概念地图

问题化学习专栏         概念地图：原理及作用           顾小清 郑颖           1 概述       传统的教学受行为主义学习理论的影响，把教学看作从教师到学习者的信息传递的过程，认为信息的呈现方式影响着学习的结果 。因此，教学的艺术变成了信息呈现的艺术。 认知理论则将学习者看作是使用各种策略贮存和提取知识的信息处理器，学习者通过各种学习活动帮助自己处理信息。这些活动能帮助学习者更有效地获取、组织和记忆知识。 如何促进高效的、有意义的学习？有效的策略之一，就是在新的概念和学习者已有的认知结构之间建立连接。研究显示，概念地图就是这种策略的极好例子 。概念地图使用节点代表概念，使用线段或弧线代表概念之间的关系。概念地图的结构和人的认知结构相似，他们显示了学习者是怎样组织概念的。实际上，早在1960年代末，奥苏贝尔的先行组织者策略就已经体现了这样一种信息呈现的思想。 总的来说，概念地图的用处包括：探究对主题的某一方面的理解；检查学习者是否已经理解了教学的意图；检查学习者是否能在各种概念之间建立连接；了解学习者对概念之间关系的不同认识；确定哪些概念是重要的；激发学习者的讨论 。研究发现，使用概念地图进行教学设计是概念地图的又一用途，并且，这一设计的过程可能比最终的设计结果更为重要。           2 什么是概念地图       概念地图是一种知识的图形化表征，也是思维过程或思维结果的图形化表征。概念地图由节点、链接（连接各节点的连线）和表达节点之间关联的文字标注所构成，节点由几何图形或图案表示。概念地图所呈现的概念及其相互关系，表现了创建者对该领域知识的理解。概念地图既可以手工绘制，也可以用专门的计算机软件如Inspiration、Cmap等来制作。 我们可以从三个不同层次来认识概念地图：从抽象的角度来看，由箭头链接各个节点所构成的概念地图可以看作是对图的表征；从视觉化角度来看，概念地图可以看作是图表，是用容易理解的符号所画的图画；从论述的角度来看，概念地图可以看作是通过视觉语言表达和交流知识的方式。 从抽象的角度来看，概念地图的基本结构是由节点组成的层级图，其中有些节点相互链接起来。每个节点都有自己的类型、唯一的标识符和内容。一个节点可能围绕着多个节点，一个单独的链接可能连接着一系列节点。链接可能是有方向的，也可能是无方向的，用节点间带箭头或不带箭头的线表示。 从视觉化角度来看，为了在符号的视觉特征与其内涵间建立一致的联系，节点和链接的视觉特征要建立一对一的特定对应关系。比如节点的视觉特征包括节点的形状、边框的颜色、填充的颜色。线条的视觉特征则包括线条的粗细、颜色、阴影线或其他修饰格式。视觉特征还可能用作强调等其他用途，但这种用法不可影响概念地图中的主要联系。 从论述的角度来看，概念地图具有知识表征和交流的含义，是一种以视觉语言进行的知识表征和交流。     图1是以概念地图的形式对概念地图的阐释 。               图表 1 概念地图的概念地图           2.1 概念地图的特性           从图1所示的概念地图的含义中，我们也能够认识到概念地图的一些重要特性：以层级的形式表示概念，也就是，最具普遍性的概念位于地图的顶端，越具有特殊性的概念越是位于地图的下方。领域知识的谱系结构是与其应用情境密切相关的，因此，概念地图的构造也必须考虑所表示知识的应用情境。 概念地图的另一个特性是，在概念地图中，会包含有交叉的链接，这表示的是不同领域中的概念之间的关系。交叉的链接帮助我们更清晰地看到不同领域知识的概念之间是什么关系，而在构造新的知识的过程中，交叉的链接更是常常代表着认识上的跨越。概念地图的这两个特性在促进创造性思维方面是特别重要的。           2.2 认识论基础           概念及其命题，是任何领域知识的基石。 概念地图的认识论基础是奥苏贝尔（David Ausubel）的认知理论，奥苏贝尔的认知理论认为，学习是通过在原有的概念框架基础上吸收新的概念而发生的。