教学论研究生开题报告.ppt

高中化学 可视化教学策略的研究 可视化的界定 论文选 题的理 由或意 义 初步构 想及其 计划 高中化学 可视化教学 策略的研究 参考文献 国内外关于该 课题的研究现 状及趋势 研究目标、研究 内容和拟解决的 关键问题 一 二 三 四 五 六 一、可视化的界定 “可视化”一词来源于英文“visualization”，原意是“ 可看得见的、清楚的呈现”。由麦考尔米克(B.H.Mc Cormik，1987)等根据美国国家科学基金会召开的“科 学计算可视化研讨会”的内容撰写了一份研究报告，这 份报告中提到了“科学可视化(Scientific Visualization)” 这一术语，“可视化”作为专门术语最早见于这份报告。 报告中对可视化的定义是：“可视化是一种计算和处理 的方法。它将抽象的符号(数据)表示成具体的几何关系 ，使研究者能亲眼看见他们所模拟和计算的结果，使 用户看见原本不能看见的东西”。 20世纪90年代后，可视化逐渐演变成为一门新兴 的学科，并且得到了空前的发展，应用领域不断扩大 。相继出现了科学计算可视化、数据可视化、信息可 视化以及知识可视化(Knowledge Visualization)等研究 领域。本文说指的可视化就是指在知识领域中的可视 化即知识可视化。 2004年7月，Matin J.Eppler和Remo A.Burkhard共同编写了题目为Knowledge Visualization-Towards a New Discipline and its Fields of Application的工作文档，其中给可视化在知识领 域中下了一个正式的定义，原文意思为：一般来说， 知识可视化领域研究的是视觉表征在改善两个或两个 以上的人之间的知识创造与传递中的应用。这样一来 ，知识可视化是指所有可以用来建构和传递复杂见解 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。 在国内“知识可视化”这一提法最早见于知识 可视化的理论与方法(赵国庆，2005)一文。该文 主要介绍了Burkhard等人有关知识可视化的研究成 果。翻译了知识可视化的定义，同时文中知识可视 化的实质是认知知识制品（对真实物理世界的了解 和理解，通常被简化为“知识”）到显性的物理知识制 品（能够直接作用人的感官的知识制品，即知识的 外在表现形式）的转化，即：将人们的个体知识(认 知知识制品)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的外在表现形式(显性的物理 知识制品)，从而促进知识的传播和创新。而在知 识可视化的理论与应用（王朝云，刘玉龙）一文 中认为知识可视化的实质是：将内隐知识或隐性知 识外显化，将外显知识生动化。即把内隐的和隐性 的个体知识转化成能够直接作用于人的感官的(能够 触摸到、看到、听到或操作的)外显知识，并将外显 知识生动化。 很明显Eppler和 Burkhard认为知识可视化作用的主 体是一些用一般文字语言较难解释的复杂的见解、过程和 抽象的概念等及其它们之间的联系，同时包含利用知识可 视化这手段的人的思维过程、价值观、态度、意见等；客 体是作用于视觉感官的图表等材料。从上述这两篇文章当 中我们可以发现：他们把知识可视化的作用范围给改变了 ，即知识可视化的主体缩小了和客体扩大了。他们认为知 识可视化作用的主体是认识知识制品，内隐知识或隐性知 识，并没指出包含其思维过程，见解等，处于一种静态的 层面。而客体则变为能够直接作用于人的感官的(能够触 摸到、看到、听到或操作的)外显知识或材料，不仅仅停 留在视觉层面。显然与原文意思有差别。 