權(quán)國(guó)龍　馮園園　馮仰存　顧小清

（華東師范大學(xué)　教育信息技術(shù)學(xué)系，上海200062）

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面向知識(shí)的可視化技術(shù)分析與觀察*

權(quán)國(guó)龍馮園園馮仰存顧小清

（華東師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)系，上海200062）

[摘要]可視化技術(shù)以其直觀、易接入的特性，得以在虛擬和數(shù)字世界的應(yīng)用研究中逐漸興盛。在技術(shù)介入的教與學(xué)的研究中，面向知識(shí)的可視化技術(shù)值得進(jìn)一步觀察，包括對(duì)可視化的視角、方法、工具及其應(yīng)用的整理、分析，以便能夠深化其設(shè)計(jì)與應(yīng)用。目前對(duì)其研究主要有傳播、視覺(jué)文化和信息論三個(gè)視角，可視化方法主要有：用圖形圖像還原知識(shí)本源、用概念和命題反映關(guān)系、用統(tǒng)計(jì)分析揭示規(guī)律和用仿真模擬反映事物本質(zhì)與過(guò)程四種，表現(xiàn)出側(cè)重表達(dá)呈現(xiàn)、分析呈現(xiàn)和模擬呈現(xiàn)的功能特點(diǎn)，可視化元素周期表、CmapTool和Insightmaker三種工具是這三種功能特點(diǎn)的典型代表。圖形圖像形態(tài)、概念合語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)形式和可視模擬方式是三大可視化設(shè)計(jì)與應(yīng)用系列。可視化技術(shù)的功能形態(tài)，大體上有“擬象”和“解析”兩種。認(rèn)知取向的可視化知識(shí)設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用，是一個(gè)重要的選擇，可以從作為認(rèn)知結(jié)果的知識(shí)、作為知識(shí)源泉的情境和作為認(rèn)知生成的動(dòng)態(tài)交互三個(gè)方面加強(qiáng)。

[關(guān)鍵詞]知識(shí)可視化;可視化方法;可視化工具;可視化技術(shù)發(fā)展

可視化技術(shù)是幫助人完成心理模型或心理圖像的技術(shù)。在數(shù)字環(huán)境下，它表現(xiàn)為借助計(jì)算機(jī)的幫助所完成的模型或圖像，它與人的心理模型、心理圖像是一致的。信息可視化專家Robert Spence認(rèn)為，可視化是“對(duì)某事物建立心理模型或心理圖像”[1]。這即是說(shuō)，可視化是人的心理活動(dòng)，具體地，就是心理認(rèn)知活動(dòng)?？梢暬夹g(shù)，就是幫助、輔助人將認(rèn)知活動(dòng)展開或表達(dá)的技術(shù)。可視化技術(shù)的對(duì)象，即是認(rèn)知對(duì)象，是一切被認(rèn)知物。可視化是一個(gè)將被認(rèn)知物視覺(jué)化的過(guò)程，在數(shù)字世界里，是一個(gè)被信息化（主要依賴視覺(jué)媒介）的過(guò)程，可視化的結(jié)果是意向結(jié)果（意義）的視覺(jué)表達(dá)。由此可見，可視化技術(shù)在學(xué)習(xí)境脈中頗具潛力。

一、學(xué)習(xí)視域的可視化技術(shù)

可視化技術(shù)可以支持學(xué)習(xí)與認(rèn)知，這早已受到專家的重視。信息可視化專家Colin Ware在對(duì)視覺(jué)思維的研究中發(fā)現(xiàn)，可視方式可以加速信息的輸入與理解，并具有檢索功能[2]。著名學(xué)者David H. Jonassen以可視化工具為手段，輔助學(xué)習(xí)者為知識(shí)、問(wèn)題、系統(tǒng)建模，幫助其進(jìn)行認(rèn)知模擬[3]。還有Eppler的可視化元素周期表、Burkhard的可視化邏輯框架和David Hyerler博士的思維地圖等，這些研究都可以作為可視化學(xué)習(xí)技術(shù)的代表。

（一）可視化技術(shù)可增強(qiáng)認(rèn)知與知識(shí)學(xué)習(xí)

從整體看來(lái)，可視化學(xué)習(xí)技術(shù)的重要性在于，它能強(qiáng)化認(rèn)知和知識(shí)學(xué)習(xí)的過(guò)程。這不僅有理論方面的研究與支持，更有實(shí)踐中的諸多例證。

在理論上，從圖式理論和可視化含義來(lái)看，可視方式與學(xué)習(xí)者的內(nèi)部構(gòu)建甚為吻合?；谛闹悄Ｐ偷臉?gòu)建，可視化工具在某種意義上可以增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。作為利用動(dòng)靜態(tài)圖形圖像呈現(xiàn)與表達(dá)、通過(guò)視覺(jué)知覺(jué)功能進(jìn)行認(rèn)知與理解的方式，圖示方式結(jié)合了視覺(jué)認(rèn)知與語(yǔ)詞語(yǔ)義兩個(gè)方面，能更大限度地連接人腦認(rèn)知模式，激活人腦活力[4][5]。概括地講，不僅是在知識(shí)的獲得與利用過(guò)程中，在全部的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，可視技術(shù)有著諸多的優(yōu)勢(shì)：（1）可以清楚呈現(xiàn)知識(shí)相關(guān)信息與數(shù)據(jù)；（2）可以積極調(diào)動(dòng)人的視覺(jué)經(jīng)驗(yàn)；（3）可以通過(guò)隱喻，促進(jìn)知識(shí)遷移；（4）可以加強(qiáng)學(xué)習(xí)中的交流；（5）可以快速識(shí)別簡(jiǎn)單模式；（6）可以有助于對(duì)命題的計(jì)算；（7）有助于分析、組織、解構(gòu)與建構(gòu)；（8）可以在復(fù)雜認(rèn)知中，減少認(rèn)知壓力，尤其是在高階學(xué)習(xí)、復(fù)雜任務(wù)的處理中。有研究認(rèn)為：可視化的力量來(lái)自它能將復(fù)雜概念結(jié)構(gòu)以視覺(jué)方式在外部呈現(xiàn)，從而影響人的認(rèn)知系統(tǒng)并延伸工作記憶的限制[6]。

在實(shí)際應(yīng)用中，可視化技術(shù)已有廣泛使用。如，使用概念圖、思維導(dǎo)圖等可視化軟件，再如，Mind-Manager、Inspiration、XMind，呈現(xiàn)概念性知識(shí)；使用認(rèn)知地圖相關(guān)數(shù)字工具，像谷歌地圖、百度地圖等，呈現(xiàn)空間對(duì)象或地理位置信息與知識(shí)；使用知識(shí)圖譜，如谷歌的知識(shí)圖譜（Knowledge Graph），查找相關(guān)信息與知識(shí)；使用數(shù)據(jù)處理軟件，如，Excel，之可視化功能呈現(xiàn)數(shù)據(jù)特征；使用統(tǒng)計(jì)分析軟件，如，SPSS、Matlab等，之可視化功能呈現(xiàn)分析結(jié)果；使用Power-Point專用呈現(xiàn)軟件，可視地呈現(xiàn)、表達(dá)內(nèi)容等等。

