淺談知識(shí)可視化在高中信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

佟新浙

摘要：高中信息技術(shù)學(xué)科中存在較多抽象知識(shí)點(diǎn)，較難被理解與長(zhǎng)期記憶。知識(shí)可視化是描述抽象問題的一種有效手段。本文通過對(duì)知識(shí)可視化的簡(jiǎn)要介紹和教學(xué)應(yīng)用分析，闡述了運(yùn)用思維導(dǎo)圖和知識(shí)內(nèi)容視覺化等方法，解決信息技術(shù)學(xué)科中抽象概念難以形象表達(dá)的問題，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：知識(shí)可視化;思維導(dǎo)圖;圖像

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一.信息技術(shù)教學(xué)活動(dòng)中存在的問題

1.知識(shí)點(diǎn)晦澀難懂，生搬硬套公式

信息技術(shù)學(xué)科中存在大量非直觀的知識(shí)點(diǎn)，以“數(shù)的進(jìn)制”為例：人類熟知十進(jìn)制，計(jì)算機(jī)采用二進(jìn)制數(shù)，通常以十六進(jìn)制表示。該知識(shí)點(diǎn)需掌握三種進(jìn)制轉(zhuǎn)換，涉及基數(shù)、權(quán)重等概念。對(duì)于數(shù)學(xué)能力一般的學(xué)生較難理解，而較多老師采用生搬硬套公式的教法，造成學(xué)生知其然而不知其所以然的困惑。

2.無法產(chǎn)生長(zhǎng)期記憶

因公式等機(jī)械記憶的效率是低下的，隨著時(shí)間的推移知識(shí)遺忘曲線下滑較快，無法產(chǎn)生長(zhǎng)期記憶，根源在于學(xué)生未真正理解。還是以“數(shù)的進(jìn)制”為例：學(xué)生通過套公式去解決問題，但碰到如末位權(quán)重為零這類易錯(cuò)點(diǎn)容易造成錯(cuò)記。

3.編程類內(nèi)容解釋不清

由于程序算法內(nèi)容較難掌握，較多老師采用強(qiáng)制記憶的方法，甚至存在學(xué)生從未上機(jī)寫代碼的現(xiàn)象，造成只學(xué)不思的情況。以“變量”為例：若只解釋其用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀和寫，學(xué)生難免會(huì)疑惑，“變量為什么能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)？存在哪？”。這里就需要將計(jì)算機(jī)硬件中的內(nèi)存引入并解釋。

4.與現(xiàn)實(shí)世界脫節(jié)

信息技術(shù)學(xué)科中的一些概念在現(xiàn)實(shí)生活中是有所體現(xiàn)的，但老師往往會(huì)錯(cuò)選不夠契合的例子。以“網(wǎng)關(guān)”概念為列：一般會(huì)強(qiáng)調(diào)網(wǎng)關(guān)就是路由器，用于不同網(wǎng)絡(luò)之間的連接。學(xué)生聽到這里往往會(huì)產(chǎn)生迷惑，很少有人了解路由器，就無從去理解這個(gè)概念。若將網(wǎng)關(guān)用大門進(jìn)行類比，從一幢樓到另一幢樓時(shí)必須經(jīng)過各自的大門，學(xué)生便會(huì)恍然大悟。

二、高中生信息技術(shù)學(xué)科學(xué)情分析

1.信息技術(shù)知識(shí)存儲(chǔ)不足

由于我國(guó)家長(zhǎng)對(duì)孩子管控較嚴(yán)，大部分學(xué)生平時(shí)很少接觸計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)，造成相關(guān)知識(shí)相當(dāng)貧乏，而能接觸到編程知識(shí)的學(xué)生更是鳳毛麟角。

