思維可視化工具分析對比

蘇 霖

（貴州師范大學大數據與計算機科學學院，貴陽 550025）

0 引言

思維可視化（thinking visualization）作為可視化教學手段的一種，其為抽象邏輯、思想、智慧提供具體化或表象轉化，便于理解、應用、實踐。思維可視化是以感知為基礎，運用語言對事物進行概況和間接反映的心理過程［1］，也可稱為其利用技術手段將隱性的抽象方法與路徑等思維活動以顯性、具體可見的信息呈現出來，方便人們思考表達與理解的一種圖形技術。目前在教育教學、設計等領域受到青睞，也成為當下的一個熱門研究領域。

思維可視化工具是指運用圖示技術將不可視的思考方法和思考過程以形象化的方式呈現出來，使其過程清晰明了，使思維的方法和過程易于向人們呈現、被人們理解和內化，從而有效地提高信息加工及信息傳遞的功能［1］。當前，思維可視化的實現工具主要包括圖示技術，如思維導圖、模型圖、多種形式的圖形化思考工具、流程圖、概念圖等，以及生成圖示的軟件技術，如Mindmanager、mindmapper、Free Mind、XMIND、Linux、Mindv、Imindmap等［1］。

本文主要介紹思維可視化的圖示技術，以使用頻率最高、最易于接受的思維導圖、思維地圖、概念圖為例。通過查閱相關文獻研究發現，將思維可視化工具（如思維導圖、概念圖等）作為教師的教學工具和學生的學習認知工具對于提高學生的認知能力水平、改善學生認知結構等具有重要意義；將可視化工具作為評估工具，可以評價學生在某個領域對于知識理解的掌握程度，探究學生的認知結構［2］。

1 不同思維可視化工具介紹

思維導圖（mind map）、概念圖（concept map）以及思維地圖（thinking map）是思維可視化典型的三種工具。三者之間理論基礎不同，有著本質的不同，本節主要厘清思維導圖、概念圖以及思維地圖的含義以及它們之間的異同。

思維導圖又稱“樹枝圖”“靈感觸發圖”，是由東尼·博贊提出的一種將發散思維進行可視化的工具［3］。基于建構主義理論［4］的影響，思維導圖作為一種樹狀或層次結構的能夠反映制作者思維過程的工具，主要由主題、關鍵詞、圖形、符號并搭配豐富的顏色組成，是一種放射性思維的方式［5］。

概念圖是由康乃爾大學諾瓦克（J.D.Novak）博士基于奧蘇伯爾有意義學習理論提出的一種組織表征知識的可視化工具［6-7］。在概念圖中通常使用節點代表概念，連線將具有聯系的節點連接起來，關系詞標注在連線上表示兩個節點之間的關系。概念圖能夠清楚地顯示概念之間的關系，概念之間的層次性。由概念圖所表現出來的邏輯思維有助于人們對新事物的概念、推理、判斷、反映現實［8］的理解。

思維地圖是繼思維導圖和概念圖之后出現的一種思維可視化工具［9］，是由美國學者大衛·海涅瑞勒博士基于語義學和認知心理學開發的幫助學習者學習的語言工具［10］。思維地圖主要包含八種類型：圓圈圖（circle map）、起泡圖（bubble map）、雙起泡圖（double bubble map）、樹型圖（tree map）、括號圖（brace map）、流程圖（flow map）、復流程圖（multi-flow map）、橋型圖（bridge map）［10］。思維地圖既可用于跨學科學習,也可用于共同學習，它為學校提供了整合教學、學習和評估的連貫工具，積極促進學生的協作學習，抽象思維、創造力、理解力和認知能力的發展，幫助學生成為具有獨立反思能力的問題解決者和終身學習者［11］。

2 思維導圖、概念圖和思維地圖的差異

隨著社會的發展、教育的變革以及多種制圖軟件的開發，可視化認知工具被應用的領域愈加廣泛，尤其是在教育教學領域，教育工作者認識到思維導圖、概念圖以及思維地圖在教學中的價值，但人們通常將三者的概念混淆。通過多篇文獻參考資料比較得出，思維導圖、概念圖、思維地圖之間各自在特點、理論基礎、繪制方法、結構要素等方面存在差異，本節主要介紹三種工具之間的不同之處。

