知識可視化工具在歷史教學中的應用研究結(jié)題報告.doc

知識可視化工具在歷史教學中的應用研究結(jié)題報告一、課題提出的背景； “可視化”一詞，來源于英文的“visualization”，原意是“可看得見的、清楚的呈現(xiàn)” 。Eppler, M.J. & Burkard, R.A.將知識可視化定義為：知識可視化是研究如何應用視覺表征改進兩個或兩個以上人之間復雜知識創(chuàng)造與傳遞的學科。 趙國慶、黃榮懷、陸志堅， 知識可視化的理論與方法，開放教育研究，2005年，第11卷第01期。它以視覺表征為手段，促進知識在人群中的傳播。一般來說，知識可視化研究的是視覺表征在提高兩個或兩個以上人之間的知識傳播中的作用，也就是說，知識可視化指的是所有可以用來建構(gòu)和傳遞復雜知識的圖解手段。知識可視化工具的作用除了傳達事實類知識之外，還能夠傳輸見解（insights）、經(jīng)驗（experiences）、態(tài)度（attitudes）、價值觀（Values）、期望（expectations）、觀點（perspectives）、意見（opinions）和預測（predictions）等，并以視覺的方式幫助人們正確地記憶和應用這些知識。知識可視化的實質(zhì)是將人們的個體所掌握的知識以圖解的手段表示出來，形成能夠直接作用于人的感官的知識的外在表現(xiàn)形式，從而促進知識的傳播。在歷史課堂教學中，教師不僅要教給學生歷史知識，還要著重培養(yǎng)學生的思維能力，并幫助學生樹立正確的情感、態(tài)度和價值觀。學習歷史知識是為了更好的運用歷史知識，知識的運用最重要的是解決現(xiàn)實生活中的問題。而在教學過程中，學生往往不能把零散的知識聯(lián)系起來，形成一個知識網(wǎng)絡。學生是否理解了所學的知識，是否具有了正確分析歷史問題思維能力，教師往往很難了解到，這就需要一種工具幫助學生將知識點系統(tǒng)化，同時要使學生把所思所想以外在的形式直觀的表現(xiàn)出來。知識可視化工具就是這樣一種能夠有效的解決這兩大問題手段。在我國，知識可視化研究尚處于起步階段。在教育領域，雖然在教學中一些教師也在有意無意地使用知識可視化工具，也有人作了一些可視化工具在教學的應用研究，但系統(tǒng)的研究還比較缺乏，尤其是在歷史教學領域。知識可視化工具在歷史教學中的應用研究就是在歷史教學中運用適合于歷史學科特點的知識可視化工具，幫助學生利用可視化工具加強對所學知識的記憶，加深對學習內(nèi)容的理解，從而提高歷史課堂教學的教學有效性。二、課題研究的理論依據(jù)；1、雙重編碼理論雙重編碼理論于1986年由佩維奧（Paivio）提出，它認為語言系統(tǒng)直接處理語言的輸入和輸出（以演講和書寫的形式），同時充當非語言對象、事件和行為的符號功能，任何的表征理論都必須符合這一雙重性。佩維奧指出圖像表象可以產(chǎn)生于任何刺激。符號是一種抽象的刺激，同圖像一樣能夠產(chǎn)生模糊的圖像表象。根據(jù)雙重編碼理論，如果將聽覺和視覺的同時編碼更有利于回憶與信息的提取。近三十年，大量研究支持雙重編碼理論。Mayer和其他學者研究結(jié)果顯示：視覺信息有助于幫助于人們處理和記憶文字信息和聲音信息。Mayer和Anderson發(fā)現(xiàn)如果在描述問題時使用圖片來進行輔助說明，這將有助于回憶、問題解決和知識的轉(zhuǎn)化。他們認為如果沒有將文字表象和圖像表象的關聯(lián)就等同于沒有進行教學。Baggett和Ehrenfeucht在1983年通過電影教學實驗得出相似的結(jié)論。 “視覺素養(yǎng)與媒介素養(yǎng)” 的分形理論及多維空間建構(gòu)-雙重編碼理論， /Article_Show.asp?ArticleID=1330雙重編碼理論為知識可視化提供了理論基礎。如果將知識以圖解的方式表示出來，會對語言信息的理解提供很好的輔助和補充，從而大大降低語言通道的認知負荷。2、多元智能理論多元智能理論是美國哈佛大學霍華德加德納在前人的基礎上創(chuàng)立的一種新的智能理論。多元智能理論認為，人的智能是多元的，包括語言智能、邏輯數(shù)理智能、視覺空間智能、音樂智能、身體動覺智能、人際交往智能、自我反省智能、自然觀察智能八種。每個人在各種智能的認知水平上存在差異。實驗心理學家赤瑞特拉（Treicher）通過大量的實驗證明，人類在接受的信息中，通過視覺獲得的占83，聽覺占11，嗅覺占3.5，觸覺占1.5，味覺占1，這充分說明視覺是人們接受信息的主要通道。 王朝云，劉玉龍，知識可視化的理論與應用，現(xiàn)代教育技術(shù)，2007年第6期。常言道：“百聞不如一見”、“一圖勝千言”，也充分說明了視覺的重要性?，F(xiàn)代社會在生活和文化中各個方面都在追求某種程度的視覺效果，而這種視覺化趨勢，在相當程度上表明：我們用來認知和理解世界的方式越來越呈現(xiàn)出視覺化的特征，視覺能力將在人類的知識中占有越來越重要的作用。知識可視化符合人類社會發(fā)展的趨勢，利用可視化技術(shù)可以將抽象的事物或過程變成容易被人們接受和認知的圖形圖像，從而大大有利于知識的理解和傳播。3、信息加工理論現(xiàn)代信息加工理論對學習的一般過程的描述既有堅實的實驗依據(jù)，又對教學過程富有指導價值。這一理論認為學習的發(fā)生經(jīng)歷以下幾個階段：（1）短時感覺貯存發(fā)生在主體與環(huán)境刺激相互作用時。在每一瞬間，有大量刺激作用于人的感官。（2）注意與選擇性知覺短時感覺貯存中的信息只有在受到注意以后才能進入意識。（3）記憶記憶分為兩個階段，即短時記憶與長時記憶。因而信息加工理論認為，學習過程是信息的收集、加工、貯存和在需要時提取出來加以運用的過程。信息的收集涉及的心理過程是知覺；信息的加工、貯存和提取涉及的心理過程是記憶。注意不是一種獨立的心理過程，但它總是伴隨于人的全部心理活動中，它是學習活動得以產(chǎn)生的前提?，F(xiàn)代心理學和神經(jīng)生理學研究也表明，人類記憶不是一個有待填充的“容器”，而是一個由相互關聯(lián)的記憶系統(tǒng)構(gòu)成的復雜裝置。人的記憶系統(tǒng)由三個存儲器組成：感覺登錄器，短時記憶(或工作記憶)和長時記憶。來自環(huán)境的刺激經(jīng)過過濾首先進入感覺寄存器，通過選擇性知覺信息被臨時存入短時記憶(STM)。短時記憶是一個過渡性的記憶緩沖器，其容量有限，只能記錄72個信息組塊(短時記憶加工信息的能量是每次五到九個心理單元，大約2-3個概念之間的關系)，且只能保持大約15-30秒鐘。短時記憶中的信息經(jīng)過復述和編碼過程轉(zhuǎn)化為長時記憶(LTM)，長時記憶是一個相當持久的容量極大的信息庫。如下圖所示： 從學習理論的角度來看，信息加工理論在以下幾方面給我們帶來啟示：（1）學生對刺激的選擇不是一種隨機的過程，因此，不能僅僅考慮到刺激的特征，而且還要關注學生已有的知識或認知圖式。（2）短時記憶加工信息的能力是有限的，如果一味要求學生在短時間內(nèi)掌握大量的信息，不給他們留有加工或思考的時間，結(jié)果必然會像狗熊揀苞米一樣，揀一個丟一個。