2.文理思維分化嚴(yán)重

信息技術(shù)學(xué)科整體偏理，對(duì)于文科思維的學(xué)生相言比較痛苦，特別是算法內(nèi)容。

3.課時(shí)相對(duì)不足

信息技術(shù)學(xué)科課時(shí)投入不足。新版教材大幅強(qiáng)化編程內(nèi)容，使得整體難度有所上升，缺課情況加劇。

4.學(xué)?，F(xiàn)代化設(shè)施豐富，但存在老師過度依賴多媒體技術(shù)，存在無PPT則無法授課的現(xiàn)象。

三.知識(shí)可視化的概念和形式

1.知識(shí)可視化的概念

俗話說“一圖值千字”，美國(guó)科學(xué)家拉爾夫·哈柏做過相關(guān)實(shí)驗(yàn)[1]表明人腦對(duì)圖形的辨識(shí)能力和記憶能力是天生的。現(xiàn)實(shí)生活中多數(shù)人是利用文字進(jìn)行描述和記載信息的，普通人不具備將信息由文字形態(tài)轉(zhuǎn)化為視覺形態(tài)的能力。知識(shí)是高度抽象的，從古至今流傳下來的知識(shí)多以文字形態(tài)為主，而知識(shí)需要讓人去理解，因此知識(shí)的傳播相對(duì)一般信息難度更大，達(dá)到讓知識(shí)接受者更易理解且不易遺忘是知識(shí)傳授者的痛點(diǎn)。人類閱讀文字后會(huì)在大腦中產(chǎn)生大量虛擬化的視覺場(chǎng)景，所謂“一千個(gè)讀者眼中就會(huì)有一千個(gè)哈姆雷特”，故根據(jù)個(gè)人理解力不同，這些場(chǎng)景有正確和錯(cuò)誤之別。上述場(chǎng)景的生成過程會(huì)增加大腦負(fù)擔(dān)，因此直接將正確的場(chǎng)景可視化后會(huì)提高知識(shí)接受者對(duì)知識(shí)的獲取效率。人腦記憶文字信息是脆弱的，記憶圖形是擅長(zhǎng)的，知識(shí)可視化后轉(zhuǎn)為圖形或影像，便于大腦形成圖像記憶，使得記憶更為持久。因此知識(shí)可視化具有較高的價(jià)值和實(shí)際意義，教學(xué)實(shí)踐中以圖形或動(dòng)畫的視覺形式進(jìn)行知識(shí)傳導(dǎo)，有助于知識(shí)的理解與記憶的強(qiáng)化，同時(shí)也能增強(qiáng)學(xué)習(xí)樂趣，提升知識(shí)傳導(dǎo)效力。

2.知識(shí)可視化的幾種形式

（1）知識(shí)圖譜

知識(shí)圖譜將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，通過關(guān)系圖進(jìn)行展現(xiàn)。知識(shí)圖譜能夠清晰的呈現(xiàn)知識(shí)脈絡(luò)，以及知識(shí)點(diǎn)間的層次和關(guān)系，更符合人腦易于接受結(jié)構(gòu)化信息的特點(diǎn)[2]。知識(shí)圖譜可用于錯(cuò)題分析，通過追溯知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)性，找到錯(cuò)誤路徑，是實(shí)現(xiàn)精確教學(xué)的核心。但知識(shí)圖譜構(gòu)建比較嚴(yán)謹(jǐn)且較為復(fù)雜，故難度較高。

（2）思維導(dǎo)圖

思維導(dǎo)圖相較知識(shí)圖譜會(huì)加入制作者的主觀構(gòu)思，添加有利于理解和記憶的額外內(nèi)容，用于簡(jiǎn)要呈現(xiàn)知識(shí)體系，突出技巧性方面的內(nèi)容。思維導(dǎo)圖較易于實(shí)現(xiàn)，是目前知識(shí)可視化使用率比較高的一種形式。

（3）知識(shí)內(nèi)容視覺化

知識(shí)圖譜和思維導(dǎo)圖都體現(xiàn)了知識(shí)的整體結(jié)構(gòu)，而知識(shí)內(nèi)容也需要具像化給接收者。內(nèi)容視覺化的過程沒有特定規(guī)則，設(shè)計(jì)者的主觀性較大，目的是使知識(shí)內(nèi)容更易于理解和記憶[2]。設(shè)計(jì)者需要將傳統(tǒng)文字描述形式轉(zhuǎn)化為圖形或動(dòng)畫形式，適度擬人化處理，并結(jié)合現(xiàn)實(shí)生成通俗易懂并能減少記憶負(fù)擔(dān)的內(nèi)容，挑戰(zhàn)性較高。