2.1 特征不同

思維導圖①是以中央圖形主導視覺中心，以關鍵詞為分支向四周散列，文章關鍵詞作為分支、主體是樹狀結構并由多個節點組成［12］，好的思維導圖均具有關鍵詞，一般核心概念都是由關鍵詞或圖形來表示，簡單的圖形排列有助于表達人們的整體思維過程。②具有鮮明的層級性，關鍵信息的重要性依次遞減。核心關鍵詞一般是思維導圖的主體內容，其分支是與主體核心關鍵詞相關的部分，分支上內容的重要性依次遞減，所以思維導圖具有明顯的層級性。③各主干、分支顏色鮮艷醒目，思維導圖作為方便記憶和學習的工具，在諸多現有繪制軟件如Xmind 中，每一層級采用不同的顏色，色彩之間跳躍度較大，通過色彩的刺激便于學習者根據顏色聯想記憶［13］。

概念圖在功能上最初是一種評價工具，用于測定學習者已有的知識，隨著國內外研究的深入開展，概念圖同時也是學習工具、創造工具、合作工具、教學設計工具，概念圖應用范圍的不斷擴大逐漸擺脫了對概念圖狹義工具觀的認識，將其作為一種教學技能和教學策略，逐漸在范圍上擴展為微觀概念圖以及宏觀概念圖。在應用領域范圍內從科學知識學科向多學科應用發展［14］。

思維地圖融合思維導圖、概念圖的優點，將可視化工具的理論、實踐性特征融合于一體。①思維地圖包含八種不同類型圖，每種地圖有其獨有的特征，每種圖之間各部分的關系均是固定的。②雖然八種地圖形式是確定的，但并非一成不變，思維地圖可以在原有圖形基礎上進行添加或修改子標題。③適用范圍廣，思維地圖的繪制可根據學習者的需要、學習內容復雜度等因素擴展，在年齡適用階段并無上下限［10］。

2.2 理論基礎不同

思維導圖是在建構主義理論基礎上提出，建構主義學習理論認為學習者在教學過程中并非知識的被迫灌輸者而應是知識的主動建構者，強調在原有認知網絡的基礎上接受新知識，學習者按照自己理解的知識來構建思維導圖［15］。

概念圖是在奧蘇伯爾有意義學習理論的基礎上提出的，奧蘇伯爾強調有意義學習是新舊知識之間建立起非人為的、內在的、實質性的聯系，讓學生的認知領域在具備接受新知識的儲備時能夠與原有的舊知識產生新的聯系［16］。他認為影響學生學習最重要的因素是學習者已有的知識，進行有意義學習需要學習者將新舊知識中的相關概念和命題聯系起來，從而使學習者建構自己獨特的意義，達到有意義學習的目的［17］。

思維地圖作為一種幫助學習語言的工具，它的開發和建立基于語義學、認知心理學等理論基礎之上。認知心理學家將知識分為陳述性知識、程序性知識和策略性知識。陳述性知識是個人有意識地提取線索能夠直接表達陳述的知識；程序性知識需借助某種作業或任務的形式間接推測其存在的知識；策略性知識則是利用陳述性知識、程序性知識去學習和解決問題的技能、技巧和方法［18］。思維地圖的應用能有效促進知識的學習，按照知識進行分類，不同類型的思維地圖在不同類型的知識中起到不同作用，從而有效地提高學習者對陳述性知識、程序性知識、策略性知識的習得能力，促進不同知識點之間的理解與轉換。

2.3 繪制方法不同

思維導圖、概念圖、思維地圖由于構成要素不同、繪制過程不同得以區分不同工具之間的差異，學習者在繪制不同思維可視化輔助工具時既是建立起知識點間記憶鏈接的方法也是一個分析問題、解決問題的過程。三種工具之間的不同見表1。

表1 思維導圖、概念圖、思維地圖的不同

3 結語

對于思維可視化工具的實踐和研究分析任重而道遠，思考不同工具之間的差異與各自的特點，挖掘思維可視化工具在教育教學領域的應用價值，拓展在不同領域的應用研究。同時運用批判性思維對可視化工具進行審視，合理選用恰當的可視化工具并充分挖掘、發揮其應有的價值，從而推動思維可視化工具更好地為教學和學習服務。