基礎(chǔ)教育領(lǐng)域面向思維可視化的圖形語(yǔ)義系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馮友梅 袁曉蕾 王晨 楊帆 顏士剛

[摘? ?要] 思維可視化即用圖形符號(hào)與文字符號(hào)結(jié)合表征思維，但圖形符號(hào)語(yǔ)義普遍模糊混亂，如此難以有效支持學(xué)生思維發(fā)展。直接原因?yàn)閳D形符號(hào)語(yǔ)義的一般獲得方式，即隱喻；深層原因則為教育領(lǐng)域?qū)χR(shí)與思維的人為割裂。鑒于此，為從根本上解決問(wèn)題，文章以“知識(shí)與思維內(nèi)在統(tǒng)一”為基本立場(chǎng)，以發(fā)生認(rèn)識(shí)論和符號(hào)學(xué)為理論依據(jù)，并輔以真實(shí)教學(xué)情境下的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)完成思維可視化語(yǔ)境下的圖形語(yǔ)義系統(tǒng)。其中，語(yǔ)義系統(tǒng)主要由經(jīng)驗(yàn)性關(guān)系與反省性關(guān)系兩個(gè)維度構(gòu)成，還包括與反省性關(guān)系結(jié)合表征的支撐關(guān)系以及為提升圖形語(yǔ)義系統(tǒng)的靈活性和可用性而增加的若干語(yǔ)義；符形系統(tǒng)由圖形符號(hào)和文字符號(hào)結(jié)合形成，以實(shí)現(xiàn)關(guān)系散形的清晰表征與關(guān)系聚形的像似表征。該圖形語(yǔ)義系統(tǒng)可支持思維可視化語(yǔ)境下圖形符號(hào)的科學(xué)而非經(jīng)驗(yàn)的使用，從而為思維可視化的教學(xué)研究提供更為堅(jiān)實(shí)的根基。

[關(guān)鍵詞] 基礎(chǔ)教育； 思維可視化； 圖形符號(hào)； 圖形語(yǔ)義系統(tǒng)； 反省性關(guān)系

[中圖分類(lèi)號(hào)] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡(jiǎn)介] 馮友梅（1983—），女，河北香河人。講師，博士，主要從事信息技術(shù)課程與教學(xué)、思維可視化的理論與實(shí)踐研究。E-mail：youmeifeng2008@163.com。

一、引? ?言

核心素養(yǎng)語(yǔ)境下，思維能力成為基礎(chǔ)教育的聚焦點(diǎn)。作為思維培養(yǎng)的重要手段，思維可視化備受研究和實(shí)踐領(lǐng)域的關(guān)注。例如，國(guó)內(nèi)如火如荼的“思維發(fā)展型課堂”，便以思維可視化為重要策略[1]；“學(xué)科思維導(dǎo)圖”相關(guān)研究與實(shí)踐，則把思維可視化作為思維教育的核心關(guān)注點(diǎn)[2]……然而，在一片繁榮的背后，思維可視化的理論與實(shí)踐還存在一個(gè)不容忽視的問(wèn)題——圖形符號(hào)的語(yǔ)義模糊混亂。所謂思維可視化，指用圖示或圖示組合的方式把原本不可見(jiàn)的思維結(jié)構(gòu)、思考路徑及方法呈現(xiàn)出來(lái)，使其清晰可見(jiàn)的過(guò)程[3]?？梢?jiàn)，在思維可視化過(guò)程中，圖形符號(hào)承擔(dān)了非常重要的表義任務(wù)，若其語(yǔ)義模糊不清，何以支持、引導(dǎo)學(xué)生形成清晰的思維結(jié)構(gòu)？這顯然與思維可視化的初衷不符。鑒于此，本文首先分析圖形符號(hào)語(yǔ)義模糊混亂之原因，在此基礎(chǔ)上以“知識(shí)與思維內(nèi)在統(tǒng)一”為基本立場(chǎng)[4]，并借鑒發(fā)生認(rèn)識(shí)論、符號(hào)學(xué)相關(guān)研究成果，設(shè)計(jì)面向思維可視化的圖形語(yǔ)義系統(tǒng)，以充分挖掘思維可視化對(duì)于思維發(fā)展的潛在價(jià)值，助力核心素養(yǎng)穩(wěn)妥落地。

二、思維可視化語(yǔ)境下圖形符號(hào)的應(yīng)用現(xiàn)狀

思維可視化可以從兩個(gè)角度理解：其一，讓不可見(jiàn)的思維清晰可見(jiàn)；其二，使用圖示（圖形符號(hào)與文字符號(hào)結(jié)合）表征思維。兩個(gè)角度的共同目標(biāo)是引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)更為清晰、深入的思維過(guò)程，將對(duì)知識(shí)的“粗加工”轉(zhuǎn)化為“精加工”，借此發(fā)展思維能力，提高思維水平[3]。符號(hào)①是意義的載體，清晰深入的思維過(guò)程和結(jié)果需借助語(yǔ)義清晰明確的符號(hào)來(lái)表征。因此，作為思維可視化所依托的重要符號(hào)類(lèi)型，圖形符號(hào)需具有清晰明確的語(yǔ)義，方可有效發(fā)揮思維可視化對(duì)于思維發(fā)展的促進(jìn)作用。然而，現(xiàn)實(shí)情況并不盡如人意。

