淺談知識可視化在高中信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

佟新浙

摘要：高中信息技術(shù)學(xué)科中存在較多抽象知識點，較難被理解與長期記憶。知識可視化是描述抽象問題的一種有效手段。本文通過對知識可視化的簡要介紹和教學(xué)應(yīng)用分析，闡述了運用思維導(dǎo)圖和知識內(nèi)容視覺化等方法，解決信息技術(shù)學(xué)科中抽象概念難以形象表達(dá)的問題，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：知識可視化;思維導(dǎo)圖;圖像

中圖分類號：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一.信息技術(shù)教學(xué)活動中存在的問題

1.知識點晦澀難懂，生搬硬套公式

信息技術(shù)學(xué)科中存在大量非直觀的知識點，以“數(shù)的進(jìn)制”為例：人類熟知十進(jìn)制，計算機采用二進(jìn)制數(shù)，通常以十六進(jìn)制表示。該知識點需掌握三種進(jìn)制轉(zhuǎn)換，涉及基數(shù)、權(quán)重等概念。對于數(shù)學(xué)能力一般的學(xué)生較難理解，而較多老師采用生搬硬套公式的教法，造成學(xué)生知其然而不知其所以然的困惑。

2.無法產(chǎn)生長期記憶

因公式等機械記憶的效率是低下的，隨著時間的推移知識遺忘曲線下滑較快，無法產(chǎn)生長期記憶，根源在于學(xué)生未真正理解。還是以“數(shù)的進(jìn)制”為例：學(xué)生通過套公式去解決問題，但碰到如末位權(quán)重為零這類易錯點容易造成錯記。

3.編程類內(nèi)容解釋不清

由于程序算法內(nèi)容較難掌握，較多老師采用強制記憶的方法，甚至存在學(xué)生從未上機寫代碼的現(xiàn)象，造成只學(xué)不思的情況。以“變量”為例：若只解釋其用于存儲數(shù)據(jù)，可進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀和寫，學(xué)生難免會疑惑，“變量為什么能存儲數(shù)據(jù)？存在哪？”。這里就需要將計算機硬件中的內(nèi)存引入并解釋。

4.與現(xiàn)實世界脫節(jié)

信息技術(shù)學(xué)科中的一些概念在現(xiàn)實生活中是有所體現(xiàn)的，但老師往往會錯選不夠契合的例子。以“網(wǎng)關(guān)”概念為列：一般會強調(diào)網(wǎng)關(guān)就是路由器，用于不同網(wǎng)絡(luò)之間的連接。學(xué)生聽到這里往往會產(chǎn)生迷惑，很少有人了解路由器，就無從去理解這個概念。若將網(wǎng)關(guān)用大門進(jìn)行類比，從一幢樓到另一幢樓時必須經(jīng)過各自的大門，學(xué)生便會恍然大悟。

二、高中生信息技術(shù)學(xué)科學(xué)情分析

1.信息技術(shù)知識存儲不足

由于我國家長對孩子管控較嚴(yán)，大部分學(xué)生平時很少接觸計算機和網(wǎng)絡(luò)，造成相關(guān)知識相當(dāng)貧乏，而能接觸到編程知識的學(xué)生更是鳳毛麟角。

2.文理思維分化嚴(yán)重

信息技術(shù)學(xué)科整體偏理，對于文科思維的學(xué)生相言比較痛苦，特別是算法內(nèi)容。

3.課時相對不足

信息技術(shù)學(xué)科課時投入不足。新版教材大幅強化編程內(nèi)容，使得整體難度有所上升，缺課情況加劇。

4.學(xué)校現(xiàn)代化設(shè)施豐富，但存在老師過度依賴多媒體技術(shù)，存在無PPT則無法授課的現(xiàn)象。

三.知識可視化的概念和形式

1.知識可視化的概念

俗話說“一圖值千字”，美國科學(xué)家拉爾夫·哈柏做過相關(guān)實驗[1]表明人腦對圖形的辨識能力和記憶能力是天生的。現(xiàn)實生活中多數(shù)人是利用文字進(jìn)行描述和記載信息的，普通人不具備將信息由文字形態(tài)轉(zhuǎn)化為視覺形態(tài)的能力。知識是高度抽象的，從古至今流傳下來的知識多以文字形態(tài)為主，而知識需要讓人去理解，因此知識的傳播相對一般信息難度更大，達(dá)到讓知識接受者更易理解且不易遺忘是知識傳授者的痛點。人類閱讀文字后會在大腦中產(chǎn)生大量虛擬化的視覺場景，所謂“一千個讀者眼中就會有一千個哈姆雷特”，故根據(jù)個人理解力不同，這些場景有正確和錯誤之別。上述場景的生成過程會增加大腦負(fù)擔(dān)，因此直接將正確的場景可視化后會提高知識接受者對知識的獲取效率。人腦記憶文字信息是脆弱的，記憶圖形是擅長的，知識可視化后轉(zhuǎn)為圖形或影像，便于大腦形成圖像記憶，使得記憶更為持久。因此知識可視化具有較高的價值和實際意義，教學(xué)實踐中以圖形或動畫的視覺形式進(jìn)行知識傳導(dǎo)，有助于知識的理解與記憶的強化，同時也能增強學(xué)習(xí)樂趣，提升知識傳導(dǎo)效力。

