（教育技术学专业论文）教育信息管理系统的可视化研究.pdf

声明 本人郑重声明： 1 、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和 取得的研究成果 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料 均是真实的 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人 或其它机构已经发表或撰写过的研究成果 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了 声明并表示了谢意 。 作者签名： 日期： 教有信息管理系统的叫视化 w 究 摘要 摘蟹：( 将信息管理可视化应用于教育领域是对可视 合理的按照学习者认知结构管理信息的有益探索。 化技术应用的新尝试，也是探索如何更加 利用计算机图形技术、虚拟现实技术等方 式实现的教育信息管理系统具有可视化、灵活性、多样性等特征，这些特征使它具有了传统 信息管理模式所不具有的特殊优势。为了对教育信息管理可视化系统这种新型的信息管理方 、 式进行探析本论文对国内外的相关文献材料进行了人量的调研和分析工作，对现存的信息 管理可视化系统进行分类，总结出其内涵特征，并在此基础之上分析了建立可视化系统所依 据的理论，迁移在可视化中的特殊作用等等。在充分探析现存信息管理可视化系统的前提下 提出了网络环境下的教育信息管理系统可视化模型结构，对教育信息管理环境的可视化设让一 _ - _ _ - _ - 一 进行了详细阐述。论文最后分析了设计过程中的一些疏漏，并对教育信息管理可视化系统的 发展前景予以展望以期更好的促进其发展。 关键字；信息管理；宙视化；虚拟现实、g 认 教育信息管理系统的可视化研究 a b s t r a c t a b s t r a c t ：i t san e wt r yt h a tw ei m p o r ti n f o r m a t i o nm a n a g i n gv i s u a l i z a t i o ni n t ot h ef i e l do f e d u c a t i o n i t sa l s oau s e f u l e x p l o r a t i o na b o u th o wt om a n a g ei n f o r m a t i o nm o r er e a s o n a b l e a c c o r d i n gt ol e a r n e r s c o g n i t i v es t r u c t u r e u s i n gt h et e c h n o l o g ys u c ha sc o m p u t e rg r a p h i ca n d v i r t u a lr e a l i t y , i n f o r m a t i o nm a n a g i n gv i s u a l i z a t i o ns y s t e mi sp r o v i d e dw i t ht h ec h a r a c t e r o f v i r t u a l ， f l e x i b l ea n dv a r i o u s t h e s ec h a r a c t e r sm a k ei t p o s s e s ss p e c i a la d v a n t a g e st h a tt r a d i t i o n a ls y s t e m h a v e n to w n e d t oa n a l y z et h i sn e w w a y , t h i sp a p e rs u r v e y e dag r e a td e a lo fd a t u mf r o ma b r o a d a n dd o m e s t i c ，c l a s s i f i e dt h o s ee x i s t e n t i m v s ( i n f o r m a t i o nm a n a g i n gv i s u a l i z a t i o n s y s t e m ) ， s u m m a r i z e dt h e i rc h a r a c t e r sa n da n a l y z e dt h et h e o r yf o re s t a b l i s h i n gs u c ha s y s t e m ，t h ee f f e c to f t r a n s f e rt ov i s u a l i z a t i o ne t c a f l e rt h ep r e c o n d i t i o no f a d e q u a t e l yt h o u g h ta b o u tt h o s em a t e r i a l s ， w eb r i n gf o r w a r dam o d e ls t r u c t u r eo f e d u c a t i o n a li n f