人类因为遗传获得的能力，使得3岁之前的婴儿就能够获得概念：婴儿从与环境的相处中认识到周围的一些规律，开始识别一些语言符号。而在3岁以后，新的概念的学习则更多地依赖于语言，这个学习的过程是这样建立起来的：接收新的概念，与原有的概念建立关系，对新的概念产生意义。 奥苏贝尔还对有意义的学习和死记硬背做了区分： 学习材料在概念上必须清楚，必须与学习者的原有知识相关联，可以是语言上，或通过实例。概念地图在这方面非常有帮助：确定前期知识框架，按照概念图对学习任务进行排序，使得概念的发展循序渐进。 学习者必须具备相关的前期知识。显然，这一点和前一个条件是相关的，二者都是非常重要的。 学习者必须选择有意义的学习。在这方面，教师只能起到间接的影响，也就是激发学生将学习的概念和他们原有的知识连接起来，而不是简单地记忆新的概念。教师的这一影响，主要表现在评价策略的应用上，好的评价策略，学生必须将新学的知识和原有的知识综合起来加以原因，相反，标准化测试则更多地鼓励死记硬背。 概念地图这个"概念"的产生则起源于建构主义学习运动。1960年代，诺瓦克（Joseph D. Novak）首次使用了概念地图这个术语。和奥苏贝尔的认知理论相一致，建构主义者认为先前的知识结构为学习新的知识提供了框架，从本质上讲就是，我们的经验决定着我们怎样学习和学习什么。概念地图展现了我们思考的方式和我们看待知识之间的联系的方式。概念地图以图解的形式展现了个人的观点，帮助我们更好地理解学习者是怎样阐释所学习的主题的。 建构主义的代表人物有皮亚杰、维果斯基、布鲁纳、加德纳和古德曼等，建构主义的主要假设是：知识不是外部世界客观存在的，知识是由学习者主动建构的。新的知识是在与先前知识不断整合的过程中产生的。 建构主义的教育原则包括： ¨ 教育的目标是对概念的深刻理解，而不仅仅是习得行为和技能； ¨ 学习是意义建构的活动，学生是积极的学习者。教育的任务就是给学生提供知识建构的机会； ¨ 教师必须给学习者提供有意义的、真实的活动以方便学习者的意义建构； ¨ 对学习内容和学习过程的反思是极为重要的； ¨ 采用小组合作的学习形式以检验学习者对问题的理解，扩展学习者对特殊问题的理解； ¨ 教师应该在新信息和学习者已有经验以及将来经验之间建立显性的连接，在单元或课程结束的时候，教师应围绕着某一点对主要概念进行概括、回顾和连接。 ¨ 学习者对概念的理解是受其先前经验影响的。 概念地图和建构主义的学习方法（学习者通过主动学习，建构他们自己对于概念的特殊的理解）是非常吻合的。教师可以使用概念地图来检验学习者对于概念之间相互关系的猜想。实际上，大部分教师都意识到，学生不可能记住一门课程里的所有事实和概念，重要的是学生能理解一些主要的概念，能理解主要概念之间的关系。而概念地图正是能帮助教师有效地组织概念，能够引导学生学习相关的概念。           3概念地图的作用           3.1知识组织和表示     概念地图已被用于包括教育在内的广泛领域中，提供知识结构组织的视觉表征。作为一种传达知识的手段，概念地图为文本语言提供了补充。与文本形式相比，语义网形式的知识结构更容易理解。在许多学科中，各种形式的概念地图已被用来作为正规的知识表征系统，例如：人工智能中的语义网、机械和电子工程中的键合图（Bond Graph）、运筹学中的CPM图、通信学中的佩特里网（Petri net）以及数学中的类图（category graph）。 许多学科利用作为视觉语言的概念地图（或称为认知地图）来表征和组织领域知识。在管理领域，概念地图用来对组织决策、社会系统和政策作经验性分析 。 在人工智能领域，概念地图更是已经发展成为术语化的语义网，并广泛应用于正规的知识表征领域。在语言学领域，带有八种节点类型和四种链接类型的概念地图，被用来分析文本的结构形式。在科学史领域中，利用概念地图来表征在历次科学革命中的概念变化过程 。           