王楠　劉燕

摘要：隨著知識(shí)可視化工具應(yīng)用日漸普及，學(xué)術(shù)界對(duì)于知識(shí)可視化的研究逐步深入，相關(guān)研究者提出了較為系統(tǒng)化的知識(shí)可視化模型。該研究基于e-Learning視域，對(duì)現(xiàn)有的典型知識(shí)可視化模型進(jìn)行比較分析，旨在挖掘分析知識(shí)可視化的過程和方法。通過分析發(fā)現(xiàn)已有知識(shí)可視化模型在其構(gòu)成要素和核心過程上基本一致，但在理論基礎(chǔ)、差異性要素以及交互定位等三個(gè)方面存在一定差異。對(duì)知識(shí)可視化的交互進(jìn)行深入研究，以及根據(jù)知識(shí)類型的差異采用針對(duì)性的知識(shí)可視化方法，這兩點(diǎn)將成為后續(xù)相關(guān)研究的關(guān)注重點(diǎn)。本研究對(duì)于完善知識(shí)可視化基礎(chǔ)理論，指導(dǎo)知識(shí)可視化實(shí)踐有著重要意義。

關(guān)鍵詞：e-Learning；知識(shí)可視化；知識(shí)可視化模型；比較研究

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、前言

在信息技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，促進(jìn)群體知識(shí)傳播和創(chuàng)新的形式不斷涌現(xiàn)。在某種意義上，人類知識(shí)的傳播一直就在尋找高效的可視化方法和途徑，從以我國甲骨文為代表的象形文字的出現(xiàn)，再到印刷術(shù)的發(fā)明和傳播，工業(yè)革命催生普及的圖文并茂教科書，直至今日的e-Learning學(xué)習(xí)環(huán)境，各類知識(shí)圖譜的應(yīng)用，基于大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)行為可視化，以及虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在教育領(lǐng)域的探索等等，都是知識(shí)可視化實(shí)踐領(lǐng)域卓有成效的探索。因此，可以說知識(shí)可視化作為探究知識(shí)傳播和創(chuàng)造的途徑和手段，正在逐步推動(dòng)人類學(xué)習(xí)方式的演變。但是，從理論層面系統(tǒng)深入的認(rèn)識(shí)可視化，尤其是知識(shí)可視化，挖掘知識(shí)可視化的規(guī)律和模式，還處于初級(jí)階段。

二、知識(shí)可視化研究現(xiàn)狀

（一）知識(shí)可視化的涵義

知識(shí)可視化是建立在科學(xué)計(jì)算可視化、數(shù)據(jù)可視化、信息可視化基礎(chǔ)上的研究領(lǐng)域。在Eppler.M-J和Burkard看來，知識(shí)可視化根本目的是促進(jìn)群體知識(shí)的傳播和創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)這一目的的方法是視覺表征，即通過多種形式的圖解，形成更易于感知的個(gè)體知識(shí)表現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)促進(jìn)群體知識(shí)的傳播和創(chuàng)新這一根本目的。從這一被廣泛認(rèn)可的定義可以看出，知識(shí)可視化的實(shí)質(zhì)是一種用以解釋、建構(gòu)和傳遞復(fù)雜知識(shí)的圖解過程。

（二）知識(shí)可視化模型研究現(xiàn)狀

當(dāng)前知識(shí)可視化領(lǐng)域的研究，研究文章數(shù)量呈逐年增加的發(fā)展趨勢(shì)。目前知識(shí)可視化領(lǐng)域的研究，主要圍繞著其圖解手段、基礎(chǔ)理論和實(shí)踐應(yīng)用三方面。隨著近年關(guān)于知識(shí)圖譜、思維導(dǎo)圖等技術(shù)等實(shí)踐應(yīng)用日益增加，作為上述實(shí)踐基礎(chǔ)理論的知識(shí)可視化研究則愈顯重要。然而，現(xiàn)有文獻(xiàn)中對(duì)于知識(shí)可視化模型的深入研究相對(duì)欠缺?？梢?，知識(shí)可視化研究正處于完善基礎(chǔ)理論、構(gòu)建理論體系這一階段，隨著如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、電子白板等可視化學(xué)習(xí)環(huán)境實(shí)踐探索的逐步深入，對(duì)于知識(shí)可視化理論研究的需求日益迫切，亟待通過分析知識(shí)可視化系統(tǒng)模型，揭示知識(shí)可視化本質(zhì)并發(fā)現(xiàn)規(guī)律，這對(duì)于知識(shí)可視化領(lǐng)域的實(shí)踐發(fā)展有著非常重要的意義。

