可视化促进认知的研究成果

可视化促进认知的相关研究主要集中在思维可视化领域。为了解思维可视化在我国教育教学领域中的研究与应用现状，选取中国知网（www.cnki.net）的全文数据库，为使文献收集和研究更加完整、准确，在中国知网的高级检索中，检索了以“思维可视化”为篇名，或者在文献摘要中出现“思维可视化”一词，截止2015年10月，共检索163篇文献，并将文献作者、题名、文献来源、关键词、摘要导出到Excel表格进行处理。笔者对以上文献做了数据筛选，剔除了广告、报道、访谈、一稿多发（合并为1篇）以及与“思维可视化”主题无关的文章，最后选定147篇作为研究样本，并对样本来源、发表时间、研究内容、研究方式及关注问题等方面进行统计、分析。

（一）文献总体分布情况

在全部的147篇文献中，其中会议论文2篇，学术期刊论文120篇，学位论文25篇，具体比例如图2-6所示，绝大多文章来自学术期刊。需要特别指出的是，以张际平、刘濯源为领衔的华东师范大学“未来课堂”项目研究团队在《中国信息技术教育》杂志连载系列文章13篇，对思维可视化理论及其教学应用模式、教学实践进行了探索，引起众多学者、各类教育机构和部门的极大关注。

图2-6　文章来源分布

国内最早对“思维可视化”的教学应用并对该词进行详细阐述是在2004年，南京师范大学教育科学学院庄严提出科学探究中“思维可视化”学习活动的设计。^[56]如图2-7所示，从2004年至2015年10月相关文章篇数总体呈曲折上升趋势，表明思维可视化不断受到的关注，尤其是2012、2013年陡然上升，其主要原因是：一方面，思维导图在各学科教学中得到广泛应用，并取得一定实效；另一方面，研究者从先前的思维导图的知识可视化研究逐渐转向于发展学习者的思维能力研究。

图2-7　样本文献发表时间分布

（二）研究内容分析

分析样本文章的内容，发现大致可分为两大类，一类是对思维可视化的宏观研究（未说明具体的应用学科），共计58篇，约占总数的39%；另一类是对思维可视化在具体学科中的教学应用研究，共计89篇，约占总数的61%。思维可视化在诸多学科中都有应用，其中以物理、化学、数学、科学等理工学科居多；在文科中，英语学科最多。表明思维可视化更适合在理工科中应用，虽然在文科学科中也有涉及，但数量较少，涉及的学科面也较窄。图2-8是思维可视化研究的学科分布及篇数。

图2-8　思维可视化研究的学科分布及篇数

对文献的研究内容及关注的问题深入分析，发现大部分都集中在讨论如何利用思维导图、概念图工具来表征知识、加强记忆、促进理解方面，此类文章的数量比率高达80%，而对思维可视化技术支持下问题解决的思维方法、思维过程、思维能力的培养及提高的研究明显不足。

（三）研究方法分析

研究方法是提出新理论、新观点，揭示事物内在规律的工具和手段，直接关系到研究结论的信度、效度。从思维可视化的研究方法看，不仅囊括了定性、定量的研究，也有定性与定量二者相混合的研究。

宏观的、理论层面的研究主要是采用定性的研究方法，通过哲学思辨、经验总结、概念演绎等方式进行研究，探讨思维可视化的概念、对思维和认知的作用及在教学中如何运用思维可视化的基本原理、方法等。例如，刘濯源在理论层面以思辨方式阐述了思维可视化的显性价值和隐性价值，思维可视化教学系统的构成，以经验方式总结了思维可视化的图示方法，得出思维可视化是基础教育减负增效新支点这一结论。^[57]此外，刘濯源以纯思辨、概念演绎的方式阐述了思维可视化与学习力之间的关系，提出基于思维可视化的中小学生学习力发展策略。^[58]

具体的、学科应用的研究主要是采用定量的研究方法，通过调查研究、设计教学案例、设计实验得出结论。例如，孙静对高中艺术生关于思维可视化技术与交互式电子白板用于数学学习情况进行问卷调查，得出在数学习题课的讲解过程中，教师恰当使用思维导图符合艺术生思维形象性的特点，可以帮助他们理清解题思路的结论；^[59]林玉环以《抵抗弯曲》教学案例为例，对技术支持下小学科学实验中高年级学生高阶思维可视化的具体做法进行了案例设计，构建了思维可视化教学实践的基本框架，并通过对比实验得出思维可视化有利于促进高年级学生的科学探究和动手操作能力发展的结论。^[60]

