知识可视化应用于学科教学的新观点

知识可视化应用于学科教学的新观点——访瑞士知识可视化研究开拓者马丁·爱普教授

2015-06-29 MOOC

本文由《开放教育研究》杂志授权转载

作者：本刊特约记者赵慧臣、王淑艳

编者按

随着多媒体技术的发展，如何有效应用知识可视化优化教学过程，成为图像时代教学面临的重要挑战。瑞士卢加诺大学马丁·爱普(Martin J.Eppler) 教授是推动知识可视化研究的重要开拓者，在促进知识可视化的教学应用方面成绩显著。2004年，他界定了知识可视化的定义，提出视觉传播与视觉认知是知识可视化的理论基础，推动知识可视化正式成为新的研究领域。2005年，他整合形式多样的视觉表征形式，形成“可视化方法周期表”，用以揭示不同形式视觉表征的异同。他和团队构建了“视觉素养”在线学习教程，提供可视化教学设计方案和案例，大力推动知识可视化在专业教学中的应用，为利用可视化方式优化教学过程提供了参考。他开发了知识传播网(www.knowledge-communication.org)、视觉素养网(www.visual-literacy.org)等知名网站，利用网络课程提升教师、学生的视觉素养，推广知识可视化及其教学应用成果。他与多所高校合作，

开展知识可视化的综合研究，对不同学校、不同学科人员如何开展协同研究具有参考价值。借助于本次访谈，我们能了解马丁·爱普教授如何看待知识可视化教学应用的最新发展与未来趋势，及其研究团队如何利用知识可视化优化教学的。

关键词：知识可视化；可视化教学；知识传播

记者：马丁·爱普教授，很荣幸您能接受我们的采访。您是知识可视化研究方面的权威，在知识可视化及其教学应用方面开展了卓有成效的研究。您能否先向中国读者简单介绍一下知识可视化是什么？具有什么优势？

马丁·爱普：很高兴接受您的访问。知识可视化指应用视觉表征手段，促进群体知识的创造和传播。我们通过绘制草图、知识图表、视觉隐喻等视觉方式表征知识，促进人际间的知识传播和创新。在多媒体技术支持下，知识可视化制作工具越来越多，方法更简易。常用的知识可视化工具有思维导图软件Mind manager 和概念图软件Inspiration 等。

知识可视化的优势可体现在社会、情感和认知三方面。在社会方面，它有助于推动知识在生产者和学习者之间的传播；在情感方面，它引导学习者主动探究图形的意义，有助于从文化情感层面促进知识创新和迁移；在认知方面，它可以呈现新旧知识间的联系，引导学习者记

忆、应用新知识。所以，知识可视化教学应用范围非常广泛，效果令人期待。

记者：您是怎么进入知识可视化研究领域的？为什么会开展这方面的研究？

马丁·爱普：我研究知识可视化的兴趣基于早期的相关研究。我早期一方面从事知识管理的信息超载研究，另一方面关注专家间以及其他决策者间的知识传播。不同群体间的知识传播可以介于工程师和管理人员之间、承销商和风险经理之间、政治分析家和公共决策者之间，以及信息技术分析师和首席信息官之间等。

我的学术研究主要从交互角度探讨可视化对群体关系的影响。我既从一般意义上探讨可视化对群体知识共享的影响，又从具体层面分析可视化是如何影响团队决策、知识共享和协作学习的。我想了解人们如何通过可视化方式更好地表达他们所知道的。为此，我们研究了如何应用草图、视觉隐喻、映射技术、3D 环境等形式多样的可视化形式，

包括在现实生活或在线互动的人群中如何选择、应用可视化形式。研究证明，可视化对促进群体知识共享很有帮助。

记者：您提出知识可视化是应用视觉表征手段，促进群体知识的传播

和创新，研究视觉表征在提高群体之间知识传播和创新的作用。在这一定义中，您要强调的是什么？

马丁·爱普：首先，无论是知识可视化的设计还是运用，视觉表征都是手段。知识可视化指所有可以用来建构和传播复杂见解的图解手段，既包括在小组间产生新见解的启发式草图(heuristic sketches)、结构化信息并展示其关系的概念图(conceptual diagrams)，也包括映射抽象数据使其易于理解的视觉隐喻(visual metaphors) 、结构化专家知识并提供导航的知识地图(knowledge maps) 。当然，视觉表征并不取代其它知识创造和传播手段，而是和其它表征手段结合起来。