2.知識可視化的幾種形式

（1）知識圖譜

知識圖譜將知識點進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，通過關(guān)系圖進(jìn)行展現(xiàn)。知識圖譜能夠清晰的呈現(xiàn)知識脈絡(luò)，以及知識點間的層次和關(guān)系，更符合人腦易于接受結(jié)構(gòu)化信息的特點[2]。知識圖譜可用于錯題分析，通過追溯知識點的關(guān)聯(lián)性，找到錯誤路徑，是實現(xiàn)精確教學(xué)的核心。但知識圖譜構(gòu)建比較嚴(yán)謹(jǐn)且較為復(fù)雜，故難度較高。

（2）思維導(dǎo)圖

思維導(dǎo)圖相較知識圖譜會加入制作者的主觀構(gòu)思，添加有利于理解和記憶的額外內(nèi)容，用于簡要呈現(xiàn)知識體系，突出技巧性方面的內(nèi)容。思維導(dǎo)圖較易于實現(xiàn)，是目前知識可視化使用率比較高的一種形式。

（3）知識內(nèi)容視覺化

知識圖譜和思維導(dǎo)圖都體現(xiàn)了知識的整體結(jié)構(gòu)，而知識內(nèi)容也需要具像化給接收者。內(nèi)容視覺化的過程沒有特定規(guī)則，設(shè)計者的主觀性較大，目的是使知識內(nèi)容更易于理解和記憶[2]。設(shè)計者需要將傳統(tǒng)文字描述形式轉(zhuǎn)化為圖形或動畫形式，適度擬人化處理，并結(jié)合現(xiàn)實生成通俗易懂并能減少記憶負(fù)擔(dān)的內(nèi)容，挑戰(zhàn)性較高。

知識的類型分為概念和思維兩大類。針對不同類型采用的視覺轉(zhuǎn)化策略也有區(qū)別。概念類的內(nèi)容多以原理為主，比較抽象和晦澀，可通過借助日常實例，配以圖像或動畫進(jìn)行解釋，使之具象化，貼合實際，易于理解，同時也更生動，能促進(jìn)記憶。思維類的內(nèi)容相對而言更具體，富有邏輯性，因此適合以呈現(xiàn)流程的圖像或動畫的形式體現(xiàn)思維步驟。從邏輯中提煉出規(guī)律性的東西，將這些內(nèi)容也加以圖像或動畫化又可保持記憶的持久度。

四.知識可視化應(yīng)用的必要性

隨著信息時代與智能技術(shù)時代的到來，我國互聯(lián)網(wǎng)普及率已達(dá)67%，其中初中學(xué)歷的網(wǎng)民群體占比達(dá)到了四成，而學(xué)生群體占比最高[3]。由此可見城市地區(qū)的大部分學(xué)生在升入高中階段前已具備基本的信息技術(shù)素養(yǎng)，他們對于計算機的基本操作和互聯(lián)網(wǎng)的基本應(yīng)用達(dá)到了初級水平。浙江省屬于沿海較發(fā)達(dá)地區(qū)，這里的學(xué)生信息技術(shù)素養(yǎng)相對更高一些。小學(xué)階段已普及信息技術(shù)學(xué)科教育，高中階段將信息技術(shù)學(xué)科納入了高考科目，當(dāng)前從高校對于浙江地區(qū)考生的反饋來看，多數(shù)持肯定態(tài)度。浙江的信息技術(shù)做為高考學(xué)科，要求明顯高于省外地區(qū)，對于考生來說亦是十分重視，因此有必要研究出一套讓學(xué)生便于理解知識點和強化記憶力的方法。

五.知識可視化在信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用舉例

信息技術(shù)學(xué)科與其他學(xué)科一樣有概念和思維型的內(nèi)容，并具有知識點密集度高和抽象度大兩個突出的特點。知識點密集度高指學(xué)科涉及內(nèi)容模塊多且散，甚至還有交叉現(xiàn)象;抽象度大指某些知識點的理解無法形象化，比如程序中變量的使用、數(shù)據(jù)數(shù)字化的過程。而且很多內(nèi)容需要借助計算機來實現(xiàn)和驗證，類似于實驗課。因此信息技術(shù)學(xué)科的知識可視化也是必不可少的，而且價值可能更高。下面舉幾個教實踐中的例子。