因此，本人在Eppler和Burkhard对知识可视化定义的 基础上认为知识可视化是：指所有可以用来建构和传递复 杂的，抽象的，难以理解的或难以用简单语言或文字描述 的个体、群体和组织知识的见解及其思维的直接作用于人 的视觉感官的图解手段，目的在于促进知识的获取、内化 、转化、交流、应用、传播和创新。它不仅是传递事实性 知识，还传递思维、经验、态度、价值观、期望、意见及 预测等“隐性知识”，并帮助他人正确地重构、回忆和应用 这些知识。 知识可视化的形式包括所有能够建构和传递复杂思 维的图解形式，包括图表、矩阵、概念图、知识图 等等，这些图解形式各有内容和形式上的特点。在 内容方面，它们表达的不仅是信息与数据，更多的 是思维、原理及事物间的关联；在形式上，知识可 视化依靠的是一种间接交流，即受者接受视觉刺激 后要加入自己的见解来理解图形。 二、论文选题的理由或意义： 实验心理学家赤瑞特拉(Treicher)通过大量的实验证明 ，人类在接受的信息中，通过视觉获得的占83%，听觉占 11%，嗅觉占3.5 %，触觉占1.5%，味觉占1%，这说明视 觉是人们接受信息的主要通道。将知识可视化，将之能够 更好地被获取、讨论、评估和管理是知识管理长期不变的 目标。因此，研究人类知识的视觉表征形式，即将知识可 视化，并研究促进知识创造和传递的可视化学习支持工具 ，是教育技术学研究的重要内容之一。 当代生活或文化中，从广告形象到影视节目，从印刷 图片到三维效果图无处不在的视觉化冲击了一切 领域和传统规则，把可视性凸现了出来。这种难以抗 拒的视觉化趋势，在相当程度上表明：我们用以理解 和解释世界的方式越来越呈现出图像化的特征，视觉 经验具有越来越重要的作用。如果我们失去了视觉上 对世界的体验和把握，这个世界的形象在我们的认知 世界里将会完全改写。利用可视化技术工具可以将抽 象的事物或过程变成利于被人们接受和认知的图形图 像，大大有利于知识的理解和传播。 在中学化学教学中通常的教学方内容呈现方式都是 书本教材、多媒体教材（利用投影仪、幻灯片等）等。 我们发现在教学中存在着这样的现象，教师把课本上的 文字、图像一成不变地投影到屏幕上，这根本没体现知 识可视化教学的理念。在这种情况下制作的PPT文件或 录像等多媒体教材只是书本教材的机械翻版和简单再现 ，多媒体（投影仪、幻灯片）的使用仅仅成为教学过程 的一个点缀，给学生留下的仅仅是一些肤浅的印象或干 巴巴的知识，很容易被遗忘，造成教学效率低、效果差 。 并且其知识组织结构都是线性的，单一的，然而人类 的记忆是网状结构，线性结构限制了人类自由联想能 力的发挥，而知识可视化则是把文字、图像、图表、 动画等集成在一起形成一个空间网状结构，实现知识 之间的联系。当然在具体教学中还使用了实物或模型 演示来促进教学，虽然运用了可视化，但大部分老师 利用这种教学只是处于一种自发的状态，而不是处于 一种自觉的运用。教师在课堂教学中将抽象的或复杂 的知识及其思维见解可视化能让学习者快速获取各种 表象，从而丰富自己的想象力，促进创造力的形成， 在有限的时间内可以提高教育知识传递的效率和质量 ，提高学习效率和教学效果。 同时在化学教学活动中，我们可以通过知识可视化的方 式为学生创设各种真实的问题情境，让学生更好更快地 接收并应用知识。 研究表明，对学生进行可视化教学是非常有效的， 而可视化教学策略具有学科的特殊性。已有的研究很少 有针对学科特点在具体教学中如何加以运用，如何让老 师和学生认识到可视化教学对高中化学学习有着重要的 促进作用，并且让老师自觉的进行可视化教学？这就是 本文研究目的所在，同时为可视化教学提供学科依据， 对化学学科教育的发展具有重要的实践意义。 国外 三、国内外关于该课题 的研究现状及趋势 国内 20世纪60年代末，前苏联乌克兰顿涅茨克市中学 教师沙塔洛夫创造了“纲要信号”图示法，“纲要信号”图 表是一种由字母、单词、数据或其他“信号”组成的直观 性很强的教学辅助工具。