知識(shí)的類型分為概念和思維兩大類。針對(duì)不同類型采用的視覺轉(zhuǎn)化策略也有區(qū)別。概念類的內(nèi)容多以原理為主，比較抽象和晦澀，可通過借助日常實(shí)例，配以圖像或動(dòng)畫進(jìn)行解釋，使之具象化，貼合實(shí)際，易于理解，同時(shí)也更生動(dòng)，能促進(jìn)記憶。思維類的內(nèi)容相對(duì)而言更具體，富有邏輯性，因此適合以呈現(xiàn)流程的圖像或動(dòng)畫的形式體現(xiàn)思維步驟。從邏輯中提煉出規(guī)律性的東西，將這些內(nèi)容也加以圖像或動(dòng)畫化又可保持記憶的持久度。

四.知識(shí)可視化應(yīng)用的必要性

隨著信息時(shí)代與智能技術(shù)時(shí)代的到來，我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)普及率已達(dá)67%，其中初中學(xué)歷的網(wǎng)民群體占比達(dá)到了四成，而學(xué)生群體占比最高[3]。由此可見城市地區(qū)的大部分學(xué)生在升入高中階段前已具備基本的信息技術(shù)素養(yǎng)，他們對(duì)于計(jì)算機(jī)的基本操作和互聯(lián)網(wǎng)的基本應(yīng)用達(dá)到了初級(jí)水平。浙江省屬于沿海較發(fā)達(dá)地區(qū)，這里的學(xué)生信息技術(shù)素養(yǎng)相對(duì)更高一些。小學(xué)階段已普及信息技術(shù)學(xué)科教育，高中階段將信息技術(shù)學(xué)科納入了高考科目，當(dāng)前從高校對(duì)于浙江地區(qū)考生的反饋來看，多數(shù)持肯定態(tài)度。浙江的信息技術(shù)做為高考學(xué)科，要求明顯高于省外地區(qū)，對(duì)于考生來說亦是十分重視，因此有必要研究出一套讓學(xué)生便于理解知識(shí)點(diǎn)和強(qiáng)化記憶力的方法。

五.知識(shí)可視化在信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用舉例

信息技術(shù)學(xué)科與其他學(xué)科一樣有概念和思維型的內(nèi)容，并具有知識(shí)點(diǎn)密集度高和抽象度大兩個(gè)突出的特點(diǎn)。知識(shí)點(diǎn)密集度高指學(xué)科涉及內(nèi)容模塊多且散，甚至還有交叉現(xiàn)象;抽象度大指某些知識(shí)點(diǎn)的理解無法形象化，比如程序中變量的使用、數(shù)據(jù)數(shù)字化的過程。而且很多內(nèi)容需要借助計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證，類似于實(shí)驗(yàn)課。因此信息技術(shù)學(xué)科的知識(shí)可視化也是必不可少的，而且價(jià)值可能更高。下面舉幾個(gè)教實(shí)踐中的例子。

為解決信息技術(shù)學(xué)科中知識(shí)點(diǎn)密集度高的問題，較適合的方法是使用思維導(dǎo)圖，將各知識(shí)點(diǎn)通過結(jié)構(gòu)化圖形的方式進(jìn)行分層和關(guān)聯(lián)處理。此外有些內(nèi)容雖不在同個(gè)模塊中，但通過對(duì)比有助于強(qiáng)化記憶和防止混淆，這種情況在使用知識(shí)圖譜時(shí)是無法實(shí)現(xiàn)的，利用思維導(dǎo)圖的主觀性可以彌補(bǔ)這一缺陷。如：圖層概念中的隱藏設(shè)置在Photoshop和Flash模塊中都有出現(xiàn)，但兩個(gè)模塊中有明顯的對(duì)比性，Photoshop中隱藏圖層的內(nèi)容在導(dǎo)出后不可見，而Flash中則導(dǎo)出后內(nèi)容可見，兩者具有的反相對(duì)比性;又如信息技術(shù)的時(shí)效性特征與多媒體技術(shù)的時(shí)實(shí)性特征較易混淆，將兩者進(jìn)行對(duì)比記憶可更清晰的加以區(qū)分和記憶。思維導(dǎo)圖繪制的主體除了教師，還可以是學(xué)生自身。學(xué)生在完成知識(shí)模塊學(xué)習(xí)后，根據(jù)教材、筆記或練習(xí)按自己的理解繪制出的思維導(dǎo)圖更勝于教師提供的，因?yàn)樵诶L制過程中通過回憶將知識(shí)結(jié)構(gòu)又重構(gòu)了一遍，這種記憶是深刻的。

