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高中化学可视化教学策略的研究可视化的界定论文选题的理由或意义初步构想及其计划高中化学可视化教学策略的研究参考文献国内外关于该课题的研究现状及趋势研究目标、研究内容和拟解决的关键问题一二三四五六一、可视化的界定“可视化”一词来源于英文“visualization”，原意是“可看得见的、清楚的呈现”。由麦考尔米克(B.H.McCormik，1987)等根据美国国家科学基金会召开的“科学计算可视化研讨会”的内容撰写了一份研究报告，这份报告中提到了“科学可视化(ScientificVisualization)”这一术语，“可视化”作为专门术语最早见于这份报告。报告中对可视化的定义是：“可视化是一种计算和处理的方法。它将抽象的符号(数据)表示成具体的几何关系，使研究者能亲眼看见他们所模拟和计算的结果，使用户看见原本不能看见的东西”。20世纪90年代后，可视化逐渐演变成为一门新兴的学科，并且得到了空前的发展，应用领域不断扩大。相继出现了科学计算可视化、数据可视化、信息可视化以及知识可视化(KnowledgeVisualization)等研究领域。本文说指的可视化就是指在知识领域中的可视化即知识可视化。2004年7月，MatinJ.Eppler和RemoA.Burkhard共同编写了题目为《KnowledgeVisualization-TowardsaNewDisciplineanditsFieldsofApplication》的工作文档，其中给可视化在知识领域中下了一个正式的定义，原文意思为：一般来说，知识可视化领域研究的是视觉表征在改善两个或两个以上的人之间的知识创造与传递中的应用。这样一来，知识可视化是指所有可以用来建构和传递复杂见解的图解手段。除了传达事实信息之外，知识可视化的目标在于传输见解、经验、态度、价值观、期望、观点、意见和预测等，并以这种方式帮助他人正确地重构、记忆和应用这些知识。在国内“知识可视化”这一提法最早见于《知识可视化的理论与方法》(赵国庆，2005)一文。该文主要介绍了Burkhard等人有关知识可视化的研究成果。翻译了知识可视化的定义，同时文中知识可视化的实质是认知知识制品（对真实物理世界的了解和理解，通常被简化为“知识”）到显性的物理知识制品（能够直接作用人的感官的知识制品，即知识的外在表现形式）的转化，即：将人们的个体知识(认知知识制品)以图解的手段表示出来，形成能够直接作用于人的感官的知识的外在表现形式(显性的物理知识制品)，从而促进知识的传播和创新。而在《知识可视化的理论与应用》（王朝云，刘玉龙）一文中认为知识可视化的实质是：将内隐知识或隐性知识外显化，将外显知识生动化。即把内隐的和隐性的个体知识转化成能够直接作用于人的感官的(能够触摸到、看到、听到或操作的)外显知识，并将外显知识生动化。很明显Eppler和Burkhard认为知识可视化作用的主体是一些用一般文字语言较难解释的复杂的见解、过程和抽象的概念等及其它们之间的联系，同时包含利用知识可视化这手段的人的思维过程、价值观、态度、意见等；客体是作用于视觉感官的图表等材料。从上述这两篇文章当中我们可以发现：他们把知识可视化的作用范围给改变了，即知识可视化的主体缩小了和客体扩大了。他们认为知识可视化作用的主体是认识知识制品，内隐知识或隐性知识，并没指出包含其思维过程，见解等，处于一种静态的层面。而客体则变为能够直接作用于人的感官的(能够触摸到、看到、听到或操作的)外显知识或材料，不仅仅停留在视觉层面。显然与原文意思有差别。因此，本人在Eppler和Burkhard对知识可视化定义的基础上认为知识可视化是：指所有可以用来建构和传递复杂的，抽象的，难以理解的或难以用简单语言或文字描述的个体、群体和组织知识的见解及其思维的直接作用于人的视觉感官的图解手段，目的在于促进知识的获取、内化、转化、交流、应用、传播和创新。