首先看實(shí)踐領(lǐng)域普遍使用的思維可視化工具——思維導(dǎo)圖。思維導(dǎo)圖主要用圖形和文字兩種符號(hào)表征思維。作為知識(shí)和思維的重要載體，文字符號(hào)語(yǔ)義的清晰明確性不必多言，以下重點(diǎn)分析思維導(dǎo)圖中圖形符號(hào)的語(yǔ)義。圖1為典型的思維導(dǎo)圖[5]，包含線(xiàn)、圓角矩形兩種圖形符號(hào)。因思維可視化的結(jié)果（包括思維導(dǎo)圖）普遍為知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，故我們以知識(shí)的基本構(gòu)成要素——“對(duì)象①”“屬性”“關(guān)系”[6]為考察依據(jù)，分析這兩種圖形符號(hào)的語(yǔ)義。圖1中，圓角矩形有“對(duì)象”“屬性”兩類(lèi)語(yǔ)義。例如，與“局域網(wǎng)”等文字符號(hào)結(jié)合的圓角矩形的語(yǔ)義為“對(duì)象”；與“環(huán)形”等文字符號(hào)相結(jié)合的圓角矩形表征“屬性”。因與文字符號(hào)結(jié)合表義，故圓角矩形語(yǔ)義的模糊性被文字彌補(bǔ)。與圓角矩形不同，線(xiàn)獨(dú)立表征“關(guān)系”。例如，連接“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”與“局域網(wǎng)”的線(xiàn)表征類(lèi)屬關(guān)系，連接“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”與“硬件”的線(xiàn)表征整體與部分關(guān)系……但問(wèn)題在于，以上各種關(guān)系均由相同的符形（線(xiàn)）表示，即同樣的符形（線(xiàn)）被賦予了多種關(guān)系語(yǔ)義。借此表征思維，學(xué)生便不必思考對(duì)象間的具體關(guān)系，故難以引導(dǎo)其展開(kāi)清晰的思維過(guò)程，“深入”更是無(wú)從談起。

其次看思維地圖。思維地圖由八種圖示組成[7]，每種圖示聚焦一種關(guān)系的表征，且均用線(xiàn)指稱(chēng)關(guān)系，線(xiàn)的具體語(yǔ)義（指稱(chēng)的具體關(guān)系）通過(guò)線(xiàn)兩端的圖形決定，具有較強(qiáng)的“語(yǔ)境”依賴(lài)性。例如，當(dāng)線(xiàn)的兩端均為圓形時(shí)，線(xiàn)指稱(chēng)對(duì)象與屬性關(guān)系（氣泡圖）；當(dāng)線(xiàn)的兩端亦為線(xiàn)時(shí)，線(xiàn)指稱(chēng)類(lèi)屬關(guān)系（樹(shù)形圖）……如此，雖然在任何一個(gè)獨(dú)立的圖示中，圖形符號(hào)語(yǔ)義是清晰明確的，但當(dāng)用多個(gè)圖示綜合表征多種關(guān)系時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致“線(xiàn)”的語(yǔ)義發(fā)生混亂。例如，作為一個(gè)對(duì)象，“昆蟲(chóng)”既有多種屬性（對(duì)象屬性關(guān)系），又同時(shí)是“節(jié)肢動(dòng)物”的子類(lèi)（類(lèi)屬關(guān)系）。當(dāng)同時(shí)表征這兩種關(guān)系時(shí)，與“昆蟲(chóng)”相連接的線(xiàn)的語(yǔ)義便會(huì)在“對(duì)象屬性關(guān)系”與“類(lèi)屬關(guān)系”間混淆。由此可見(jiàn)，思維地圖不支持多種圖示綜合使用，故無(wú)法引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)深入的思維過(guò)程。

三、圖形符號(hào)語(yǔ)義模糊混亂之原因及突破

承接前文，以上兩類(lèi)思維可視化工具中圖形符號(hào)語(yǔ)義的模糊混亂狀況反映了當(dāng)下思維可視化研究與實(shí)踐的普遍狀況。究其原因，筆者認(rèn)為主要有二：其一，緣于圖形符號(hào)的語(yǔ)義獲得方式。一般情況下，與文字符號(hào)采用定義的方式被賦予清晰明確的語(yǔ)義不同，圖形符號(hào)主要通過(guò)隱喻的方式獲得語(yǔ)義[8]。此種語(yǔ)義獲得方式?jīng)Q定了圖形符號(hào)語(yǔ)義的模糊、多樣性。久而久之，語(yǔ)義的模糊和多樣便被默認(rèn)為圖形符號(hào)的即便非理所當(dāng)然、也至少可以接受的特征。其二，緣于教育領(lǐng)域?qū)χR(shí)與思維關(guān)系的固有認(rèn)識(shí)。在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)論是用于歸納、分析亦或創(chuàng)作，思維可視化的結(jié)果均是知識(shí)結(jié)構(gòu)圖[3]?！爸R(shí)是訓(xùn)練思維的材料，是思維（思維過(guò)程）調(diào)動(dòng)、利用的資源?！盵9]此論斷在教育領(lǐng)域被普遍認(rèn)同，其言下之意為，思維過(guò)程和思維內(nèi)容（知識(shí)）間僅是調(diào)用與被調(diào)用的關(guān)系，二者在發(fā)展脈絡(luò)及水平方面并無(wú)內(nèi)在實(shí)質(zhì)關(guān)聯(lián)[10]。因此，至少在部分研究者及實(shí)踐者看來(lái)，作為思維加工的結(jié)果，知識(shí)結(jié)構(gòu)圖中是否清晰表征對(duì)象及屬性間的具體關(guān)系，是否將多種具體關(guān)系綜合表征，對(duì)于思維發(fā)展而言并無(wú)關(guān)鍵影響。既然如此，那么作為知識(shí)結(jié)構(gòu)圖（思維的結(jié)果）中表示關(guān)系的符號(hào)，圖形的語(yǔ)義清晰與否便無(wú)關(guān)緊要了。這是思維可視化工具中圖形符號(hào)語(yǔ)義模糊混亂的根本原因。