这种图表通过各种“信号”，简 明扼要、直观形象地把学生所需掌握的知识表示出来 。“纲要信号”图示法首度提出了教学应用图表的编制要 求：从教材的整体结构出发，以理论知识为指导，以 知识体系为骨架来编制图表；采用“大块”集中讲授理论 知识的方法，抓主要、本质的内容，以重点为纲进行 编排；以事物之间的有机联系，将分散的知识纳入整 体知识体系中，使知识系统化和条理化；编制图表时 体现科学性和逻辑性，以合理的布局制成醒目、直观 、有吸引力的图表。 在欧美国家，概念地图与思维导图的教学应用非常广泛 。概念地图是美国康乃尔大学Joseph D.Novak 教授在 20世纪60年代提出来的。Novak在关注儿童对科学概念 知识变化和理解的研究实验过程中，发现概念地图有助 于促进有意义学习，能提高学习效率，因而开发了概念 地图。与Novak教授同时代的英国学者托尼巴赞 (T.Buzan)首创了一种以直观形象图示来标识概念之间关 系的一种记笔记的方法，并出版了世界级畅销书Use your Head。巴赞还和他的同伴巴利巴赞(B.Buazan)一 起出版了Mind Map Book思维导图。思维导图 是一个开发大脑潜能的强有力的图解工具。它同时运用 大脑皮层的所有智能，包括词汇，图像，数字，逻辑， 韵律，颜色和空间感知。 20世纪90年代后，图形图像的优势和潜力被更多的学者 所关注，可视化研究（知识领域）也逐步进入教育领域 ，许多研究者强调可视化及其可视化推断对学习的重要 性。他们当中的大多数尝试按照可视和非可视来化分学 习者的解题策略。Presmeg(1986a)关于可视策略总结了 学生所用的一系列视觉表象(visual imagery )，对其分析 并做了更进一步的工作：“具体、图形的表象”(在脑中出 现图形)，“模式的表象”(以视觉一空间格式勾勒出纯粹的 关系)，“对公式的记忆”，“动觉的表象”(包括手的运动和 其他的手势)，和“动态的表象”(包括对几何图形的动态转 换)。她还讨论了使用视觉表象的优缺点。她指出，使用 具体图形表象解决问题，会使学生拘泥于对无关细节的 推理而忽视原问题表征中的重要成分，其他的几种表象 均有助于问题的解决。 许多作者还描述了软件环境对于学生的可视能力是有 帮助的(Borba，1993；Baarwise和Etchemendy， 1991；Battista，Clements和Wheatley，1991； Goldenberg，1991；Friemlander，和Dreyfus， 1991)。致力于软件环境研究的一些研究者并没有特 意把学生和他们所用的策略分类，而是针对学生解决 问题时需要进行可视化的那些方面作了详细的分析这 些研究有助于描述学生利用软件进行思考和没利用软 件进行思考时，软件环境所具有的特色。他们都是使 用个案研究来进一步描述可视化和可视思考的本质。 这段时期，可视化引起关注的同时也开发出更多的知识 可视化形式，如美国德克萨斯基督教大学工作组和 CRESST工作组(Center for Research on Evaluation)提 出的“知识地图” （Knowledge Maps），Jonassen (2000)和Fisher (1990；2000)提出的“语义网络 ”(Semantic Networks)以及Ackerman & Eden (Ackerman & Eden，2001；Eden， 1988， 1992； Eden & Ackerman，2001)提出的“认知地图”(Cognitive Maps)等等。这些都丰富了知识可视化的途径。 