通過文獻(xiàn)檢索，發(fā)現(xiàn)目前主要有三個(gè)知識(shí)可視化模型在該領(lǐng)域中受到普遍關(guān)注和認(rèn)可，分別是R.A.Burkhard；在2004年提出的知識(shí)可視化模型，Jarke J.van Wijk在2006年提出的知識(shí)可視化基本模型，以及Min Chen等人在2009年提出的仿真認(rèn)知加工知識(shí)可視化模型。本研究著重對(duì)這三個(gè)模型，從各個(gè)模型的一致性和差異性兩個(gè)角度進(jìn)行分析。

三、典型知識(shí)可視化模型

（一）知識(shí)可視化模型

R.A.Burkhard在其2004年的研究中闡述了信息可視化和知識(shí)可視化的差異，并從知識(shí)管理和信息傳播視角提出了兩者的協(xié)同效應(yīng)，構(gòu)建了知識(shí)可視化模型。Burkhard的知識(shí)可視化模型重點(diǎn)描述了設(shè)計(jì)者如何通過專業(yè)實(shí)踐和先前研究，利用有效的可視化技術(shù)來創(chuàng)建可視化的知識(shí)形態(tài)。知識(shí)可視化模型如圖1所示。

Burkhard認(rèn)為知識(shí)可視化的過程是建立從數(shù)據(jù)到圖像的映射過程，通過圖像集合形成了一個(gè)更為有效的認(rèn)知過程。Burkhard的知識(shí)可視化模型將知識(shí)可視化過程區(qū)分為三個(gè)部分：信息發(fā)送者、知識(shí)可視化工具和信息接受者，三者間形成了緊密關(guān)聯(lián)的交互結(jié)構(gòu)。模型中包含了兩個(gè)基本的可視化學(xué)習(xí)過程，分別是人際之間和個(gè)人內(nèi)省的可視化學(xué)習(xí)過程。Burkhard提出，知識(shí)可視化由發(fā)送者推送作為起始，視覺表征轉(zhuǎn)化過程中又可分為三個(gè)過程：第一，發(fā)送者要獲取接受者的充分注意；第二，發(fā)送者需描述所傳遞知識(shí)的背景信息及概述，選擇知識(shí)呈現(xiàn)形態(tài)；第三，發(fā)送者把用“動(dòng)態(tài)會(huì)話”（Dynamic Dialog）的形式來展現(xiàn)知識(shí)細(xì)節(jié)，讓接受者借助視覺表征完成知識(shí)建構(gòu)。在Burkhard看來，知識(shí)可視化能夠引起更深層次的知識(shí)，接受者變得活躍，這也構(gòu)成了模型中“反饋一修改”過程，是探索新知識(shí)內(nèi)容的關(guān)鍵。只有當(dāng)接受者了解是誰、傳遞內(nèi)容及背景、及切身相關(guān)性時(shí)，接受者才會(huì)進(jìn)行知識(shí)探索。需要注意的是，Burkhard強(qiáng)調(diào)在知識(shí)可視化過程中，接受者可以通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行交互式操作得到可視化結(jié)果，能夠更有效地進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)。

（二）知識(shí)可視化基本模型

知識(shí)可視化的基本模型，是由荷蘭埃因霍芬理工大學(xué)Jarke J.van Wijk學(xué)者提出。Wiik的核心觀點(diǎn)是：知識(shí)可視化是多角度的，包括創(chuàng)新、藝術(shù)和科學(xué)等?；诖?，Wijk提出了通用的可視化模型。基于此，Wijk建立了知識(shí)可視化基本模型，如圖2所示。