自2016年至今，筆者團(tuán)隊(duì)從核心素養(yǎng)的落地困境入手，層層追溯，最終發(fā)現(xiàn)認(rèn)知心理學(xué)關(guān)于學(xué)習(xí)核心機(jī)制的“信息加工”隱喻的局限性。在此基礎(chǔ)上，從皮亞杰發(fā)生認(rèn)識(shí)論（“新理論”）之哲學(xué)精髓處獲得啟發(fā)，得到關(guān)于思維過(guò)程與思維內(nèi)容間關(guān)系的全新認(rèn)識(shí)：思維過(guò)程與思維內(nèi)容是本質(zhì)上不可分的統(tǒng)一整體，這一整體可表現(xiàn)為兩種狀態(tài)：靜態(tài)與動(dòng)態(tài)。其中，靜態(tài)即是知識(shí)，是陳述性知識(shí)與程序性知識(shí)復(fù)雜交織的知識(shí)結(jié)構(gòu)；動(dòng)態(tài)即是思維，是以既有知識(shí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的知識(shí)結(jié)構(gòu)再建構(gòu)過(guò)程，其結(jié)果是新的知識(shí)結(jié)構(gòu)的形成，此知識(shí)結(jié)構(gòu)又是下一次思維運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，如此螺旋上升，使得知識(shí)與思維具有內(nèi)在一致性，表現(xiàn)為靜態(tài)的知識(shí)結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)的思維結(jié)構(gòu)在發(fā)展過(guò)程與水平方面的同步和統(tǒng)一[10]。

知識(shí)與思維內(nèi)在統(tǒng)一意味著高水平的思維結(jié)構(gòu)需以高水平的知識(shí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，而高水平的知識(shí)結(jié)構(gòu)便是知識(shí)節(jié)點(diǎn)間清晰、復(fù)雜關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)[11]。其中，“知識(shí)節(jié)點(diǎn)”指“對(duì)象”和“屬性”；“關(guān)聯(lián)”指“對(duì)象”或“屬性”間的“關(guān)系”；“清晰、復(fù)雜”則指向關(guān)系。所謂“清晰”，指關(guān)系需明確；“復(fù)雜”則指關(guān)系需超越SOLO體系意義上的單點(diǎn)結(jié)構(gòu)，走向多點(diǎn)結(jié)構(gòu)乃至更復(fù)雜的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)①。因此，作為思維可視化的結(jié)果，知識(shí)結(jié)構(gòu)圖中需清晰、綜合地表征對(duì)象間的具體關(guān)系②，如此才能有效引導(dǎo)高水平思維結(jié)構(gòu)的生成?；诖耍谒季S可視化語(yǔ)境下，作為表征關(guān)系的重要符號(hào)，圖形符號(hào)的語(yǔ)義便不能止于模糊和多樣，而應(yīng)將其與文字符號(hào)同等看待，賦予其清晰、明確的語(yǔ)義，這便是圖形符號(hào)本身的設(shè)計(jì)問(wèn)題。相對(duì)于思維可視化的教學(xué)應(yīng)用，思維可視化語(yǔ)境下圖形符號(hào)的設(shè)計(jì)問(wèn)題無(wú)疑是邏輯在先的。然而，因?qū)D形符號(hào)語(yǔ)義清晰明確之于思維發(fā)展的意義認(rèn)識(shí)不足，故研究者對(duì)圖形符號(hào)設(shè)計(jì)問(wèn)題或僅蜻蜓點(diǎn)水般一帶而過(guò)[12]，或根本未關(guān)注，直接跳到思維可視化的教學(xué)應(yīng)用研究，這顯然是思維可視化研究的結(jié)構(gòu)性缺失。鑒于此，本文“逆行”至思維可視化語(yǔ)境下圖形符號(hào)的設(shè)計(jì)問(wèn)題以夯實(shí)根基，為思維可視化教學(xué)應(yīng)用研究提供更為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和支撐。

四、面向思維可視化的圖形語(yǔ)義系統(tǒng)設(shè)計(jì)

思維可視化語(yǔ)境下的圖形符號(hào)設(shè)計(jì)需要關(guān)注兩個(gè)主要問(wèn)題：其一，圖形符號(hào)表征什么，即圖形符號(hào)的語(yǔ)義設(shè)計(jì)；其二，如何表征，即符形設(shè)計(jì)。以下分別就這兩個(gè)問(wèn)題展開(kāi)分析。

（一）語(yǔ)義系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1. 關(guān)系系統(tǒng)的提煉

思維可視化過(guò)程中會(huì)使用圖形和文字兩種符號(hào)，因此，對(duì)于圖形符號(hào)表征什么，其完整的表述應(yīng)為：在思維可視化語(yǔ)境下，圖形符號(hào)和文字符號(hào)分別表征什么，才能更有效地支持學(xué)生高水平知識(shí)結(jié)構(gòu)（思維結(jié)構(gòu)）的生成？對(duì)于此問(wèn)題，雖然有研究者已經(jīng)指出，“為避免文字符號(hào)的線(xiàn)性表征方式對(duì)學(xué)生高水平關(guān)系結(jié)構(gòu)的建構(gòu)造成困擾，故用圖形符號(hào)表征關(guān)系，文字符號(hào)表征對(duì)象和屬性”[13]，但未對(duì)關(guān)系本身作進(jìn)一步分析和提煉。而對(duì)于學(xué)生而言，內(nèi)含于知識(shí)結(jié)構(gòu)中的眾多關(guān)系的建構(gòu)難度以及關(guān)系結(jié)構(gòu)的具體樣態(tài)不盡相同。鑒于此，本文從發(fā)生學(xué)的視角梳理眾關(guān)系的發(fā)生發(fā)展脈絡(luò)，并根據(jù)建構(gòu)機(jī)制的差異，在分類(lèi)的基礎(chǔ)上給出關(guān)系系統(tǒng)，為后續(xù)的符形設(shè)計(jì)提供更為科學(xué)的依據(jù)。