具體知識(shí)點(diǎn)的可視化轉(zhuǎn)化首先要掌握知識(shí)點(diǎn)的精髓，然后通過合適的手段去展現(xiàn)，即不能隨意設(shè)計(jì)，也不能太過復(fù)雜。在信息技術(shù)學(xué)科中抽象概念較多，尤其程序設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法部分，在傳統(tǒng)教學(xué)過程中較難闡述清楚，因此適用于進(jìn)行可視化處理，下面舉幾個(gè)例子。

例一：面向?qū)ο笾械念?、?duì)象、屬性、方法概念講解

在VB程序設(shè)計(jì)教學(xué)中涉及面向?qū)ο蟾拍畹闹R(shí)點(diǎn)，涉及類、對(duì)象、屬性、方法四塊內(nèi)容。其中類可細(xì)化為類名，對(duì)象可細(xì)化為對(duì)象名，屬性可細(xì)分為屬性名和屬性值，方法可細(xì)化為方法名。四個(gè)概念有層次關(guān)系，通過類可創(chuàng)建對(duì)象，對(duì)象擁有屬性和方法兩部描述。由上述概念的特點(diǎn)可知，該知識(shí)點(diǎn)適用于以思維導(dǎo)圖的方式去呈現(xiàn)。但由于上述概念高度抽象，如不具象化處理則較難讓學(xué)生理解，可用卡通形象結(jié)合思維導(dǎo)圖的方式去呈現(xiàn)。

例二：Python語(yǔ)言中列表、元組、字串、字典四類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的對(duì)比

Python語(yǔ)言中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較其它語(yǔ)言而言較為豐富，使用頻率最高的為列表、元組、字串、字典四類。這四類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的講解一般采用代碼對(duì)比呈現(xiàn)的方式，一般來說并無不妥，但要使學(xué)生能更深刻的記住還需要借助知識(shí)可視化的方法去進(jìn)行改進(jìn)和強(qiáng)化，此處可采用內(nèi)容視覺化進(jìn)行處理，將數(shù)據(jù)用實(shí)物的形式呈現(xiàn)，如用蘋果表示數(shù)值、香蕉表示字符、梨表示邏輯值。首先列表和元組具有明顯的共性，都可以存放不同類型的元素，可用蘋果、香蕉、梨表示不同的數(shù)據(jù)類型，分別放入兩個(gè)筐子中，對(duì)應(yīng)列表和元組;而字串只能存儲(chǔ)字符，故只能用香蕉來表示數(shù)據(jù)，也放入一個(gè)筐子，此時(shí)已將字串與列表、元組進(jìn)行了區(qū)分;接著需要將列表與元組進(jìn)行區(qū)分，因元組為只讀屬性，故將其對(duì)應(yīng)的筐子加個(gè)蓋子，以示無法再添加新的水果進(jìn)去，而列表則無限制，可隨意添加水果;最后是字典，因?yàn)樽值涫前存I和值成對(duì)匹配的，故可以用貼上標(biāo)簽的不同筐子去表示鍵，將前面的表示列表、元組和字串的筐子放入表示鍵的筐子中，這樣就解釋了字典結(jié)構(gòu)與前三者的區(qū)別。

六.總結(jié)和展望：

知識(shí)可視化在教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用勢(shì)在必行，應(yīng)不斷解放思想，繼承經(jīng)典的教育理念，掙脫傳統(tǒng)的束縛，將對(duì)知識(shí)解釋力由生澀、蒼白、渾濁向生動(dòng)、豐富、擬人的方向轉(zhuǎn)化。知識(shí)可視化需充分發(fā)揮教育者的想象力，具備時(shí)代感，迎合學(xué)生的興趣愛好等特點(diǎn)去進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)思?？紤]到知識(shí)可視化的實(shí)現(xiàn)有較高要求，可考慮邀請(qǐng)藝美學(xué)科老師發(fā)揮專業(yè)專長(zhǎng)，共同參與開發(fā)，學(xué)校方面也可嘗試通過建立專業(yè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)，制作出精良的教學(xué)課件，讓更多學(xué)生能體會(huì)到學(xué)習(xí)過程的高效性和知識(shí)吸收的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]王錄梅.《思維導(dǎo)圖：優(yōu)化學(xué)習(xí)的有效工具》[J].淮陰師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，13（01）：80-82+90.