其次，知识可视化为知识传播与创新提供了更多可能。应用知识可视化时，知识传播可以借助视觉表征作为语言文本的补充，超越纯文本的认识方法、思维方式，深化对语言文本的认识；还可以综合运用多

最后，知识可视化领域研究的是应用视觉表征改善两个或两个以上个体间的知识创造与传播。相对于科学计算可视化、数据可视化和信息可视化，知识可视化更强调人际间的交互。我认为，知识可视化研究侧重于群体之间的知识传播，包括在个人间、个人和群体之间、群体间等多个层面。

记者：随着技术环境的变化，您提出的上述定义在今天还合适吗？知识可视化概念需要如何更新，以准确反映此领域的新发展？

马丁·爱普：原来的知识可视化定义已经纳入新媒体，并作为关键因素，但没有限定知识可视化的范围。我们必须承认一个事实：知识可视化可采取多种形式，可以是特设的餐巾纸素描，或是啾啾图(Tweeted Diagrams) 的线程(thread)；也可以是共享白板中的协作学习环境，或是身临其境的3D 环境。

不管2004年后知识可视化出现了什么变化，可以肯定的是，利用它们可使协作学习变得更加容易。不过，说实话，我本来认为人们将更加快捷、更加广泛地应用知识可视化支持协作学习。可惜的是，今天互联网上的视觉内容，仅很少一部分能够支持协作学习。

记者：很多人不太了解不同知识可视化形式的差别，无法在教学中有效应用。您设计了可视化方法周期表，直观揭示不同形式视觉表征的联系和区别。请问您是怎样构建可视化方法周期表的？我们该如何借助它来开展理论研究和教学实践？

马丁·爱普：早在2007年，我联合瑞士几所大学的相关研究人员，建构了知识可视化研究和教学联盟，以提高工程、商业和通信等专业学

生的视觉素养。在该研究中，我分析了很多的可视化分类法。让我沮丧的是，没有简单易用的“一站式服务”。人们无法概览各种视觉方法的多样性和变化特征。在此背景下，我想用易于理解的方式构建可视化方法的排列体系。于是，我写下并评价所知道的可视化方法，然后参考门捷列夫的元素周期表，以图形化的方式把它们排列出来(见图

1) 。

在可视化方法周期表中，根据可视化复杂度，我们将知识可视化划分为数据可视化(data visualization) 、信息可视化(information visualization) 、概念可视化(concept visualization) 、隐喻可视化(metaphor visualization)、策略可视化(strategy visualization)和复合可视化(compound visualization) 。在每种可视化类型中，我们放入具体的可视化方法，然后在表征形式、交互方式和认知特征等方面加以分析。

后来，我的助手把它放入视觉素养网站(http：//www.visual-literacy.org)。它随之快速成为流行的可视化在线参考工具。但我们从来没有打算将其作为长期、科学的工具。它主要为学生可视化学习提供方法引导，更好地服务于可视化教学。人们不应该过分地认为它非常严格、没有遗漏，或把它当作科学模型。它只是分析可视化方法的小工具，没别的意义。

它的流行告诉我：在可视化世界，人们还需更多方法上的指导。在即

将推出的新书《视觉型工作》(Working Visually)中，我们提供了系统、严谨的论述，比可视化方法周期表还完善。

用周期表方式呈现可视化方法体现了研究人员的价值。但是，我宁愿鼓励同事严格评估可视化方法，突出不同方法的优缺点，从而可以引导教育者和学习者以更恰当的可视化方法完成教学。

记者：进入知识时代后，人们相继提出知识管理、知识传播、知识可视化等概念，三者之间的联系是什么？知识可视化在其中扮演什么角色？

马丁·爱普：我觉得三个领域之间存在进化关系。从历史发展的角度看，20世纪90年代初，人们将管理和信息技术联系起来，开始关注知识管理。相关机构尽管努力开展知识管理，但仍遇到很多挫折。最重要的原因在于人们过度依赖信息技术系统。我们需要更多强调知识在合作者之间如何传送、共享和集成，而不仅仅关注在信息系统之间如何存储或传输。进入90年代后期和21世纪初，知识传播变得流行。由此可见，知识传播是知识管理特别重要的部分。

