浅析知识的可视化表征

浅析知识的可视化表征

【摘要】知识的可视化表征是教育技术的一个重要研究领域，本文通过探讨可视化表征的由来，研究学习者如何解读图像表征的规律，以及图像表征的一些原则来指导我们对知识进行表征的过程，以提高图像对知识的表征效果。

【关键字】可视化；视觉思维；图像；知识表征 传统的知识表征方式是用文字来表征的，但文字具有不形象、难理解等缺点，而且受到各个国家民族文字不同的限制，给传播造成很大的困难。在视觉文化日益受到关注的今天，图像已成为传达信息最重要的手段之一，且图像具有信息量大、直观形象等特点，成为一种强有力的表征形式。

一、知识可视化的由来

“可视化”，一词源于英文的“visualization ”，原意是“可看得见的、清楚的呈现”，也可译为“图示化”，如计算机编程的可视化界面(VB、VC 等) 。“可视化”作为专业术语的出现始于1987年2月，当时美国国家自然科学基金会(NationalSeieneeFoundation，简称NsF)

召开的一个专题研讨会给出了“科学计算可视化”的定义、覆盖的领域以及发展方向。这标志着科学计算可视化作为一门学科在国际范围内已经成熟(潘云鹤，2001) 。

Eppler&Burkard(2004)认为知识可视化

(KnowledgeVisualization)是在科学计算可视化、数据可视化、信息可视化基础上发展起来的新兴研究领域，应用视觉表征手段，促进群体知识的传播和创新。一般来讲，知识可视化领域研究的是视觉表征在提高两个或两个以上人之间的知识传播和创新中的作用。这样一来，知识可视化指的是所有可以用来建构和传达复杂知识的图解手段。除了传达事实信息之外，知识可视化的目标在于传输见解、经验、态度、价值观、期望、观点、意见和预测等，并以这种方式帮助他人正确地重构、记忆和应用这些知识。知识可视化与信息可视化有着本质差别，信息可视化的目标在于从大量的抽象数据中发现一些新的见解，或者简单地使存储的数据更容易被访问; 而知识可视化则是通过提供更丰富的表达他们所知道内容的方式，以提高人们之间的知识传播和创新(EPpler&Burkard，2004) 。

二、知识可视化表征的必要性

知识的表征可分为内在的表现形式和外在的表现形式：知识的内在表现形式是指在头脑中标识有关知识内容与结构的方式，包括感觉、知觉、表象，又包括概念、命题、图式等形式；知识的外在表现形式是指将抽象的知识通过一定的外在形式表征出来，以达到供人们学习、交流、传播等目的，它所使用的方式包括传统的文字表征，以及图形、图像等可视化的表征。使用文字来表征知识，虽然思路清晰，逻辑严密，能够表征复杂的概念、原理性的知识，但文字具有不形象、难理解等缺点，而且受到各个国家民族文字不同的限制，给传播造成很大的困难。用图像表征知识可以跨越国家、民族的界限，而且图像具有信息量大、直观形象等特点，可以直观的向学习者传递大量的信息；用图像表征知识还可以培养学习者的创造性思维，学习者在获得一个直观印象后，通常需要自己选择图中的一部份进行关注，通过与自己以往的经验产生联系，发现其中的相同与不同之处，从中可以获得新的知识。这样的一个过程，是一个主动探究的过程，所以使用图像来表征知识，既可以达到较好的传播效果，又可以培养学习者的创造性思维。

但是，如何才能使用好图像这个表征工具呢？这就需要我们分析学习者解读图像的整个过程，根据学习者

解读的视觉思维规律，来指导我们表征过程，使表征的形式更有针对性，能容易让学习者理解和接受。

三、把握视觉思维规律，提高知识的可视化表征效果 视觉是人类的最主要的信息来源，人们日常生活中的80%的信息来自视觉，50%的脑神经细胞与视觉相连。每个学习者都有自己的认知图式、知识文化背景和视觉经验，他们在观察图像时具有选择和辨别信息取向的能力，倾向于和已有的知识经验背景相联系，用已有的的知识经验来解读图像所表征的意义，并不是根据图像的设计意图来理解的。所以对图像设计的首要考虑是学习者已有的知识经验文化背景，了解学习者群体的视觉经验，让他们能够按着图像设计的表征目的来解构图像的含义。

