知识可视化工具在历史教学中的应用研究结题报告.doc

知识可视化工具在历史教学中的应用研究结题报告一、课题提出的背景； “可视化”一词，来源于英文的“visualization”，原意是“可看得见的、清楚的呈现” 。Eppler, M.J. & Burkard, R.A.将知识可视化定义为：知识可视化是研究如何应用视觉表征改进两个或两个以上人之间复杂知识创造与传递的学科。 赵国庆、黄荣怀、陆志坚， 知识可视化的理论与方法，开放教育研究，2005年，第11卷第01期。它以视觉表征为手段，促进知识在人群中的传播。一般来说，知识可视化研究的是视觉表征在提高两个或两个以上人之间的知识传播中的作用，也就是说，知识可视化指的是所有可以用来建构和传递复杂知识的图解手段。知识可视化工具的作用除了传达事实类知识之外，还能够传输见解（insights）、经验（experiences）、态度（attitudes）、价值观（Values）、期望（expectations）、观点（perspectives）、意见（opinions）和预测（predictions）等，并以视觉的方式帮助人们正确地记忆和应用这些知识。知识可视化的实质是将人们的个体所掌握的知识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，从而促进知识的传播。在历史课堂教学中，教师不仅要教给学生历史知识，还要着重培养学生的思维能力，并帮助学生树立正确的情感、态度和价值观。学习历史知识是为了更好的运用历史知识，知识的运用最重要的是解决现实生活中的问题。而在教学过程中，学生往往不能把零散的知识联系起来，形成一个知识网络。学生是否理解了所学的知识，是否具有了正确分析历史问题思维能力，教师往往很难了解到，这就需要一种工具帮助学生将知识点系统化，同时要使学生把所思所想以外在的形式直观的表现出来。知识可视化工具就是这样一种能够有效的解决这两大问题手段。在我国，知识可视化研究尚处于起步阶段。在教育领域，虽然在教学中一些教师也在有意无意地使用知识可视化工具，也有人作了一些可视化工具在教学的应用研究，但系统的研究还比较缺乏，尤其是在历史教学领域。知识可视化工具在历史教学中的应用研究就是在历史教学中运用适合于历史学科特点的知识可视化工具，帮助学生利用可视化工具加强对所学知识的记忆，加深对学习内容的理解，从而提高历史课堂教学的教学有效性。二、课题研究的理论依据；1、双重编码理论双重编码理论于1986年由佩维奥（Paivio）提出，它认为语言系统直接处理语言的输入和输出（以演讲和书写的形式），同时充当非语言对象、事件和行为的符号功能，任何的表征理论都必须符合这一双重性。佩维奥指出图像表象可以产生于任何刺激。符号是一种抽象的刺激，同图像一样能够产生模糊的图像表象。根据双重编码理论，如果将听觉和视觉的同时编码更有利于回忆与信息的提取。近三十年，大量研究支持双重编码理论。Mayer和其他学者研究结果显示：视觉信息有助于帮助于人们处理和记忆文字信息和声音信息。Mayer和Anderson发现如果在描述问题时使用图片来进行辅助说明，这将有助于回忆、问题解决和知识的转化。他们认为如果没有将文字表象和图像表象的关联就等同于没有进行教学。Baggett和Ehrenfeucht在1983年通过电影教学实验得出相似的结论。 “视觉素养与媒介素养” 的分形理论及多维空间建构-双重编码理论， /Article_Show.asp?ArticleID=1330双重编码理论为知识可视化提供了理论基础。如果将知识以图解的方式表示出来，会对语言信息的理解提供很好的辅助和补充，从而大大降低语言通道的认知负荷。2、多元智能理论多元智能理论是美国哈佛大学霍华德加德纳在前人的基础上创立的一种新的智能理论。