综上所述，目前国外知识可视化表现出以下几个 发展趋势：(1)二维到多维的转变(Eppler & Burkard ，2004)。当前的知识可视化技术大多是依靠计算机 的二维屏幕实现的，将很快与虚拟现实空间相结合。 (2)静态向动态、交互的转变(Eppler & Burkard ， 2004)。知识可视化不能仅仅是为了知识传输的静态 对象，而是需要建立一种迭代的、协作的过程，使得 可视化过程动态发生。(3)关注知识可视化的分类方 式，但分类未能囊括所有的知识可视化方式。(4)知 识可视化形式的研究取得了显著成效，比如概念地图 、思维导图工具的开发和使用推广。 在国内可视化的研究主要集中于自然科学研究当 中，例如医学、化学（主要是有机化学）、生物和地 理等。关于教育方面可视化的研究是非常少，研究成 果有：知识可视化作为学习工具的应用研究（邱 婷），文中从学习工具应用的角度，探讨了知识可视 化的基本理论，以布卢姆认知目标分类(2001)为理论 参照，构建了知识可视化分类理论与应用框架，总括 了知识可视化的基本类型；知识可视化方法的教学 应用之研究（段维清），本文从理论基础、软件工 具和实践应用三个角度来进行知识可视化的教学应用 研究。 在学科方面有：数学可视化教学及其若干范例（崔 丽萍）；多媒体物理教学可视化研究（刘凤翔）； 多媒体电磁学教学可视化研究（高昌文）等。他们 主要侧重软件的应用而没更好的利用可视化工具，过程 较繁琐。而在化学可视化教学策略方面研究更是少之又 少。但利用可视化工具就某个具体问题的解决还是很多 ，如期刊：应用概念图巧解等效平衡（王永华）； 思维导图在高一化学教学中的应用研究以人教版 （化学必修一）第一章为例（梁晓康）等等；论文： 高中化学理论教学中应用概念图的研究（冯燕鸣） ；概念图在高中化学教学中的应用研究（刘红）， 文中提出并归纳概念图在化学教学中的应用策略，对概 念图能有效提高教学和学习效果进行了初步的实验研究 ，表明概念图能有效促进学生学会学习，大面积提高学 生的学业成绩，提高化学教学质量。 综上所述，文章大多数是通过指出传统教学过 程中存在的不足，借助于计算机或者针对特定问题 给出建议或者仅几个内容给出具体的解决的方案， 他们一般采用可视化的某种工具如概念图、思维导 图等就某一个问题进行探讨而让学生更好的理解但 并没有就化学可视化教学自身的意义进行探讨同时 没考虑可视化的适切性问题。可以肯定的是这些研 究为化学可视化教学策略研究提供很好的参考，但 就这方面的研究无疑有待进一步的发展与深入。 四、研究目标、研究内容和拟解决的关键问题 研究目标 1 本研究旨在从高中化学 学科的视角出发，探讨 化学学科知识可视化的 基本技术路径。研究高 中化学教学中运用可视 化教学的基本策略及其 效果。 研究内容 2 1.理论研究 明晰可视化在知识领域中的内涵及其理论基础，了解并 掌握进行可视化教学所需要的可视化工具的原理及其应 用。 2实证研究 通过对化学知识的可视化教学设计，从定性和定量的角 度来探索可视化教学的策略与方法。定性的角度：执教 老师对可视化教学的反思、体会，从学生对知识和思维 过程的可视化来判定知识的掌握程度。定量的角度：进 行可视化教学后，以问卷测试的形式，了解学生对知识 的掌握程度。从而进一步探查可视化教学的教学功能与 作用。 拟解决的关键问题 3 多参考文献并与老师讨论对高 中化学知识可视化设计适切性 方面进行分类，在实证的基础 上探索高中化学可视化教学的 策略，并且希望在上述方面有 所突破。 五、研究方法、研究手段和技术路线 广泛收集和学习国内 外有关可视化教学的 文献资料，了解其研 究现状和发展趋势， 为研究高中化学可视 化教学策略提供理论 与实践参考。在广泛 借鉴的基础上，批判 地吸收其中有益和精 华的部分。从而为研 究找到切入点。 