知識可視化在SPOC 設計中的應用

裴培

摘要：SPOC（小規模限制性在線課程）具有小眾化、限制性和集約化等特點。在當前的混合式教學中，知識可視化的運用得到了越來越多的重視。該文在分析知識可視化的概念及其教學應用的基礎上，提出知識可視化在SPOC設計中的具體應用策略。

關鍵詞：知識可視化；SPOC設計；應用

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）11-0227-03

知識可視化是指通過應用視覺表征手段表現知識或知識之間的關系，改進兩個或兩個以上人之間復雜知識創造，促進學習者在已有知識結構的基礎上實現有意義的建構；SPOC則是“后MOOC時代”的一個典型范式，是高校實現MOOC與傳統課堂的深度融合的創新變革。雖然二者成長環境不同，且各具特色，但在教育領域卻擁有共同的目標：促進學習者的個性化學習、有意義學習，并使得協同學習更加容易、高效，學習效果更加直觀明了。因此二者存在相互借鑒、相互支持和整合發展的基礎，知識可視化可以運用SPOC的設計中。

1 知識可視化及其教學應用

1.1 知識可視化的內涵

知識可視化可以理解為將抽象的知識（包括顯性知識和隱形知識）、概念及其過程用視覺來進行表征，個體或群體基于信息的可視化，通過視覺思維和認知拓展生發新的認知和情感，以優化知識的傳播和理解。

1.2 知識可視化在教學中應用

1）利用視覺語言構建有意義的知識，促進學習者的認知發展

視覺語言是一種認知能力，包括觀察、思維、推斷以及構建意義等認知功能。學習者借助可視化的圖形使抽象的概念變得具體形象，使復雜的信息變得條理清晰。2010年，美國猶他州立大學計算機科學專業碩士Wayne A.Bateman開發了數學學習網站（“VisualMath Learning”）。強調通過圖片、計算機動畫等視覺化技術的應用，將數學知識和概念視覺化，以促進數學教育以及中小學習者數學能力的培養。[1]因此，通過知識可視化來擴展文本的意義，是促進學習者認知發展的有效途徑。

2）通過對學習內容進行圖示轉化，激發學習者的想象力

阿恩海姆指出：“任何思維，尤其是創造性思維都是通過‘意象來進行的?！盵2]通常，教師呈現給學習者的學習內容與學習者原有生活世界匹配程度越高，學習者越是感興趣，越能發揮主觀能動性，學習者和教師之間的對話和交流就越縱深發展?！爸脠D于右，置書于左，索象于圖，索理于書，”正說明了圖像感知和學習者個體先驗知識之間的關系。通過圖像產生聯想，將新的知識和舊的知識建立聯系而獲取知識的再建構，即為認知體驗中的直覺。[3]

3）解構傳統師生關系改變固有的課堂教學解構，建立混合式學習，有意義學習的

在信息技術高度普及的時代背景下，混合式學習解構了傳統的師生關系，同時也改變了單純以課堂為中心的教學結構。教師的作用是引導和幫助，學習者可以隨時隨地選擇學習形式。吳康寧教授認為，網絡技術的加入創建了一種全新的教學時刻，其目的是最大限度地激發學習者的興趣，最大限度地挖掘學習者的潛能，最大限度地引發學習者的創造，是為“技術化了的教學”。[4]

2 SPOC教學模式及其設計原則

2.1 SPOC教學模式

目前，國外SPOC教學主要分為兩類。一類是混合式學習（Blended learning），傳統課堂教學與在線學習兩者結合，學習者根據教師布置的學習任務，觀看SPOC視頻教學，并進行線下項目練習、同伴之間展示學習成果并同輩評價等；教師則分別從線上、線下兩種教學場景中與學習者進行教學交流、內容輔導以及問題探討。這種混合式教學模式有利于學習者針對個人學習情況，隨時隨機把控，從而推進學習進程，并注重在線上與他人互動交流。另一類是分類教學模式，由學習者先提交選修某門SPOC的學前材料或滿足該SPOC學習的先決條件，由任課教師選拔出一定數量的目標學習者，這些學習者需達到SPOC規定的學習時數與學習強度，并需要積極參與線上學習活動，完成相應的任務和測試。教師給予在線課程輔導；未被選取者仍可以參與課程學習，參與線上討論。但主講教師不再進行在線輔導。本文重點談第一類研究混合學習模式。