（3）“組塊”理論，為了盡可能使學生在短時間內(nèi)學習較多的知識，我們必須把知識組織成有意義的塊狀，減少機械學習。（4）信息編碼不僅有助于學生的理解，而且也有助于信息的貯存和提取。當接收新知識時，若要形成大的知識體系，必須在工作記憶和長時記憶之間進行有序的反復。知識可視化工具之所以能強有力地促進意義學習，乃是因為它可以作為一種模板(template)，去幫助組織知識并使之系統(tǒng)化，哪怕是支離破碎的知識，有了這種模板，就可以用較小的彼此相關的概念及命題框架單元把這些知識組成結(jié)構(gòu)。三、課題研究的目標；知識可視化工具在歷史教學中的應用研究課題的研究目標是：1根據(jù)歷史教學的實際需要，選擇出適合歷史學科特點的知識可視化工具；2通過教學實踐， 總結(jié)出知識可視化工具在歷史課堂教學中應用的具體方式和作用。四、課題研究的主要內(nèi)容；1、知識可視化工具與歷史教學的結(jié)合2、適合歷史課堂教學的知識可視化工具。3、知識可視化工具在歷史課堂教學中的作用。五、課題研究的方法；1) 本課題研究的主要方法是行動研究法。通過對知識可視化工具的學習，開展實踐與研究，調(diào)整課題計劃，采取相應措施，不斷觀察、反思，促進研究的深入，提高教學的有效性。2) 文獻研究法。課題組成員統(tǒng)一認真學習信息加工理論和知識可視化理論，為從事課題研究提供正確可靠的理論依據(jù)；搜集有關資料，了解國內(nèi)外有關研究的已有成果、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，作為課題研究的經(jīng)驗借鑒。3) 經(jīng)驗總結(jié)法。對各階段或全過程研究進行分析概括，及時撰寫教后記、經(jīng)驗總結(jié)、反思、論文等，揭示內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，使之上升到教育理論高度，促進感性認識到理性認識的轉(zhuǎn)化。4) 案例研究法。研究分析知識可視化工具研究教學課例，有針對性地積累實踐經(jīng)驗和相關理論依據(jù)。六、課題研究的主要過程；1、2008年9月10月，閱讀有效課堂：提高學生成績的實用策略2、2008年11月2009年1月，閱讀教學方法：應用認知科學，促進學生學習3、2009年2月4月，閱讀教學設計1、2008年11月，完成有效課堂：提高學生成績的實用策略讀書筆記2、2008年11月，凡爾賽華盛頓體系課題研究課課例分析。3、2009年1月，完成教學方法：應用認知科學，促進學生學習讀書筆記4、2009年2月，知識可視化工具在復習課中的應用研究課5、2009年3月，中華民族的抗日戰(zhàn)爭復習課教學案例5、2009年5月，完成教學設計讀書筆記七、課題研究成果；知識可視化作為一個新興研究領域，能夠?qū)⑷藗兊乃鶎W知識以圖解的手段表示出來，形成人能夠直接感受到的知識外在表現(xiàn)形式，從而促進知識的傳播。目前已開發(fā)出知識可視工具有概念圖、思維導圖、認知地圖、語義網(wǎng)絡和思維地圖等多種。根據(jù)一年來在教學中的實踐，我從中篩選了以下幾種知識可視化工具，我認為這此工具比較適合歷史教學的特點，有助于提高歷史課堂教學有有效性。1、年代尺主要用來說明歷史事件或年代的時間順序?，F(xiàn)在的歷史教材大多按學習主題來設置教學內(nèi)容，淡化了歷史事件的時間。但教學有時需要幫助學生來理清重大歷史之間的先后順序，這時最好的工具就是年代尺。已故史學大師鄧廣銘曾提出的學習歷史的四把鑰匙：職官制度、歷史地理、年代學、目錄學，一直受到史學界的重視。