（二）可視化技術(shù)促進(jìn)知識(shí)的利用與生成

一方面，知識(shí)是學(xué)習(xí)者最終需要掌握、利用并探尋的資源或財(cái)富。知識(shí)是學(xué)習(xí)活動(dòng)的重要目標(biāo)，也是學(xué)習(xí)過(guò)程的重要資源。作為任意活動(dòng)重要資源的知識(shí)在為學(xué)習(xí)行為所接觸的時(shí)候，既起指導(dǎo)作用，也是被學(xué)習(xí)者操作的客體對(duì)象。學(xué)習(xí)中學(xué)習(xí)者需要學(xué)會(huì)：理解并掌握現(xiàn)有知識(shí)；通過(guò)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)或思維，鑒別、批判知識(shí)；從數(shù)據(jù)與信息中發(fā)現(xiàn)、提煉新知識(shí)；利用科學(xué)方法與工具創(chuàng)造知識(shí)，如此等等。學(xué)習(xí)起始的重要步驟就是對(duì)信息與知識(shí)的閱讀與掌握，那么對(duì)知識(shí)適宜的表征，可以有力地支持這一過(guò)程。如果能很好地完成知識(shí)表征，就意味著同樣可以用可視化技術(shù)支持與認(rèn)知相關(guān)的需要。因?yàn)椋R(shí)本身蘊(yùn)含了認(rèn)知的結(jié)構(gòu)性和關(guān)系性等特點(diǎn)。

另一方面，知識(shí)的不確定性要求高水平的知識(shí)學(xué)習(xí)和認(rèn)知能力。知識(shí)是一個(gè)相對(duì)明確的概念，也是一個(gè)很不確定的概念。這其中有一些主要原因：（1）知識(shí)源于不同的領(lǐng)域，領(lǐng)域間知識(shí)亦有不相容之處。筆者也曾在哲學(xué)課堂中聽聞授課老師列舉了眾多前人所總結(jié)的存在對(duì)立或矛盾的知識(shí)；（2）作為集合性稱謂，不同的知識(shí)有著不同的特性，如，藝術(shù)領(lǐng)域的知識(shí)和工程領(lǐng)域的知識(shí)是截然不同的；（3）知識(shí)的產(chǎn)生依賴于其過(guò)程、方法，包括主體的特點(diǎn)。知識(shí)出自意識(shí)主體，受意識(shí)主體自身的影響，主觀性知識(shí)帶有很不穩(wěn)定的成分；（4）知識(shí)與信息、事實(shí)、概念、思維等有高度關(guān)聯(lián)或互有交疊，其內(nèi)涵與外延并不總是清晰的?！缎畔⒑?jiǎn)史》中也曾談到，區(qū)分信息與知識(shí)體現(xiàn)了信息時(shí)代人們的某種焦慮，而且提及：“一大堆數(shù)據(jù)往往并不能告訴我們所需要的知識(shí)。反過(guò)來(lái)，知識(shí)也無(wú)法確保帶來(lái)啟示或智慧”[7]；（5）用來(lái)表達(dá)知識(shí)的語(yǔ)言本身帶有模糊性[8]。而且，在主觀、客觀、建構(gòu)、后現(xiàn)代等不同主義與思想中，對(duì)知識(shí)本身帶有的不確定性都有反映。

可視化技術(shù)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用有望成為應(yīng)對(duì)知識(shí)不確定性的重要技術(shù)。這除了來(lái)自大腦認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、視覺(jué)思維方面的研究外，最新的TED思想也為此提供了重要的佐證信息[9]。其中有研究者由外而內(nèi)地對(duì)人的認(rèn)知過(guò)程分析后，總結(jié)了人腦產(chǎn)生意義（其實(shí)這也是經(jīng)過(guò)認(rèn)知生成知識(shí)的過(guò)程）有三個(gè)基本步驟。而這三個(gè)步驟是以視覺(jué)（visaul）和圖像（images）為基礎(chǔ)的。在面向?qū)W習(xí)的可視化技術(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的研究中，這樣理解知識(shí)可能更加地妥當(dāng)：個(gè)體的知道，多樣的識(shí)得。典型的例子是，在學(xué)習(xí)者對(duì)材料的學(xué)習(xí)中，對(duì)給定的文本、表征和符號(hào)有不同的、多層面的解釋可能性。所以，對(duì)可視化方式或工具促進(jìn)知識(shí)利用與生成的相應(yīng)功能（實(shí)質(zhì)上體現(xiàn)在認(rèn)識(shí)方面）值得格外關(guān)注。

而知識(shí)可視化作為一個(gè)領(lǐng)域，其實(shí)際價(jià)值已得到肯定。在Burkhard看來(lái)，知識(shí)領(lǐng)域的可視化聚焦于識(shí)別和視覺(jué)呈現(xiàn)多學(xué)科背景下的科學(xué)前沿動(dòng)態(tài)，并可以新方式接入將連接、關(guān)系和科學(xué)領(lǐng)域（知識(shí)）結(jié)構(gòu)可視化了的知識(shí)資源。Tergan、Keller和Burkard認(rèn)為知識(shí)可視化是一個(gè)研究領(lǐng)域，研究以視覺(jué)形式表征知識(shí)的力量，它旨在生成、呈現(xiàn)、組織、檢索、分享和使用知識(shí)方面支持認(rèn)知過(guò)程[10]。Robert Meyer眼中的知識(shí)可視化，是一個(gè)相對(duì)新的領(lǐng)域，它研究在有或沒(méi)有計(jì)算機(jī)輔助下通過(guò)可視化對(duì)知識(shí)的創(chuàng)建與傳遞，它應(yīng)該是眾多不同學(xué)科間的調(diào)解器[11]。

基本上，知識(shí)可視化有這樣幾個(gè)要點(diǎn)：一是它針對(duì)知識(shí)與信息；二是它相關(guān)于知識(shí)的生成、呈現(xiàn)、組織、檢索、分享以及使用過(guò)程（創(chuàng)造與傳遞）；三是它是一種視覺(jué)表征；四是它應(yīng)用于兩個(gè)及其以上主體的知識(shí)工作中。所以，知識(shí)可視化是對(duì)知識(shí)和信息進(jìn)行視覺(jué)表征，其功能是呈現(xiàn)與分析，其目的是知識(shí)利用、創(chuàng)造與傳遞（呈現(xiàn)、結(jié)構(gòu)化檢索），作用是助益于理解對(duì)象（情境、問(wèn)題、事物、知識(shí)等）的維度，構(gòu)建信息意義（產(chǎn)生知識(shí)），支持認(rèn)知過(guò)程。

