知識可視化的理論與方法

知識可視化的理論與方法

TheoryandMethodologyofKnowledgeVisualization—XXXXX主要內(nèi)容

知識可視化的由來1理論基礎(chǔ)-雙重編碼理論2知識可視化的實質(zhì)3知識可視化的研究框架5知識可視化與教育技術(shù)、知識工程4幾種已有的知識可視化工具6知識可視化的發(fā)展趨勢7一、知識可視化的由來(1/3)“可視化”作為專業(yè)術(shù)語的出現(xiàn)始于1987年2月，當(dāng)時美國國家自然科學(xué)基金會(NationalScienceFoundation，簡稱NSF)召開的一個專題研討會給出了“科學(xué)計算可視化”的定義、覆蓋的領(lǐng)域以及發(fā)展方向。這標(biāo)志著科學(xué)計算可視化作為一門學(xué)科在國際范圍內(nèi)已經(jīng)成熟。科學(xué)計算可視化(VisualizationinScientificComputing)的基本含義是指運用計算機圖形學(xué)或者一般圖形學(xué)的原理和方法，將科學(xué)與工程計算等產(chǎn)生的大規(guī)模數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形、圖像，以直觀的形式表示出來。KnowledgeVisualization數(shù)據(jù)可視化：了解計算過程中數(shù)據(jù)的變化InformationVisualizationDataVisualization信息可視化：對抽象數(shù)據(jù)進行表示，以增進認知知識可視化：應(yīng)用視覺表征手段，促進群體知識的傳播和創(chuàng)新一、知識可視化的由來(2/3)知識可視化與數(shù)據(jù)可視化、信息可視化的聯(lián)系圖1三者的聯(lián)系一、知識可視化的由來(3/3)這里我們從可視化對象、可視化目的、可視化方式和交互類型四個方面對數(shù)據(jù)可視化、信息可視化與知識可視化三者進行對比，如表1所示：表1三者的比較數(shù)據(jù)可視化信息可視化知識可視化可視化對象空間數(shù)據(jù)非空間數(shù)據(jù)人類的知識可視化目的將抽象數(shù)據(jù)以直觀的方式表示出來從大量抽象數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)一些新的信息促進群體知識的傳播和創(chuàng)新可視化方式計算機圖形、圖像計算機圖形、圖像繪制的草圖、知識圖表、視覺隱喻等交互類型人-機交互人-機交互人-人交互二、理論基礎(chǔ)—雙重編碼理論雙重編碼理論的一個重要原則是:同時以視覺形式和語言形式呈現(xiàn)信息能夠增強記憶和識別。該理論于1986年由Paivio提出，試圖把語言和非語言放在同等重要的位置上。Paivio(1986)聲明:人類認知是獨特的，它在同時處理語言和非語言對象時非常特別。雙重編碼理論定義了三種類型的加工：