多元智能理论认为，人的智能是多元的，包括语言智能、逻辑数理智能、视觉空间智能、音乐智能、身体动觉智能、人际交往智能、自我反省智能、自然观察智能八种。每个人在各种智能的认知水平上存在差异。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，这充分说明视觉是人们接受信息的主要通道。 王朝云，刘玉龙，知识可视化的理论与应用，现代教育技术，2007年第6期。常言道：“百闻不如一见”、“一图胜千言”，也充分说明了视觉的重要性。现代社会在生活和文化中各个方面都在追求某种程度的视觉效果，而这种视觉化趋势，在相当程度上表明：我们用来认知和理解世界的方式越来越呈现出视觉化的特征，视觉能力将在人类的知识中占有越来越重要的作用。知识可视化符合人类社会发展的趋势，利用可视化技术可以将抽象的事物或过程变成容易被人们接受和认知的图形图像，从而大大有利于知识的理解和传播。3、信息加工理论现代信息加工理论对学习的一般过程的描述既有坚实的实验依据，又对教学过程富有指导价值。这一理论认为学习的发生经历以下几个阶段：（1）短时感觉贮存发生在主体与环境刺激相互作用时。在每一瞬间，有大量刺激作用于人的感官。（2）注意与选择性知觉短时感觉贮存中的信息只有在受到注意以后才能进入意识。（3）记忆记忆分为两个阶段，即短时记忆与长时记忆。因而信息加工理论认为，学习过程是信息的收集、加工、贮存和在需要时提取出来加以运用的过程。信息的收集涉及的心理过程是知觉；信息的加工、贮存和提取涉及的心理过程是记忆。注意不是一种独立的心理过程，但它总是伴随于人的全部心理活动中，它是学习活动得以产生的前提。现代心理学和神经生理学研究也表明，人类记忆不是一个有待填充的“容器”，而是一个由相互关联的记忆系统构成的复杂装置。人的记忆系统由三个存储器组成：感觉登录器，短时记忆(或工作记忆)和长时记忆。来自环境的刺激经过过滤首先进入感觉寄存器，通过选择性知觉信息被临时存入短时记忆(STM)。短时记忆是一个过渡性的记忆缓冲器，其容量有限，只能记录72个信息组块(短时记忆加工信息的能量是每次五到九个心理单元，大约2-3个概念之间的关系)，且只能保持大约15-30秒钟。短时记忆中的信息经过复述和编码过程转化为长时记忆(LTM)，长时记忆是一个相当持久的容量极大的信息库。如下图所示： 从学习理论的角度来看，信息加工理论在以下几方面给我们带来启示：（1）学生对刺激的选择不是一种随机的过程，因此，不能仅仅考虑到刺激的特征，而且还要关注学生已有的知识或认知图式。（2）短时记忆加工信息的能力是有限的，如果一味要求学生在短时间内掌握大量的信息，不给他们留有加工或思考的时间，结果必然会像狗熊拣苞米一样，拣一个丢一个。（3）“组块”理论，为了尽可能使学生在短时间内学习较多的知识，我们必须把知识组织成有意义的块状，减少机械学习。（4）信息编码不仅有助于学生的理解，而且也有助于信息的贮存和提取。当接收新知识时，若要形成大的知识体系，必须在工作记忆和长时记忆之间进行有序的反复。知识可视化工具之所以能强有力地促进意义学习，乃是因为它可以作为一种模板(template)，去帮助组织知识并使之系统化，哪怕是支离破碎的知识，有了这种模板，就可以用较小的彼此相关的概念及命题框架单元把这些知识组成结构。三、课题研究的目标；知识可视化工具在历史教学中的应用研究课题的研究目标是：1根据历史教学的实际需要，选择出适合历史学科特点的知识可视化工具；2通过教学实践， 总结出知识可视化工具在历史课堂教学中应用的具体方式和作用。四、课题研究的主要内容；1、知识可视化工具与历史教学的结合2、适合历史课堂教学的知识可视化工具。3、知识可视化工具在历史课堂教学中的作用。五、课题研究的方法；1) 本课题研究的主要方法是行动研究法。通过对知识可视化工具的学习，开展实践与研究，调整课题计划，采取相应措施，不断观察、反思，促进研究的深入，提高教学的有效性。