二、可視化知識(shí)的視角、方法、工具與應(yīng)用

可視化知識(shí)是支持學(xué)習(xí)者深入學(xué)習(xí)的重要著力部分，已有專家及其團(tuán)隊(duì)投入精力對(duì)其開展過(guò)研究。有效的知識(shí)可視化，可以加速學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的理解、消化，卓越的知識(shí)表征能夠激發(fā)學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的實(shí)際掌握，提高其實(shí)際應(yīng)用的可能。有力的知識(shí)可視化方法，可以幫助學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)中提高認(rèn)知效果，提升思維水平。已有研究有著不同的目的、特點(diǎn)和價(jià)值，涉及不同視角和基本觀點(diǎn)，如，傳播取向的、視覺(jué)文化視角的和信息論視角的；代表性的表征方法和表征工具主要有三類：側(cè)重呈現(xiàn)的、側(cè)重分析的、側(cè)重模擬的。

（一）可視化知識(shí)多面觀

從知識(shí)表征相關(guān)研究來(lái)看，存在著多種研究視角和研究取向。全面認(rèn)識(shí)知識(shí)表征研究的不同視角與取向，有利于更加全面而準(zhǔn)確地理解知識(shí)可視化、知識(shí)表征與學(xué)習(xí)、知識(shí)表征與創(chuàng)新等研究工作。

1.傳播取向的知識(shí)表征

傳播取向的知識(shí)表征，最典型的要屬Burkhard的研究。Eppler和Burkhard認(rèn)為，知識(shí)可視化領(lǐng)域研究的是視覺(jué)表征在改善兩個(gè)或兩個(gè)以上人之間知識(shí)創(chuàng)造和傳遞中的應(yīng)用。在此傳播取向之下形成的知識(shí)表征框架，較重視主體（傳播者與受眾）和傳播的目的，強(qiáng)調(diào)通過(guò)承載內(nèi)容的表征形式實(shí)現(xiàn)人與人之間的內(nèi)容傳遞（這其中包括了認(rèn)知上的理解、活動(dòng)中的交流與價(jià)值上的應(yīng)用與創(chuàng)新）。Burkhard認(rèn)為，可視化成功需要被定制到接受者的認(rèn)知背景，使得接受者可以像發(fā)送者意圖的那樣重構(gòu)自己的知識(shí)[12]。通過(guò)可視化成功地傳遞并創(chuàng)建知識(shí)，需要考慮四個(gè)方面。這四個(gè)方面基于下面的四個(gè)問(wèn)題：為什么要可視化知識(shí)（目的），什么類型的知識(shí)需要被可視化（內(nèi)容），要解釋給什么人或群體（受眾），可視化特定知識(shí)的最佳方法是什么（媒介）。由此，其知識(shí)可視化框架包括四個(gè)部分：關(guān)注功能類型、知識(shí)類型、接受者類型和可視化形式[13]。

Burkhard在提出表征框架后，又提出了知識(shí)可視化模型[14]。此模型較清楚地表現(xiàn)了知識(shí)表征的傳播特點(diǎn)。傳播取向的知識(shí)可視化框架與模型中，涉及對(duì)知識(shí)表征更多要素的研究，包括表征的對(duì)象、表征的形式與方法。Martin J. Eppler更是進(jìn)一步研究了用以可視化表達(dá)的眾多方法，形成了可視化元素周期表。此框架為同類研究所部分或全部采用。如，趙國(guó)慶等人的研究[15]，認(rèn)為知識(shí)可視化領(lǐng)域的知識(shí)表征則是指知識(shí)的外在表現(xiàn)形式，與此相對(duì)應(yīng)的是承載知識(shí)的圖解手段，也是直接作用于人的感官的刺激材料；并認(rèn)為知識(shí)可視化的研究框架，當(dāng)包含三個(gè)問(wèn)題：可視化的知識(shí)類型、可視化知識(shí)的原因和如何可視化知識(shí)。他認(rèn)為，以圖解的形式將知識(shí)表現(xiàn)出來(lái)，形成能夠直接作用于人的感官的知識(shí)外在表現(xiàn)形式（物理知識(shí)制品），從而促進(jìn)知識(shí)的傳播和創(chuàng)新。換言之，知識(shí)表征能夠更好地幫助學(xué)習(xí)者理解抽象的語(yǔ)言，加速其思維的發(fā)生，從而促進(jìn)知識(shí)的傳播與創(chuàng)新。

2.視覺(jué)文化視角的知識(shí)表征

視覺(jué)文化視角的知識(shí)可視化（表征）研究，以張舒予的研究為代表。視覺(jué)文化被定義為以視覺(jué)元素為主導(dǎo)的文化現(xiàn)象和文化實(shí)踐[16]。在對(duì)以視覺(jué)元素為主導(dǎo)的文化現(xiàn)象進(jìn)行思考，將之與教育技術(shù)創(chuàng)新比較研究時(shí)發(fā)現(xiàn)[17]：作為教育技術(shù)的研究對(duì)象的學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)資源，尤其是學(xué)習(xí)資源，在其開發(fā)與建設(shè)中，視覺(jué)元素在理論上有著重要的地位。這也決定了，以視覺(jué)符號(hào)為基礎(chǔ)的視覺(jué)文化在其中可以發(fā)揮重要價(jià)值。這體現(xiàn)在視覺(jué)文化的多種外化（領(lǐng)域）形態(tài)中，其中之一就是知識(shí)可視化。

視覺(jué)文化符號(hào)本質(zhì)上是它事物的代表物，其指代關(guān)系也是多樣的（因符號(hào)的不同和代表物的不同，兩者間的相似性和形式也是不同的）。這與知識(shí)可視化中“表征”用符號(hào)的基本作用是一致的。“視覺(jué)符號(hào)與文本符號(hào)相比，有著不同的結(jié)構(gòu)方式，因而具有相惜的功能機(jī)制”。與一般符號(hào)一樣，視覺(jué)符號(hào)也是由形式能指和意義所指兩部分構(gòu)成。視覺(jué)符號(hào)在結(jié)構(gòu)上，能指與所指間存在相似度與直觀性；視覺(jué)符號(hào)在功能機(jī)制上，不僅能指示外顯的對(duì)象，而且其所指可容納有層次的意義空間[18]。

視覺(jué)文化視角的知識(shí)可視化——雖然沒(méi)有明確提出——是以視覺(jué)符號(hào)的結(jié)構(gòu)方式與功能機(jī)制為基礎(chǔ)。視覺(jué)符號(hào)中涉及了實(shí)物、抽象物、符號(hào)結(jié)構(gòu)和意義所指，這與知識(shí)表征中所及的基本要素幾近相似。曾被用來(lái)表征資源建設(shè)的視覺(jué)文化視角中，涉及文本與圖像兩種符號(hào)形態(tài)，并在結(jié)構(gòu)化與視圖化兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)資源的組織與表達(dá)。這里的資源在內(nèi)涵上就是知識(shí)。圖像視覺(jué)文化表達(dá)結(jié)果（文化制品）所用到的表達(dá)手法，很適合用來(lái)實(shí)現(xiàn)知識(shí)的表征。知識(shí)是對(duì)某種意義的組織與表達(dá)，表征中會(huì)用到文本或圖像，表征的重點(diǎn)就在于內(nèi)容結(jié)構(gòu)和語(yǔ)義關(guān)系，表征整體上呈現(xiàn)出形態(tài)各異的視圖。寬泛地講，視覺(jué)文化制品，也是對(duì)特定知識(shí)的一種可視化表達(dá)。