它不仅是传递事实性知识，还传递思维、经验、态度、价值观、期望、意见及预测等“隐性知识”，并帮助他人正确地重构、回忆和应用这些知识。知识可视化的形式包括所有能够建构和传递复杂思维的图解形式，包括图表、矩阵、概念图、知识图等等，这些图解形式各有内容和形式上的特点。在内容方面，它们表达的不仅是信息与数据，更多的是思维、原理及事物间的关联；在形式上，知识可视化依靠的是一种间接交流，即受者接受视觉刺激后要加入自己的见解来理解图形。二、论文选题的理由或意义：实验心理学家赤瑞特拉(Treicher)通过大量的实验证明，人类在接受的信息中，通过视觉获得的占83%，听觉占11%，嗅觉占3.5%，触觉占1.5%，味觉占1%，这说明视觉是人们接受信息的主要通道。将知识可视化，将之能够更好地被获取、讨论、评估和管理是知识管理长期不变的目标。因此，研究人类知识的视觉表征形式，即将知识可视化，并研究促进知识创造和传递的可视化学习支持工具，是教育技术学研究的重要内容之一。当代生活或文化中，从广告形象到影视节目，从印刷图片到三维效果图……无处不在的视觉化冲击了一切领域和传统规则，把可视性凸现了出来。这种难以抗拒的视觉化趋势，在相当程度上表明：我们用以理解和解释世界的方式越来越呈现出图像化的特征，视觉经验具有越来越重要的作用。如果我们失去了视觉上对世界的体验和把握，这个世界的形象在我们的认知世界里将会完全改写。利用可视化技术工具可以将抽象的事物或过程变成利于被人们接受和认知的图形图像，大大有利于知识的理解和传播。在中学化学教学中通常的教学方内容呈现方式都是书本教材、多媒体教材（利用投影仪、幻灯片等）等。我们发现在教学中存在着这样的现象，教师把课本上的文字、图像一成不变地投影到屏幕上，这根本没体现知识可视化教学的理念。在这种情况下制作的PPT文件或录像等多媒体教材只是书本教材的机械翻版和简单再现，多媒体（投影仪、幻灯片）的使用仅仅成为教学过程的一个点缀，给学生留下的仅仅是一些肤浅的印象或干巴巴的知识，很容易被遗忘，造成教学效率低、效果差。并且其知识组织结构都是线性的，单一的，然而人类的记忆是网状结构，线性结构限制了人类自由联想能力的发挥，而知识可视化则是把文字、图像、图表、动画等集成在一起形成一个空间网状结构，实现知识之间的联系。当然在具体教学中还使用了实物或模型演示来促进教学，虽然运用了可视化，但大部分老师利用这种教学只是处于一种自发的状态，而不是处于一种自觉的运用。教师在课堂教学中将抽象的或复杂的知识及其思维见解可视化能让学习者快速获取各种表象，从而丰富自己的想象力，促进创造力的形成，在有限的时间内可以提高教育知识传递的效率和质量，提高学习效率和教学效果。同时在化学教学活动中，我们可以通过知识可视化的方式为学生创设各种真实的问题情境，让学生更好更快地接收并应用知识。研究表明，对学生进行可视化教学是非常有效的，而可视化教学策略具有学科的特殊性。已有的研究很少有针对学科特点在具体教学中如何加以运用，如何让老师和学生认识到可视化教学对高中化学学习有着重要的促进作用，并且让老师自觉的进行可视化教学？这就是本文研究目的所在，同时为可视化教学提供学科依据，对化学学科教育的发展具有重要的实践意义。国外三、国内外关于该课题的研究现状及趋势国内20世纪60年代末，前苏联乌克兰顿涅茨克市中学教师沙塔洛夫创造了“纲要信号”图示法，“纲要信号”图表是一种由字母、单词、数据或其他“信号”组成的直观性很强的教学辅助工具。这种图表通过各种“信号”，简明扼要、直观形象地把学生所需掌握的知识表示出来。“纲要信号”图示法首度提出了教学应用图表的编制要求：从教材的整体结构出发，以理论知识为指导，以知识体系为骨架来编制图表；采用“大块”集中讲授理论知识的方法，抓主要、本质的内容，以重点为纲进行编排；以事物之间的有机联系，将分散的知识纳入整体知识体系中，使知识系统化和条理化；编制图表时体现科学性和逻辑性，以合理的布局制成醒目、直观、有吸引力的图表。在欧美国家，概念地图与思维导图的教学应用非常广泛。