3.2助忆     关于脑科学的研究告诉我们，人类的大脑并非一个空的容器，而是一个相当复杂的记忆系统。图2描述的是大脑的三个记忆系统 。               图表 2 大脑的记忆系统           记忆系统是相互关联、相互依赖的（信息流是双向的），其中最为关键的部分，是将知识整合到长时记忆的短时或"工作记忆"系统。所有的信息都是在工作记忆中处理的，通过与长时记忆中的知识相交互，这些信息被组织、被处理、被吸收。但是工作记忆在同一时间只能处理很少的记忆单位（5到9个单位），因此，处理大量的知识时，需要在短时记忆和长期记忆之间反复交换信息。概念地图之所以是一种有力的学习和助忆工具，就是因为概念地图可以用来作为记忆系统信息处理时组织知识的模板，引导记忆系统层级地、分段地组织信息。概念地图这一工具虽然简单，但是对于概念的意义组织、概念框架的建立，其作用简直是出乎意料的。 另一方面，在过去的几百年里，人们普遍认为，人类的思考是线性的，或者像列表的形式，这是基于演讲和印刷的谬误。研究表明，大脑是多维的，那么大脑又是如何通过内部处理接受并记忆的？在谈话、阅读或听讲时，在大脑里，会发生一个持续的、庞大而复杂的分类筛选过程。大脑不仅能处理线性的信息，也能够接受和处理那些非线性的信息。 如果大脑要有效地和信息相关联，那么信息应该尽可能地有机组织起来，基本上按照大脑理解和记忆信息的那种组合方式，那么我们的记录和词汇关联也要构造成相似的方式。概念地图就是起到了有效组织信息的作用，对于概念的记忆非常有帮助 ¨ 主要概念定义得更清楚了。 ¨ 每一个概念的相关的重要性更清楚。越是重要的概念越接近中心。 ¨ 概念之间的连接能更快识别。 ¨ 回忆和复习会更有效，更迅速。 ¨ 增加新的概念更方便了。 ¨ 在做笔记等更灵活的领域，地图的开放性能使得大脑更乐意接受新的连接。     3.3合作交流     计算机支持的概念地图，可以使用精确的绘图和一致的颜色，可以很容易地增强概念地图的视觉表现力。这也使得概念地图可以用来支持合作交流。 一方面，概念地图上可以提供指向其他材料的链接和控制。合作者可编辑节点类型和内容，在节点上附着信息数据库，指向其他概念地图或文件，这些图和文件可以是本地位置上的，也可以是跨越互联网的。 另一方面，概念地图的半正规图表形式本身，也使之成为头脑风暴和讨论的非常具有吸引力的支持工具。我们在学习讨论的时候，特别是在头脑风暴的时候，不正是在绘制同一个概念图？在协作完成一个概念框架？     3.4评价     概念地图不仅是一种有效的学习工具，也是一种有力的评价工具：学生是否掌握了必要的概念、掌握的概念是否正确、概念之间的联系是否有说服力。 概念地图作为一种知识的表示，除了在教的过程中作为教师的工具来呈现知识以外，也能作为学生的工具，来展示所获得的或掌握的知识。从这层意义上来说，概念地图可以用来作为学习评价的工具。概括地说，概念地图的评价功能体现在： ¨ 评估学生的原有知识 ¨ 学习评价，检查学习掌握程度，检查是否有错误的理解； ¨ 巩固知识基础，通过总结，加强知识的理解和学习，可用应用于单个知识点，更能够在主题概念的巩固方面发挥作用。     3.5用于教学设计     概念地图可以用来作为一种极好的教学设计工具。利用概念地图进行教学设计的时候，教师必须清楚地认识到他们想让学生学习什么，教师不再仅仅自问"我想教什么？"，还需要着重考虑"我想让学习者学习什么？"，"怎样才能更好的学习？"。 概念地图作为一种工具，能帮助学习者将自己的认知框架组织成更为有效的整合模式。但是基于计算机的概念地图工具的作用其实还远不止于此，概念地图技术能促使教师对有效的教学策略进行思考，帮助教师将自己的课程内容组织成更为有效整合的框架。特别对于新教师来讲，对什么样的内容应该采用什么样的教学方法会感到困难，而创建概念地图的过程，实际上正好反映了这两者之间的辨证关系。因此创建概念地图的过程，能帮助教师在课程内容和适当的教学方法之间建立有效的连接。 