3.基于信息論的知識(shí)表征

基于信息論的知識(shí)可視化視覺(jué)表征被提出，主要有兩方面的原因：一是之前的知識(shí)可視化研究被認(rèn)為存在“缺少觀看者和制作者等因素”、“未剖析因素間深層次關(guān)系”和“對(duì)表征之社會(huì)意義考慮的缺失”等缺陷；二是受視覺(jué)文化符號(hào)研究的影響和啟發(fā)，信息論被認(rèn)為可以提供新視角以把握知識(shí)視覺(jué)表征，以期促進(jìn)知識(shí)可視化表征[19]。從對(duì)信息的認(rèn)識(shí)過(guò)程出發(fā)，“先形式、后內(nèi)容、再效用”用以反映認(rèn)識(shí)主體的“觀察、理解和目的”特性，并且作為知識(shí)表征的分析與設(shè)計(jì)的要素與層次，由此，信息論視角的知識(shí)可視化視覺(jué)表征框架形成。其中包括表征形式分析、表征內(nèi)容建構(gòu)、觀察者解讀和制作者設(shè)計(jì)四個(gè)有序的部分。

（二）知識(shí)可視化方法及其功能特點(diǎn)

知識(shí)表征方法，是指把知識(shí)語(yǔ)義轉(zhuǎn)換為可視化內(nèi)容時(shí)所用的原理。整體上看，知識(shí)表征的方法大體有四種：一是用圖形圖像還原知識(shí)本源；二是用概念、命題反映關(guān)系；三是用統(tǒng)計(jì)分析揭示規(guī)律；四是用仿真模擬反映事物本質(zhì)與過(guò)程。這些方法基本上用到兩種表征媒介，一是圖形、圖像（內(nèi)應(yīng)為心理表象），二是概念命題。

從表征的功能形態(tài)看，知識(shí)表征方法有三種特點(diǎn)：一是突出呈現(xiàn)與表達(dá)的設(shè)計(jì)與開發(fā)；二是突出呈現(xiàn)與分析的設(shè)計(jì)與開發(fā)；三是側(cè)重呈現(xiàn)與模擬的設(shè)計(jì)與開發(fā)。在具體的方法工具中，這三種方法并沒(méi)有清晰的界線，如，基本的呈現(xiàn)，在不同的工具中，都是被照顧到的。尤其是呈現(xiàn)與分析，也往往是一體的。三種特點(diǎn)的觀察，是為了辨識(shí)工具隱含的功能特性，以便能在進(jìn)一步的設(shè)計(jì)與應(yīng)用中更加適當(dāng)。下面按三個(gè)功能特點(diǎn)論述四種表征方法。

1.突出表達(dá)呈現(xiàn)的功能

可視化地表達(dá)與呈現(xiàn)的功能，主要表現(xiàn)在通過(guò)圖形圖像的呈現(xiàn)（如認(rèn)知地圖）、概念圖、語(yǔ)義類聚等方法上。此功能強(qiáng)調(diào)清楚地表達(dá)、呈現(xiàn)意義。

（1）認(rèn)知地圖法，重在對(duì)空間對(duì)象的呈現(xiàn)。認(rèn)知地圖是基于經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生于頭腦中的，它來(lái)源于對(duì)環(huán)境對(duì)象的感知和體驗(yàn)，某些類似于現(xiàn)場(chǎng)地圖模型。它是一種對(duì)環(huán)境的綜合表象，既包括事件的簡(jiǎn)單順序，也包括方向、距離，甚至?xí)r間關(guān)系的信息。認(rèn)知地圖有五個(gè)組成要素：路徑、邊界、區(qū)域、節(jié)點(diǎn)、標(biāo)志[20]。而這只是模擬觀點(diǎn)的認(rèn)知地圖，觀點(diǎn)是：認(rèn)知地圖是真實(shí)環(huán)境中的復(fù)制品。還有命題觀點(diǎn)的認(rèn)知地圖，觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)通過(guò)信息標(biāo)記以貯存，即客觀環(huán)境被再現(xiàn)為很多互相聯(lián)系的概念，每一種概念都會(huì)引起很多細(xì)節(jié)的聯(lián)想，人們借助于這種命題網(wǎng)絡(luò)尋找相關(guān)記憶或夾雜聯(lián)想，結(jié)果可由草圖體現(xiàn)出來(lái)。在研究中它也被稱為“因果圖”。它將想法（大多是句子或段落）作為節(jié)點(diǎn)，并將其相互連接起來(lái)，但連線上沒(méi)有連接詞[21]。

這里主要將認(rèn)知地圖作為利用圖形圖像呈現(xiàn)知識(shí)本源的代表，對(duì)時(shí)空對(duì)象的呈現(xiàn)。因?yàn)橹R(shí)涉及時(shí)空之內(nèi)的任何存在事物。而認(rèn)知地圖的命題觀點(diǎn)與概念圖方式很類似，不同之處在于其基本元素（概念與句子）和連接詞。

（2）概念圖法，重在對(duì)概念關(guān)系的呈現(xiàn)。概念圖已廣為人知，它通過(guò)表示概念與概念之間關(guān)系的圖示來(lái)組織和結(jié)構(gòu)化知識(shí)，從而幫助學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)。概念圖的重要認(rèn)知特征就是簡(jiǎn)化認(rèn)知本源并標(biāo)記認(rèn)知對(duì)象（語(yǔ)義項(xiàng)）。諾瓦克將“概念、命題、層級(jí)結(jié)構(gòu)和交叉連接”作為概念圖的核心要素[22]。后期，概念圖中可以用概念以外的其它元素來(lái)表達(dá)知識(shí)，如，圖像化和動(dòng)態(tài)化的多媒體素材、文檔材料、網(wǎng)頁(yè)等。這使得連接信息與知識(shí)的表征系統(tǒng)得以產(chǎn)生，進(jìn)一步強(qiáng)化了呈現(xiàn)概念關(guān)系的功能。像基于網(wǎng)絡(luò)的（web-based）知識(shí)管理系統(tǒng)Webster，它可視化地表征知識(shí)，清晰地顯性化隱性知識(shí)，簡(jiǎn)化表達(dá)和引導(dǎo)多層次的抽象知識(shí)，能夠?qū)㈩I(lǐng)域的核心知識(shí)、基礎(chǔ)知識(shí)通過(guò)視覺(jué)、聽覺(jué)整合的方式進(jìn)行外化，以支持深入理解和學(xué)習(xí)領(lǐng)域知識(shí)[23]。

