基于知识可视化的教育认知工具模型构建研究

分类：论文范文 发表时间：2021-08-12 10:29

　　摘要：随着信息技术教育的普及，教育技术工具的种类日渐繁多，但是已有研究表明信息技术与教育的融合价值较多体现于储存和传播信息的容器，学习者缺乏应有的自主学习能力。未来课堂教学建设应体现以学习者为中心的建构主义设计理念，知识的外在呈现方式应该附和学习者内在认知结构。由此基于知识可视化的教育认知工具，利用图解的手段引入构建和传递知识方法或技术，提出从群体环境中知识与学习者认知结构的关联层面入手，结合认知工具的优势，构建与学习者认知关联的可视化认知工具模型，并提出基于该模型实施的可视化认知工具实施机制，以期为后续知识可视化工具的教学应用提供指导。

　　关键词：知识可视化；认知工具模型；教育技术

　　0引言

　　随着信息技术的发展与教育现代化的推动，多样化的学习技术工具被应用于教育技术和学习设计等教育领域。《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》明确提出要“推进信息技术与教学融合，培养学生信息化环境下的学习能力”的发展任务［1］。近年来，在“互联网+教育”的背景下，互联网相关技术与教育不断深度融合，信息技术在教育中的应用日益频繁。然而研究表明，目前信息技术与教育的融合价值大多体现于储存和传播信息的容器，即在奉行以教师为中心的师生对话结构中，将运行于平板电脑、数字化协作软件或者在线概念地图等学习工具上的电子教材等同于纸质教材的数字化，把学习工具作为演示内容的辅助型教具应用于教学。

　　1相关研究

　　1.1知识可视化研究

　　知识爆炸性增长形成巨大的知识网络，并不断呈现出类型多样化、规模扩大化、更新加速化、信息间关系复杂化的碎片化特点［2］。知识时代的到来使人类逐渐认识到知识在其生存发展环境中的重要性与复杂性，但是知识数量近乎无限性的增长与人类寿命有限性长度之间存在矛盾，学习者与自身对知识的获取似乎陷入了“鱼与熊掌”难以兼得的两难境地。然而，人可以通过探索学习规律尽量提高认知效率。发现学习理论认为，知识的获取是学习者主动形成内部认知结构的过程，学习者可以通过对外界事物进行获得、转化以及评价3个过程建立层次性认知结构以实现知识获取。其间知识的获取是指在调节过程中以主体“被迫”改变已有结构以适应新的刺激物，亦或是利用同化作用将新刺激物以主体“主动”的方式整合到已有图式或认知结构中［3］。

　　1.2教育认知工具的概念界定与发展

　　认知工具这一概念已在众多学术领域中应用并具有多种含义，其中针对学习和发展的认知工具理论甚至可以追溯到维果斯基的苏联心理学。最早使用该术语的是Ed?ward［9］，其在1972年成立的认知研究基金会中便将其视为一种“思维策略工具”并展开研究，但并未给出明确的定义。随后认知工具的概念与认知发展理论、分布式认知以及社会建构主义等相联系并共同作用于认知能力的发展。因而，众多学者从不同的视角对认知工具的概念范围加以界定。综合各有侧重的定义，Derry［10］给出了有关认知工具概念的两种提法，即“心理装置”与“计算装置”。我国在后续研究中也基本沿用，即一种是有形的认知工具，视为技术设备；另一种是无形的认知工具，即智力方法［11］。认知工具的概念起源于认知心理学，由此作为一个抽象而非具体的概念而存在。任何工具如果使用得当都可以成为认知工具，判断一个工具是否成为认知工具的唯一标准是看这个工具是否能帮助学习者完成认知操作、促进学习者进行思考［12］。

　　2可视化认知工具的模型构建

　　基于知识可视化的认知工具是一种以学习者自主知识建构为基础的思维表征技术，本文以Jarke［24］提出的知识可视化基本模型为基础，将其模型中的“用户环境—数据环境—可视化环境”三要素基本框架进一步具化为“人物角色建模—知识特征处理—可视化展示”3个数据关系模型（见图1）。

　　2.1人物角色建模

　　知识可视化的实质是群体成员间的交互、协商而产生的群体思维与结构认知的聚合，认知存在于“个体+群体”的交流、共享各要素中，由此需要针对这种模型交互中基本的人物关系单元进行界定，本文从知识生成与关联认知两方面对人物角色进行建模研究。

　　2.2特征提取与处理

　　在对人物角色建模后，模型需要对知识进行分类型处理以作为后续不同可视化展示的依据。本文从知识特征的关联与类型特征两个方面进行展开论述，其中关联特征涉及同质及异质类知识，其分别对应皮亚杰发生认识论中的“同化”及“顺应”过程，同质知识代表认知结构量上的横向扩大，异质知识代表认知结构质上的纵向延展。知识类型特征则依据领域特定知识的角度将知识分为陈述、程序以及策略性知识，其中陈述性知识为对事实、定义以及原理的描述；程序性知识是对如何完成活动任务的认知；策略性知识则是对上述知识进行组织、加工以及再认知的过程。由此针对上述知识关联与类型特征进行两方面的编码，并依据自适应处理模块从知识类型及知识关联度方面对知识进行再处理，处理过程为通过后台人员及根据学习者特征提取的信息对知识等级、难度及相关联结程度进行符合学习者需要的个性化推荐。