在這一知識(shí)可視化基本模型中，Wijk突出了用戶根據(jù)自己的現(xiàn)有知識(shí)和認(rèn)知能力，通過交互對(duì)知識(shí)可視化技術(shù)形成的圖像進(jìn)行改進(jìn)；同時(shí)，用戶通過可視化成果提升認(rèn)知能力。模型中的技術(shù)/時(shí)間這一參數(shù)表示交互對(duì)技術(shù)的影響，知識(shí)/時(shí)間參數(shù)表示著用戶認(rèn)知能力的速度。交互在知識(shí)可視化中的重要性，在于用戶可以通過不斷的交互實(shí)現(xiàn)更多知識(shí)的獲取。

（三）仿真認(rèn)知加工知識(shí)可視化模型

仿真認(rèn)知加工知識(shí)可視化模型，是由英國斯旺西大學(xué)的Min Chen和美國普渡大學(xué)的David Ebert等人在2009年提出。這一模型對(duì)知識(shí)可視化中的數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)等要素分析較為深入，最重要的貢獻(xiàn)在于其提出了知識(shí)可視化的四個(gè)發(fā)展過程，即基本可視化、信息輔助可視化、知識(shí)輔助可視化、知識(shí)輔助的可視化仿真認(rèn)知，如圖3所示。

基于Min Chen等人的觀點(diǎn)，知識(shí)可視化應(yīng)注重從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的知識(shí)，其核心過程在于將數(shù)據(jù)集合轉(zhuǎn)化為圖像集合，實(shí)現(xiàn)促進(jìn)高效認(rèn)知。隨著數(shù)據(jù)量增加，已有互動(dòng)的可視化不能滿足需求，這就需要利用信息技術(shù)提高知識(shí)可視化的效率。同時(shí)，由于用戶應(yīng)用可視化技術(shù)的障礙主要來源于特定知識(shí)的匱乏，因此知識(shí)可視化需要在多個(gè)用戶之間實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域知識(shí)的分享，以減小用戶應(yīng)用復(fù)雜可視化技術(shù)的負(fù)擔(dān)?；诖耍琈in Chen等人對(duì)知識(shí)可視化模型在如下方面進(jìn)行了完善，形成了仿真認(rèn)知加工知識(shí)可視化模型，如圖4所示。

1.信息輔助可視化：將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有用的信息以實(shí)現(xiàn)可視化，幫助用戶減少可視化過程的時(shí)間成本；

2.知識(shí)輔助可視化：其包括針對(duì)特定應(yīng)用和復(fù)雜可視化技術(shù)的領(lǐng)域知識(shí)，旨在彌補(bǔ)用戶特定領(lǐng)域知識(shí)的缺乏；

3.可視化的基礎(chǔ)設(shè)施：關(guān)于可視化過程的數(shù)據(jù)需要通過基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行搜集、整理、分析。這一模型特別強(qiáng)調(diào)，其可視化基礎(chǔ)設(shè)施是通用的，能夠支持多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。

四、知識(shí)可視化模型比較

通過分析比較上述三個(gè)典型知識(shí)可視化模型，可見各個(gè)模型所構(gòu)建的知識(shí)可視化過程較為一致，都是強(qiáng)調(diào)通過可視化將原始數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成為易于理解的知識(shí)形態(tài)，并關(guān)注了用于對(duì)于所傳遞知識(shí)形態(tài)的反饋。

（一）典型知識(shí)可視化模型的一致性

1.基本要素的一致性

三個(gè)典型的知識(shí)可視化模型，其所提出的知識(shí)可視化構(gòu)成要素基本相同，都包含有數(shù)據(jù)、可視化技術(shù)、知識(shí)整合、交互過程等四個(gè)要素。

數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)是知識(shí)可視化的基礎(chǔ)。

可視化技術(shù)：可視化技術(shù)是針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖解的方法和手段，其所支持的可視化過程是知識(shí)可視化的核心。

知識(shí)整合：知識(shí)整合是知識(shí)可視化的目標(biāo)。

交互：交互是知識(shí)可視化不可或缺的環(huán)節(jié)，通過交互實(shí)現(xiàn)對(duì)可視化成果的不斷改進(jìn)，以閉環(huán)實(shí)現(xiàn)知識(shí)迭代。