（3）知識(shí)圖譜，重在對(duì)類聚語(yǔ)義的呈現(xiàn)。知識(shí)圖譜是顯示科學(xué)知識(shí)的發(fā)展進(jìn)程與結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種圖形[24]。作為典型的Google知識(shí)圖譜（Google Knowledge Graph），是它的一個(gè)知識(shí)庫(kù)，使用語(yǔ)義檢索多種來(lái)源收集信息，以提高Google搜索的質(zhì)量。除了顯示其他網(wǎng)站的鏈接列表，還提供結(jié)構(gòu)化及詳細(xì)的關(guān)于主題的信息。其目標(biāo)是，用戶將能夠使用此功能提供的信息來(lái)解決他們查詢的問(wèn)題，而不必導(dǎo)航到其他網(wǎng)站并自己匯總信息[25]。所以，在本質(zhì)上，知識(shí)圖譜是一種基于語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的同主題語(yǔ)義類聚性質(zhì)的知識(shí)或信息呈現(xiàn)應(yīng)用。它可以幫助使用者更準(zhǔn)確、更深入而廣泛地搜索，從而獲得有關(guān)搜索內(nèi)容的最佳介紹[26]。從語(yǔ)義層面看，它是相近與相鄰，甚至相關(guān)語(yǔ)義的聚合。

2.突出分析呈現(xiàn)的功能

可視化分析的功能，主要表現(xiàn)基于概念與命題的思維圖示和基于數(shù)據(jù)與信息的統(tǒng)計(jì)計(jì)算與可視分析方面。此功能強(qiáng)調(diào)對(duì)信息、知識(shí)的語(yǔ)義分析和對(duì)數(shù)據(jù)、信息的統(tǒng)計(jì)與可視分析。

（1）思維導(dǎo)圖與思維地圖，側(cè)重基于概念的可視化語(yǔ)義分析。思維導(dǎo)圖的可視分析功能是通過(guò)概念與包含概念的命題完成的。思維導(dǎo)圖（也稱為心智圖），利用圖像輔助思維[27]。思維導(dǎo)圖用一個(gè)中央關(guān)鍵詞或想法以輻射線形連接所有的代表字詞、想法、任務(wù)或其它關(guān)聯(lián)項(xiàng)目。它可以利用不同的方式去表現(xiàn)人們的想法，如，引題式，可見形象式，系統(tǒng)構(gòu)建式和分類式，普遍地用在研究、組織、解決問(wèn)題和政策制定中。在意涵上，思維導(dǎo)圖是用句群、句子、短語(yǔ)，或者說(shuō)是陳述、命題，表現(xiàn)想法和思考過(guò)程；而這些都離不開概念。建立于概念基礎(chǔ)之上的陳述、命題等之間的思維活動(dòng)，就是利用概念進(jìn)行分析的體現(xiàn)。思維導(dǎo)圖的外在特征與概念圖相近。分析是一種思維活動(dòng)，但思維離不開語(yǔ)言。所以，外顯為語(yǔ)詞的概念就成為可視分析功能實(shí)現(xiàn)的基本元素。用概念以表達(dá)還是分析，要看是把已知的內(nèi)容用概念圖呈現(xiàn)出來(lái)，還是把不完全知道的內(nèi)容借用概念思考、分析出來(lái)（用概念表達(dá)思維過(guò)程或結(jié)果）。這里可視分析之表現(xiàn)，主要在于工作記憶中“視覺(jué)空間模板”參與的概念標(biāo)定與概念關(guān)系運(yùn)算，而并非簡(jiǎn)單地指“看到語(yǔ)詞”。

另有David Hyerle博士設(shè)計(jì)的思維地圖，是用八種設(shè)計(jì)圖形輔助思考和決策的過(guò)程[28]。在方法上，思維地圖是利用設(shè)計(jì)的八種圖形（通過(guò)其形狀）喻指八種典型的思維過(guò)程，包括：呈現(xiàn)主題內(nèi)容（頭腦風(fēng)暴）、描述形容、排序信息、分析對(duì)象、類比、分析（事件）因果、比較、歸類。它利用圖形外形與思維結(jié)構(gòu)的“形形相近”，來(lái)輔助思維活動(dòng)中的語(yǔ)義部分的處理。

（2）統(tǒng)計(jì)圖表，側(cè)重基于數(shù)據(jù)、信息統(tǒng)計(jì)的可視分析?？梢暬治?，在本質(zhì)上是借助視覺(jué)的外在表達(dá)，輔助、深化理解和解析的過(guò)程；本質(zhì)上是視知覺(jué)參與的視像性理解與解析。除了基于概念的可視化分析外，可視化分析還包括利用圖形、圖像的可視分析。目前典型的圖形、圖像化可視分析就是基于信息、數(shù)據(jù)的可視分析。它是通過(guò)統(tǒng)計(jì)匯總找出規(guī)律并以圖示之，是一個(gè)用圖展示某種語(yǔ)義并輔助分析的過(guò)程。對(duì)數(shù)據(jù)、信息的可視化分析是以統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，反映數(shù)據(jù)或信息中的結(jié)構(gòu)、過(guò)程等規(guī)律。因?yàn)橛袛?shù)據(jù)支持，往往可以動(dòng)態(tài)地呈現(xiàn)不同情況下的狀態(tài)或過(guò)程變化。如，Excel、SPSS中的統(tǒng)計(jì)圖表，Matlab中的計(jì)算結(jié)果圖示，都是對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與運(yùn)算結(jié)果的可視呈現(xiàn)。正是這些可視呈現(xiàn)，輔助了數(shù)據(jù)與信息的語(yǔ)義分析。因?yàn)樵诜治鲋?，難以從這些數(shù)據(jù)、信息中獲得認(rèn)識(shí)與結(jié)果。“視覺(jué)分析”被定義為：“基于交互式視覺(jué)界面的分析推理科學(xué)”[29]，它的出現(xiàn)說(shuō)明基于數(shù)據(jù)與信息的可視化分析的重要性。在學(xué)習(xí)知識(shí)與認(rèn)知過(guò)程中，可視技術(shù)輔助的對(duì)數(shù)據(jù)與信息的認(rèn)知與處理，是重要的一部分，尤其是在科學(xué)思想與科學(xué)方法主導(dǎo)的技術(shù)與科學(xué)世界里。

3.突出模擬呈現(xiàn)的功能

可視化模擬的功能實(shí)現(xiàn)，主要涉及模擬的對(duì)象、目標(biāo)、形式等。可視化模擬也可以理解為仿真模擬，它有兩個(gè)重點(diǎn)：一是對(duì)事物形態(tài)、狀態(tài)的靜態(tài)模擬，二是對(duì)事物狀態(tài)、過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬。實(shí)際應(yīng)用中仿真模擬的交互性是其重要特性之一。可以用強(qiáng)、弱來(lái)區(qū)別對(duì)事物描述的抽象/可視程度。強(qiáng)仿真模擬是指對(duì)實(shí)際事物的特性、結(jié)構(gòu)、關(guān)系和過(guò)程等的逼真的數(shù)字化模擬，認(rèn)知地圖就是其中一種。弱仿真模擬是指對(duì)對(duì)象（事物本身的外形及其內(nèi)涵等）做了簡(jiǎn)化與抽象的表征，只動(dòng)態(tài)模擬其中的重點(diǎn)部分（合目的的選擇）的模擬。