眾所周知，知識(shí)是主體建構(gòu)而來(lái)的，知識(shí)中內(nèi)含的關(guān)系亦然。然而，認(rèn)知心理學(xué)僅給出了主體基于已有知識(shí)的知識(shí)建構(gòu)機(jī)制[14]，無(wú)法解釋知識(shí)從無(wú)到有的建構(gòu)過(guò)程。為了彌補(bǔ)認(rèn)知心理學(xué)的上述缺陷，皮亞杰從哲學(xué)認(rèn)識(shí)論層面，結(jié)合其獨(dú)創(chuàng)的實(shí)驗(yàn)方法，給出了更具解釋力的知識(shí)建構(gòu)機(jī)制。對(duì)于關(guān)系的建構(gòu)，該機(jī)制的核心要義為：知識(shí)中內(nèi)含的所有關(guān)系均是主體在基于遺傳格式③與客觀(guān)世界互動(dòng)的過(guò)程中建構(gòu)而成，“經(jīng)驗(yàn)抽象”與“反省抽象”是關(guān)系建構(gòu)的兩種重要機(jī)制[15]。其中，經(jīng)驗(yàn)抽象指關(guān)系建構(gòu)過(guò)程不需要推理的參與，僅需對(duì)觀(guān)察對(duì)象賦予意義即可，如“A追B”這一動(dòng)作關(guān)系，便是由簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)抽象而來(lái)。反省抽象指在賦予觀(guān)察對(duì)象特定意義之后，還需進(jìn)一步建立意義之間的關(guān)聯(lián)，此意義關(guān)聯(lián)并非通過(guò)觀(guān)察直接獲得，而是推理的結(jié)果，即關(guān)系由推理而來(lái)，典型如類(lèi)屬關(guān)系。

本文將由經(jīng)驗(yàn)抽象建構(gòu)而成的關(guān)系稱(chēng)為經(jīng)驗(yàn)性關(guān)系，由反省抽象建構(gòu)而成的關(guān)系稱(chēng)為反省性關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，采用自上而下（從知識(shí)論、邏輯學(xué)等上游學(xué)科中提煉）與自下而上（從基礎(chǔ)教育各學(xué)科中歸納總結(jié)）兩種思路相結(jié)合的方式，系統(tǒng)梳理、提煉內(nèi)含于基礎(chǔ)教育知識(shí)體系中的各種關(guān)系，并以關(guān)系建構(gòu)機(jī)制為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類(lèi)，形成如圖2所示關(guān)系系統(tǒng)。在該關(guān)系系統(tǒng)中，歸屬于經(jīng)驗(yàn)性關(guān)系的典型關(guān)系有“動(dòng)作關(guān)系”“社會(huì)關(guān)系”和“對(duì)象—屬性關(guān)系④”。其中，動(dòng)作關(guān)系指由一個(gè)對(duì)象作用于另一個(gè)對(duì)象的動(dòng)作所形成的關(guān)系，有外顯和內(nèi)隱之分，如“A追B”“A喜歡B”均為動(dòng)作關(guān)系；社會(huì)關(guān)系作狹義理解，指人與人在社會(huì)交往中形成的靜態(tài)關(guān)系，如師生關(guān)系、夫妻關(guān)系等。歸屬于反省性關(guān)系的有“因果關(guān)系”“類(lèi)屬關(guān)系”“狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系①”“整體—部分關(guān)系”“目標(biāo)—方法關(guān)系”“步驟—步驟關(guān)系”。反省性關(guān)系可劃分為“認(rèn)知”和“創(chuàng)造”兩個(gè)取向，其是基礎(chǔ)教育知識(shí)體系中內(nèi)含的主要關(guān)系。

進(jìn)一步，因建構(gòu)機(jī)制的不同，反省性關(guān)系與經(jīng)驗(yàn)性關(guān)系亦表現(xiàn)出不同的發(fā)展脈絡(luò)。對(duì)于反省性關(guān)系來(lái)說(shuō)，“正—反—合”是其基本發(fā)展路徑[16]，分別對(duì)應(yīng)SOLO體系的“單點(diǎn)結(jié)構(gòu)—多點(diǎn)結(jié)構(gòu)—關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)”。主體通過(guò)“正—反—合”的不斷循環(huán)迭代，建構(gòu)復(fù)雜程度不斷提高的反省性關(guān)系結(jié)構(gòu)[17]，此結(jié)構(gòu)水平與主體的思維（結(jié)構(gòu)）水平直接相關(guān)。以因果關(guān)系為例，最初的“正”便是“一因一果”關(guān)系結(jié)構(gòu)；“反”是主體發(fā)現(xiàn)了此“果”的其他“因”，但還不能將多“因”一“果”有效統(tǒng)合；“合”則是主體通過(guò)連續(xù)的轉(zhuǎn)換和比較，將多“因”一“果”協(xié)調(diào)成無(wú)邏輯矛盾的整體結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)成為新的“正”，繼續(xù)經(jīng)歷“正—反—合”的迭代，從而形成水平不斷提升的因果關(guān)系結(jié)構(gòu)。與反省性關(guān)系相對(duì)，經(jīng)驗(yàn)性關(guān)系的建構(gòu)不會(huì)經(jīng)歷“正—反—合”的迭代過(guò)程，僅有“正”的簡(jiǎn)單累加，故不會(huì)發(fā)生關(guān)系結(jié)構(gòu)水平的變化，此關(guān)系結(jié)構(gòu)與主體的思維（結(jié)構(gòu)）水平亦基本無(wú)關(guān)。

2. 支撐關(guān)系——助力反省性關(guān)系的深層建構(gòu)

承接前文，經(jīng)驗(yàn)性關(guān)系結(jié)構(gòu)與反省性關(guān)系結(jié)構(gòu)是本質(zhì)上不同的兩種關(guān)系結(jié)構(gòu)，且后者才是與思維結(jié)構(gòu)內(nèi)在一致的關(guān)系結(jié)構(gòu)，理應(yīng)成為思維可視化的關(guān)注焦點(diǎn)。然而，既有思維可視化研究和實(shí)踐中并未區(qū)分以上兩類(lèi)關(guān)系，使得其宏觀(guān)表征邏輯與經(jīng)驗(yàn)性關(guān)系的建構(gòu)機(jī)制相契合，卻不能有效支持反省性關(guān)系結(jié)構(gòu)的建構(gòu)。原因如下。