o r m a t i o nm a n a g i n gv i s u a l i z a t i o ns y s t e mi n n e t w o r k s u r r o u n d i n g a c c o r d i n g t ot h ec h a r a c t e r so f l e a m e r ，w ea l s od e s i g nar e s p e c t i v e l yd e t a i l e d s y s t e me n v i r o n m e n t a tt h ee n do f p a p e lw e a n a l y z et h eo m i s s i o na n ds h o r t a g eo f o u rd e s i g na n d p o i n to u tt h ep r o s p e c to fi m v s w eh o p eb yd o i n gs o ，t h ep r a c t i c eo fi m v si ne d u c a t i o n a if i e l d c a nb eb e n e f i t e d k e y w o r d s ：i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ；v i s u a l i z a t i o n ；v i r t u a lr e a l i t y ；d e s i g n 2 教育信息管堙系统的可视化研究 前言 一、研究目的 “劳动生产力是随着科学和j 技术的不断进步而不断发展的。”人类并不是仅仅依靠文字 ( 或数据) 这种单一的形式来传递信息和接受概念而是通过多种感官来接受外界的信息。 近年来，人们由于使用了计算机而大大加速了认识世界和改造世界的进程，但与此同时也开 始对现有的、用计算机来表示和模拟世界的方法表示疑义。事实上，由于人类是依靠自己的 感知和认知能力来全方位的获取知识，是在多维化的信息空间中认识问题的，而现有的信息 处理工具只具有在数字化的单维空间中处理问题的能力，这样就产生了人类认识问题的认识 空闻与所用工具的处理问题的方法空间不一致的矛盾，就产生了人类较难直接理解信息处理 j ：具的处理结果更难以把自己已有的感知体验和认知经验与处理工具的处理结果发生直接 联系。人们迫切希望能突破计算机现有单维、数字化信息的限制，而使它扩展为具有处理多 维信息能力的工具；希望自己能在多维信息空间中进行信息处理和交互，信息管理的可视化 可以说是人们追求自然交互要求、降低认知负担要求的产物【1 】。 随着知识在生产生活中重要性的不断提升，终身学习成为每个人的必然需求。网络教育、 远程教育的推广使现代教育所涉及的对象空前j “泛，从年幼的儿童到鹤发的老人无一例外都 在教育所服务的对象之列，在这些学习者中有相当一部分人对计算机操作不熟悉甚至是很陌 生。以往在面对具有一定计算机操作基础，能快捷获取信息的校同学习者时我们强调如何 合理组织信息资源，符合学习者学习需要，如今面对人赞知识背景再异的学习者，在原有基 础上我们还需要进一步考虑如何有效的显现教育信息资源，使他们在较少认知负担的基础上 快述获取所需信息。将信息管理可视化引入教育领域，就是希望能提供一个多维化的信息空 间来合理组织教育信息使学习者能够在低认知负担的情况f 实现对信息的获取。 本论文将信息技术相关理论与教育技术实践的结合作为切入点探讨信息管理可视化系 统的涵义、特征、使用现状；分析其应用于教育领域所基丁_ 的心理学、教育学依据、迁移在 其中的作用；并着重研究了虚拟现实技术在信息管理系统可视化中的应用，通过相关系统的 详细设计来探讨如何更好的构建教育信息管理系统的可视化以服务学习者；最后对发展前 景做出展望，以期在未来更好的促进信息管理可视化系统的发展。 二、研究方法 论文的研究方法主要采用了调研分析、理论分析和i 系统设计。 首先为了了解当前信息管理可视化在国内外的发展状况，我们查阅了国内外的大量文献 资料，这些文献包括信息管理可视化发展的历程、动态，目前相关的理论研究与应用实践， 相关经验总结等方面。在文献阅读的基础之上。我们对国外相关的信息管理可视化项目和系 统进行了了解和剖析，这种了解主要从两个方面进行。一方面从系统的整体架构上了解相关 信息管理系统建构的理论基础、面向对象以及用途：另一方面力求了解相关系统在技术上采 用的方法和手段。 3 教育信息管理系统的可视化研究 其次，从理论的角度对运_ l = | j 信息管理可视化方式对教育信息资源进行管理的可行性、有 效性以及相关心理基础进行了分析，以期更加合理的实现对系统的设计，并对信息管理可视 化方式有更正确全面的认识。 最后，在调研和分析的基础上，我们结合不同学习青的认知心理进行了教育信息资源管 理系统可视化的系统设计，井以此探索教育信息管理可视化的建立模式。 三、研究成果 论文的创新性研究成果主要在于：一、对信息管理可视化系统的涵义、特点，目前的使 用现状进行调研。在调查资料数据基础上进行分析，以了解在教育信息管理过程中运用管理 可视化的作用。二、分析了教育信息管理过程应刚可视化技术的理论依据，阐述了虚拟现 实技术、迁移在其中的作用。