(1)表征性的！

(2)調(diào)用性的！

(3)聯(lián)合加工！三、知識可視化的實質(zhì)(1/2)知識制品(KnowledgeArtifacts)的概念在越來越多的文獻中提及。知識制品是我們?nèi)粘Ｌ幚淼膶ο?，如我們寫的報告、發(fā)送的郵件和閱讀的書刊等。按照Newman(2003)的觀點，知識制品被談及時，實際上具有雙重含義:認知知識制品(cognitiveknowledgeartifact)和物理知識制品(physicalknowledgeartifact)。知識可視化的實質(zhì)是將人們的個體知識(暫且稱為認知知識“制品”)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(顯性的物理知識制品)，從而促進知識的傳播和創(chuàng)新。實質(zhì)知識表征(KnowledgeRepresentation)在認知心理學(xué)、人工智能以及知識可視化等領(lǐng)域有著不同含義。知識表征人工智能及知識工程認知心理學(xué)知識可視化知識的心理表征(記憶模型)知識的計算機表征(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法)知識的外在表征(知識的承載形式)由此可見，知識可視化是連接認知心理學(xué)和人工智能研究的新的橋梁，為計算機的知識表征作用于人腦提供了可依賴的方法和手段。三、知識可視化的實質(zhì)(2/2)圖2知識表征在相關(guān)領(lǐng)域的含義四、知識可視化與教育技術(shù)、知識工程關(guān)鍵技術(shù)實質(zhì)關(guān)系1.知識可視化將人們的個體知識(暫且稱為認知知識“制品”)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(顯性的物理知識制品)，從而促進知識的傳播和創(chuàng)新。知識可視化是知識工程在教育技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用方向之一，也是在教育技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用知識工程的突破口之一，它對知識工程提出了要求，為教育技術(shù)提供了機遇。2.教育技術(shù)為了促進學(xué)習(xí)而對過程和資源進行設(shè)計、開發(fā)、應(yīng)用、管理與評價的理論與實踐，其目的是改善教學(xué)過程，使教學(xué)效果最優(yōu)化。3.知識工程知識可視化只是知識的一種圖解式表示手段，但如果往深層次發(fā)展，卻需要更多的人工智能、知識科學(xué)、計算語言學(xué)和認知語言學(xué)等的強力支持。五、知識可視化的研究框架(1/2)研究的三個角度：為了通過可視化來促進知識的有效傳輸和創(chuàng)新，至少需要從三個角度來考慮，它們回答了知識可視化的三個關(guān)鍵問題，分別是：將對什么類型的知識可視化為什么要對這些知識進行可視化如何對這些知識進行可視化圖3從這三個角度出發(fā)，列出的一些可能答案。整體框架概念圖表視覺隱喻表示知識的動畫片知識地圖科學(xué)圖表共享或傳播創(chuàng)造學(xué)習(xí)編訂發(fā)現(xiàn)評價/評估“是什么”的知識“為什么”的知識“怎么做”的知識“在哪兒”的知識“關(guān)于誰”的知識知識類型(what?)可視化形式(how?)可視化目的(why?)圖3知識可視化研究的三個角度五、知識可視化的研究框架(1/2)五、知識可視化的研究框架(2/2)研究的一般思路：知識可視化研究可以借鑒傳統(tǒng)的四步實驗法構(gòu)建理論上的形式化模型和相應(yīng)的算法開發(fā)實現(xiàn)該理論的軟件應(yīng)用理論和工具評估建造的系統(tǒng)圖4傳統(tǒng)的四步實驗法重復(fù)這四步，直到滿意的效果六、幾種已有的知識可視化工具知識可視化工具(一)概念圖(ConceptMap)由康奈爾大學(xué)的諾瓦克博士等提出的教學(xué)技術(shù)。概念圖是用來組織和表征知識的工具。另外，概念圖還是很好的結(jié)構(gòu)化知識評估工具。(二)思維導(dǎo)圖(MindMap)二十世紀(jì)60年代英國人托尼·巴贊(TonyBuzan)創(chuàng)造的一種筆記方法。(三)認知地圖(CognitiveMaps)也被稱為因果圖，由Ackerman和Eden(2001)提出的，認知地圖主要用于幫助人們規(guī)劃工作，促進小組的決策。(四)語義網(wǎng)絡(luò)(SemanticNetworks)在心理學(xué)中，語義網(wǎng)絡(luò)被定義為詞語或概念的語義相似性或相關(guān)程度。然而，F(xiàn)isher(1990)將其定義為節(jié)點和連接組成的網(wǎng)絡(luò)，有連接詞但不嚴格限制在層次結(jié)構(gòu)上。(五)思維地圖(ThinkingMaps)由DavidHyerle博士1988年開發(fā)的幫助學(xué)習(xí)的語言。七、知識可視化的發(fā)展趨勢二維到多維的轉(zhuǎn)變(Eppler&Burkard，2004)。當(dāng)前的知