2.2 SPOC設計的原則

1）知識點顆?；瓌t

由于學習者在接受SPOC學習的時候，時間、場所并非是固定的課堂，也就即是隨時隨地的產生學習的需求。學習者可以在交通工具上，午間休息片刻，甚至是散步途中觀看教程。而在這樣的復雜學習環境中，學習者會因為外界因素的變遷，降低、分散學習的注意力，無法保證持續性系統學習。而以將知識進行顆?；崛?，以知識點作為學習基本單位，設計學習時間短的片段式，利用碎片化教學吸引學生注意力并注重循序漸進。

2）呈現簡潔化原則

基于學習時間的零碎性，學習場景的復雜性，在設計與開發SPOC資源時必須考慮到資源呈現的方式。應當盡量讓學習界面簡潔明快，圖形圖像信息表征要精準，文字表述言簡意賅、簡明扼要，色彩搭配合理，且突出重點內容。

3）學習進程可視化原則

學習進程可視化就是將學習過程中所有的學習內容、邏輯框架、知識層次關系進行可視化設計并表征出來；同時將學習者參與學習的每一個知識節點的學習時間、作業完成情況、互動情況以及學習效果等進程信息通過數據處理的各知識結構層級學習進程指標也進行可視化設計與呈現，以使學習者能控制自主學習進程，管理好自己的學習資源，提高學習效率和效益。通過對學習進程的可視化，深化學習者自主學習，強化學習者的學習動機，促進學習者的持續學習。

3 知識可視化在SPOC設計中的應用

3.1 知識可視化下在SPOC設計思想

3.1.1 知識可視化在SPOC設計中對記憶效果的影響

學習者認知活動的本質是學習記憶。學習者只有在對知識建立記憶關系的基礎上才能夠發現、推理和解決問題，并利用對問題的“歸因”來掌握知識。因此，學習者的記憶能力決定了知識接受的效果。利用知識可視化對有關知識做出結構化的處理有助于訓練對學習者的記憶能力，即利用可視化思維增強學習效果。

1）知識的視覺表征組塊化

通過視覺表征的手段，將特定的視覺形式與知識中某個類似的意義或特征建立起來一種指向關系。這是一種視覺隱喻的表現形式，其主要目的是建立起舊的知識信息和新的、長時記憶的知識信息迅速發生關聯。這種方法減輕了學習以及在加工新知識信息時的負擔，提高了處理信息的效率。而且視覺隱喻還表現出各組塊的相互關系，加工難度有所降低，避免了占用更多的學習記憶資源。

2）知識關系的樹形結構化

利用樹形結構圖的方式對知識信息進行細分、歸類。一般的，在結構圖頂部是父類知識信息，分支則是其子類分解了的知識信息，并逐級類推；同時，對于不同掌握層次、不同時間順序導出的知識信息分別以不同顏色、不同圖標表示。通過樹形結構梳理知識表示，有助于幫助學習者在解構原先知識的基礎上進行有效建構，擴充記憶容量。

3.1.2 知識可視化在SPOC設計中對知識傳遞的影響

在SPOC教學過程中，如果知識傳遞的過程較為復雜，則學習者會在接受知識的時候產生困難情緒，進而降低學習者的學習動機；如果知識的傳遞高效而有趣，則學習者能有效調動積極性配合SPOC教學要求，有助于完成學習任務。知識可視化知本文根據SPOC基于混合式教學中的線上、線下兩條教學場景，提出四種利用知識可視化傳遞知識的方法。