三、在分析现有系统的基础之上，提出了相应的教育信息管理 可视化系统设计模型，对模型中各个模块进行了详细分析并给出了界面设计贝体范例。四、 展望了今后教育信息管理可视化系统的发展方向，为开展后续= ：r = 作提供了基础。 四、结论 通过本论文的研究，可以得出以下的结论： 信息管理可视化系统在改善人们的信息获取能力，降低人们在信息查询过程中的认知负 担方面具有显著的作川。虽然依靠目前的技术水平所殴计和实现的信息管理可视化系统并不 能完全模拟现实中的信息环境，而且在实现层次上也仍然局限丁原型系统的设计，但它贝有 的可视化、灵活性、多样性等特征通过所早现的虚拟场景给学习者以经验支持，在很火程 度上减少了学习者在信息系统中迷航的可能。提供了人们对信息搜索过程的体验。 通过可视化情境来管理信息同时也在一定程度上有利于学习者能动性的发挥与字符界 面相比图形化界面本身对于人们就有一种更大的吸引力，通过游历、搜索来获取相关信息资 源学习者在这个过程中始终处于一种积极探究的状态，在可视化环境中进行的信息操作是 一种基于自身经验引导判断、抉择的过程，使信息搜索的过程更加人性化，体现了人机自然 交互的特点。 总体来说通过论文的研习我们更进一步的了解了信息资源管理可视化系统的特征和应 用方式，探索了将其引入教育领域应用中的可行性与实践情况，随着相关技术和理论的不断 发展，在未来信息资源管理可视化系统的发展必将更加完善更加适合信息管理发展的需求， 井以合理的形式与虚拟教学环境融合为促进教育的发展发挥作用。 4 墼堕笪皇笪堡墨丝箜!鲨!塑圣一一 第一章绪论 一、信息管理可视化研究的重要性 在技术和信息发展如此迅速的今天，探索如何对信息资源进行可视化管理己成为一项具 有挑战性的工作任务，特别是高质量图形技术、媒体交互技术的不断进步为界面设计者探讨 管理信息的新方式提供了可行性。使他们能根据不同的情况创设面向信息的有效可视化环 境，达到对资源的优化管理。 对于信息资源管理可视化的研究，也有人提出过置疑，诸如：人们可以使用文字界面来 进行信息资源的获取，为什么还要花费时间建立信息的可视化环境? 可视化图形环境和传统 文字环境相比对计算机性能要求高，速度又相对较慢，它的优越性体现在何处? 如何建设信 息资源管理系统可视化，目前尚无约定俗成的标准，如何建立比较合理等等【2 】。针对这些 问题我们进行了思考井通过现有信息管理可视化系统与传统管理方式的比较做出以下的回 答。 首先。任何界面都需要经过一定的学习和熟悉过科。文字界面的信息管理系统通常利用 文字列表或文字链接等形式米组织信息，尺有简便消晰的特点，对丁熟悉计算机操作，有搜 索经验和浏览能力的学习者米说是一种方便、快捷的途径。但如果我们所设计的系统面向的 是对计算机不熟悉的一般学习者或烂烀通儿童。那么t * 况就义有所不同。对- 丁儿童而言，他 们缺乏对布尔查询方式的理解，甚至对丁一些儿童米说键盘输入都是一种难球，在这种情况 下，殴计面向他们的信息管理系统势必在界面和功能上与器通的信息管理系统有所区别而 对于一般的普通学习者而言，同样的问题也缠绕看他们。这种情况下把学习者从对计算机 一无所知的状况到熟悉计算机操作的整个过程考虑进去，就不难看出文字界面利图形化界面 相比将耗费学习者更多的时间来进行熟悉。以我们所熟悉的教育m u d ( m u l t i u s e rd o m a i n 。 多用户空间) 【3 】米举例，在图形化m u d 产生和推出之前虽然也有一部分人使用文字m u d ， 但由于在文字方式中使用者必须通过复杂的学习记忆各类指令、地图，因此人数始终得不到 火幅度增长而基于二维、三维环境的图形方式从推出之际即以强大的优势替代了文字方式， 成为大家所关注的对象，其原因就在，人们在图形化的环境中减少了游历的困难，能更快的 适应环境，从而将更多的时间用于学习和信息获取。 其次，尽管可视化方式过去由于各种原因发展一度到了瓶颈状态( 诸如：计算机硬件跟 不上、网络带宽不够等现实问题) ，但如今随着宽带技术的不断发展，计算机显卡等显示、 处理芯片技术的不断进步，这些问题已得到了一定程度的解决人们完全可以不用顾及这些 问题享受在可视化环境中获取信息的乐趣。 另外，虽然针对信息管理可视化目前没有特定的标准但相关的网络3 d 技术、信息资 源分类、管理等各方面的标准都在不断的探索发展中，作为这些学科交叉点的信息管理可视 化的发展无疑可以借鉴各方面的优势，以形成符合不同学习者需要的系统模式。 总体来说与传统信息管理模式相比，信息管理可视化是一项较新的技术，把它引入教 教育信息管理系统的p j 视化_ | i j f 究 育领域，探讨如何合理呈现教育信息资源，实现对教育信息资源的管理- 对学习者来说将大 有裨益。 二、国肉外相关课题的研究现状 信息社会要求以“人为中心的人机交互”，使计算机为社会中的每个人服务使人在与计 算机交互时就象是与人类自身交互一样。国外对于信息管理可视化的研究热点之一就在于如 何建立良好的隐喻表达，更好的将信息融合在可视化情境中，并在对人一机交互空间的分析 基础上，提出了面向用户和资源的人机交互模型，将计算空间以外的用户和资源两大部分融 合到人机交互模型中，充分发挥人在交互过程中的能动性，使其适应不同的交互计算环境。 