知識可視化學理評述*

孫湘明，劉 偉

(中南大學建筑與藝術學院，湖南長沙410083)

心理學家赤瑞特拉(Treicher)的實驗證明，人類的知識獲取通過視覺占83%。任何時代，新技術的發明和運用都會改變人們接受、傳播知識的方式。讀圖時代，可視化技術讓人們的思維方式和知識的傳播方式在發生改變，人們習慣了圖像閱讀，知識可視化應運而生。

知識可視化是指運用圖解的方式來構建和傳達知識，與數據可視化、科學可視化、信息可視化有著緊密的聯系。知識可視化既是知識的傳播方式，也是知識的研討方法，它不僅傳遞知識的表層意思，還傳遞思維，價值等更深層次的內容。知識可視化的發展涉及到多種理論，有圖式理論、有意義學習理論、雙重編碼理論等。

一、圖式理論

圖式理論是指圍繞某一主題展開的知識表征和貯存方式，是知識視覺表征形式的應用理論。該理論由德國心理學家巴特勒(Bartlett)在1932年首次提出。圖式理論能夠幫助受眾深化對知識內涵的理解，理論中的圖式轉化和圖式化傳播都是知識可視化的學理基礎，也是知識可視化最早的理論基礎。

(一)圖式轉化

圖式轉化是指將知識以圖形、圖像等視覺形式表現出來。圖式可以認為是知識的濃縮、提煉，既包含認知結構，也包含認知策略和認知框架。傳統的知識表征方式主要是文字，但繁雜的文字很難突出知識主體，給傳播帶來困難。“每個歷史時期的學術思想都會帶有鮮明的時代性，有著獨特的結構類型和話語范式。”隨著科技的發展，知識海量增大增多，其傳播方式也由文字向圖形圖像轉變。比如，清朝的《字課圖說》就是圖文結合的圖式化教材。在視覺文化日益受到關注的今天，我們生活的世界已經變成了一個視覺世界，數字資源的圖式化傾向越來越普遍，視覺文化為知識創新傳播帶來可能，可視化技術促進了知識可視化的發展。

(二)圖式傳播

知識的圖式傳播是指將知識圖形圖像化以后再進行傳播。圖式的傳播方式可以是各個部分獨立的機械進行，也可以各個部分按照一定規律構成有機整體傳播。圖式傳播除了被動地接受信息外，還積極地把可視化的新知識同圖式表征的舊知識加以聯系。構成知識圖式的各個部分變量是有統一規定的，當一部分變量取得一定值時，其他變量的取值也就受到了約束，在這種約束下的圖式才能起到對知識更準確的傳播作用。皮亞杰圖式理論中的“協調”和“同化”與圖式傳播有著密切的聯系，“同化”指把外界的知識與已知的圖式融合起來，這樣會使得圖式不斷擴大。“協調”指當周圍環境發生變化時，原來的圖式不能再同化新知識，而必須通過重新調整改造才能建立新的圖式。知識圖式在傳播過程中受到同化作用和協調作用會發生變化，簡單的知識圖式通過同化和協調而逐漸向層次越高的復雜知識圖式發展。

二、有意義學習理論

有意義學習是指視覺表征符號所代表的新知識與受眾已知的舊知識之間的非人為的聯系過程。有意義學習是由美國心理學家戴維·奧蘇貝爾(David P．Ausubel)1962年基于圖式理論而提出的。有意義學習理論的核心思想是:在接受新知識之前，必須以學習者原有的認知結構(舊知識)為基礎，這與圖式理論中圖式傳播的新舊知識相聯系，有異曲同工之妙。有意義學習理論中的視覺表征和根據有意義學習理論提出的視覺思維方式等都在推動著知識可視化的進程。

(一)視覺表征

知識視覺表征是指用視覺化的方式來表現知識的特征。知識有兩種表現形式:內在表現形式和外在表現形式。在知識可視化領域，知識表征主要是指知識的外在表現形式，即視覺表征，指知識通過一定的外在形式，比如可視化的圖形、圖像等形式表現出來，以達到傳播、學習、交流等目的。奧蘇貝爾認為，影響受眾有意義學習的最主要因素是學習者已掌握的內在知識。受眾只有把視覺表征的知識與自己內在的知識結構聯系起來時，意義學習才能發生。受眾通過可觀察到的現象來推測觀察不到的心理過程，可觀察到的現象就是知識可視化的視覺表征，視覺思維的可視化工具為解決復雜問題的決策者提供了最有效、最直觀的決策依據。