由于模擬所具有的多種優(yōu)勢(shì)，已有學(xué)科、領(lǐng)域研究并應(yīng)用它，其中的重點(diǎn)之一是模擬要表現(xiàn)出選定的物理系統(tǒng)或抽象系統(tǒng)的關(guān)鍵特性。仿真是一種重現(xiàn)系統(tǒng)外在表現(xiàn)的特殊的模擬，而弱仿真模擬更多地是一種抽象表征。如果不考慮仿真與可視化呈現(xiàn)的語(yǔ)義范圍與規(guī)模，則仿真與可視化呈現(xiàn)有著同質(zhì)性。事實(shí)上，知識(shí)內(nèi)容的范疇并不排斥知識(shí)本身的規(guī)模與性質(zhì)。所以，對(duì)于知識(shí)可視化來(lái)講，仿真模擬可以看作是知識(shí)可視化的一個(gè)重要功能特色，它強(qiáng)調(diào)對(duì)事物的真實(shí)模擬，能夠看到事物關(guān)系、事物發(fā)生和變化的過(guò)程，以及事物變化后的結(jié)果。

（三）知識(shí)可視化的可用工具及其應(yīng)用

知識(shí)可視化可以有不同的視角與取向，但其可視化邏輯框架是穩(wěn)定的；不同的方法可以在心理圖式理論中找到根源。各有側(cè)重的可視化方法與各具特色的可視化工具，能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)與知識(shí)的多種應(yīng)用帶來(lái)多樣的呈現(xiàn)樣式與不同的可視效果。以上知識(shí)可視化方法，在現(xiàn)有可視工具的設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用中各有代表。通過(guò)它們，幾乎可以一窺知識(shí)可視化開發(fā)與應(yīng)用之就里；也為可視化學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用奠基、啟迪。表1列出了可用于知識(shí)可視化的典型工具及其可視的功能與方法。一些工具往往兼具不同的可視功能且有突出的實(shí)際應(yīng)用功能，如，CmapTools。它們?cè)谑褂蔑L(fēng)格上也各具特色。

表1　典型可視工具及其可視的功能與方法

可視化知識(shí)的可用工具，其技術(shù)形態(tài)主要有三種：控件、模板、軟件。控件是作為獨(dú)立軟體的裝卸組件存在的，理想狀態(tài)下，它可以在不同軟體間共享使用。模板可以看作是較常用的示例，常依附于獨(dú)立軟體。第三類就是獨(dú)立軟體。表1中的大部分工具都是獨(dú)立軟體。

從可視化的功能來(lái)說(shuō)，側(cè)重于可視化表達(dá)呈現(xiàn)與分析（表達(dá)與分析在實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用中基本是一體的）的工具，主要有兩大類：一是成組成套的圖解圖示，它們往往是帶有一定語(yǔ)義的圖形設(shè)計(jì)。它們可以被開發(fā)為控件，也可被嵌入或獨(dú)立為軟件之中；二是基于概念的概念圖，用以表達(dá)已知或未知內(nèi)容。這一類廣為人知，典型的有Inspiration、Mindmanager，還有CmapTool和Metafora[30]，側(cè)重于可視化模擬的工具，與仿真模擬同義，基本上有兩大類，一是模型化的圖示工具，二是仿真性的圖示工具。前者，典型的有insightmaker[31]；后者最常用的就是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，不同學(xué)科（知識(shí)領(lǐng)域）有不同的虛擬仿真平臺(tái)。

1.可視化工具應(yīng)用之圖形系列

圖形圖像系列的可視化應(yīng)用，以其本身認(rèn)知特點(diǎn)為基礎(chǔ)，它是通過(guò)圖解（diagram or graph）或圖表（statistics）呈現(xiàn)或分析內(nèi)容意義的系列應(yīng)用。其中用圖解的外形、布局、大小、層次、順序、色彩等表達(dá)內(nèi)容意義的某些成分，很多時(shí)候需要語(yǔ)詞配合；在圖形外形上越靠近實(shí)體外形，呈現(xiàn)就越逼真。而圖表也是借用完整的圖形描述數(shù)據(jù)或信息的主要語(yǔ)義，它們的特點(diǎn)就在于，有較多的意義成分通過(guò)圖形呈現(xiàn)表達(dá)了出來(lái)（比較于基于概念的表征系列）。在視覺(jué)認(rèn)知上，這種表征能更多地連接人的視覺(jué)知覺(jué)優(yōu)勢(shì)。

在可視化應(yīng)用中，可視化元素周期表有廣泛的指導(dǎo)作用。正如化學(xué)元素周期表旨在揭示通過(guò)元素得到化合物這種客觀事實(shí)而不是元素的組織原則一樣，可視化周期表的制作不是為了對(duì)各種可視化方法進(jìn)行組織歸納，而是期望通過(guò)各種可視化方法取長(zhǎng)補(bǔ)短、綜合使用來(lái)滿足自我需求，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)可視化的效果[32]?？梢暬芷诒聿⒉皇且粋€(gè)科學(xué)模型，只是一個(gè)用來(lái)進(jìn)行可視化方法分析的小工具，其設(shè)計(jì)初衷是為學(xué)生學(xué)習(xí)可視化提供方法引導(dǎo)，更好地服務(wù)于教學(xué)。

Burkhard在實(shí)證之后總結(jié)到：在商務(wù)方案中加入商務(wù)知識(shí)可視化，能提高決策者的知識(shí)傳遞。如果能對(duì)商務(wù)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行圖解，信息質(zhì)量和決策質(zhì)量可以被提高。這個(gè)過(guò)程降低了信息負(fù)載，避免錯(cuò)誤的解釋，增加了信息的質(zhì)量，提高交流，進(jìn)而提高了決策制定。這些應(yīng)用結(jié)論說(shuō)明了對(duì)可視學(xué)習(xí)技術(shù)做進(jìn)一步設(shè)計(jì)與應(yīng)用的價(jià)值，就如David Hyerle博士的思維地圖，可根據(jù)Burkhard的實(shí)踐研究類推，緊密結(jié)合學(xué)習(xí)中的認(rèn)知需要，也可以用以平衡信息負(fù)載、增加信息和語(yǔ)義質(zhì)量，提高交流；從圖形本身之義來(lái)看，它們按情境冠以其它語(yǔ)義，用作它途，但其基本語(yǔ)義結(jié)構(gòu)是不變的。

2.可視化工具應(yīng)用之概念合語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)系列

概念合語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)系列，是通過(guò)概念或命題或語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)或分析內(nèi)容意義的系列應(yīng)用。思維導(dǎo)圖中會(huì)用到命題；而最新研究與應(yīng)用中，語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)也被用在學(xué)習(xí)中以支持或輔助概念圖的繪制。相比較圖形表征系列而言，它們的特點(diǎn)就在于，少了用圖形外形呈現(xiàn)的意義成分，突出了概念及其平面布局，以期重點(diǎn)呈現(xiàn)關(guān)系與結(jié)構(gòu)。在視覺(jué)認(rèn)知上，這種表征對(duì)視覺(jué)知覺(jué)的利用就偏弱。