当教师创建概念地图的时候，首先，他们需要确定重要的相关概念，然后，再以图形化的形式显示概念之间的联系。这样，最终产生一个两维或三维的概念地图形，这一图形表现的，是他们对课程内容和教学方法之关系的理解。在绘制概念地图的时候，如果能够将其中的链接标注出来，将其中的概念充分地描述出来，那么这样的概念地图也会更有价值。 研究者发现，通过创建概念地图，教师能更深刻地理解他们想要教的内容，能够开发出真正的学科交叉的课程，以下是很多研究者总结出来的利用概念地图进行教学设计的优点： 能发现一些看似微不足道的，也许会从课程中忽略的领域； 能发现你想重点强调的一些主题； 能理解学生和自己在看待知识和组织的知识方面是存在差异的，有助于开发出更贴近学习者、真正挑战学习者思维的课程； 在创建概念地图的过程中，会发现一些概念并不仅仅只在一门学科中起着重要作用，这就有助于在教学设计中超越传统的学科的界限； 建立概念地图的过程能够帮助教师选择适当的教学材料，并且创建一个整合了教学策略、教学时间和任务分配的概念地图； 能够利用概念地图可视化地解释任何概念之间的关系，并且方便地重新组织课程内容； 能使用概念地图概括课程概念，为学生的讨论提供一个基础； 能通过整合的概念给学习者提供有意义的学习的能力；能从学习者的角度出发，从多种方式建构意义； 使用概念地图能帮助教师开发整合的、逻辑的和连贯的课程；可以设计出一些有意义的、彼此相关的、学生感兴趣的学习单元 。           1、Weinstein, C. E. & Mayer, R. E. (1986) The teaching of learning strategies. In M. C. Wittrock Ed.), Handbook on research in teaching (3rd Edition. pp. 315-327). New York: Macmillan. 2、Novak, J. D., & Gowin, D. B. (1984). Learning how to learn. New York: Cambridge University Press. 3、White, R., & Gunstone, R. (1992). Probing understanding. London: The Falmer Press. 4、参考http://cmap.coginst.uwf.edu/info/cmap.gif改编 5、Eden, C., Jones, S. and Sims, D. (1979). Thinking in Organizations. London, Macmillan 6、Banathy, B.H. (1991). Cognitive mapping of educational systems for future generations. World Futures 30(1) 5-17 7、Thadgard, P. (1992). Conceptual Revolutions. Princeton, New Jersey, Princeton University Press. 8、参考http://cmap.coginst.uwf.edu/info/fig2.gif 9、Martin, D. J. (1994). Concept Mapping as an aid to lesson planning: A longitudinal study. Journal of Elementary Science Education, 6(2), 11-30.           本文发表与《信息技术教育》2003年地9 期     本文web地址： http://www.lookercn.com/pbl/conceptprinciple.htm 2003 年9月15日发布

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