目前国外相关信息管理可视化的研究已从纯粹的理论研究进入到了原型系统的设计阶 段，并根据不同的用户群和学科领域，设计出了诸多形式的信息管理可视化系统。这里我们 将具有代表性的介绍一些实例。 面向特定学科的信息管理可视化系统，如：由欧洲e r c l m ( e u r o p e a nr e s e a r c h c o n s o r t i u m f o ri n f o r m a t i c sa n dm a t h e m a t i c s ) 组织联合开发的面向环境科学的t h e t i s 项目，在这个项 目中主要通过可视化的方式来实现对地中海海岸带的信息资源数据管理，j l j 户可以通过 w e b 浏览器端提供的圈形化的地形地貌界面查询自己所关心的信息资源【4 】； 面向特定媒介形式的信息管理可视化系统，如：澳人利弧维也纳理工火学软件技术系开 发的l o o k m a r k 信息管理可视化系统主要就是针对文本类资源的可视化管理系统。这个系统 借鉴了l e 浏览器中收藏夹( b o o k m a r k ) 保管网页资源的管理思想利用具有空间感的系统 界面来管理文档同类型的文档资源被分组保管同时通过不同的三维空间深度来划分不同 文档资源的等级【5 】： 面向特定用户群的信息管理可视化系统如：美国马里兰大学人机交互实验宣开发的 q u e r y k i d s 儿童虚拟图二持馆原型系统。考虑到目前面向儿童的数字信息资源管理系统的空白， 马里兰大学的学者针对儿童设计了数字化图啪馆的原型系统，他们以动物信息的获取作为原 型系统实现的目标，在系统中提供图形化界面供儿童进行查找、浏览和访问。儿童可以通过 访问动物园、分类信息查询、在活动地球上根据地理位置裔询不同动物三种方式来进行动物 信息的获取任务【6 】。 相比国外的研究状况，国内在这方面起步较晚，信息管理可视化的实际系统研究目前主 要集中在地理等专业领域。而其它的则主要局限于论文形式的研究讨论，并未进入实际系统 的设计开发。从论文研究的内容看则注重于对可视化相关理论的描述和建构、对信息管理可 视化应用前景的探索分析等等。其中涉及到具体信息管理可视化过程分析、检索可视化的论 文相对较少。 6 塾蔓笪璺笪型墨竺箜兰堡! 兰! ! ! f 垄 第二章信息资源管理的可视化 人类社会发展从古至今的无数事实早已充分证明信息对于人们生产生活的重要性，无 论是古代的烽火传烟或是发展到现代高速发展的网络，信息始终是推动社会进步和科技发展 的重要动力。2 0 世纪7 0 年代、8 0 年代以来，众多学者预言了信息及其对我们文化的影响。 t o m e r t o f 8 0 称微屯子发展是人类历史上的“第三次浪潮”，n a i s b i t t f n a l 8 2 预言了从工业 社会向“信息社会”的转变。f e i g e n b a u m 和m c c o r d u c k p 【f e l 8 3 】则认为由计算机控制的信息 和知识将是2 1 世纪中权利的焦点【7 】。很显然随着知识经济和信息时代的来临，个人拥有知 识老化程度的不断加剧只有不断接受新知识、获取新知识并最终创造新知识的人才能不断 适应时代发展的需求，在这一过程中我们必须不断的了解新信息，培养自身的信息鉴别能力 和信息处理能力。信息资源管理的产生可以说是顺应人们对于新信息、新知识学习需求和进 行合理规划的产物。 目前国内外学者对信息资源概念的认识和理解多种多样，尚未达成共识但尽管存在着 分歧总体来说大多数学者都认为信息是厉工业社会( 信息社会) 的重要资源，应该从广义 和狭义的角度来认识和理解其含义。从狭义的角度来理解信息资源是人类社会经济活动中 经过加工处理有序化井大馘积累后的有_ ；j 信息的集合。从广义的角度来理解，信息资源则是 信息和它的生产者以及信息技术的集合。随着媒体技术、网络技术的发展目前的信息资源 在传统基础上又有了新的拓展，新型信息资源包括：多媒体信息资源、i 乜子出版物、网络信 息资源等等 8 】。 与信息资源联系密切的信息资源管理是从2 0 世纪7 0 年代开始兴起的1 9 7 9 年美国学 者j l ! i 蹲尔德在发表的论文“i r m ：t h e n e w c h a l l e n g e ”( i n f o r m a t i o nr e s o u l g e m a n a g e m e n t ) 首次捉出这个概念。从发展的过程来看。它形成于不同的领域包括：政府文啪管理、企业 信息管理、i 生| 。 5 情报管理以及民间信息服务等：从技术角度来看，义可以划分为数据库管理 和数据处理管理；从发展阶段来看，信息资源管理的发展经历了二个阶段：文献管理、数据 管理和资源管理。目前的资源管理阶段主要以信息资源管理为特征，着眼于人类信息过程的 综合性、全方位控制和调控。教育信息资源作为信息资源的重要组成部分，在提高教育教学 质量、挖掘教育发展潜力等诸多方面发挥着重要的作用：日常教育教学活动中对信息需求的 逐渐增多尤其是远程教育、网络教育等新形式的出现，使我们在考虑教育信息资源数字化 问题的同时提出了相应教育资源管理的需要。 第一节信息资源可视化的涵义及特征 从开始用星型图( 可缩放的彩色点集合) 、树型图表、树状图( 以层次来显示的嵌套的 长方形) 、平行坐标、网状图表等可视化浏览、动态搜索策略来表示数据库数据到如今的以 三维可视化的信息情境来显示搜索结果，信息可视化在近1 5 年内有了跃足的发展。