　　3实现机制

　　可视化认知工具作为信息技术与课程整合的一种新型方式，其作用在于从信息加工方面对思维过程加以模仿以减少认知负荷，并帮助学习者进行信息处理从而构建自己的认知格局。目前，随着信息技术的发展，对认知工具的研究已从初始概念探索阶段发展到基于认知工具的实证个案应用研究阶段。由于认知工具是起源于认知心理学的抽象概念，本文基于Jonassen对认知工具的功能分类，搭建认知工具平台并对课程学习进行整合设计，并对在此工具学习中群体控制交互行为进行分析研究，以探求该过程中学习者认知发展状况。

　　3.1建构主义学习环境

　　认知工具强调借助外部设备与工具进行知识构建以形成认知，但是工具与设备的发挥与实施却并非唾手可得，认知工具依托建构主义与分布式认知理论为基础，其中建构主义学习理论尤其强调建构主义学习环境（CLEs）的重要性。由此，本文结合Perkins的信息库、符号簿、建构工具箱、任务情境和管理者五要素学习环境对认知工具实施的建构主义学习环境进行教学设计［32］。基于建构主义学习环境模型，认知工具整合了普通多媒体教学的优点，具备强大的交互功能，另外它还可以基于信息化网络、可视化信息工具及语义图示工具等帮助学习者构建语义信息网，以有助于学习者对问题的深层表征，并且这对于降低技术应用带来的认知负荷意义重大［33］。但是上述建构主义学习环境更多倾向于环境要素的构建，对统一的工具平台为课堂中学习者的认知发展提供何种“认知技术”支持尚且没有具体论述。本文以交互式共享白板为基础，综合Jonassen的认知工具分类与课程应用需要，从功能分类的角度对外部资源库、资源获取工具、信息阐释工具、语义组织工具、协作交流工具、知识建构工具以及自我测评与反馈工具的认知工具进行设计（见图2）。

　　3.2教学模式设计

　　为了更好促进学习者自主掌握相关知识的能力并提高其交互行为的发生，课程学习任务采用课前聚合离散知识、课中知识结构化重组及课后知识分享深化的方式开展小组合作学习。交互式共享白板的核心价值在于构建促进学习者交互行为的知识共享平台，结合本文研究目的，从技术应用层面而言，该平台主要包括资源获取、信息阐释、语义组织、协作交流、知识建构以及自我测评与反馈的认知工具平台应用。本文从微观层面综合Harasim六阶段合作学习模型以及陈文莉教授的“三益模型”为指导原则，对学习者在课程讨论环节中的合作过程模型进行设计（见图3），以探究学习者认知发展过程。

　　4结语

　　针对当前信息技术在与教育融合中存在表层化现象，以及在信息技术应用中普遍奉行以教师为中心的传统师生对话结构问题，本文结合可视化认知工具在对学习者思维加工过程与自主认知发展方面的优势，构建了群体控制学习中促进学习者信息处理和知识建构的建构主义学习环境及教学模式，从而为后续群体认知行为与基于该模式的教学实践分析研究奠定基础。

　　同时，本文也存在如下局限：首先本文中的教学活动适用于线上完成，因此线下数据的收集存在一定程度缺失，同时要求给予较强程度的支架式教学和学习者拥有较强的自控学习能力；其次本文没有对大样本进行大范围研究，由此选取样本进行数据收集和分析具有很强的个案特征，影响普适规律的得出。后续研究将针对认知工具组与非认知工具组、高效组与低效组等进行对比实验研究，以更加清晰地得出认知工具应用于课堂教学对学习者认知发展的影响，并进一步扩大样本容量以提高效度从而开展综合研究。

　　参考文献：

　　［1］TheDepartmentofEducation.InformatizationEducationTenYearDe?velopmentPlan（2011-2020）［EB/OL］.［2014-10-10］.http：//www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3342/202031133322htm.教育部.教育信息化十年发展规划（2011-2020年）［EB/OL］.

　　［2］SUNYS，ZHANGMZ，ZHULJ.Researchprogressofknowledgevi?sualizationinChina：theoreticalanalysis［J］.Informationtheoryandpractice，2015，38（11）：126-131.孙雨生，张梦珍，朱礼军.国内知识可视化研究进展：理论分析［J］.情报理论与实践，2015，38（11）：126-131.

　　［3］PIAGETJ.PrinciplesofEvolutionaryepistemology［M］.TranslatedbyWANGXD.Beijing：TheCommercialPress，1981.皮亚杰.发生认识论原理［M］.王宪钿，译.北京：商务印书馆，1981.

　　［4］WEIY，LIYL.Enlightenmentofsymbollearningtheoryonadultlearning［J］.AdultHigherEducation，2009（3）：7-9.韦鹬，黎奕林.符号学习理论对成人学习的启示［J］.成人高等教育，2009（3）：7-9.

　　赵煜

上一篇：新常态下地矿经济特征及四川地质工作思路浅谈 下一篇：基于知识图谱驱动的程序类课程教育技术研究