在實(shí)際應(yīng)用中，此系列對(duì)于可視化抽象的知識(shí)很具靈活性。Novak發(fā)現(xiàn)，當(dāng)關(guān)鍵概念和概念間的相關(guān)關(guān)系通過(guò)概念圖呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者時(shí)，對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)十分有效[33]。應(yīng)用功能別具特色的CmapTools，可以幫助學(xué)習(xí)者整合網(wǎng)絡(luò)資源、課堂資源、實(shí)驗(yàn)資源以及領(lǐng)域知識(shí)，進(jìn)行課程安排，記錄相關(guān)閱讀，整理數(shù)據(jù)，支持小組協(xié)作，整理畫圖、照片、視頻，進(jìn)行多學(xué)科整合，用于演講、研究和課前、課后評(píng)價(jià)等活動(dòng)[34]。而思維地圖可用以幫助學(xué)習(xí)者建構(gòu)與呈現(xiàn)知識(shí)，可以幫助他們提高基本的閱讀理解、寫作過(guò)程、數(shù)學(xué)以及問(wèn)題解決能力和高級(jí)思維（技巧）能力。還有以Word-Net為典型的“語(yǔ)義字典”配合概念圖應(yīng)用，再加上恰當(dāng)?shù)墓δ茉O(shè)計(jì)，無(wú)疑是支持知識(shí)表征和輔助知識(shí)學(xué)習(xí)的一種重要方法。對(duì)于抽象的知識(shí)來(lái)說(shuō)，這可能是用得最多的一種。有研究表明，運(yùn)用概念圖、思維導(dǎo)圖進(jìn)行教學(xué)，它不僅可以用來(lái)培養(yǎng)學(xué)生邏輯性思維和學(xué)習(xí)技能，還可以幫助學(xué)習(xí)者了解單個(gè)思維是如何組合成為思維整體的[35]。

可視模擬系列，是通過(guò)對(duì)事物、系統(tǒng)的仿真或抽象處理，進(jìn)行合目的“演示”，以把握事物與系統(tǒng)，或解決關(guān)于事物與系統(tǒng)的問(wèn)題。模擬所具有的多種優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)有很多學(xué)科在研究它，并已經(jīng)被應(yīng)用于很多領(lǐng)域。而較通用的典型可視模擬工具，要屬Insightmaker[36]。

三、面向知識(shí)的可視化技術(shù)觀察

（一）知識(shí)可視化的形態(tài)及其語(yǔ)義通路

上述是面向知識(shí)的可視化技術(shù)的視角、方法、工具及其應(yīng)用方面的情況。從最終可視形態(tài)看，可視化知識(shí)大體是兩種：利用圖形圖像的“擬象可視”和利用概念語(yǔ)詞的“解析可視”[37]?？梢暬R(shí)的功能與形態(tài)如表2所示。

表2　知識(shí)可視化形態(tài)

作為源于認(rèn)知的知識(shí)，其結(jié)構(gòu)將與認(rèn)知結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。結(jié)合目前的心理學(xué)有關(guān)認(rèn)知表征形式與認(rèn)知結(jié)構(gòu)的研究和連接意義傳播通道的考慮，在知識(shí)與媒介間應(yīng)當(dāng)存在圖1所示的關(guān)系。根據(jù)這種關(guān)系，用以輔助學(xué)習(xí)與閱讀的知識(shí)可視化工作，當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注語(yǔ)義中樞與語(yǔ)義媒介的同理相連。這也說(shuō)明，可以從知識(shí)本身入手，結(jié)合人認(rèn)知/思維的特點(diǎn)，找出知識(shí)可視的方法。事實(shí)上，從認(rèn)知與語(yǔ)義層面考慮可視化知識(shí)，已然成為進(jìn)一步深入的切口。

圖1　語(yǔ)義中樞與視覺(jué)媒介的語(yǔ)義通路

（二）知識(shí)可視化研究觀察

實(shí)際中更多的可視化知識(shí)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，至少可以從作為認(rèn)知結(jié)果的知識(shí)、作為知識(shí)源泉的情境和作為認(rèn)知生成的動(dòng)態(tài)交互三個(gè)方面加強(qiáng)。對(duì)人類知識(shí)的轉(zhuǎn)換、傳播、存儲(chǔ)與管理是可視化知識(shí)研究與應(yīng)用的重要方面。廣博深遠(yuǎn)的認(rèn)識(shí)積累，成就了今天的人類文明。作為知識(shí)傳承的一個(gè)重要手段，可視化知識(shí)是在教育領(lǐng)域中的深入研究與應(yīng)用，可以重點(diǎn)關(guān)注三個(gè)方面：一是領(lǐng)域或?qū)W科知識(shí)的可視化設(shè)計(jì)，其中形義交融與語(yǔ)義聚合是設(shè)計(jì)應(yīng)用中的兩個(gè)意義重點(diǎn)。同時(shí)，知識(shí)管理也可以借助可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的完善，以提高管理績(jī)效，并方便于知識(shí)的利用與創(chuàng)建。二是可視化情境（環(huán)境），在知識(shí)學(xué)習(xí)中可以還原本源而有利于知識(shí)的吸收，在知識(shí)創(chuàng)建中有利于理解與分析。三是可視化動(dòng)態(tài)交互，知識(shí)出自意識(shí)主體，也需要意識(shí)主體吸收，這中間有一個(gè)“交流互動(dòng)”的過(guò)程。無(wú)論是學(xué)習(xí)者與知識(shí)本身，還是學(xué)習(xí)者與客體環(huán)境，在認(rèn)知上，都有一個(gè)多次互動(dòng)的過(guò)程。適當(dāng)?shù)目梢暬换ピO(shè)計(jì)，對(duì)于知識(shí)掌握、知識(shí)利用和知識(shí)創(chuàng)建都大有裨益。

面向知識(shí)的可視化工具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，可以對(duì)以下幾個(gè)方面多加考慮：一是突出工具與知識(shí)內(nèi)容的結(jié)合?，F(xiàn)有工具大多是通用取向，突出了內(nèi)容抽象后的共同形式，以體現(xiàn)通用的結(jié)構(gòu)型、邏輯型等。這對(duì)于知識(shí)結(jié)構(gòu)與關(guān)系的學(xué)習(xí)有益。但是，如果有知識(shí)內(nèi)涵的其它要素，如指代、屬性、情境性等的參與，那對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)將更有助益。二是面向知識(shí)的可視化工具，可考慮兼容形象的“擬象可視”和針對(duì)抽象的“解析可視”，尤其是在青少年時(shí)期的學(xué)習(xí)中，兩種可視方式相得益彰。三是可視工具可考慮設(shè)計(jì)對(duì)分析的支持，重視在問(wèn)題解決中的作用。四是可視工具可強(qiáng)調(diào)事物動(dòng)態(tài)關(guān)系模擬和系統(tǒng)模擬，這對(duì)于解決問(wèn)題和創(chuàng)建知識(shí)十分有利。設(shè)計(jì)、開發(fā)中的語(yǔ)義圖示工具就是幫助學(xué)習(xí)者解析、模擬事物動(dòng)態(tài)關(guān)系和系統(tǒng)的嘗試。