定性与定量二者混合的研究在理论和实践结合类论文中非常普遍。例如，王志军从理论层面提出思维可视化课堂的概念，探讨了思维可视化课堂的技术实现及实施方法、策略。与此同时，在实践层面以小学语文阅读教学为例，开展了近四个月的思维可视化实践教学，初步证明思维可视化与课堂教学深层次整合对促进小学语文阅读教学有积极的效果。^[61]

从数量上看，研究样本的147篇文献中定性研究的有53篇，约占36%；定量研究的有14篇，约占10%；定性与定量结合的有80篇，约占54%。定性与定量结合的研究占了绝大多数部分，表明我国学者对思维可视化既重视理论层面的研究，也重视思维可视化实践应用的实证研究，检验其对学习者思维产生的作用。定性与定量相混合应该是思维可视化后续研究中采取的主要方式。

（四）述评

思维可视化需要人们运用一系列可视化技术或工具，借助图示手段把思维过程清晰地呈现出来。虽然很多学者以思维可视化为主题进行研究，但从实际研究中存在诸多不足，具体体现在：

第一，已有研究过于重视可视化工具在知识表征的研究，利用可视化工具改善知识的呈现方式方面的研究过多而对如何提高学生认知、思维方面的研究过少，一些以思维可视化为主题的研究实质上是知识可视化的研究。

第二，已有研究往往把思维可视化技术、工具局限在图示（思维导图、概念图等）手段，实质上图示只是思维可视化手段的一种，实现思维可视化还需借助文本表征、交互表征等。

第三，知识的传播、呈现有着向复合媒介形式纵深发展的趋势，图文融合设计符合未来的发展趋势，但当前缺乏对图文融合设计原则、设计方法的研究。

第四，在思维可视化的实验研究中，数据的收集主要是通过问卷调查、访谈、试题测验等传统方法，利用现代眼动仪观测学习者学习行为在该研究领域还未形成主流。

思维可视化作为提升学习者思维能力的基本途径逐渐得到广大教育工作者的认同，由于其潜在功效和应用前景非常广阔，关注度会越来越高。随着可视化技术的不断发展、可视化工具的不断更新，在后续的研究中需要：（1）避免重理论轻实践或者重实践轻理论的研究，做到理论与实践的深层次结合，使思维可视化的研究不断深入；（2）思维可视化应该在知识可视化的基础上，着重解决可视化技术支持下问题解决的思维方法、思维过程、思维能力的培养及提高等与“思维”相关的问题；（3）着重研究有利于思维可视化的图文融合设计（表征）的原则或方法；（4）研究过程中需要定性与定量相结合，传统测量方法与现代测量方法相结合，使研究结论更具科学性、准确性和可靠性。

【注释】

[1]刘世清.多媒体学习与研究的基本问题——中美学者的对话［J］.教育研究，2013，（4）：113-117.

[2]Mayer，R.and Moreno，R.A cognitive theory of multimedia learning：implications for design principles.paper presented at ACM SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems［C］.Los Angeles，CA，1998.

[3]［美］理查德·E.梅耶.多媒体学习［M］.牛勇，邱香，译.北京：商务印书馆，2006：57.

[4]［美］理查德·E.梅耶.多媒体学习［M］.牛勇，邱香，译.北京：商务印书馆，2006：58.

[5]［美］理查德·E.梅耶.多媒体学习［M］.牛勇，邱香，译.北京：商务印书馆，2006：68-74.

[6]Astleiter，H.＆Wiesner，C.An Integrated Model of Multimedia Learning and Motivation［J］.Journal of Educational Multimedia and Hypermedia，2004，13（1）：3-21.

[7]Moreno，R.Does the modality principle hold for different media？A test of the method-affects-learning hypothesis［J］.Journal of Computer Assisted Learning，2006，22：149-158.

[8]Moreno，R.Does the modality principle hold for different media？A test of the method-affects-learning hypothesis［J］.Journal of Computer Assisted Learning，2006，22：149-158.

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[16]［美］理查德·E.梅耶.多媒体学习［M］.牛勇，邱香，译.北京：商务印书馆，2006：237.

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