要對(duì)知識(shí)進(jìn)行分類型處理以作為后續(xù)不同可視化展示的依據(jù)。本文從知識(shí)特征的關(guān)聯(lián)與類型特征兩個(gè)方面進(jìn)行展開(kāi)論述，其中關(guān)聯(lián)特征涉及同質(zhì)及異質(zhì)類知識(shí)，其分別對(duì)應(yīng)皮亞杰發(fā)生認(rèn)識(shí)論中的“同化”及“順應(yīng)”過(guò)程，同質(zhì)知識(shí)代表認(rèn)知結(jié)構(gòu)量上的橫向擴(kuò)大，異質(zhì)知識(shí)代表認(rèn)知結(jié)構(gòu)質(zhì)上的縱向延展。知識(shí)類型特征則依據(jù)領(lǐng)域特定知識(shí)的角度將知識(shí)分為陳述、程序以及策略性知識(shí)，其中陳述性知識(shí)為對(duì)事實(shí)、定義以及原理的描述；程序性知識(shí)是對(duì)如何完成活動(dòng)任務(wù)的認(rèn)知；策略性知識(shí)則是對(duì)上述知識(shí)進(jìn)行組織、加工以及再認(rèn)知的過(guò)程。由此針對(duì)上述知識(shí)關(guān)聯(lián)與類型特征進(jìn)行兩方面的編碼，并依據(jù)自適應(yīng)處理模塊從知識(shí)類型及知識(shí)關(guān)聯(lián)度方面對(duì)知識(shí)進(jìn)行再處理，處理過(guò)程為通過(guò)后臺(tái)人員及根據(jù)學(xué)習(xí)者特征提取的信息對(duì)知識(shí)等級(jí)、難度及相關(guān)聯(lián)結(jié)程度進(jìn)行符合學(xué)習(xí)者需要的個(gè)性化推薦。

2.3 知識(shí)可視化展示

聯(lián)通主義理論認(rèn)為學(xué)習(xí)即連接的建立和網(wǎng)絡(luò)形成的過(guò)程，學(xué)習(xí)不僅是獲得知識(shí)，更重要的是主動(dòng)選擇聯(lián)通并創(chuàng)建個(gè)人學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，而網(wǎng)絡(luò)的形成與建立必然依賴認(rèn)知結(jié)構(gòu)的建構(gòu)，由此針對(duì)學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)建構(gòu)進(jìn)行可視化展示便必不可少?；谥R(shí)可視化的展示吸引了眾多研究者注意，其中張昭理等［6］提出根據(jù)知識(shí)不同類型，即知識(shí)分類方式，運(yùn)用不同的可視化技術(shù)，如運(yùn)用概念圖、知識(shí)建模以及交互可視化技術(shù)分別對(duì)概念性知識(shí)、過(guò)程性知識(shí)以及應(yīng)用性知識(shí)進(jìn)行可視化展示；趙國(guó)慶等［31］也對(duì)思維可視化工具應(yīng)用教學(xué)的指導(dǎo)原則作出了詳細(xì)分析，并列舉了八大思維圖示法、思維導(dǎo)圖以及概念地圖等三大可視化工具核心差異和應(yīng)用著力點(diǎn)等，為教學(xué)應(yīng)用的具體實(shí)施提供了理論指導(dǎo)。但是上述研究?jī)H基于知識(shí)自身類型，其并沒(méi)有在此基礎(chǔ)上審視學(xué)習(xí)者，即人的因素對(duì)可視化方式的影響。分布式認(rèn)知理論觀點(diǎn)認(rèn)知同樣存在于“個(gè)體+群體”的交流、共享以及人工制品的要素中，因此本文在上述知識(shí)特征以及分類的基礎(chǔ)上，加入學(xué)習(xí)者在線行為數(shù)據(jù)分析過(guò)程，即以機(jī)器操作中的底層交互、日志數(shù)據(jù)以及后續(xù)傳感數(shù)據(jù)儀器等進(jìn)一步挖掘?qū)W習(xí)者行為序列過(guò)程，以進(jìn)一步補(bǔ)充知識(shí)可視化方式。

3 實(shí)現(xiàn)機(jī)制

可視化認(rèn)知工具作為信息技術(shù)與課程整合的一種新型方式，其作用在于從信息加工方面對(duì)思維過(guò)程加以模仿以減少認(rèn)知負(fù)荷，并幫助學(xué)習(xí)者進(jìn)行信息處理從而構(gòu)建自己的認(rèn)知格局。目前，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，對(duì)認(rèn)知工具的研究已從初始概念探索階段發(fā)展到基于認(rèn)知工具的實(shí)證個(gè)案應(yīng)用研究階段。由于認(rèn)知工具是起源于認(rèn)知心理學(xué)的抽象概念，本文基于Jonassen 對(duì)認(rèn)知工具的功能分類，搭建認(rèn)知工具平臺(tái)并對(duì)課程學(xué)習(xí)進(jìn)行整合設(shè)計(jì)，并對(duì)在此工具學(xué)習(xí)中群體控制交互行為進(jìn)行分析研究，以探求該過(guò)程中學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展?fàn)顩r。