2.核心過程的一致性

要素的一致性促成了知識(shí)可視化核心過程的一致性?；谥R(shí)可視化的四個(gè)基本要素，其所形成的可視化過程中，可視化環(huán)節(jié)無疑是這一過程中最重要的部分，其關(guān)聯(lián)了數(shù)據(jù)信息、可視化技術(shù)、知識(shí)整合和交互等四個(gè)基本要素。

（二）典型知識(shí)可視化模型的差異性

1.基礎(chǔ)理論

廣義上講，知識(shí)可視化模型基礎(chǔ)理論都與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論有這不可分割的關(guān)系，但是通過分析我們可以發(fā)現(xiàn)模型間的基礎(chǔ)理論仍存在差異，主要體現(xiàn)模型是建構(gòu)在單一理論基礎(chǔ)之上還是多學(xué)科理論基礎(chǔ)之上。Burkhard知識(shí)可視化模型建立于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)上，其更適用于教學(xué)中知識(shí)可視化的應(yīng)用，便于開展教學(xué)設(shè)計(jì)；Wijk提出的知識(shí)可視化基本模型，因其旨在探索多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)可視化規(guī)律，不局限于特定基礎(chǔ)理論；仿真認(rèn)知加工知識(shí)可視化模型，其所提出的知識(shí)輔助和信息支持設(shè)施架構(gòu)，帶有明顯的信息科學(xué)特征。

2.關(guān)注點(diǎn)的差異性

（1）Burkhard的知識(shí)可視化模型強(qiáng)調(diào)可視化過程中心理建構(gòu)。在模型中尤其突出了發(fā)送者心理模式和接受者心理模式這兩個(gè)基本部分，并在其外在可視化表示過程細(xì)化的三個(gè)階段中，特別提出了引起注意這一階段。因此，該模型將知識(shí)可視化過程視作一個(gè)心理建構(gòu)過程，是從發(fā)送者提供信息和知識(shí)，利用可視化工具和技術(shù)進(jìn)行可視化，最終實(shí)現(xiàn)在接受者的知識(shí)建構(gòu)。對(duì)于可視化過程中心理建構(gòu)的關(guān)注，即體現(xiàn)在接受者原有認(rèn)知水平會(huì)影響其對(duì)可視化成果的接受程度，同時(shí)也體現(xiàn)在可視化的根本目的在于幫助接受者形成特定領(lǐng)域的認(rèn)知。

（2）Wijk提出的知識(shí)可視化基本模型，在明確了圖像是知識(shí)可視化的成果同時(shí)，同樣強(qiáng)調(diào)了用戶認(rèn)知能力對(duì)可視化成果的影響。同時(shí)，這一模型進(jìn)一步明確了知識(shí)可視化的構(gòu)成要素包括數(shù)據(jù)信息、可視化技術(shù)、可視化成果、用戶重構(gòu)后的知識(shí)、用戶與可視化技術(shù)的交互等；其中，有兩點(diǎn)值得關(guān)注，一是對(duì)于用戶重構(gòu)后知識(shí)的明確，這就形成了基于知識(shí)可視化的用戶知識(shí)增長，第二點(diǎn)就是這一模型提出了知識(shí)可視化過程中以時(shí)間為代表的成本，并將相關(guān)要素與時(shí)間結(jié)合起來，這也有助于認(rèn)識(shí)用戶知識(shí)漸進(jìn)式增長的規(guī)律。

（3）仿真認(rèn)知加工的知識(shí)可視化模型，更側(cè)重于建立基于信息技術(shù)的、具有整體觀的知識(shí)可視化，因此相比較前兩個(gè)模型來說具有相當(dāng)?shù)耐暾浴ＤＰ屯怀隽嘶谛畔⒓夹g(shù)搭建的基本可視化模型框架，通過知識(shí)輔助可視化對(duì)信息源進(jìn)行基于特定領(lǐng)域知識(shí)的設(shè)定，利用信息輔助可視化展示典型輸入信息，以及可視化過程的屬性、結(jié)果的屬性、用戶認(rèn)知行為的特點(diǎn)；在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了用戶利用獲取信息及相應(yīng)參數(shù)來降低可視化后的認(rèn)知難度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)約可視化成本的目的。