與“所見(jiàn)即所得、表層即全部”的經(jīng)驗(yàn)性關(guān)系不同，反省性關(guān)系的“可見(jiàn)”部分②僅是其冰山一角，而非完整的關(guān)系結(jié)構(gòu)。例如，一“因”一“果”關(guān)系的真正建構(gòu)，絕非主體對(duì)觀(guān)察到的連續(xù)出現(xiàn)的現(xiàn)象之簡(jiǎn)單連接，而需建立在對(duì)其他干擾因素（如與“果”共變的現(xiàn)象）的排除、否定的基礎(chǔ)之上[18]。作為表層“可見(jiàn)”的因果關(guān)系的根基，這些被否定的關(guān)聯(lián)也是完整因果關(guān)系結(jié)構(gòu)的必要組成部分，若無(wú)其作為支撐，那么學(xué)生習(xí)得的便是無(wú)根的、缺少活力的、無(wú)法支持其有效遷移、創(chuàng)新的因果關(guān)系。再如，完整的多“因”一“果”關(guān)系結(jié)構(gòu)是全部“因”和“果”的全部狀態(tài)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系結(jié)構(gòu)，而非如既有思維可視化工具所表征的因與果之間不含狀態(tài)信息的簡(jiǎn)單連接。其他反省性關(guān)系亦如此。例如，完整的類(lèi)屬關(guān)系結(jié)構(gòu)不僅是父類(lèi)與子類(lèi)之間層層相連的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，還包含分類(lèi)目標(biāo)和分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)；在此基礎(chǔ)上，多角度的分類(lèi)框架協(xié)調(diào)而成的類(lèi)屬關(guān)系，其完整結(jié)構(gòu)中還包含類(lèi)的外延間的關(guān)系，特別是不同分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)下的類(lèi)的外延間的相交關(guān)系（可用維恩圖表征）[19]。再如，完整的整體—部分關(guān)系結(jié)構(gòu)中需包含各組成部分間的因果關(guān)系，完整的目標(biāo)—方法關(guān)系結(jié)構(gòu)中需包含方法的依據(jù)，完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系中需包含轉(zhuǎn)換的原因等。

綜上所述，能夠支持學(xué)生有效遷移、創(chuàng)新的反省性關(guān)系結(jié)構(gòu)必須是既包含“可見(jiàn)”的表層又包含堅(jiān)實(shí)的根基的完整結(jié)構(gòu)。因此，在思維可視化過(guò)程中，學(xué)生亦需表征完整的而非表層的關(guān)系結(jié)構(gòu)。與之相對(duì)，前文提煉的關(guān)系系統(tǒng)更傾向于引導(dǎo)學(xué)生表征表層結(jié)構(gòu)。故需要對(duì)圖形符號(hào)對(duì)應(yīng)的語(yǔ)義系統(tǒng)作有針對(duì)性的補(bǔ)充，從而引導(dǎo)學(xué)生表征進(jìn)而建構(gòu)完整的反省性關(guān)系結(jié)構(gòu)。事實(shí)上，雖然不同的反省性關(guān)系結(jié)構(gòu)之根基存在較大差異，但都可看作表層“可見(jiàn)”部分的“支撐”。因此，為兼顧科學(xué)性和可用性，本文不再對(duì)各反省性關(guān)系的根基部分與表層部分的關(guān)系作區(qū)分，統(tǒng)一賦予其“支撐關(guān)系”這一語(yǔ)義，作為前文關(guān)系系統(tǒng)的必要補(bǔ)充，共同形成圖形符號(hào)對(duì)應(yīng)的語(yǔ)義系統(tǒng)。

（二）符形系統(tǒng)設(shè)計(jì)

符號(hào)（符形）是語(yǔ)義的載體，學(xué)習(xí)者以符號(hào)為中介獲取語(yǔ)義，建構(gòu)知識(shí)。雖然相同的語(yǔ)義可以由不同的符形表征或承載，但對(duì)于學(xué)習(xí)者而言，語(yǔ)義的提取、建構(gòu)難度卻存在差異[20]。因此，在確定圖形符號(hào)對(duì)應(yīng)的語(yǔ)義系統(tǒng)之后，需要進(jìn)一步思考的問(wèn)題是：采用何種符形表征語(yǔ)義系統(tǒng)，才能更好地支持學(xué)習(xí)者建構(gòu)高水平的關(guān)系結(jié)構(gòu)？

1. 語(yǔ)義系統(tǒng)的綜合表征方案

在設(shè)計(jì)符形之前，需要特別說(shuō)明的是，圖形符號(hào)表征關(guān)系，指表征關(guān)系時(shí)需要使用圖形符號(hào)，而非僅使用圖形符號(hào)。換言之，以支持學(xué)生關(guān)系結(jié)構(gòu)的有效建構(gòu)為目標(biāo)，可以選擇僅用圖形符號(hào)表征關(guān)系，也可用圖形符號(hào)與文字符號(hào)結(jié)合表征關(guān)系。以此為前提，以下繼續(xù)討論符形的設(shè)計(jì)問(wèn)題。首先便是表征方案的確定，即在上述兩種表征方案中選擇其一。

廣義上看，符號(hào)是由符形（符號(hào)形體）、指代對(duì)象（符形表征的客觀(guān)事物）和符釋?zhuān)ǚ?hào)的意義）組成的三元整體結(jié)構(gòu)[21]。對(duì)于一個(gè)特定符號(hào)（廣義）而言，如果其符形與該符形所指代對(duì)象間存在像似性，那么主體從符形本身便可獲取其指代對(duì)象的（部分）意義，從而支持主體更好地理解和把握客觀(guān)世界。一般情況下，圖形符號(hào)（廣義）的符形與指代對(duì)象間便具有像似性。用圖形符號(hào)表征關(guān)系，學(xué)習(xí)者便可通過(guò)符號(hào)本身直面客觀(guān)事物之間的真實(shí)、復(fù)雜的網(wǎng)狀關(guān)系結(jié)構(gòu)，無(wú)需經(jīng)歷關(guān)系結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換過(guò)程，即無(wú)需將文字符號(hào)表征的線(xiàn)性關(guān)系結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)狀關(guān)系結(jié)構(gòu)。事實(shí)上，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換也并非易事，大量學(xué)習(xí)者表現(xiàn)出的僅停留于對(duì)知識(shí)的淺層理解及簡(jiǎn)單應(yīng)用狀態(tài)，便是結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換失敗的有力證據(jù)。