3.1 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境

認(rèn)知工具強(qiáng)調(diào)借助外部設(shè)備與工具進(jìn)行知識(shí)構(gòu)建以形成認(rèn)知，但是工具與設(shè)備的發(fā)揮與實(shí)施卻并非唾手可得，認(rèn)知工具依托建構(gòu)主義與分布式認(rèn)知理論為基礎(chǔ)，其中建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論尤其強(qiáng)調(diào)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境（CLEs）的重要性。由此，本文結(jié)合Perkins 的信息庫(kù)、符號(hào)簿、建構(gòu)工具箱、任務(wù)情境和管理者五要素學(xué)習(xí)環(huán)境對(duì)認(rèn)知工具實(shí)施的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)［32］。基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境模型，認(rèn)知工具整合了普通多媒體教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，具備強(qiáng)大的交互功能，另外它還可以基于信息化網(wǎng)絡(luò)、可視化信息工具及語(yǔ)義圖示工具等幫助學(xué)習(xí)者構(gòu)建語(yǔ)義信息網(wǎng)，以有助于學(xué)習(xí)者對(duì)問(wèn)題的深層表征，并且這對(duì)于降低技術(shù)應(yīng)用帶來(lái)的認(rèn)知負(fù)荷意義重大［33］。但是上述建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境更多傾向于環(huán)境要素的構(gòu)建，對(duì)統(tǒng)一的工具平臺(tái)為課堂中學(xué)習(xí)者的認(rèn)知發(fā)展提供何種“認(rèn)知技術(shù)”支持尚且沒(méi)有具體論述。本文以交互式共享白板為基礎(chǔ)，綜合Jonassen 的認(rèn)知工具分類與課程應(yīng)用需要，從功能分類的角度對(duì)外部資源庫(kù)、資源獲取工具、信息闡釋工具、語(yǔ)義組織工具、協(xié)作交流工具、知識(shí)建構(gòu)工具以及自我測(cè)評(píng)與反饋工具的認(rèn)知工具進(jìn)行設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖2）。

Fig.2 Tool platform design based on cognitive tool application圖2 基于認(rèn)知工具應(yīng)用的工具平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.2 教學(xué)模式設(shè)計(jì)

為了更好促進(jìn)學(xué)習(xí)者自主掌握相關(guān)知識(shí)的能力并提高其交互行為的發(fā)生，課程學(xué)習(xí)任務(wù)采用課前聚合離散知識(shí)、課中知識(shí)結(jié)構(gòu)化重組及課后知識(shí)分享深化的方式開(kāi)展小組合作學(xué)習(xí)。交互式共享白板的核心價(jià)值在于構(gòu)建促進(jìn)學(xué)習(xí)者交互行為的知識(shí)共享平臺(tái)，結(jié)合本文研究目的，從技術(shù)應(yīng)用層面而言，該平臺(tái)主要包括資源獲取、信息闡釋、語(yǔ)義組織、協(xié)作交流、知識(shí)建構(gòu)以及自我測(cè)評(píng)與反饋的認(rèn)知工具平臺(tái)應(yīng)用。本文從微觀層面綜合Harasim 六階段合作學(xué)習(xí)模型以及陳文莉教授的“三益模型”為指導(dǎo)原則，對(duì)學(xué)習(xí)者在課程討論環(huán)節(jié)中的合作過(guò)程模型進(jìn)行設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖3），以探究學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展過(guò)程。

Fig.3 Cooperative process model圖3 合作過(guò)程模型

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前信息技術(shù)在與教育融合中存在表層化現(xiàn)象，以及在信息技術(shù)應(yīng)用中普遍奉行以教師為中心的傳統(tǒng)師生對(duì)話結(jié)構(gòu)問(wèn)題，本文結(jié)合可視化認(rèn)知工具在對(duì)學(xué)習(xí)者思維加工過(guò)程與自主認(rèn)知發(fā)展方面的優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建了群體控制學(xué)習(xí)中促進(jìn)學(xué)習(xí)者信息處理和知識(shí)建構(gòu)的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境及教學(xué)模式，從而為后續(xù)群體認(rèn)知行為與基于該模式的教學(xué)實(shí)踐分析研究奠定基礎(chǔ)。

同時(shí)，本文也存在如下局限：首先本文中的教學(xué)活動(dòng)適用于線上完成，因此線下數(shù)據(jù)的收集存在一定程度缺失，同時(shí)要求給予較強(qiáng)程度的支架式教學(xué)和學(xué)習(xí)者擁有較強(qiáng)的自控學(xué)習(xí)能力；其次本文沒(méi)有對(duì)大樣本進(jìn)行大范圍研究，由此選取樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和分析具有很強(qiáng)的個(gè)案特征，影響普適規(guī)律的得出。后續(xù)研究將針對(duì)認(rèn)知工具組與非認(rèn)知工具組、高效組與低效組等進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究，以更加清晰地得出認(rèn)知工具應(yīng)用于課堂教學(xué)對(duì)學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展的影響，并進(jìn)一步擴(kuò)大樣本容量以提高效度從而開(kāi)展綜合研究。