被综合 应用于信息资源的管理和显示。 7 教育信息管理系统的h f 视化研究 一、信息资源可视化的涵义 从可视化涵义的角度来描述，可视化是将不可见或抽象的信息用有意义的图像、视觉 效果或圈片来表示，使这些信息在人们的感觉和想象中可视【9 】。( 牛律英文辞典，1 9 8 9 ) 关于信息资源可视化的涵义虽然尚没有定论，但许多学者和专家根据研究的侧重点对 之也做出了各自不同的解释。 1 9 9 9 年a s c ( a s s o c i a t i o nf o rs u r v e yc o m p u t i n g ) 会议论文上认为：信息资源可视化是 对组织信息的可视化，包括信息的收集、分析、抽象和以合理的方式显示给用户。这种定义 概括了信息管理的主要环节，并把可视化作为信息管理的一个重要环节来看待。 从技术的观点来描述，信息资源可视化则被视为是一种方法，它将符号转变为几何图 形从而方便研究者观察模拟和计算后的效果它提供了一种可视化抽象数据的方法，丰富 了人们对信息数据的理解( m c c 8 7 ，m i c r o s o f t c o m p u t e r c o n t r 0 1 ) 。 另外从人们对可视化认识的角度来看，也有学者认为可视化是一种新出现的令人振 奋的领域，通过使用艺术的手段请如动画等等，可视化：川咫已经开始影响我们的日常生活， 在科学研究和教育领域也将发挥重要的作用( a r e 9 4 ) 。 尽管各种信息资源可视化的描述有再臼的侧重点，但综合起米我们认为信息资源可视 化作为一种有效的手段，将数据和人们所熟悉的特定- 表示方法相联系这种联系绑定可以是 面向视频、音频或其它媒体方式。 在实际应用过程中，信息资源可视化表现为利用信息技术创建的一个具有资源管理功 能的平台，在其中以合理的图形化方式实现信息的呈现和管理。它和传统信息管理平台的差 别主要在于：管理过程的可视化，用户查询所得信息呈现方式的可视化。在传统的信息管理 平台中t 信息的呈现往往是以普通文本或者超链接文档形式出现，比如利用搜索引擎查询出 的大量文本文档等：而在可视化信息管理平台中信息除了以往常用形式之外往往还具有 其它的呈现方式，如各种图表、星型分布圈或者三维场景中的实物对应形式。 二、信息资源可视化的特征 在信息管理过程中，无论处于哪个环节，最终体现在信息用户面前的都是一个系统的信 息呈现界面，信息管理的各种机制和使用途径都通过最终的系统呈现来决定。我们可以采用 传统的文本形式来表示信息，将各个资源的名称列表在系统屏幕上：可以采用树型目录来对 信息进行划分；也可以采用图形化的方式来体现信息之间的相互关系。那么到底可视化在信 息呈现这个环节中有什么作用呢? 通过对所调研的众多信息管理可视化系统分析我们可以看到，利用可视化的形式来呈现 8 信息可以提高用户对于信息本身、信息之间层次结构关系的了解程度，减少用户在信息环 境中迷航的可能性：同时在与信息的交互过程中_ h j 户由丁熟悉操作环境降低了交互过程中 的认知负担。当我们在使用信息管理可视化系统过程中，与传统信息管理媒介最大的区别就 在于这个网络化、图形化的环境在我们面前敞开的不单单是一种由硬件和软件组成的信息中 介。而且也是一种令我们找寻和沉浸其间的生活情境。它的主要特征包括三个方面：可视化、 灵活性和多样性。 1 可视化 信息管理可视化系统与以往信息管理系统最显著的区别就在于信息呈现的可视化。正是 这种可视化适应了一般学习者的认知经验，使他们可以较少障碍地完成自身的信息任务，满 足信息需求。首先可视化环境中的一切实物、对象都是根据_ 1 = | 户心理特征设定的，它们或者 是对现实事物的模拟或者是特定的表现信息关联关系的图形化方式人们虽然身处计算机环 境中，但仍然感觉是在类似自然状态下进行信息活动：其次，从信息活动的过程来看，由于 建立计算机模拟环境具有建立现实环境所不具备的灵活性，使我们方面既可以模拟现实活 动，另一方面又可以不拘泥于此。所有的场景建立均以方便信息获取为目的，因此并不需要 川户无谓的在各个场景之间走动，而直接设置场景之问的跳转使漫游中的时间浪费得到了 避免。 2 灵活性 由丁信息管理可视化系统采刚的是场景图的组台和综合利j j 冈此使整个系统具有良 好的扩充性，系统的维护和变更更加灵活。系统管理员收集儿j 户的信息需求。井随时根据用 户的新需求将相应“良好的”、有效的查询策略进行可视化。建立新的隐喻场景，为系统添 加新功能，并可以通过修改系统场景米实现系统的局部更新。保持j 户访问的便捷性 而用 户则通过与系统的场景进行交互，浏览场景中嵌入的信息。 3 多样性 可视化的信息管理系统是一个开放的信息空间，在这个空间中信息用户处于主体地位 有助于其主动性和能动性的发挥。在可视化的信息空间中，信息资源的层次关系主要通过场 景内物件的相互关系来体现，考虑到信息分类的多样性以及用户对信息的不同需求，所提供 的场景环境应该能够满足各个层次学习者的需求。可视化的信息资源管理系统通常在信息浏 览环：仃上设置了多层次、多目标的搜索策略安排，方便学习者从不同的分类情况入手查询所 需信息。同时。在考虑儿童和成人心理特征差异的基础上。