文献查阅 熟悉可视化工 具 使对用来反 映知识的表 征和思维过 程可视化的 工具进行了 解和熟悉为 可视化设计 做好铺垫。 法国 在广泛借鉴 的基础上对 将要研究的 文本进行可 视化设计， 以求最能反 映文本知识 的本质联系 。 可视化设计 使对所研究 的化学知识 做成问卷， 进行测试， 从而为研究 效果做铺垫 。法国 将实验班与 对照班进行 比较，对其 梳理并得出 结论从而探 查可视化教 学的教学功 能与作用。 从学生对知 识和思维过 程的可视化 或以问卷测 试的形式来 了解学生对 知识的掌握 程度。从而 探索可视化 教学策略。 问卷测试 比较分析 反馈总结 实验方案及可行性分析 实验方案 可行性分析 寻求两个班级，进行 前测，并与老师合作 共同设计方案，并随 堂听课，做好笔记， 及时总结，最后得出 结论。 本人对可视化 常用的工具较熟悉， 虽然有些正在学习当中 但有信心学好； 实证班 级的学科老师的知识功 底扎实，学历高，能给 本课题研究带来很大帮 助；实证学校学风教好 ，硬件设施齐全 六、本题目的创新之处和可预期的创造性成 果 本题目的创新之处在于：从化学学科领域 来探索可视化教学策略，对化学教学有一定 的理论价值和实践意义。不仅从教的方面还 从学的方面来探索可视化在知识领域的作用 。 可预期的创造性成果：利用可视化工具 将高中化学重要知识实现可视化并提出可行 的教学策略来提高教学效果。 七、论文工作量、年度研究计划、可能遇到的困难和问题 及相应的解决办法 1论文工作量、年度研究计划 2008.102008.12 搜集相关文献，确定选题； 2008.122009.01 了解并熟悉可视化工具，撰写开题报告 ； 2009.012009.02 开题，继续熟悉可视化教学工具，并熟 悉课本 2009.022009.7 开展实证研究，获得初始资料 20090.72010.01 继续实证获取初始资料同时整理原始资 料，撰写论文 2010.012010.05 论文修订，答辩 2可能遇到的困难和问题 可视化教学效果的评价方面，如何提高其可信 度? 同时可视化的知识是否最优化有待考虑即知 识的可视化适切性是否合理，是否典型。 3相应的解决办法 多阅读国内外参考文献，多请教指导老师，多 与一线老师讨论，多倾听学生意见。 八、与本题目有关的研究工作积累和已取得的研究工 作成绩 已查阅相关文献，正在进行消化吸收，已了解多方面 的可视化工具，正在熟悉当中。 九、已具备的研究条件，尚缺少的研究条件和拟解决 的途径 经过一学期的实习，对现阶段高中化学课本知识已基 本掌握，一线教师上课风格有一定了解，对知识可视 化有一定的帮助。被试的选择尚未确定，正在联系当 中。 参考文献 1 王朝云，刘玉龙.知识可视化的理论与应用J.现代教育技术， 2007，17（6）:18-21. 2 赵国庆等.知识可视化的理论与方法J.开房教育研究，2005， 11（1）:23-27. 3 杨峰.知识域可视化研究J. 情报杂志，2007（6）:28-30. 4 周宁等.知识可视化与信息可视化比较研究J.理论与探索， 2007，30（2）:178-181. 5 赵琦等.文本可视化及其主要技术方法研究J.现代图书情报技 术，2008（8）:24-30. 6 王静，罗双兰.基于知识可视化工具的信息技术教学策略研究 J.教学研讨，2008（10）:15-17. 7 周宁等.信息可视化与知识组织J.现代图书情报技术，2006（ 7）:62-65. 8 邵鸿.突破初三化学难点的思维过程可视化教学策略研究J.北 京教育学院学报(自然科学版)，2006，1（5）:33-36. 9 龚建华.地理知识可视化中知识图特征与应用J.遥感学报 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