概念地图是美国康乃尔大学JosephD.Novak教授在20世纪60年代提出来的。Novak在关注儿童对科学概念知识变化和理解的研究实验过程中，发现概念地图有助于促进有意义学习，能提高学习效率，因而开发了概念地图。与Novak教授同时代的英国学者托尼·巴赞(T.Buzan)首创了一种以直观形象图示来标识概念之间关系的一种记笔记的方法，并出版了世界级畅销书UseyourHead。巴赞还和他的同伴巴利·巴赞(B.Buazan)一起出版了MindMapBook——《思维导图》。思维导图是一个开发大脑潜能的强有力的图解工具。它同时运用大脑皮层的所有智能，包括词汇，图像，数字，逻辑，韵律，颜色和空间感知。20世纪90年代后，图形图像的优势和潜力被更多的学者所关注，可视化研究（知识领域）也逐步进入教育领域，许多研究者强调可视化及其可视化推断对学习的重要性。他们当中的大多数尝试按照可视和非可视来化分学习者的解题策略。Presmeg(1986a)关于可视策略总结了学生所用的一系列视觉表象(visualimagery)，对其分析并做了更进一步的工作：“具体、图形的表象”(在脑中出现图形)，“模式的表象”(以视觉一空间格式勾勒出纯粹的关系)，“对公式的记忆”，“动觉的表象”(包括手的运动和其他的手势)，和“动态的表象”(包括对几何图形的动态转换)。她还讨论了使用视觉表象的优缺点。她指出，使用具体图形表象解决问题，会使学生拘泥于对无关细节的推理而忽视原问题表征中的重要成分，其他的几种表象均有助于问题的解决。许多作者还描述了软件环境对于学生的可视能力是有帮助的(Borba，1993；Baarwise和Etchemendy，1991；Battista，Clements和Wheatley，1991；Goldenberg，1991；Friemlander，和Dreyfus，1991)。致力于软件环境研究的一些研究者并没有特意把学生和他们所用的策略分类，而是针对学生解决问题时需要进行可视化的那些方面作了详细的分析这些研究有助于描述学生利用软件进行思考和没利用软件进行思考时，软件环境所具有的特色。他们都是使用个案研究来进一步描述可视化和可视思考的本质。这段时期，可视化引起关注的同时也开发出更多的知识可视化形式，如美国德克萨斯基督教大学工作组和CRESST工作组(CenterforResearchonEvaluation)提出的“知识地图”（KnowledgeMaps），Jonassen(2000)和Fisher(1990；2000)提出的“语义网络”(SemanticNetworks)以及Ackerman&Eden(Ackerman&Eden，2001；Eden，1988，1992；Eden&Ackerman，2001)提出的“认知地图”(CognitiveMaps)等等。这些都丰富了知识可视化的途径。综上所述，目前国外知识可视化表现出以下几个发展趋势：(1)二维到多维的转变(Eppler&Burkard，2004)。当前的知识可视化技术大多是依靠计算机的二维屏幕实现的，将很快与虚拟现实空间相结合。(2)静态向动态、交互的转变(Eppler&Burkard，2004)。知识可视化不能仅仅是为了知识传输的静态对象，而是需要建立一种迭代的、协作的过程，使得可视化过程动态发生。(3)关注知识可视化的分类方式，但分类未能囊括所有的知识可视化方式。(4)知识可视化形式的研究取得了显著成效，比如概念地图、思维导图工具的开发和使用推广。在国内可视化的研究主要集中于自然科学研究当中，例如医学、化学（主要是有机化学）、生物和地理等。关于教育方面可视化的研究是非常少，研究成果有：《知识可视化作为学习工具的应用研究》（邱婷），文中从学习工具应用的角度，探讨了知识可视化的基本理论，以布卢姆认知目标分类(2001)为理论参照，构建了知识可视化分类理论与应用框架，总括了知识可视化的基本类型；《知识可视化方法的教学应用之研究》（段维清），本文从理论基础、软件工具和实践应用三