信息管理的可视化系统也应该根 据学习者的不同特征来进行场景和功能设置，针对儿童用户可以设置由系统提供的基本图形 化查询方式进行基于主题、类别、作者等等方面的查询：针对成年用户则不仅可以根据系统 提供的方式查询，还可以利用传统的方法完成基于关键字的查询方式，以满足自身的信息需 求。 9 第二节信息管理系统可视化的调研分析 目前国际上有很多学术组织、科研机构开展对信息管理系统可视化的研究，要了解目 前信息管理系统可视化在技术和理论上的发展状况，把握其存在发展的价值和仍然存在的问 题，我们就有必要对之进行研究分类，并以此作为基础不断改进和完善信息管理系统可视化 的内容呈现方式和利用方式，使之成为教育信息管理的有效方式之一。 一、对现有信息管理系统可视化的调研 在对信息资源的管理过程中，可视化信息资源管理与传统资源管理方式相比具有直观、 形象的特点。针对这方面以往学者也做了很多有益的相关研究、探讨。在附录部分我们介绍 了通过调研查询到的诸多积极开展信息资源管理可视化的实验室以及业已完成的相关项目。 另外，通过嘲上搜索，我们也可以发现其它很多的可视化的信息管理系统如：同样是进行 信息资源b a r i 大学的i d l 数字图书馆系统等等。它们各自具有不同的特点，并根据系统面 向的用户对蒙、实现目的得不同，采用了不同理念和技术手段进行信息管理的可视化。 i 从可视化的隐喻方式来区分 从可视化采用的隐喻方式上来划分目前的信息管理系统可视化方式主要可以分为两 种。一种是利用真实世界对象作为可视化的参照物，比如l 圣| 二f 5 馆、学校等等，这类系统包括 v i r g i l i o 、b o o k h o u s e 项目等等：另一种则通常根据刚户的心理特点采用特定的隐喻方式米 进行可视化，比如通过三维空间中的点、线关系来璺现信息之间联系等等，这类系统包括 g e o s p a c e 、l y b e r w o r l d 项k ：t 等等，通常这种类型的信息管理可视化系统所可视化的信息资 源是相对抽象的信息数据。 2 从采用的技术米分类 信息管理系统通常都需要一定的数据j 苹作为后台支持，在实现可视化层面上不同的系统 则采用了不同的技术手段。通常比较常用的技术包括：v r m l 、o p e n g l 、j a v a 等，这些技 术一般会根据需要组合使用。如：在q u e r y k i d s 系统中界面就主要利用二维幽来实现，在图 形化界面与信息之间的联系主要则是利用j a v a 语言来实现：叉如：在v i r g i l i o 中则是利用 v r m l 来实现场景的创建，在a w e d u 项目中则是利j _ i j o p e n g l 技术来实现。 3 从系统面向的对象来分类 由于不同用户的认知水平不同一可视化在面向不同用户对象时也有所差别。从年龄阶段 差别看，信息管理系统的可视化可以分为面向成人用户和儿童用户两种。目前的信息管理系 统主要都是面向成人用户的，仅有q u e r y k i d s 是完全针对儿童设计的信息管理系统i 从管理 信息种类不同又可以分为面向特殊用户和一般用户，前面提及的v i r g i l i o 、b o o k h o u s e 等项 目都是面向大众用户的图书、多媒体资源的管理系统，而诸如g e o s p a e e 等项目则是针对某 一地区各类杜会信息的可视化。 总结以上的几个系统，它们的共同特征是：针对结构化的信息进行可视化方式呈现， 以减轻使用者认知负担和增进使用方便度为主要目标。 i o 教育信息管理系统的a j 说化研究 二、对调研结果的分析 通过将调研的信息资源管理可视化系统与传统信息管理平台相比，我们可以总结出可 视化的信息管理平台具有以下几方面的特点： ( 1 ) 人机交互的自然性，减少交互阻抗 在可视化环境下系统的使用者虽然仍需进行系统适应性学习，但相较传统管理平台而 言学习的复杂度在一定程度上得到降低图形化方式使更多使用者可以较少障碍的实现对系 统的最大程度使用同时对儿童来说也有较强的吸引力。当然完全意义上的无阻抗人机交互 在目前的技术条件下是不现实，也是不可能的，因此目前我们所期待的实质上是一种“一定 程度的人机交互+ 最容易掌握和理解” 1 0 】。 ( 2 ) 多信息传播渠道( 多感知输入) ，提高学习者的注意力加强记忆效果 认知心理学认为在传播过程中以适当的形式多角度的体现同一信息有利于增强学习 者的学习效果。例如我们在传统学习过程中会利用文字、i 璺| 形、实例等多种形式来反映同一 概念。在可视化信息管理平台中，对一种多媒体信息同样也以适当的方式多角度的进行表达， 比如：对于音频信息，不仅以相应的文字标题米说明，同时_ i _ i 户还可以在点击文字的同时昕 到相关的音频片断，并能看到相关的介绍。 ( 3 ) 信息璺现的多关联性 在可视化环境中。信息之间的关联、层次关系主要通过软f ，l ：自身来呈现。通常系统考 虑到了不同川户对信息需求的不同，所提供的呈现方式能在最人限度上满足符个层次用户的 要求，从而能体现信息之间的关联性，并能满足不同层次信息_ l j 户的需求。 ( 4 ) 信息查询的多方位性 信息查询的多方位性主要体现在：往可视化环境中。随查询要求的不同，相关信息会 随图形化呈现方式及时更新因此用户可以根据需要方便的改变查询条件以快速获得最需要 的信息资源。 