3.交互在知識(shí)可視化過程中的定位

不同知識(shí)可視化模型中對(duì)于交互的定位存在顯著差異，或定位于原始信息的修訂，或定位于可視化技術(shù)的完善。在Burkhard知識(shí)可視化模型中，交互目的是針對(duì)知識(shí)可視化過程中產(chǎn)生的問題，將其反饋到發(fā)送者由其進(jìn)行修改。Wijk所提出的知識(shí)可視化基本模型中，提出了通過交互對(duì)知識(shí)可視化技術(shù)形成的圖像進(jìn)行不斷改進(jìn)，沒有考慮對(duì)數(shù)據(jù)修改。仿真認(rèn)知加工知識(shí)可視化模型中，用戶感知能力情況通過交互反饋給系統(tǒng)以調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，因此這一模型中交互的實(shí)質(zhì)上形成可視化技術(shù)反饋的關(guān)鍵。

通過對(duì)上述典型知識(shí)可視化模型的比較分析可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于學(xué)習(xí)者知識(shí)學(xué)習(xí)，可視化過程中所采用的具體可視化技術(shù)非常重要，能夠直接影響知識(shí)可視化的應(yīng)用成效。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有知識(shí)可視化的典型模型，對(duì)于知識(shí)可視化的交互類型都缺乏深入研究，也就是說要對(duì)何種類型的知識(shí)進(jìn)行怎樣可視化的操作，以及其能夠?qū)崿F(xiàn)何種程度的學(xué)習(xí)目標(biāo)，現(xiàn)有研究沒有明確給出解答。澳大利亞教育心理學(xué)家彼格斯提出了針對(duì)學(xué)習(xí)質(zhì)量的SOLO評(píng)價(jià)體系，本研究的后續(xù)研究中，將這一分類應(yīng)用于知識(shí)可視化研究中，嘗試針對(duì)不同類型的知識(shí)采用差異化的知識(shí)可視化方法和技術(shù)，以期提升知識(shí)可視化的成效。

五、結(jié)論與展望

隨著知識(shí)圖譜等知識(shí)可視化應(yīng)用的日益深入，知識(shí)可視化已經(jīng)成為解決信息過載的重要方法。如何在e-Leaming環(huán)境下將知識(shí)可視化與學(xué)科領(lǐng)域、跨學(xué)科領(lǐng)域的教學(xué)實(shí)踐密切結(jié)合，迫切需要對(duì)知識(shí)可視化模型形成共識(shí)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探索知識(shí)可視化的規(guī)律并不斷提升其成效?，F(xiàn)階段，知識(shí)可視化在社會(huì)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中的人際關(guān)系形成、資源建構(gòu)以及學(xué)習(xí)過程可視化方面經(jīng)取得了一些卓有成效的研究成果。隨著對(duì)于大數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)分析等領(lǐng)域研究的突破，知識(shí)可視化將發(fā)揮更大的功效。

同時(shí)，需要強(qiáng)調(diào)的是，在知識(shí)可視化模型中，交互起著非常重要的作用，是知識(shí)可視化不可或缺的一環(huán)。學(xué)習(xí)者通過交互的可視化過程獲取知識(shí)，又通過反饋不斷提升優(yōu)化可視化的成效。知識(shí)可視化過程中的交互設(shè)計(jì)，應(yīng)密切吻合其所涉及的知識(shí)類型。在后續(xù)研究中，可以借鑒Robert Spence提出的信息可視化交互分類體系，將交互分為連續(xù)式交互、漸進(jìn)式交互、被動(dòng)式交互和混合式交互等四類。如何構(gòu)建學(xué)習(xí)目標(biāo)、知識(shí)類型、可視化技術(shù)和交互方式等多要素的一致性，充分發(fā)揮知識(shí)可視化的積極作用，正是目前知識(shí)可視化應(yīng)用的瓶頸之一，這也是本研究后續(xù)重點(diǎn)。