2) 文献研究法。课题组成员统一认真学习信息加工理论和知识可视化理论，为从事课题研究提供正确可靠的理论依据；搜集有关资料，了解国内外有关研究的已有成果、现状和发展趋势，作为课题研究的经验借鉴。3) 经验总结法。对各阶段或全过程研究进行分析概括，及时撰写教后记、经验总结、反思、论文等，揭示内在联系和规律，使之上升到教育理论高度，促进感性认识到理性认识的转化。4) 案例研究法。研究分析知识可视化工具研究教学课例，有针对性地积累实践经验和相关理论依据。六、课题研究的主要过程；1、2008年9月10月，阅读有效课堂：提高学生成绩的实用策略2、2008年11月2009年1月，阅读教学方法：应用认知科学，促进学生学习3、2009年2月4月，阅读教学设计1、2008年11月，完成有效课堂：提高学生成绩的实用策略读书笔记2、2008年11月，凡尔赛华盛顿体系课题研究课课例分析。3、2009年1月，完成教学方法：应用认知科学，促进学生学习读书笔记4、2009年2月，知识可视化工具在复习课中的应用研究课5、2009年3月，中华民族的抗日战争复习课教学案例5、2009年5月，完成教学设计读书笔记七、课题研究成果；知识可视化作为一个新兴研究领域，能够将人们的所学知识以图解的手段表示出来，形成人能够直接感受到的知识外在表现形式，从而促进知识的传播。目前已开发出知识可视工具有概念图、思维导图、认知地图、语义网络和思维地图等多种。根据一年来在教学中的实践，我从中筛选了以下几种知识可视化工具，我认为这此工具比较适合历史教学的特点，有助于提高历史课堂教学有有效性。1、年代尺主要用来说明历史事件或年代的时间顺序。现在的历史教材大多按学习主题来设置教学内容，淡化了历史事件的时间。但教学有时需要帮助学生来理清重大历史之间的先后顺序，这时最好的工具就是年代尺。已故史学大师邓广铭曾提出的学习历史的四把钥匙：职官制度、历史地理、年代学、目录学，一直受到史学界的重视。足见年代尺这一工具对学好历史具有重要的作用。运用年代尺一般在单元教学结束时，或复习时运用，可以由教师提供给学生，也可以是在教师的指导下，由学生自己绘制。 2、描述性图解主要用来表征与某一概念有关的特殊的人物、地点、事物、事件等事实，构成种图解的信息没有特别的次序。通过实际运用，我发现这种图解主要适合于复习课或概念性不强的新授课。这种方法能够激发学生的发散思维能力；同时，它还能帮助学生将大量零散的、不成逻辑的知识点，汇集起来，形成一个有机的知识网络。如在初三年级复习到法国时，可以给出“法国”这个词，让学生把有关法国的历史事件和历史人物说出来，这样就可以把平时分散到许多课的有关法国的知识点组织起来，对法国有一个系统的认识。如下图：法国攻占巴士底狱人权宣言拿破仑路易十六巴黎公社3、历史事件序列图这种图解将事件按时间顺序排列起来主要适用于一些时间性强，知识点较少，或复习时用于梳理历史事件的时间顺序。如学习美国独立战争一课时，可将本课历史事件梳理成下图：4、流程图流程图主要用来描述重大历史事件的发展过程或某一历史事物的形成过程。它能够将信息构建成一个具有因果关系的网络，引出一个特殊的结果；或者将信息构建成一个步骤序列，引出一个特别的产物。如在学习凡尔赛华盛顿体系一课时，学生往往对凡尔赛华盛顿体系的形成过程不清楚，这时就可以借助于流程图来加深学生的认识。如下图：4、情节性图解美国南北战争原因：南北方两种经济制度的矛盾时间：18601865年主要人物：林肯重要事件：1862年，林肯政府颁布宅地法和解放黑奴宣言意义：维护了美国的统一，扫清了资本主义进一步发展的障碍性质：美国历史上第二次资产阶级革命情节性图解包含了与某一历史事件或人物有关的所有信息。这些信息包括场景；人物；时间；事件发展的顺序；原因和结果。当然这一模式主要适用于一些概念性较强，知识点相对比较集中的课。