以上总结了现存可视化信息管理系统的优点，平传统信息管理系统相比，可视化信息 管理系统作为不断发展中的事物具有其自身独特的优势和应用场合，但我们同时也应该看到 在教育技术的大范畴下，各种媒体管理手段井存的局面不仅不会消失而且会互相交迭、优势 互补。信息管理的可视化是信息资源管理技术发展的一种创新和尝试，它的出现和使用将提 高学习者的学习兴趣，提高学习效率，但同时我们也应该看到在发展过程中它的不足之处， 以便在实际应用过程中可以扬长避短。相比传统信息管理方式而言，信息管理可视化的不足 之处在于： ( 1 ) 虽然可视化的信息呈现方式为用户的信息检索提供了方便，但由于信息呈现规则受不 同系统限制，因此往往不能从完全意义上一次性满足所有用户的查询需求，需要在使用过程 中不断完善信息与场景之间的隐喻设置。 ( 2 ) 由于不同层次用户的可视化要求各不相同，因此在目前的条件下尚未能实现通用的可 教育信息管理系统的可视化研究 视化信息管理系统，目前存在的可视化系统基本是针对特定范围数据库和特定用户群所进行 的原型系统研究。 第三节资源管理可视化的理论依据 虽然目前对信息管理的可视化研究开展仅仅限于发展阶段，在国内的相关研究也相对比 较少，尤其是在教育领域的应用目前发展还处于探索性的阶段，但随着计算机技术本身的发 展，网络带宽的拓展以及信息管理理论的不断发展。可视化信息管理技术的发展必然呈现出 相当的发展态势和前景。一方面信息资源管理的发展经历了文献管理、数据管理和资源管理 的三个阶段，从以图书馆为特征的注重文献信息源的收藏管理、档案管理到以计算机为工具 以自动化信息处理和系统建造为内容，以及目前的注重人类信息过程的综合性、全方位调控 和控制，将可视化引入信息资源管理领域，我们需要在研究信息管理的途径过程中思考其理 论依据；另一方面，任何科学实践的发展也必然是以一定理论作为基础和后盾，可视化信息 管理的提出和应用也是如此。作为教育系统的一个重要环节，如何更好的建立在可视化环境 f 对信息资源的管理是我们思考的问题，在不同的学习理论指导卜对信息资源的管理也采取 不同方式。从2 0 世纪五、六十年代以来学习理论经历了从行为主义到认知主义的发展 直到今天以建构主义为基础的认知学习理论对学习产生中巫要的影响。以生动的图形化界面 米实现对信息的管理，我们所借鉴的理论基础主要是认舢0 理学和建构主义理论、人本土义 学习理论。 一、认知心理学 认知心理学认为个体知识分为陈述性知识与程序性知识。8 0 年代后j 锄，加涅提出知 识网络的概念，她主张知识是整体的表征只是在处理不同问题时表现出不同表征，两大类 知识的芙系是产生式镶嵌在命题网络之中，共同构成知识网络。安德森则进一步解释了两类 知识是如何相互作用的，他认为两类知识学习的各个阶段并非相互独立、截然分开，而是互 为条件、互相促进。产生如下的关系| 芏l 。 知识网络是两类知识在脑内系统化的存储方式。知识网络具有两个重要的特点：一是网 络联系的多维性二是网络的开放性。在知识网络中，每个知识点多方向对外发出联系，知 识点之间通过不同的连线与其它知识相联系；同时每两个知识之间也并不只是一种联结方 式；知识网络的开放性则是说无论是知识网络中的已有知识还是它们之间的联系都是不断变 1 2 教育信息管理系统的可视化研究 化、无限扩展的，新的各类知识可以源源不断地补充到原来的网络中去，包括陈述性知识的 增加，更好的程序性知识对旧有联系方式的替代。对于个人来说，脑内的知识网络仍在不断 地变化之中。 在可视化的信息管理过程中要求人们以现有的知识为基础结合环境信息实现创新。 在这个过程中，人是信息的宿主，信息活动主要体现为个人的活动，因此我们有必要研究人 的“获取信息”、“使用信息”的过程。可视化信息管理的方式面向的对象主要是缺少熟练计 算机操作知识以及检索技巧的儿童和一般学习者。因此在设计和使用过程中，我们要合理的 利用使用者的已有知识网络，对每一环节的设计都应该考虑到使用者对象的差异以他们原 有的知识基础作为设计的基础。 二、建构主义的自主学习理论 建构主义理论认为学习是一个动态的适应过程，是学习者在一定的情境下通过与所要掌 握知识相荚的经验米储存和获取知识。学生通过积极主动的活动来进行有意义的知识建构， 通过将新知识与更广泛的知识经验相联系来拱合成为完整的知识体系。学生并非简单的理解 和记忆现成的结论而是通过理解问题，并通过臼己的知识经验进行分析判断来形成真正掌 握的知识。因此，可以说建构主义理论的重点之一是学生的自主学习和有意义的建构知识。 自主学习本身强调学生自主探索，建构知识，学生在学习过程中借助一定的反馈信息来 形成对客观书实的认识井解决实际问题，在白主学习的过群中虽然可能有教师的指导，但更 重要的是学生自主探索过榭，当面临特定学习任务时首先要利川已有的知识对任务特征和 要求进行解释，井设定特定的学习目标确定学习方向，判定学习的进展情况选择和调整 学习过程和策略，对学习任务进行加工井生成最后的学习结果。 学习者在可视化的信息环境中能较少障碍的进行信息处理，是因为可视化的环境利用了 它们本身认知结构中已经掌握的日常知识，通过将信息环境与已有知识经验联系结合来构建 符合学习者心理特点的信息环境，并使学习者能在这种信息环境中自主学习。 