對(duì)知識(shí)的性質(zhì)、形態(tài)與產(chǎn)生過(guò)程的分析與認(rèn)識(shí)，可以延伸并擴(kuò)展至對(duì)作用于知識(shí)呈現(xiàn)與知識(shí)創(chuàng)建的可視化技術(shù)的探索，這里稱其為圖示技術(shù)。它重點(diǎn)涉及“用什么原理、思路進(jìn)行圖示工作”和“用怎樣的圖示符號(hào)（體系）和規(guī)則等表達(dá)含義”兩個(gè)問(wèn)題?？梢暬R(shí)設(shè)計(jì)與應(yīng)用中，圖示技術(shù)指導(dǎo)知識(shí)圖示的基本思路與原理，落實(shí)于圖示語(yǔ)言和圖示工具；在圖示語(yǔ)言中明確圖示的符號(hào)與規(guī)則，并以工具及其使用反映圖示的技術(shù)要領(lǐng)，最終得到應(yīng)用圖示。即，圖示工具在操作上輔助學(xué)習(xí)者呈現(xiàn)或創(chuàng)建知識(shí)，圖示語(yǔ)言在認(rèn)知上輔助學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的呈現(xiàn)與創(chuàng)建。具體地，圖示技術(shù)的研究與設(shè)計(jì)將被用以支持：知識(shí)材料呈現(xiàn)說(shuō)、問(wèn)題與復(fù)雜項(xiàng)目的解決與（知識(shí)）創(chuàng)建。

根據(jù)以上論述，面向知識(shí)的可視化工作將從認(rèn)知層面關(guān)注圖示的設(shè)計(jì)，可以語(yǔ)義關(guān)系和思維結(jié)構(gòu)為重，系統(tǒng)考慮知識(shí)元素的連貫融合和知識(shí)結(jié)構(gòu)關(guān)系的多樣性，解決可視化知識(shí)的操作指導(dǎo)和學(xué)習(xí)者接受的問(wèn)題，以進(jìn)一步完善可視化知識(shí)的研究與應(yīng)用。此認(rèn)知取向的知識(shí)表征方法，這里且稱為知識(shí)可視的“認(rèn)知-語(yǔ)義-知識(shí)”進(jìn)路，簡(jiǎn)稱“CSK”，如圖2所示。

圖2　語(yǔ)義圖示工具對(duì)知識(shí)與學(xué)習(xí)的支持

四、總結(jié)

認(rèn)知取向的知識(shí)可視化，是對(duì)可視化知識(shí)工作的必要補(bǔ)充。在現(xiàn)有的知識(shí)可視化工作中，可以提供更具有操作性的指導(dǎo)。在學(xué)與教的應(yīng)用中，它可以配合基本問(wèn)題為學(xué)習(xí)者對(duì)人事物的認(rèn)知帶來(lái)更有秩序、更加結(jié)構(gòu)性的匡扶。以這種方法為基礎(chǔ)開發(fā)的數(shù)字工具，在數(shù)字化學(xué)習(xí)中也必然發(fā)揮積極的作用。

對(duì)知識(shí)可視化視角、方法與工具的全面透視，對(duì)現(xiàn)有可視技術(shù)與工具的有效應(yīng)用是有益的，對(duì)更實(shí)用、適當(dāng)?shù)墓ぞ唛_發(fā)也是大有幫助的。對(duì)可視化技術(shù)的多種取向、多種方法與工具的研究，可以為具有不同學(xué)習(xí)風(fēng)格、各異的認(rèn)知特點(diǎn)和多樣的興趣、行為特點(diǎn)的眾多學(xué)習(xí)個(gè)體提供寬廣而適用的數(shù)字技術(shù)服務(wù)。重要的是，這種連接學(xué)習(xí)者感覺(jué)系統(tǒng)的研究，具備切實(shí)服務(wù)于其認(rèn)知系統(tǒng)發(fā)展的潛力。

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權(quán)國(guó)龍，華東師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)系博士研究生，研究方向：學(xué)習(xí)科學(xué)與技術(shù)、可視化設(shè)計(jì)與應(yīng)用；馮園園，華東師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)系碩士研究生，研究方向：知識(shí)可視化表征；馮仰存，華東師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)系碩士研究生，研究方向：數(shù)字媒體技術(shù)設(shè)計(jì)；顧小清，華東師范大學(xué)教育學(xué)部教育信息技術(shù)學(xué)系教授、博士生導(dǎo)師，研究方向：CSCL、教育培訓(xùn)系統(tǒng)與用戶行為等，系本文通訊作者。

責(zé)任編輯：呂東東

Analysis and Observation of Knowledge-oriented Visualization Technology

Quan Guolong，F(xiàn)eng Yuanyuan，F(xiàn)eng Yangcun & Gu Xiaoqing
（Department of Education Information Technology，East China Normal University，Shanghai 200062)

【Abstract】Visualization technology，with the characteristics of intuition and accessibility，has been attracting the researchers' attention in the field of visual and digital application research. In the researches on teaching integrated with technology，it needs further observation in knowledge-oriented visualization technology，including perspectives，methods and tools of visualization technology and analysis of the application of visualization technology，so as to improve its design and application. Based on three perspectives of transmission，visual culture and information theory，there are four processes about visualization methods，which are restoring source knowledge with graphic images, reflecting the relationship with concept and proposition, revealing laws with statistical analysis and indicating the nature of things with simulation. It represents the features of showing presentation, analyzing presentation and simulating presentation. The periodic table of visualization methods, CmapTools and Insightmaker are typical tools corresponding to the features. Graph form, the concept of semantic web and visual analogue mode are the three series of visual design and application. In function, “to be like”and“resolution”are two types of visualization technology morphology. Cognitive-oriented visualization design and practical application are important options that can be strengthened from the cognitive knowledge, the situation of source knowledge and the cognitive-generated dynamic interaction.

【Keywords】Knowledge visualization; Visualization methods; Visualization tools; Development of visualization technology

收稿日期：2015年12月3日

[作者簡(jiǎn)介]

*基金項(xiàng)目：本文系2011年度新世紀(jì)優(yōu)秀人才計(jì)劃“基于個(gè)人數(shù)字終端的信息化創(chuàng)新應(yīng)用研究：資源、服務(wù)及應(yīng)用實(shí)例”（課題編號(hào)：NCET-11-0140）、國(guó)家社科基金“十二五”規(guī)劃2012年度教育學(xué)一般課題“以‘語(yǔ)義圖示’實(shí)現(xiàn)可視化知識(shí)表征與建模的理論與實(shí)踐研究”（課題編號(hào)：BCA120024）的研究成果。

[中圖分類號(hào)]G434

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1672—0008（2016）01—0090—09