审美直观心理学认为，观看不是对事物本身机械的复制，而是对其本质特征和规律的把握。格式塔心理学的创始人韦特海默曾经有一个著名的“似动”实现，即当两条直线按适当间隔时间先后出现时, 人们会把它看成是一条正在移动着的线, 而不是先后出现的两条静止的线，认为事物的形并不是其组成部分的叠加，而是作为一个整体而脱离于其部分之上，也就是说在知觉感知的同时就对其进行了加工，而不是观看之后

才在思维中进行处理。在观看过程中，人总是自动的将“坏的格式塔”转换为“好的格式塔”，即将结构不完整、不规则的图像转换为结构完整、规则的图像，如有一个缺了一个口的圆，但看到的却是一个完整的圆。根据这个原理，我们在设计图像时就要考虑学习者的视觉思维，充分调动他们的想象力和创造性，图像不仅仅是传递知识的载体，更是培养创造性思维的一个途径。

四、用图像表征知识的一般原则

了解了学习者如何解读图像以获得信息的一般过程和规律，就可以有针对性的指导我们的表征过程，下面是指导用图像来表征知识的一般原则：

（1）图像要突出主要特征，普遍规律

既然视知觉是从整体上对图像本质规律的把握，在使用图像表征时就应该使用简洁和谐的图形图像，突出知识的关键所在，不要进行机械的复制。如我们在介绍计算机操作系统的工作原理时，只需要把CPU 、内存、硬盘之间的信息调用关系用箭头标示出来，再配以必要的文字说明即可，过于多的细节反而会影响表达效果。另外更不能为了追求视觉的美观而影响表征效果，只要能完整正确的传达知识即可，过多的修饰

反而会使学习者难以抓住本质，给学习带来困难，特别是给中小学生使用的图像，过于漂亮花哨的图像会分散学生的注意力。只要把要表征的知识用简洁的图像表达出来，忽略其他的与内容无关的细节，才能有利于学习者对图像本质和规律的把握。

（2）图像要能与学习者以往的经验产生联系

这里的经验包括两个方面，一个是视觉经验，另一个是通过学习而得到的其他的知识。如果使用一个学习者已经见过的图形，则学习者可以通过视觉经验而得到其完整的意义，不需要过分详细的说明。若学习者缺乏某种视觉经验，就要慎重的使用图形，避免学习者在理解上出现障碍。比如运用树形图表示元素之间层次关系，对于理解树形图的学习者而言，无须说明其中元素之间的层次关系，如果学习者没有相关的视觉经验，就要详细说明图像所表达的意义。

另一个经验是通过学习而得到的其他知识。学习者因为知识的不同，观看同一副图像也有不同的收获，在选择图像时要考虑到学习者这两方面的经验，以达到好的传播效果。

（3）图像样式本身也具有意义

样式的意义来源于多种方面，如文化传统、生活习惯、约定俗成等。比如在色彩的选择上，红色一般代表重点，蓝色代表一般性内容，较大的图像比较近，教小的图像比较远，使用箭头组织起来的两个元素之间有先后的顺序，样式是否和谐也会影响到学习者的心情，所以，样式对于提高表征的准确性也是很重要的一个方面。

（4）通过运用图像表征知识，培养学生创造性思维 前面已经提到，对图像的解读需要学习者进行整体性的把握，经过选择、观察、与自己以往的经验相联系，从而得到新的知识，这样一个过程，就是自己探索的过程，无疑是一个创造性的过程。所以，在设计图像表征时，要充分利用这一特点，引导学习者自己主动的发现问题，解决问题，培养学习者的创造性思维。

（5）注意“图-底”关系

对于一个图像而言，视知觉在一段时间内只能将注意力集中在一个部分上，这个部分称之为“图”，而其他的内容则退化为“底”，最能引起学习者兴趣的、或者最能和学习者以往的经验相联系的部分最可能先成为“图”。我们当然希望所要表征的内容成为学习者眼中的“图”，所以既要对要表征的内容进行强化，比如使