如在学习美国南北战争一课时，就可以将这一课的内容归纳为一个情节性图解：5、表格表格是最常见的可视化工具，它可以将课本中的知识点整理归类，方便学生记忆。主要适用于知识点较多，但较为零散的课型。表格虽普通，但其作用却是非常显著的。如在复习近代化的起步这一单元时，学生往往对近代化的发展过程分不清，如果能给学生列出一个表格：近代化三个阶段历史事件代表人物口号作用学习西方科学技术洋务运动李鸿章张之洞自强求富近代化的开端学习西方政治制度戊戌变法康有为梁启超维新变法起了思想启蒙作用辛亥革命孙中山三民主义推翻了清王朝学习西方思想文化新文化运动孙独秀李大钊民主科学空前的思想解放运动这样学生将会比较容易地记住近代化过程及其相关内容，且不容易混淆。还可以将表格用于比较两个事件或人物之间的异同。如在学习河姆渡遗址和半坡遗址时， 学生很容易将二者相混淆。这时就可以利用表格来帮助学生区分二者的异同。河姆渡遗址半坡遗址不同点粮食作物水稻粟陶器黑陶彩陶房屋干栏式半地穴式相同点工具新石器6、概念图概念图是所有模式里最具有概括意义的模式。它把围绕一个词或一个短语的信息构建起来。这个词或短语表征人、地点、事物和事件的全部类别或范畴，这就是概念图。概念图最早是由美国康乃尔大学的诺瓦克（J.D. Novak）博士根据奥苏贝尔(David P. Ausubel)的有意义学习理论提出的一种教学技术。诺瓦克把概念图定义为：概念图是用来组织和表征知识的工具。它通常将与某一主题有关概念放在于圆圈或方框之中，然后用连线将相关的概念和命题连接起来，连线上标明两个概念之间的意义关系。概念图是使用节点代表概念、连线表示概念间关系，由包含一个概念的节点及连接组成。连接被贴上标签并用箭头符号指示方向，被贴上标签的连接解释节点之间的关系，箭头描绘关系的方向，“概念-连接词-概念”这样一个三元组形成了一个命题。另外，概念图是具有层次结构的，最高级的概念处在顶端。人们可以用适合的关联词来说明不同层次的概念之间的关系，并确定不同分支之间的横向联系。 王朝云，刘玉龙， 知识可视化的理论与应用，现代教育技术，2007 年第6 期。概念图这种知识可视化方法最大的优点在于对知识的体系结构（概念及其概念之间的关系）一目了然的表达出来，还突出表现了知识体系的层次结构。（二）、知识可视化工具在历史教学中运用通过一年的研究和教学实践，可以得出一个结论：知识可视化工具是帮助学生学习历史的有力工具，它能够帮助学生形象地表现所学内容，能够帮助学生将所学历史知识和概念联系起来，从而达到对信息的理解。但在研究中也发现：使用知识可视化工具较为费时费力，如何恰当地选择和运用知识可视化工具以有效地发挥其作用是在应用这一工具需要注意的问题。我认为，可以在以下几种情况下运用知识可视化工具。1、作为先行组织图，引导学生关注关键信息先行组织图是在一堂课正式开始之前提供的信息，以使课文内容更有意义、更易理解。先行组织图中呈现的信息比课文内容更抽象更概括，这有助于概括新信息。学习的一个重要条件是学生在认知结构中有相适宜的观念，以此同新材料发生联系。先行组织图就起着这一作用。先行组织图的形式并不重要，重要的是它必须容易理解并同后续学习内容发生持续的联系。如辽宋西夏金的并立一课，辽、北宋、西夏、南宋和金五个政权的建立时间、建立者、都城和民族都要求学生记忆，“澶渊之盟”要求学生能够正确评价其作用，同时还要让学生认识一位重要的历史人物岳飞，学习其精忠报国、英勇抗金的精神，知识点很多。如此众多的信息，学生是很难在一节课的时间里记住的，更不用说去理解和运用了。因此首先要帮助学生从课文中选择出最重要的信息。这时可以设计如下表格作为先行组织图：政权建立时间建立者都城民族辽北宋西夏金南宋上课之初就将表格出示给学生，然后让学生快速阅读课文，找出表格中应填的内容，这样就引导学生去关注最重要的知识点。