足見年代尺這一工具對學好歷史具有重要的作用。運用年代尺一般在單元教學結(jié)束時，或復習時運用，可以由教師提供給學生，也可以是在教師的指導下，由學生自己繪制。 2、描述性圖解主要用來表征與某一概念有關的特殊的人物、地點、事物、事件等事實，構(gòu)成種圖解的信息沒有特別的次序。通過實際運用，我發(fā)現(xiàn)這種圖解主要適合于復習課或概念性不強的新授課。這種方法能夠激發(fā)學生的發(fā)散思維能力；同時，它還能幫助學生將大量零散的、不成邏輯的知識點，匯集起來，形成一個有機的知識網(wǎng)絡。如在初三年級復習到法國時，可以給出“法國”這個詞，讓學生把有關法國的歷史事件和歷史人物說出來，這樣就可以把平時分散到許多課的有關法國的知識點組織起來，對法國有一個系統(tǒng)的認識。如下圖：法國攻占巴士底獄人權(quán)宣言拿破侖路易十六巴黎公社3、歷史事件序列圖這種圖解將事件按時間順序排列起來主要適用于一些時間性強，知識點較少，或復習時用于梳理歷史事件的時間順序。如學習美國獨立戰(zhàn)爭一課時，可將本課歷史事件梳理成下圖：4、流程圖流程圖主要用來描述重大歷史事件的發(fā)展過程或某一歷史事物的形成過程。它能夠?qū)⑿畔?gòu)建成一個具有因果關系的網(wǎng)絡，引出一個特殊的結(jié)果；或者將信息構(gòu)建成一個步驟序列，引出一個特別的產(chǎn)物。如在學習凡爾賽華盛頓體系一課時，學生往往對凡爾賽華盛頓體系的形成過程不清楚，這時就可以借助于流程圖來加深學生的認識。如下圖：4、情節(jié)性圖解美國南北戰(zhàn)爭原因：南北方兩種經(jīng)濟制度的矛盾時間：18601865年主要人物：林肯重要事件：1862年，林肯政府頒布宅地法和解放黑奴宣言意義：維護了美國的統(tǒng)一，掃清了資本主義進一步發(fā)展的障礙性質(zhì)：美國歷史上第二次資產(chǎn)階級革命情節(jié)性圖解包含了與某一歷史事件或人物有關的所有信息。這些信息包括場景；人物；時間；事件發(fā)展的順序；原因和結(jié)果。當然這一模式主要適用于一些概念性較強，知識點相對比較集中的課。如在學習美國南北戰(zhàn)爭一課時，就可以將這一課的內(nèi)容歸納為一個情節(jié)性圖解：5、表格表格是最常見的可視化工具，它可以將課本中的知識點整理歸類，方便學生記憶。主要適用于知識點較多，但較為零散的課型。表格雖普通，但其作用卻是非常顯著的。如在復習近代化的起步這一單元時，學生往往對近代化的發(fā)展過程分不清，如果能給學生列出一個表格：近代化三個階段歷史事件代表人物口號作用學習西方科學技術(shù)洋務運動李鴻章張之洞自強求富近代化的開端學習西方政治制度戊戌變法康有為梁啟超維新變法起了思想啟蒙作用辛亥革命孫中山三民主義推翻了清王朝學習西方思想文化新文化運動孫獨秀李大釗民主科學空前的思想解放運動這樣學生將會比較容易地記住近代化過程及其相關內(nèi)容，且不容易混淆。還可以將表格用于比較兩個事件或人物之間的異同。如在學習河姆渡遺址和半坡遺址時， 學生很容易將二者相混淆。這時就可以利用表格來幫助學生區(qū)分二者的異同。河姆渡遺址半坡遺址不同點糧食作物水稻粟陶器黑陶彩陶房屋干欄式半地穴式相同點工具新石器6、概念圖概念圖是所有模式里最具有概括意義的模式。它把圍繞一個詞或一個短語的信息構(gòu)建起來。這個詞或短語表征人、地點、事物和事件的全部類別或范疇，這就是概念圖。概念圖最早是由美國康乃爾大學的諾瓦克（J.D. Novak）博士根據(jù)奧蘇貝爾(David P. Ausubel)的有意義學習理論提出的一種教學技術(shù)。