三、人本主义学习理论 人本主义心理学源于2 0 世纪5 0 年代的美国，其创始人是马斯洛和罗杰斯。人本主义学 习理论把学习分为两种类型，认为一种学习类似心理学上的无意义音节的学习，在这类学习 过程中学习者要记忆无意义音节是一项困难的人物；另一种学习则是意义学习。这种学习是 一种使个体行为、态度、个性产生变化的学习，是一种与个人经验相融合的学习过程。人本 主义学习理论认为学习是一个情感与认知相结合的整个精神世界的活动它对教育的一个主 要认识就是：在教育、教学过程中。在学生的学习过程中，情感和认知是学习者精神世界的 不可分割部分，是彼此融合在一起的。学习不能脱离学习者的情绪感受而孤立进行。在学习 者的学习过程中，知识技能的学习和人格的培养同样重要。因此在这种理论指导下，衍生了 以下的观点： i 以学生为中心。重视个人意义的学习 墼蔓笪星篁：些墨竺塑型望些堕壅 人本主义认为在适当的条f ，| ：下，每个人所具有的学习、发现、丰富知识与经验的潜能 和愿望是能够被释放出来的。因此，在进行教学设计时，应充分信任学生的潜在能力，以他 们为中心激发他们高层次的学习动机，从而使他们能够对自己进行教育，最终把他们培养 成“完整的人”。它又包括四个方面的因素：第一，学习具有个人参与的性质，即人的情感 与认知全部投入学习活动。这是进行有意义学习的前提。第二，学习是自我发起的。这充分 展示了个体在学习中的地位。第三，学习是渗透性的。这意味着学习能使学生的行为、态度t 乃至个性都发生变化。第四，学习是由学生自我评价的。这说明学生自己对有意义学习起着 重要的作用。由此，只要学生具有了学习的中心地位，他才能全身心地参与学习活动，才能 自觉地深入地进行学习，才能有意识地进行自我评价，从而促进教学活动得以顺利地进行。 2 创设真实的问题情境 与建构主义学习理论一样，创设真实的问题情境是基于人本主义学习理论的教学设计的 首要任务。它是一种支持学生进行意义学习的各种真实问题的组合。 罗杰斯认为，如果要使学生全身心地投入学习活动，那么就必须让学生面临对他们个人 有意义的或有关的问题。在当今的教学活动中，学生与生活中所有的真实问题还存在很大的 隔闺，这对学生的意义学习造成了很大的损火。为此如果我们希望学生成为真正自由的和 负责的个体的话就应该为他们创设备种真实的问题情境。 3 追求学习过程的开放性 人本主义学习理论认为学生的学习是一种在教师帮助下的自我激发、白我促进、自我评 价的过程。在这种学习过程中学生不仅获得了知识，形成了学习方法，而且培养了健全的人 格。因此，基于人本主义学习理论的学习过程是自由开放的，是依靠学生根据自己的个性来 选抒学习路径的。 在当今信息化时代先进的教育观念和先进的科技成果相结合的学习资源日益增多：改 善学习人文环境，给学生以充分的学习自由的口号日益增多；日益竞争的社会对复合型人才 的要求越来越高这些现象促使设计人员在教学设计过程中时，必须考虑到要给学生充分 自由的发展空间，必须开放所有的学习过程，使学生能顺应当代学习生活的变化，最终得以 自我实现。 教师角色由知识的传播者转变为学生学习的促进者和帮助者这是学习过程开放的一个 重要前提条件。要开放学生的学习过程首先，要让学生认识到他们的学习内容与自身的关系， 使其发现他们学习的内容能够保持和发展自我，进而激发他们的学习热情和动机。其次，在 学生的自我激发之后，应让学生的情感与理智全部投入到实际的学习当中去，让学生积极主 动地探究知识的奥秘，使学生自我促进学习，提高自身的学习积极性和学习效率。第三，对 学生学习结果的评价也要采取开放的态度。教师应让学生进行自我评价把他人的评价放在 次要地位- 这样才能有助于发展学生的独立性、创造性和自主性。实际上，自我评价是学习 过程的出发点和归宿因为学生的自我评价是使自我发起的学习能变成一种对自己的学习负 4 责的主要手段之一。由此，教师应发展学习的自主评价能力，以使学生适应未来社会开放的 变化的学习活动。 第四节资源管理可视化的教育应用 在教育教学活动中一方面我们通过广泛开展信息技术课程普及信息技术知识，培养学 生的信息素养，提高他们在信息环境下的综合素质，使他们能够根据自己的信息需求从图书 馆、网络等环境中获取信息：另一方面我们也希望通过现代化的信息管理方式更快、更便捷 的将师生所需要的资源以适合他们认知的方式呈现给他们，为他们提供良好的可视化信息环 境。 当前在教与学过程中应用可视化的信息管理方式主要有以下j l 个方面： ( 1 ) 课堂学习 在2 0 0 0 年的c i l t ( c e n t e rf o ri n n o v a t i v el e a r n i n gt e c h n o l o g i e s ) 会议上，密西根大学 ( u n i v e r s i t y o f m i c h i g a n ) 展示了他们开发的可视化信息系统“监天”( b l u e s k i e s ) ，这个系 统主要用米提供大学学生在课堂上进行气象学习。通过一种独特的迭印技术系统不同的信 息( 比如：温度、大气压、风速、风向等) 以图形化的方式迭加在基本地幽上，使学生不仅 可以观察到单个天气因素的影响而且可以交互的添加和删除各种信息以观察不同因素对气 象的影响。和传统的看图读数据方法相比。后续的调奇表明：因为减少了认知负担。学生