随着新的、无缝、功能强大的可视化技术的出现，应用可视化成为提高知识传播效果的重要方式。人们不仅关注传统的思维导图、概念图等知识可视化形式，还关注新兴的增强现实、虚拟会议等新兴知识可

视化形式。所以，从知识管理到知识传播和知识可视化是一种进化关系，以可视化方式呈现知识有利于完善知识管理和促进知识传播。

记者：在知识可视化教学应用中，您是如何根据学科特点，设计可视化教学方法的？需要关注哪些问题？

马丁·爱普：在可视化教学应用中，我们设计高度互动的教学方法。我们尝试在课堂中广泛应用现实生活中的可视化素材，灵活应用知识可视化软件，努力通过详尽的图形框架，将学生学习过程可视化。我们也一直面向众多的专业教师，训练他们的可视化教学能力。

一般情况下，在设计可视化教学方法时，我们应该关注以下问题：1) 在学科教学中，学生已经知道了哪些知识？我们如何将他们已有的知识可视化？2) 在学生现有知识水平上，他们还需要学习什么？我们如何将这些知识可视化，以满足他们的需求？3) 在具体的可视化方法中，我们如何才能有效地传播和构建知识？怎样传播是什么(know-what) 的知识，呈现怎么样(know-how) 的知识？怎样通过视觉故事，讲述为什么(know-why ) 的知识？4) 学生如何借助可视化手段，开展专业学习？5)

记者：在知识可视化应用中，除可视化图形、可视化方法外，还涉及

人们应用知识可视化的基本能力，即视觉素养，师生应如何提高视觉素养？

马丁·爱普：我们需要区分被动的视觉素养和主动的视觉素养。其中，被动视觉素养指批判性地评价用于知识共享图像的能力，如判断现有图像的优缺点等；主动视觉素养指产生高品质可视化效果的能力，以更好地实现知识共享。

被动视觉素养的提升可以通过图像质量检查表和分析大量(好或坏) 实例来实现。被动视觉素养可以帮助人们了解可视化的潜在缺陷。主动视觉素养具有创新性。学生只有设计、利用知识可视化，并及时接收相应的反馈，才能有效地提升主动视觉素养。为此，我们给学生分配知识可视化学习任务，为他们提供实践建议和绩效反馈。

在视觉素养训练中，学习者不仅需要掌握视觉素养、视觉学习等基础理论知识，以及理解视觉艺术、视觉信息等拓展性知识，还应具备数字化操作能力，然后结合学科专业的学习，开展视觉素养训练实践(见图2) 。

记者：信息技术在视觉素养训练中的作用非常重要。您和团队结合商业、工程等专业教学特点，构建了视觉素养在线学习教程。您能否介绍一下在线学习教程方面的情况？

马丁·爱普：为训练学生的可视化能力，我们开发了视觉素养在线学习教程(http：//www.visual-literacy.org/pages/demo.htm)，提供可视化设计方案和教学案例。现在我们将它应用于各种教学和培训中。目前，我们仍定期收集用户反馈，不断完善在线学习教程程序，丰富在线学习教程资源。

视觉素养在线学习教程包括在线课程以及混合的技能培养课程，分布在四所高校的14门课程中。

这些在线学习教程将知识可视化和专业学习相结合，引导学生如何将抽象思维转化为可视化图形，以管理复杂的教学主题和强调每节课的重点教授内容。

虽然学生对知识可视化话题感兴趣，但他们仍需要了解知识可视化的应用领域，明白知识可视化可应用在哪些专业学习中，探索知识可视化在专业学习中的应用方法。通过视觉素养在线教程，学生可了解知识可视化的关键原则和方法，灵活地获得可视化教学资源，有效应用必要的知识可视化工具，提升专业学习效果和自身视觉素养。

记者：您能否介绍一下视觉素养在线教程教学模块的组成及特点？

马丁·爱普：视觉素养在线教程分三个模块：一是基本模块，涵盖可视化的基础知识；二是应用模块，主要是将基本模块的可视化知识应用到学科教学中。在这里，学生深入分析学科教学问题，从可视化角生实践可视化学习的想法，应用可视化方法解决专业学习问题(见表