正因?yàn)閷?duì)于思維發(fā)展而言，文字符號(hào)的局限性主要在于難以有效支持關(guān)系“結(jié)構(gòu)”，而非獨(dú)立關(guān)系的建構(gòu)，且像似地表征獨(dú)立關(guān)系（如描繪“A追B”這一動(dòng)作關(guān)系的直觀(guān)樣態(tài)）“成本”過(guò)高，故圖形符號(hào)像似表征關(guān)系“結(jié)構(gòu)”（關(guān)系聚形）即可，不必像似表征獨(dú)立關(guān)系（關(guān)系散形）。鑒于此，我們選擇語(yǔ)義系統(tǒng)的綜合表征方案，即用圖形符號(hào)與文字符號(hào)結(jié)合表征關(guān)系。具體為：采用圖形符號(hào)（如有向或無(wú)向線(xiàn)段，后續(xù)具體設(shè)計(jì)）與文字符號(hào)（如“打”“整體—部分”等）結(jié)合表征獨(dú)立關(guān)系。如此，一方面，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立關(guān)系的清晰表征；另一方面，圖形符號(hào)聚形與關(guān)系結(jié)構(gòu)像似，實(shí)現(xiàn)了關(guān)系結(jié)構(gòu)的像似表征。

2. 圖形符號(hào)的設(shè)計(jì)及表征示例

對(duì)于具體的圖形而言，如果將其稱(chēng)為符號(hào)，那么其必然承載特定語(yǔ)義。圖形有多種屬性，如形狀、顏色等，這些屬性是語(yǔ)義的基本承載單位[22]。不過(guò)，正如文字符號(hào)的顏色并不表義，圖形符號(hào)的語(yǔ)義亦由其部分、而非全部屬性所承載。故符號(hào)設(shè)計(jì)的第一步便是確定圖形符號(hào)的語(yǔ)素。值得注意的是，本文中圖形符號(hào)的設(shè)計(jì)并非從無(wú)到有，而是在已有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的再設(shè)計(jì)。因此，為了支持學(xué)習(xí)者從圖形符號(hào)中有效提取語(yǔ)義，圖形語(yǔ)素的選擇沿襲思維可視化實(shí)踐的既有思路，即選擇“線(xiàn)段①”表征“關(guān)系”這一抽象語(yǔ)義，其他屬性均不表義。

進(jìn)一步，線(xiàn)段有有向和無(wú)向之分，且這兩種類(lèi)型的線(xiàn)段在既有的思維可視化實(shí)踐中均有使用，但普遍是未經(jīng)深入思考的樸素運(yùn)用。本文以關(guān)系是否有明確的方向性為標(biāo)準(zhǔn)，確定表征特定關(guān)系的線(xiàn)段是否有向。反省性關(guān)系是推理（意義蘊(yùn)涵）的結(jié)果，推理是有明確方向的，因此，反省性關(guān)系均用有向線(xiàn)段表示。經(jīng)驗(yàn)性關(guān)系不含推理成分，故其是否用有向線(xiàn)段表征取決于關(guān)系本身是否有明顯的方向性。三種具體的經(jīng)驗(yàn)性關(guān)系中，動(dòng)作關(guān)系方向性明顯，用有向線(xiàn)段表征；社會(huì)關(guān)系和對(duì)象—屬性關(guān)系則無(wú)明顯的方向性，用無(wú)向線(xiàn)段表征。

綜上所述，我們確定“形狀”作為圖形符號(hào)的唯一語(yǔ)素，綜合運(yùn)用有向線(xiàn)段和無(wú)向線(xiàn)段表征“關(guān)系”這一抽象語(yǔ)義，并結(jié)合文字符號(hào)，清晰表征各具體關(guān)系。具體設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。有三個(gè)問(wèn)題需要特別說(shuō)明：首先，為使學(xué)習(xí)者將更多的認(rèn)知資源分配至知識(shí)的關(guān)鍵要素——關(guān)系的建構(gòu)上，本文將表征關(guān)系的文字符號(hào)用菱形框起，形成的圖形符號(hào)樣態(tài)如下：“ ” 和“ ”。其次，對(duì)于“支撐關(guān)系”，其指向反省性關(guān)系的“根基”和“表層”之間的關(guān)系與意義間的蘊(yùn)涵關(guān)系有相似之處。在邏輯學(xué)中，意義間的蘊(yùn)涵用“？”表征[19]。本文亦采用“？”表征“支撐關(guān)系”，方向?yàn)閺姆词⌒躁P(guān)系的“根基”部分指向“表層”部分。因不再對(duì)“支撐關(guān)系”作進(jìn)一步細(xì)化和區(qū)分，故其僅用圖形符號(hào)表征。最后，對(duì)于“步驟—步驟關(guān)系”，因信息技術(shù)學(xué)科中“流程圖符號(hào)體系”中已經(jīng)明確定義了表征它的圖形符號(hào)，即“→”，本文沿用此表征方式，不再結(jié)合文字符號(hào)表征“步驟—步驟關(guān)系”。

五、圖形語(yǔ)義系統(tǒng)的實(shí)踐檢驗(yàn)及完善

通過(guò)層層遞進(jìn)的縝密分析，面向思維可視化的圖形語(yǔ)義系統(tǒng)已設(shè)計(jì)完成。為了進(jìn)一步提升該系統(tǒng)的科學(xué)性、完善性和可用性，我們對(duì)圖形語(yǔ)義系統(tǒng)進(jìn)行了初步應(yīng)用驗(yàn)證（準(zhǔn)）實(shí)驗(yàn)，主要關(guān)注兩個(gè)問(wèn)題：①本研究所作的創(chuàng)新設(shè)計(jì)（包括清晰語(yǔ)義的圖形符號(hào)、支撐關(guān)系的引入、用圖形框起關(guān)系而非對(duì)象和屬性）是否能帶給學(xué)生更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)？②本研究設(shè)計(jì)的圖形語(yǔ)義系統(tǒng)還需作哪些改進(jìn)？因篇幅所限，本文對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)僅作簡(jiǎn)要描述。