諾瓦克把概念圖定義為：概念圖是用來組織和表征知識的工具。它通常將與某一主題有關概念放在于圓圈或方框之中，然后用連線將相關的概念和命題連接起來，連線上標明兩個概念之間的意義關系。概念圖是使用節(jié)點代表概念、連線表示概念間關系，由包含一個概念的節(jié)點及連接組成。連接被貼上標簽并用箭頭符號指示方向，被貼上標簽的連接解釋節(jié)點之間的關系，箭頭描繪關系的方向，“概念-連接詞-概念”這樣一個三元組形成了一個命題。另外，概念圖是具有層次結(jié)構(gòu)的，最高級的概念處在頂端。人們可以用適合的關聯(lián)詞來說明不同層次的概念之間的關系，并確定不同分支之間的橫向聯(lián)系。 王朝云，劉玉龍， 知識可視化的理論與應用，現(xiàn)代教育技術(shù)，2007 年第6 期。概念圖這種知識可視化方法最大的優(yōu)點在于對知識的體系結(jié)構(gòu)（概念及其概念之間的關系）一目了然的表達出來，還突出表現(xiàn)了知識體系的層次結(jié)構(gòu)。（二）、知識可視化工具在歷史教學中運用通過一年的研究和教學實踐，可以得出一個結(jié)論：知識可視化工具是幫助學生學習歷史的有力工具，它能夠幫助學生形象地表現(xiàn)所學內(nèi)容，能夠幫助學生將所學歷史知識和概念聯(lián)系起來，從而達到對信息的理解。但在研究中也發(fā)現(xiàn)：使用知識可視化工具較為費時費力，如何恰當?shù)剡x擇和運用知識可視化工具以有效地發(fā)揮其作用是在應用這一工具需要注意的問題。我認為，可以在以下幾種情況下運用知識可視化工具。1、作為先行組織圖，引導學生關注關鍵信息先行組織圖是在一堂課正式開始之前提供的信息，以使課文內(nèi)容更有意義、更易理解。先行組織圖中呈現(xiàn)的信息比課文內(nèi)容更抽象更概括，這有助于概括新信息。學習的一個重要條件是學生在認知結(jié)構(gòu)中有相適宜的觀念，以此同新材料發(fā)生聯(lián)系。先行組織圖就起著這一作用。先行組織圖的形式并不重要，重要的是它必須容易理解并同后續(xù)學習內(nèi)容發(fā)生持續(xù)的聯(lián)系。如遼宋西夏金的并立一課，遼、北宋、西夏、南宋和金五個政權(quán)的建立時間、建立者、都城和民族都要求學生記憶，“澶淵之盟”要求學生能夠正確評價其作用，同時還要讓學生認識一位重要的歷史人物岳飛，學習其精忠報國、英勇抗金的精神，知識點很多。如此眾多的信息，學生是很難在一節(jié)課的時間里記住的，更不用說去理解和運用了。因此首先要幫助學生從課文中選擇出最重要的信息。這時可以設計如下表格作為先行組織圖：政權(quán)建立時間建立者都城民族遼北宋西夏金南宋上課之初就將表格出示給學生，然后讓學生快速閱讀課文，找出表格中應填的內(nèi)容，這樣就引導學生去關注最重要的知識點。在學生將所有內(nèi)容都找到親準確填出后，可以進一步引導學生去思考：哪幾個政權(quán)是同時并存的？它們之間的關系怎樣？這樣就為下一步的教學打下了基礎。一般來說，先行組織圖多在課文內(nèi)容較為零散，缺乏系統(tǒng)性和學生缺乏認知能力的情況下使用。2、對知識點進行整理，幫助學生進行編碼信息加工理論認為：信息進入了工作記憶，并不意味著學生理解和記住了這些信息，還必須進行編碼，才能使這些信息真正在學生頭腦中扎根。建構(gòu)主義學習理論也認為新知識應當整合進現(xiàn)存知識結(jié)構(gòu)中，才有利于識記和建構(gòu)新意義。可視化工具就是這一過程中的一款利器，它可以激活信息整合過程并使意義更加清楚，同時也更能幫助學生注意概念之間的關系。