1）線下的課堂教學過程中

在實際課堂教學活動中，教師可以借助知識可視化呈現出復雜抽象知識，同時學習者也可以在獲得知識概覽的同時，引發思考，探索本質。

2）問題答疑和探究式教學過程中

在SPOC的平臺上學習者不僅可以通過電子導學清單和微視頻獲取知識結構的詳細信息，還可以通過在線交流和問題討論等分享學習成果。通常這種情況屬于較輕松的對話場景，因此教師還可以借助知識草圖呈現信息對學習者提問進行答疑。此外，還可以在SPOC中增加學習興趣和互動功能的可視化協同學習小工具，學習者可以從已有知識出發，進行知識框架的構思搭建，并選擇表征形式，創建可視化圖形，同時在后期有了新的想法時還可以進一步修改，逐步建立起個人學習的知識體系。與此同時，還可將知識可視化工具融入學習環境，對于學習伙伴之間的知識建構和相互學習非常有幫助，有助于增進個體間的知識交流。

3）個體自主學習的過程中

在學習者個體進行學習的過程中，教師是扮演進一步引導、啟發和答疑的角色的。在這種教學場景中，教師可以利用思維導圖、知識地圖或者啟發性草圖等多種知識可視化的工具來完成知識信息的傳遞。一方面，將各種顯性知識有效傳達，并將隱性知識進一步可視化；同時視覺化工具挖掘和方法的探究過程也即是對學習者個體增進了解的過程。另一方面，學習者在接受知識傳遞過程中，不僅掌握知識概念，還可以從教師的可視化講授匯總，學會分析、表征、解決問題額策略，并訓練了思維方法。培養不同學科的視覺思維的能力。

3.1.3 知識可視化在SPOC設計中對知識重構的影響

在實際教學活動中，不僅有教師在課堂上口耳相傳的規律性知識，還有教材所呈現的體系化的知識，或則同伴學習中分享的經驗知識，而學習者作為信號傳送的接收方，接收到的僅僅是知識信息的載體。而由載體映射知識本身并轉化為學習者自身的知識結構，則需要考查學習者的認知背景，并個體的認知能力基礎上，建構起個體的認知體系，即“知識的重構?！敝R可視化可以幫助學習者建立起知識載體和知識內涵之間的橋梁，找出知識體系間的關聯，順利地完成知識重構。主要有體現在以下幾方面：

1）協同學習中的知識可視化。在協同學習中，知識可視化通過對知識結構的有機調整，提高學習者知識重構的效率，同時還培養學習者團隊協作意識和合作學習的能力，使得思維得到最優化的鍛煉。

2）個體學習中的知識可視化。學習者在學習過程中，可以通過可視化工具來記錄學習中的想法和困惑，即將知識進行一種可視化的傳遞。此外，運用可視化重新組織知識信息，可以促使各知識信息之間的關聯形象化、具體化，使各知識線索變得顯性而更加有條理。

3）知識可視化與隱性知識間的關聯。學習者對知識、概念進行可視化的過程，即為學習者對知識、概念進行加工和重構的過程。學習者利用可視化方法對新的知識進行加工、重構和重新表征的過程可以看作是構建為新的知識創新過程。這個過程不僅可以直接得到概念圖、思維導圖、樹形圖可視化了的顯性知識，還可以“透過現象見本質”，發現隱性知識所在。

3.2 以《多媒體技術》課程為例的分析

3.2.1 需求分析

1）受眾分析

選修該門課程的學習者，大多在大三、大四階段，年齡在20-22歲之間。屬于形式運算階段的學習類型，學習者已經完全具備了假設——演繹思維、抽象思維、系統思維等，能夠理解并使用相關的抽象概念。

2）目標分析

A.知識與技能

在傳統的SPOC教學設計中，學習者很多情況下只是通過對視頻資源的學習、了解概念定義，并未對知識的深層運用進行挖掘，可視化的設計理念是基于學習者自主建構知識的形式，通過建立知識間的聯系，挖掘知識之間的深層關系，學習者可以從多方面、多角度對知識加以理解，建立新舊知識之間的聯系，從而形成清晰的知識框架。

B.過程與方法

教師可以在線上課堂教學時呈現可視化的教學資源，如概念圖、知識地圖、信息圖表等。這一可以觸發學習者的學習動機，提高學習者的學習興趣，也可以引導學習者自己進行可視化知識建構，鍛煉思維能力和理解能力。同時考慮到SPOC的特點，小型、私有，服務特定人群，那么在整個教育過程中還將一步考慮到對學習進程的可視化管理，就是將學習過程中所有的學習內容、邏輯框架、知識層次關系進行可視化設計并表征出來；同時將學習者參與學習的每一個知識節點的學習時間、作業完成情況、互動情況以及學習效果等進程信息通過數據處理的各知識結構層級學習進程指標也進行可視化設計與呈現。