為解決信息技術(shù)學(xué)科中知識點密集度高的問題，較適合的方法是使用思維導(dǎo)圖，將各知識點通過結(jié)構(gòu)化圖形的方式進(jìn)行分層和關(guān)聯(lián)處理。此外有些內(nèi)容雖不在同個模塊中，但通過對比有助于強化記憶和防止混淆，這種情況在使用知識圖譜時是無法實現(xiàn)的，利用思維導(dǎo)圖的主觀性可以彌補這一缺陷。如：圖層概念中的隱藏設(shè)置在Photoshop和Flash模塊中都有出現(xiàn)，但兩個模塊中有明顯的對比性，Photoshop中隱藏圖層的內(nèi)容在導(dǎo)出后不可見，而Flash中則導(dǎo)出后內(nèi)容可見，兩者具有的反相對比性;又如信息技術(shù)的時效性特征與多媒體技術(shù)的時實性特征較易混淆，將兩者進(jìn)行對比記憶可更清晰的加以區(qū)分和記憶。思維導(dǎo)圖繪制的主體除了教師，還可以是學(xué)生自身。學(xué)生在完成知識模塊學(xué)習(xí)后，根據(jù)教材、筆記或練習(xí)按自己的理解繪制出的思維導(dǎo)圖更勝于教師提供的，因為在繪制過程中通過回憶將知識結(jié)構(gòu)又重構(gòu)了一遍，這種記憶是深刻的。

具體知識點的可視化轉(zhuǎn)化首先要掌握知識點的精髓，然后通過合適的手段去展現(xiàn)，即不能隨意設(shè)計，也不能太過復(fù)雜。在信息技術(shù)學(xué)科中抽象概念較多，尤其程序設(shè)計中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法部分，在傳統(tǒng)教學(xué)過程中較難闡述清楚，因此適用于進(jìn)行可視化處理，下面舉幾個例子。

例一：面向?qū)ο笾械念悺ο蟆傩浴⒎椒ǜ拍钪v解

在VB程序設(shè)計教學(xué)中涉及面向?qū)ο蟾拍畹闹R點，涉及類、對象、屬性、方法四塊內(nèi)容。其中類可細(xì)化為類名，對象可細(xì)化為對象名，屬性可細(xì)分為屬性名和屬性值，方法可細(xì)化為方法名。四個概念有層次關(guān)系，通過類可創(chuàng)建對象，對象擁有屬性和方法兩部描述。由上述概念的特點可知，該知識點適用于以思維導(dǎo)圖的方式去呈現(xiàn)。但由于上述概念高度抽象，如不具象化處理則較難讓學(xué)生理解，可用卡通形象結(jié)合思維導(dǎo)圖的方式去呈現(xiàn)。

例二：Python語言中列表、元組、字串、字典四類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的對比

Python語言中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較其它語言而言較為豐富，使用頻率最高的為列表、元組、字串、字典四類。這四類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的講解一般采用代碼對比呈現(xiàn)的方式，一般來說并無不妥，但要使學(xué)生能更深刻的記住還需要借助知識可視化的方法去進(jìn)行改進(jìn)和強化，此處可采用內(nèi)容視覺化進(jìn)行處理，將數(shù)據(jù)用實物的形式呈現(xiàn)，如用蘋果表示數(shù)值、香蕉表示字符、梨表示邏輯值。首先列表和元組具有明顯的共性，都可以存放不同類型的元素，可用蘋果、香蕉、梨表示不同的數(shù)據(jù)類型，分別放入兩個筐子中，對應(yīng)列表和元組;而字串只能存儲字符，故只能用香蕉來表示數(shù)據(jù)，也放入一個筐子，此時已將字串與列表、元組進(jìn)行了區(qū)分;接著需要將列表與元組進(jìn)行區(qū)分，因元組為只讀屬性，故將其對應(yīng)的筐子加個蓋子，以示無法再添加新的水果進(jìn)去，而列表則無限制，可隨意添加水果;最后是字典，因為字典是按鍵和值成對匹配的，故可以用貼上標(biāo)簽的不同筐子去表示鍵，將前面的表示列表、元組和字串的筐子放入表示鍵的筐子中，這樣就解釋了字典結(jié)構(gòu)與前三者的區(qū)別。

六.總結(jié)和展望：

知識可視化在教學(xué)中的實踐應(yīng)用勢在必行，應(yīng)不斷解放思想，繼承經(jīng)典的教育理念，掙脫傳統(tǒng)的束縛，將對知識解釋力由生澀、蒼白、渾濁向生動、豐富、擬人的方向轉(zhuǎn)化。知識可視化需充分發(fā)揮教育者的想象力，具備時代感，迎合學(xué)生的興趣愛好等特點去進(jìn)行設(shè)計構(gòu)思。考慮到知識可視化的實現(xiàn)有較高要求，可考慮邀請藝美學(xué)科老師發(fā)揮專業(yè)專長，共同參與開發(fā)，學(xué)校方面也可嘗試通過建立專業(yè)開發(fā)團(tuán)隊，制作出精良的教學(xué)課件，讓更多學(xué)生能體會到學(xué)習(xí)過程的高效性和知識吸收的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]王錄梅.《思維導(dǎo)圖：優(yōu)化學(xué)習(xí)的有效工具》[J].淮陰師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2014，13（01）：80-82+90.