（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與過(guò)程

本研究以蘭州市某高級(jí)中學(xué)四個(gè)班（每班50人）的學(xué)生及各學(xué)科任課教師（共19人）為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為兩周。實(shí)驗(yàn)對(duì)象接觸思維可視化的時(shí)間均在一年以上。實(shí)驗(yàn)采用問(wèn)卷形式收集實(shí)驗(yàn)對(duì)象的反饋數(shù)據(jù)，學(xué)生問(wèn)卷包括四道選擇題和一道問(wèn)答題，教師問(wèn)卷僅包含一道問(wèn)答題。學(xué)生問(wèn)卷中，前三道選擇題分別關(guān)注學(xué)生對(duì)于本研究的三個(gè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的應(yīng)用體驗(yàn)，第四道選擇題關(guān)注學(xué)生對(duì)于圖形語(yǔ)義系統(tǒng)的繼續(xù)使用意愿。選擇題采用五點(diǎn)法計(jì)分，得分越高，表明認(rèn)可程度越高。問(wèn)答題用于收集教師和學(xué)生對(duì)于圖形語(yǔ)義系統(tǒng)的改進(jìn)意見(jiàn)。

實(shí)驗(yàn)分兩組展開(kāi)（兩班一組），組一要求學(xué)生僅使用本研究設(shè)計(jì)的圖形語(yǔ)義系統(tǒng)繪制思維圖示，組二可綜合運(yùn)用清晰語(yǔ)義和模糊意義的圖形符號(hào)繪制思維圖示，自主決定使用時(shí)機(jī)。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，研究組成員對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行培訓(xùn)，培訓(xùn)內(nèi)容包括圖形語(yǔ)義系統(tǒng)及其表征示例、“支撐關(guān)系”及其使用示例。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師和學(xué)生分別填寫(xiě)問(wèn)卷。共計(jì)回收教師問(wèn)卷19份，其中，有效問(wèn)卷17份，回收率89%。共計(jì)回收學(xué)生問(wèn)卷191份，均為有效問(wèn)卷。其中，組一96份，回收率96%；組二95份，回收率95%。

（二）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與討論

客觀(guān)題測(cè)得數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，兩組在各項(xiàng)指標(biāo)上的分值存在差異。對(duì)于指標(biāo)1、2、3，兩組同學(xué)均給出較高分值；對(duì)于指標(biāo)4，組二分值較高，組一分值則相對(duì)較低。為深入了解組間差異，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果如下：兩組在指標(biāo)1、2、3上的分值均不存在顯著差異，但指標(biāo)4上，組一的分值顯著低于組二（t=-2.619，p=0.011<0.05）。兩組在指標(biāo)1、2、3上的分值均較高，說(shuō)明學(xué)生對(duì)于本研究所作的創(chuàng)新設(shè)計(jì)有較高的認(rèn)可度，即三項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)支持學(xué)生更清晰、深入地理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，這與前文的理論分析結(jié)果相符。但在指標(biāo)4上，組一對(duì)于圖形語(yǔ)義系統(tǒng)的繼續(xù)使用意愿顯著低于組二。原因可能為：運(yùn)用本研究設(shè)計(jì)的圖形語(yǔ)義系統(tǒng)繪制思維圖示需要投入更多的認(rèn)知資源和時(shí)間，在任何教學(xué)（學(xué)習(xí)）時(shí)機(jī)均運(yùn)用此系統(tǒng)意味著學(xué)生對(duì)所有學(xué)習(xí)內(nèi)容均需付出較大認(rèn)知努力。而事實(shí)上，在學(xué)生認(rèn)知資源有限的前提下，平均用力會(huì)產(chǎn)生不必要的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，如此不僅削弱了圖形語(yǔ)義系統(tǒng)對(duì)學(xué)習(xí)效果的積極效應(yīng)，而且給學(xué)生帶來(lái)消極的情緒體驗(yàn)，進(jìn)而導(dǎo)致較低的使用意愿。

在圖形語(yǔ)義系統(tǒng)的改進(jìn)意見(jiàn)（主觀(guān)題的反饋結(jié)果）方面，經(jīng)合并與歸類(lèi)，結(jié)果如下：12/17名教師、58/102①名學(xué)生希望“增加注釋符號(hào)，使圖形語(yǔ)義系統(tǒng)更具可用性”（意見(jiàn)1）；9/17名教師、39/102名學(xué)生希望“提升符號(hào)使用的靈活性和開(kāi)放性，如增加不含文字的空符號(hào)、允許使用者自己創(chuàng)造圖形符號(hào)等”（意見(jiàn)2）；1/17名教師、23/102名學(xué)生希望“將對(duì)象、屬性等也用圖形符號(hào)框起”（意見(jiàn)3）；5（組一）/102名學(xué)生希望“綜合運(yùn)用本研究設(shè)計(jì)的圖形語(yǔ)義系統(tǒng)和既往習(xí)慣的表征方式”（意見(jiàn)4）。

（三）基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖形語(yǔ)義系統(tǒng)改進(jìn)

圖形語(yǔ)義系統(tǒng)的改進(jìn)根據(jù)主觀(guān)題的調(diào)研結(jié)果展開(kāi)，最終增加的語(yǔ)義及符形見(jiàn)表3。