一) 。

由于视觉素养训练的侧重点不同，不同模块的教学设计活动差别很大。其中，基本模块、应用模块包括互动练习和选择题；探索模块由教师通过网络指导学生根据专业学习的需要，探索可视化的应用方法，提高自身的视觉素养和专业学习效果。

记者：在开展可视化教学中，您认为师生可能面对哪些挑战？

马丁·爱普：有时，习惯是最大的挑战，很多人容易停留在陈旧、既定的教学方式中。为了构建可视化教学新方式，我们需要先尝试应用新的、简单的可视化方法。这已被证明是成功的，即应用可视化可支持学生更加投入地学习，有助于促进学生间的知识共享。

人们尝试应用可视化还面临缺乏易用工具和应用技巧的挑战。在易用工具方面，Mindjet 、Inspiration 等简洁实用的知识可视化工具可以提

供帮助。在应用技巧方面，人们可以找到简单易用的可视化模板(见http ：//www.sketchingatwork.com/index.php/en/book/gallery)，以在初始阶段作为参考，促进知识共享。这些模板不存在技术障碍，非常便于应用。当然，人们还可以借助交互式白板、平板电脑或其它先进信息技术工具作为支撑，应用知识可视化开展专业教学。

记者：您能否介绍一下您与学校、学科人员如何协同开展可视化教学研究的？有什么经验可以分享？

马丁·爱普：我认为，为了准确了解知识可视化教学应用的特征，充分掘挖知识可视化教学应用的潜力，跨学科和跨文化的合作研究必不可少。到目前为止，我们已经与来自中国、新加坡、德国、印度、奥地利、希腊、美国、英国、芬兰和秘鲁等学者合作，开展不同文化背景下知识可视化的比较研究。研究发现，不同文化背景下人们的视觉感知差异很大。

例如，亚洲学习者更多关注可视化的背景元素，喜欢整体、叙事的视觉方式。西方学习者主要集中在可视化的前景元素，偏好图示胜于隐喻。在可视化设计时，我们需要充分考虑文化背景的影响。当然，不同文化背景下人们在应用知识可视化时也呈现一些共同特征。例如，像比幻灯片和纯文本表现更好。

除跨文化合作外，知识可视化研究还需要跨学科合作。我认为，只从一个学科角度不能正确把握知识可视化及其教学。为推动知识可视化的跨学科研究，作为研究项目主管，我通过寻找不同学科的研究人员，实现在研究内容、研究方法和研究能力的互补。为此，我们与传播学、心理学、教育信息技术、工程设计和市场研究人员合作，从不同学科探讨可视化的影响。在与其他同事合作中，尽早划定共同研究的范围，尊重各自专业领域非常重要。唯有如此，知识可视化的跨学科研究才可能富有成果。

记者：您在知识可视化教学应用方面已取得哪些成果？

马丁·爱普：目前，我们取得的最大成就可能是将知识可视化与信息可视化或文献计量学等领域区分开来，让其成为独立的学术领域。这意味着我们需要在总结经验的基础上，开展大量调查、案例分析和实验研究，并从教育学、认知心理学、平面设计等领域构建知识可视化相关概念。视觉表征、可视化教学、视觉思维等概念隐含了类似的观点：流动、灵活的可视化形式可以帮助人们整合知识，无论他们是学习者、管理者还是科学家。对教学而言，借助可视化手段的帮助，教师和学生可更轻松、更快捷地传播、共享知识。

知识可视化研究需要相应的理论支持，以解释它如何影响人们的思考

和沟通。在理论方面，我们提出了视觉空间推理、适应性结构化等理论。当然，知识可视化研究还需要多样化的研究方法。我们大多采用现实生活经理人(real-life managers)的实验方法，以及调查和个案研究法。我们还需引入民族志研究(ethnographies)，来分析组织机构人员应用可视化的状况。

在实践方面，我们开发了一些可视化工具，包括可视化软件包(http：//en.lets-focus.com)、手绘图工具箱(http：//sketchingatwork.com)或可视化方法周期表(www.visual-literacy.org)和协作卡工具集等。我们在全球范围内开展视觉思维训练，遍及沙特阿拉伯首都利雅得、哥伦比亚首都波哥大、保加利亚首都索非亚、秘鲁利马一路和挪威奥斯陆等。