(二)視覺思維

知識視覺思維是指通過視覺的方式來接收和認識知識。在信息技術條件下，知識視覺思維的傳播工具越來越多，主要有:概念圖、認知地圖、思維導圖、思維地圖、語義網絡等。概念圖是諾瓦克(J．D．Novak)博士根據有意義學習理論提出的一種用來組織和表征知識的視覺思維工具。概念圖最常用的表現形式是，將知識置入圓圈或方框中，再用線連接相關的概念和命題，連線上標明兩個概念之間的關系意義。這種知識視覺思維傳播工具最大化的表達出了知識的體系結構及概念之間的關系，還突出表現了知識體系的層次結構。有意義學習理論促進了知識可視化的發展，知識可視化工具，也改變了認知方式，促進了有意義學習。

三、雙重編碼理論

雙重編碼理論認為，在知識的加工與傳播中，從語言符號轉換成視覺符號，必須基于語言符號，并與語言符號相對應。雙重編碼理論是由加拿大心理學家阿倫·佩維奧(AllanUrho-Paivio1925)1986年提出來的。他指出，人類擁有兩種不同的知識表征符號:一種是適用于心理映象的“視覺符號”，一種是適用于語言實體的“語言符號”。意大利符號學家艾柯說:“人是符號的動物，沒有符號就沒有人類社會”。雙重編碼理論中的“視覺符號”是知識可視化的理論基礎，對知識可視化的發展起著絕對的支撐作用。

(一)視覺符號特征

知識的視覺符號是指知識外在表現形式的載體，是知識表達和傳播中不可缺少的一種基本要素。知識視覺符號具有普遍性、多變性、抽象性等特征。而符號的普遍性和多變性跟知識可視化有著密切的聯系。知識本身就具有普遍性，視覺符號的功能也具有普遍性，它們并不局限于特殊的狀況，這一特性表明人的符號功能是不受任何感性材料限制的。多變性是指知識的視覺符號是普遍的，也是多變的。符號像語匯一樣，不同的組合，就會形成不同的語義。我們可以用不同的符號表達同一知識的意思，也可以用一種符號，表達不同的知識和思想觀念。正是視覺符號的這兩種特征才使知識能夠更好的可視化，更好的傳播和創新。

(二)視覺符號創造

知識的符號化過程是指知識由文本信息向符號轉換的創造過程，也就是對符號附意賦值的加工過程。只有經過符號化過程的知識才能稱之為知識視覺符號，才具有符號的“能指”與“所指”雙重特性。知識的符號化過程本質上就是知識的視覺化過程，也就是符號的設計過程。廣義上講，知識的視覺符號會以相對固定的形式存在，會以圖片和動態圖像等方式被記錄和傳播。人們可以通過這些相對穩定的符號獲取知識，實現知識的溝通與交流。知識的視覺符號，相比語言文字形式的符號來說，更加容易體現出符號易認知的特性。抽象復雜的知識以文字等形式表示出來不利于知識的傳播與儲存，知識的視覺符號創作過程就是將復雜、龐大的知識進行組織、簡化和提取，以最容易被識別和認知的視覺形式表達出來。符號化過程即是知識的轉化過程，也是一種高度概括的知識記錄和儲存的過程。

綜上所述:首先，從圖式理論來說，通過圖式化，擴大了知識的傳播范疇，加強了知識傳播的深度，同時也增加了創造新知識的機會。然后，有意義學習理論中的視覺表征和視覺思維為知識可視化工具的開發和運用提供了理論支撐。最后，雙重編碼理論說明，獲得知識的過程就是人們運用符號進行知識交流和知識共享的行為過程。因此抽象概念的知識必須借助于符號才能實現快速準確的傳播。知識的符號化不僅是知識可視化的理論依據，也是人與人之間進行知識交流溝通的必然途徑。這三個理論為知識可視化這個動態概念的不斷發展和擴大構成了完整的學理基礎。

［1］張舒予．視覺文化研究與教育技術創新［J］．中國電化教育，2006，(4)．

［2］鐘志賢．陳春生．作為學習工具的概念地圖［J］．中國電化教育，2004，(1)．

［3］王瑞明，莫雷，李瑩．知識表征的新觀點——知覺符號理論［J］．心理科學，2005，(3)．

［4］趙慧臣．知識可視化視覺表征的理論與教學應用［M］．北京:中國社會科學出版社，2011．

［5］［美］魯道夫·阿恩海姆著．藝術與視知覺［M］．孟沛欣譯．長沙:湖南美術出版社，2008．