喬納森（Jonassen）認為思維是學習的必備條件，當學生試圖用圖表來表示他們的思想時，最能激活學習的思想。記憶的長期保持試驗(Novak,eta1,1983)也表明，使用知識可視化工具的學生勝于沒有使用者。在這一過程中知識可視化工具的作用主要是幫助學生對信息進行組織整理。所謂的組織整理，就是將所學的知識點組成一個具有內(nèi)在聯(lián)系的知識結(jié)構(gòu)。真正的學習不僅是對知識的記憶，還要理解所學的知識，能夠運用所學知識解決問題。信息加工理論告訴我們，人們所學的知識只有經(jīng)過對信息的主動加工，將它們儲存在長時記憶中，并與原有知識建立聯(lián)系，形成相互聯(lián)系的概念網(wǎng)絡（即建構(gòu)主義所說的圖式），這樣才算是完成了學習。知識可視化工具在這一過程中，能夠有效幫助學生延長知識的記憶時間并加深對和知識的理解。一些幫助低級思考的知識可視化工具能夠?qū)⑿畔⒎旁诮Y(jié)構(gòu)清晰的框架中，使學生能夠展示所學習到的的知識。這類工具能幫助學生思考并更好地管理大量信息。運用低級思考工具是學習一些內(nèi)容多，知識點零散、知識結(jié)構(gòu)不明顯的課的有效策略。在幫助學生組織整理方面所運用的可視化工具多采用過程因果關系圖。過程因果關系圖能夠引導學生將所學的知識建立一個具有關系的因果網(wǎng)絡，從而明確了各歷史事件之間的關系。學生在建立關系圖的過程中不僅要回憶課文中的知識點，還要梳理它們之間的因果關系，在這一過程中，就會把所學的新知識與已有知識聯(lián)系起來，之后這些新知識會被儲存到長時記憶中去。例如在學習凡爾賽華盛頓體系一課，可以出示如下的一幅空白圖表組織圖：在學生閱讀完課文后，可讓學生將本課的知識點填到組織圖中，從而梳理出本課的知識結(jié)構(gòu)。在這里圓角矩形方框用于填寫歷史事件，橢圓和注釋用于補充歷史事件的相關信息。在這樣的過程因果關系圖完成后，學生能夠很容易理解這一課的內(nèi)容。在教學中也可以培養(yǎng)學生自己動手去繪制組織圖。因為正如亞里士多德說過：“告訴我的我會忘記，給我看的我會記住，讓我參與的我會理解?！崩L制的過程其實也是學生重新思考和學習的過程，它會將學生對歷史問題的認識及所思所想表現(xiàn)出來，有利于教師發(fā)現(xiàn)學生認識上存在的問題和不足，然后及時進行糾正和彌補。學生在繪制時是很容易出現(xiàn)問題的，這就要求教師事先要教給學生繪制組織圖的方法，還可以給學生進行示范，提供一個例圖供學生參考之用。開始時可以讓學生先繪制一些簡單的圖，在學生熟練掌握繪制的方法后，則可以放手讓學生去繪制。這中間要經(jīng)過一個從扶到放的過程。知識可視化工具在幫助學生安排學習、激發(fā)學生進行更高層次的思考和創(chuàng)造機會促進學生交流和師生交流等方面起著重要的作用。但使用知識可視化工具比較費時，因為它鼓勵學生自己對在進行不同層次的思考時所獲得的信息進行處理。一旦學生掌握了這種工具，它對學生的學習將會產(chǎn)生重要的促進作用。正如柏朗加和弗加特所說：“這些認知工具能使我們看到學生的所思所想，理解他們是如何思考的。認知組織結(jié)構(gòu)圖作出的視覺展示使無形的談話變得清晰可見；使學生建立、重建、修訂和改正他們在信息處理過程中對各種信息做出的聯(lián)系。利用圖表組織圖，學生能弄清楚如何將概念應用于新的情形中去?！逼杖R斯頓等，王錦等譯，教學方法應用認識科學，促進學生學習，華東師范大學出版社，2006， 190頁（三）運用知識可視化工具應注意的問