C.情感態度與價值觀

學習者還可以通過可視化的學習進程分析了解到個人學習的基本情況，有助于得出科學的自我形成性評價，同時結合SPOC中穿插的學習效果檢測，特別是在完成一個富有結構性框架性的課程學習后，也會獲得較高的自我認同感，使學習者在“看見”的基礎上“看懂”，“學會”的基礎上“會學”，以期達到真正的“看好樂學”。

3.2.2教學設計分析

1）知識結構的可視化導航

在學習新知識前通過文字和知識內容結構圖組成的先行組織者，能夠使學習者對學習內容有一個整體感知，對知識結構體系有整體把握。在SPOC資源設計中，利用思維導圖建立知識結構，既可以概述整體內容框架，又能在一些理論概念和觀點應用之間建立聯系。一方面促進學習者對知識結構的理解與記憶，另一方面，在SPOC的學習者自主學習后根據思維導圖進行自我評價。

2）合理的知識可視化表征

要對課程知識進行有效傳遞，要考慮到以下三點：知識的類型、學習者分析和可視化類型。知識類型指的是要識別需要傳遞的知識的類型。知識類型包括：描述知識、程序性知識、經驗知識、定位知識、個體知識。目前，還不存在把可視化類型和知識類型聯系起來的分類方法。[6]學習者分析指的是在知識傳遞過程中獲取可視化知識的一方?？梢暬愋椭傅氖墙⒁粋€簡單的分類方法，把已存在的可視化方法組織成為一個統一的結構1。

通過對以上三者的比較和總結得出，在了解受眾的基礎上，以視覺表征的基本規律為指導，展開視覺思維，選擇合適的可視化方法，如視覺隱喻、故事線索描述等將原有的知識轉化為可視化知識，傳遞給學習者。

3）學習進度的可視化記錄

項目管理學中曾提到的“任務分解”和“進度計劃”的這兩個概念。在知識網絡圖的表征中，可以借鑒這種方法通過對學習計劃的制定和任務分解來呈現學習活動中的關鍵步驟及其前后知識間的關系；同時學習者對各知識點的掌握程度做狀態標注，使學習者在每次登陸spoc平臺學習時都能清晰地看到自己的學習情況，并及時發現存在問題的薄弱環節。

4）可分享的可視化協作工具

在SPOC中，為促進學習者的協同學習和交流互動，適當增加興趣和社區的功能，以及提供可視化的分享工具。學習者可以利用工具記錄學習狀體和學習體會，同時在后期有了新的想法時還可以進一步修改。學習者之間互相通過社區訪問可以查看到其他個體的學習動態和學習新發現。此外，學習者和教師之間還可以通過知識草圖的表征、保存和分享實現對問題情境的建立和探究式教學。將知識可視化工具融入學習環境后，有助于增進個體間的知識交流，學習伙伴之間可以相互分享可視化的學習見解和可視化文檔作業，師生之間通過提問、答疑和知識分享，讓老師隨時知悉學習者的學習動態；對學習者個體而言，在知識結構的建立與知識的同化與順應，吐故納新方面也有很好的體現。

參考文獻：

[1] 張霞.知識可視化設計的應用研究[D].揚州大學，2014.

[2] 王淑芬.網絡技術下知識可視化的課堂教學范式重構[J].課程.教材.教法，2014（7）：43-47.

[3] 孫艷超.真是“一圖勝千言”嗎？——兼評《計算機、可視化和歷史學：新技術將如何改變我們對過去的理解》[J].現代教育技術，2010（8）：150.

[4] 吳康寧.信息技術“進入”教學的四種類型[J].課程.教材.教法，2012（2）：13.

[5] 康葉欽.在線教育的“后MOOC時代”——SPOCS解析[J].清華大學教育研究，2014（2）：85-93.

[6] 周寧.知識可視化與信息可視化比較研究[J].情報理論與實踐，2007（2）：178-17.