①針對(duì)意見(jiàn)1，我們?cè)趫D形語(yǔ)義系統(tǒng)中增加注釋語(yǔ)義及符形，注釋語(yǔ)義包括“注釋關(guān)系”“注釋對(duì)象”“注釋內(nèi)容”。其中，注釋關(guān)系用虛線(xiàn)箭頭（從注釋內(nèi)容指向注釋對(duì)象）表征，注釋對(duì)象及注釋內(nèi)容均用虛線(xiàn)封閉圖形表示，如虛線(xiàn)橢圓、虛線(xiàn)矩形等。②針對(duì)意見(jiàn)2，我們認(rèn)為，可以在一定限度內(nèi)提升符號(hào)使用的靈活性和開(kāi)放性，但如若過(guò)度開(kāi)放（如允許使用者創(chuàng)造圖形符號(hào)），則會(huì)重蹈圖形符號(hào)語(yǔ)義混亂的覆轍。故只接受部分意見(jiàn)，在圖形語(yǔ)義系統(tǒng)中增加“有向關(guān)系”和“無(wú)向關(guān)系”兩個(gè)更為抽象的語(yǔ)義，分別用“ ”和“ ”表征。如此，使用者便可在暫時(shí)無(wú)法確定關(guān)系類(lèi)型的情況下，自行選擇文字符號(hào)表征關(guān)系。③針對(duì)意見(jiàn)3，經(jīng)分析認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)對(duì)象之所以希望將對(duì)象、屬性等也用圖形框起，乃既往繪制思維圖示的習(xí)慣使然。特別是對(duì)于信息技術(shù)學(xué)科教師，因“流程圖符號(hào)體系”中已經(jīng)定義了“步驟”這一特定對(duì)象的符形（處理框），故對(duì)“圖形框起對(duì)象”有更深的情結(jié)。然而，若對(duì)象、屬性、關(guān)系均用圖形框起，將無(wú)法引導(dǎo)學(xué)生將更多認(rèn)知資源分配至關(guān)系的加工，進(jìn)而削弱圖形語(yǔ)義系統(tǒng)對(duì)于思維發(fā)展的促進(jìn)作用。綜合以上，采用如下解決方案：為包容既有規(guī)則，可用矩形框起“步驟”，但矩形不作為符號(hào)使用，不賦予其任何語(yǔ)義，亦不納入圖形語(yǔ)義系統(tǒng)。與其他關(guān)系對(duì)應(yīng)的對(duì)象和屬性不建議用圖形框起。④對(duì)于意見(jiàn)4，因其并非面向圖形語(yǔ)義系統(tǒng)本身提出，故將在下一步的圖形語(yǔ)義系統(tǒng)的適用時(shí)機(jī)研究中予以考慮。

六、結(jié)? ?語(yǔ)

至此，本文從思維可視化語(yǔ)境下圖形符號(hào)的使用亂象出發(fā)，通過(guò)縝密的理論分析和扎實(shí)的實(shí)踐檢驗(yàn)，最終設(shè)計(jì)完成面向基礎(chǔ)教育領(lǐng)域思維可視化的圖形語(yǔ)義系統(tǒng)。該系統(tǒng)可支持思維可視化語(yǔ)境下圖形符號(hào)的科學(xué)、而非經(jīng)驗(yàn)的使用，從而為思維可視化的教學(xué)研究提供更為堅(jiān)實(shí)的根基。同時(shí)，作為階段性成果，本文提出的兩類(lèi)關(guān)系（經(jīng)驗(yàn)性關(guān)系與反省性關(guān)系）以及與反省性關(guān)系結(jié)合表征的支撐關(guān)系，是對(duì)關(guān)系乃至知識(shí)之認(rèn)識(shí)的深化，能夠?yàn)槊嫦蛩仞B(yǎng)的有“活力”的知識(shí)教學(xué)提供新的思路。當(dāng)然，正如實(shí)驗(yàn)結(jié)果所示，圖形語(yǔ)義系統(tǒng)并非適用于任何教學(xué)（學(xué)習(xí)）時(shí)機(jī)。因此，為有效發(fā)揮圖形語(yǔ)義系統(tǒng)對(duì)于學(xué)生思維發(fā)展的潛在價(jià)值，在后續(xù)研究中，需要對(duì)圖形語(yǔ)義系統(tǒng)的適用時(shí)機(jī)作系統(tǒng)、深入的探索。進(jìn)一步，截至撰稿之日，研究組對(duì)圖形語(yǔ)義系統(tǒng)僅開(kāi)展了初步驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，該系統(tǒng)必存在諸多待完善之處，需要在與實(shí)踐領(lǐng)域的互動(dòng)中不斷打磨，也期待關(guān)注思維可視化的各位同仁的寶貴意見(jiàn)。

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Design of Graphic Semantic System for Thinking Visualization in Basic Education

FENG Youmei，? YUAN Xiaolei，? WANG Chen，? YANG Fan，? YAN Shigang

（Faculty of Education， Tianjin Normal University， Tianjin 300387）

[Abstract] Thinking visualization means the combination of graphic symbols and literal symbols to represent thinking， but the semantic meaning of graphic symbols is generally vague and chaotic， so it is difficult to effectively support the development of students' thinking. The direct reason for this is the general way to obtain the semantic meaning of graphic symbols， namely metaphor. The deep reason is the artificial separation of knowledge and thinking in the field of education. In view of this， in order to fundamentally solve the problem， this paper takes the "internal unity of knowledge and thinking" as the basic position， takes the genetic epistemology and semiotics as the theoretical basis， adopts the verification experiments in real teaching situations， and design the graphic semantic system in the context of thinking visualization. The semantic system is mainly composed of two dimensions of empirical relation and introspective relation， and also includes the supporting relation combined with introspective relation and some additional semantics to improve the flexibility and usability of the graphic semantic system. The symbolic system is formed by the combination of graphic symbols and literal symbols to realize the clear representation of relational scattering and the iconographic representation of relational clustering. The graphic semantic system can support the scientific rather than empirical use of graphic symbols in the context of thinking visualization， thus providing a more solid foundation for pedagogical research on thinking visualization.

[Keywords]? Basic Education; Thinking Visualization; Graphic Symbols; Graphic Semantic System; Introspective Relationship