在学生将所有内容都找到亲准确填出后，可以进一步引导学生去思考：哪几个政权是同时并存的？它们之间的关系怎样？这样就为下一步的教学打下了基础。一般来说，先行组织图多在课文内容较为零散，缺乏系统性和学生缺乏认知能力的情况下使用。2、对知识点进行整理，帮助学生进行编码信息加工理论认为：信息进入了工作记忆，并不意味着学生理解和记住了这些信息，还必须进行编码，才能使这些信息真正在学生头脑中扎根。建构主义学习理论也认为新知识应当整合进现存知识结构中，才有利于识记和建构新意义。可视化工具就是这一过程中的一款利器，它可以激活信息整合过程并使意义更加清楚，同时也更能帮助学生注意概念之间的关系。乔纳森（Jonassen）认为思维是学习的必备条件，当学生试图用图表来表示他们的思想时，最能激活学习的思想。记忆的长期保持试验(Novak,eta1,1983)也表明，使用知识可视化工具的学生胜于没有使用者。在这一过程中知识可视化工具的作用主要是帮助学生对信息进行组织整理。所谓的组织整理，就是将所学的知识点组成一个具有内在联系的知识结构。真正的学习不仅是对知识的记忆，还要理解所学的知识，能够运用所学知识解决问题。信息加工理论告诉我们，人们所学的知识只有经过对信息的主动加工，将它们储存在长时记忆中，并与原有知识建立联系，形成相互联系的概念网络（即建构主义所说的图式），这样才算是完成了学习。知识可视化工具在这一过程中，能够有效帮助学生延长知识的记忆时间并加深对和知识的理解。一些帮助低级思考的知识可视化工具能够将信息放在结构清晰的框架中，使学生能够展示所学习到的的知识。这类工具能帮助学生思考并更好地管理大量信息。运用低级思考工具是学习一些内容多，知识点零散、知识结构不明显的课的有效策略。在帮助学生组织整理方面所运用的可视化工具多采用过程因果关系图。过程因果关系图能够引导学生将所学的知识建立一个具有关系的因果网络，从而明确了各历史事件之间的关系。学生在建立关系图的过程中不仅要回忆课文中的知识点，还要梳理它们之间的因果关系，在这一过程中，就会把所学的新知识与已有知识联系起来，之后这些新知识会被储存到长时记忆中去。例如在学习凡尔赛华盛顿体系一课，可以出示如下的一幅空白图表组织图：在学生阅读完课文后，可让学生将本课的知识点填到组织图中，从而梳理出本课的知识结构。在这里圆角矩形方框用于填写历史事件，椭圆和注释用于补充历史事件的相关信息。在这样的过程因果关系图完成后，学生能够很容易理解这一课的内容。在教学中也可以培养学生自己动手去绘制组织图。因为正如亚里士多德说过：“告诉我的我会忘记，给我看的我会记住，让我参与的我会理解。”绘制的过程其实也是学生重新思考和学习的过程，它会将学生对历史问题的认识及所思所想表现出来，有利于教师发现学生认识上存在的问题和不足，然后及时进行纠正和弥补。学生在绘制时是很容易出现问题的，这就要求教师事先要教给学生绘制组织图的方法，还可以给学生进行示范，提供一个例图供学生参考之用。开始时可以让学生先绘制一些简单的图，在学生熟练掌握绘制的方法后，则可以放手让学生去绘制。这中间要经过一个从扶到放的过程。知识可视化工具在帮助学生安排学习、激发学生进行更高层次的思考和创造机会促进学生交流和师生交流等方面起着重要的作用。但使用知识可视化工具比较费时，因为它鼓励学生自己对在进行不同层次的思考时所获得的信息进行处理。一旦学生掌握了这种工具，它对学生的学习将会产生重要的促进作用。正如柏朗加和弗加特所说：“这些认知工具能使我们看到学生的所思所想，理解他们是如何思考的。认知组织结构图作出的视觉展示使无形的谈话变得清晰可见；使学生建立、重建、修订和改正他们在信息处理过程中对各种信息做出的联系。利用图表组织图，学生能弄清楚如何将概念应用于新的情形中去。”普莱斯顿等，王锦等译，教学方法应用认识科学，促进学生学习，华东师范大学出版社，2006， 190页（三）运用知识可视化工具应注意的问