用鲜明的颜色或不同的造型，又要分析学习者的兴趣爱好，使“底”中不会有转移学习者注意力的成分，才能引导学习者对其重点给予特别的关注。

（6）使用不同的联想方式，提高表征的新颖性

格式塔心理学认为，视知觉的观察总是试图将“坏的格式塔”，转换为“好的格式塔”，如果图像不是规则的、和谐的，则会产生“完形压强”，也就是将图像向规则、和谐进行转换。如果经过自己的解读能将“坏的格式塔”转换为“好的格式塔”，则“完形压强”得到解除，在获得信息的同时得到心理上的满足和愉悦，这比直接用规则、和谐的图像更能吸引学习者的兴趣，也是新颖的来源之一。

阿恩海姆在《视觉思维》一书中认为，视觉思维的基本元素是视觉意象，并且视觉意象之间是有联系的。

[1]比如一看到绿叶就会联想到生命、活力，一看到玫瑰花就会联想到甜蜜的爱情，这些联想的方式过于普通和常规，自然谈不上什么新颖性。可以拓展联想的方向，如一般的联想是关于其相似的方面，则可以引导学习者联想到它相对、相关的方面，除此之外，还可以选用不同于一般的联想来表征，比如不用橄榄枝

而用一双相拥的手来表征和平。通过这些方法，都可以增加表征方式的新颖性，提高传播的效果。

（7）注意使用图像和文字相结合的方式进行表征 固然用图像表征知识具有信息量大，直观形象等特点，但由于广大学习者的知识文化背景、视觉经验背景、思维方式、对图像的解构等方面的能力不同，他们对同一副图像所表征知识的含义的理解也会各不相同的，特别是对于新知识的理解，这就要求在用图像表征知识时，要配以必要的文字说明，已构成双重编码解释。双重编码理论的一个重要原则是:同时以视觉形式和语言形式呈现信息能够增强记忆和识别。该理论于1986年由Paivi 。提出，试图把语言和非语言放在同等重要的位置上。Palvio(1986)声明:人类认知是独特的，它在同时处理语言和非语言对象时非常特别。该理论认为，语言系统直接处理语言的输入和输出(以演讲和书写的形式) ，同时充当非语言对象、事件和行为的符号功能，任何的表征理论都必须符合这一二重性。

（8）要精心应用，不可滥用

图像语言丰富，可以“仁者见仁，智者见智”，能够用来培养学生发散性思维；但是运用不当会有可能造成

学习者对感官刺激的依赖，形成放纵和宣泄的浮躁思维模式。可视化的知识表征是更多的依赖于人们的视觉经验。这些经验来自于生活的积累而非系统化的学习。学习者的经验水平不同，对所表达的知识的理解层次有所不同，有人会从中获益匪浅，而有人会琢磨不透其中隐含的意义。容易造成信息沟的进一步扩大。所以在运用时要谨慎，作到有的放矢。[1]

可视化的知识表征是表达人类情感的有力工具，在德育教育中运用得当能够激发学生的情感，引导走向正确的方向。但引用不当，会适得其反，学生不仅没有受到正确信息的引导，还有可能得到不良信息的诱导，走向误区。

可视化知识表征方式能够提高学生的文化修养，培养学生的思维能力，在张舒予老师的《视觉文化》一书中提到符号的能指和所指。能指就是抽象符号所表示的对象，所指既包含对象又包含对象所表示的意义，即：一个是与“能指”形象相符合的直接的“所指”，一个是从“能指”形象中抽象出来的某中概念、思想或者情感等深层次的意义。[2]理解这一点，我们就能很好分析一下，教学过程中要传授的知识是属于哪个层面，是仅仅把一个概念或事物呈现给学习者，还是希望所呈现的知识能够对学习者有思想、价值观方面的影响，

或是思维能力的提升。提升表征的所指含义，脱离庸俗。潜移默化培养学习者的情感价值观和文化修养，根据这些分析，要恰当选择可视化的知识表征。

五、知识的可视化于教育技术的关系

知识可视化是指应用视觉表征手段促进群体知识的传播和创新，其实质是将人们的个体知识以图解的手段表示出来，形成能够直接作用于人的感官的知识外在表现形式，从而促进知识的传播和创新。教育技术是为了促进学习而对过程和资源进行设计、开发、应用、管理与评价的理论与实践，其目的是改善教学过程，使教学效果最优化。从知识可视化和教育技术的目的来看，两者是相当一致的。知识可视化无疑将成为教育技术达成教学效果最优化的利器之一，因此也是教育技术的一个重要的研究领域。