在研究成果方面，我们下一本书《视觉型工作》将会由可视化领域的主要出版商O'Reilly 出版，在全球发行。这有可能让知识可视化研究获得更高知名度，产生更广泛影响。我们新近还在Elsevier/Campus出版了巴西版新书《工作中的草图》(Sketching at Work)。

记者：可视化资源现在非常丰富，而应用于协作学习的并不多。您认为知识可视化的教学应用面临哪些困难或障碍？您如何看待知识可视化的未来发展和应用潜力？

马丁·爱普：对于知识可视化的教学应用，我认为需要考虑三个重要

因素：首先，知识可视化的研究设计将变得更加严格、规范。例如，采用实验方法展示知识可视化的教学效果；其次，知识可视化的研究与开发人员需要根据管理人员、学生和教育工作者的学习状况以及日常行为，提供易学易用的可视化方法，开发针对性强的可视化资源；第三，将知识可视化的研究与应用置于全球化背景下，与跨文化、跨学科和语言障碍问题等相关联。

对于知识可视化的未来发展，我认为潜力巨大，特别是在大规模协作知识可视化以及增强技术在知识可视化的应用方面。我还认为，通过便于大脑接受的可视化，来促进知识学习与知识转移，是比较有前途的领域。

记者：您下一步的研究计划是什么？

马丁·爱普：当我们经常思考知识可视化时，永远会有问题需要研究。我的研究团队2014年将开展三个研究项目。

第一个项目被我们称作可信度(Creability)的持续研究，主要探索知识可视化如何给团队创造更好的思维和创造能力。我们有关此主题的书今年一月已经以德语出版。

第二个大型研究项目被称为图论(Dynagrams)，主要研究如何应用图

论(diagramtheory)来更好地支持问题解决、规划设计和促进知识转移。丰富的图论研究成果至今没有在知识管理、战略规划等方面得到很好应用。我已经有三个合作伙伴将开展共同探索。

第三个研究项目重点关注限制性(restrictiveness)对知识可视化的影响。在这个国家基金项目中，我们用实验说明：可视化如何限制用户或学习者交互，以及怎么影响学习效果和学习效率。迄今为止，总体看来，低限制性(或高视觉自由) 有利于那些知道目标并需要发散性思维的团队，而高限制性(低视觉自由) 适合短时间内需要集思广益的团队。我们相信，最好的效果是在视觉限制性的中间水平，学习者更容易开展学习和经验分享。当然，限制性只是知识可视化的重要维度之

一。今后我们希望研究临时性、清晰度等维度。

记者：前面您提到了新书《视觉型工作》，您能在最后介绍一下它的内容吗？另外，《工作中的草图》一书对人们如何应用草图提出什么建议？

马丁·爱普：作为指导书籍，《视觉型工作》一书主要帮助人们理解工作环境中图像的价值。此书主要介绍可视化的核心概念，推动人们应用图像促进知识传播，提高工作效率。本书分四个部分。第一部分为视觉型工作的基础知识，帮助读者熟悉图像的元素和类型，帮助学生理解图像为什么可能成为工作工具；第二部分为“如何看待视觉型工

作”，帮助读者理解图像如何被感知和解释；第三部分分析概念图、时间表、语义网络等一套可视化工具，提出工作中应用可视化工具的策略；第四部分揭示新兴的可视化主题，分析未来的可视化实践活动，如视觉创意、社会可视化和协作信息可视化等。

在工作中应用草图时，您可以从在幻灯片简单添加现实生活中的图表、图纸或草图帮助展示内容开始。图3是我们书中如何轻松应用草图的案例。在此案例中，我们不仅考虑草图自身简洁明了的特征，还深入分析何时、为何、如何应用草图、应用什么草图以及谁来应用等因素。

编辑：徐辉富

作者简介：赵慧臣，河南大学教育科学学院现代教育研究所副教授，美国南密西西比大学访问学者([email protected])；王淑艳，美国南密西西比大学教育和心理学院教育技术学终身教授、博士生导师。 基金项目：国家科技支撑计划课题“汉维语言融合模型与少儿学习服务模式的构建”(2014BAH06F01)；教育部人文社会科学研究规划青年基金项目“网络课程群知识建构的理论分析与实践应用”(13YJC880117))。

转载自：《开放教育研究》2014年4月第20卷第2期

排版、插图来自公众号：MOOC （微信号：openonline ）

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