历史教学中学习图谱的设计策略

【摘要】图表的设计与使用，可以帮助学生突破知识理解的困境。学习图谱作为承载知识的学习资源、培养高阶思维的学习工具，应当广泛运用于历史课堂的主题教学中。设计学习图谱时，必须结合最新的媒体技术，厘清学习理念和实际使用情况等必要因素，以确保顺利实施提取知识构件、建立知识表征、厘清知识规则、实现知识建模四个步骤，实现学习意义的可视化。【关键词】学习图谱；知识可视化；知识整合在信息数字化的今天，人们已无法简单满足于增强获取知识的技术，而是更多地关注于知识的实质内容及表现形式、内在逻辑和整体质量。在这样的情况下，教师若想完成从浅层学习到深度学习的转变，就必须进行教学媒体数字化的变革。教学媒体的数字化是一套思维、方法和工具的有机结合，借助新媒体技术的支持设计内容，以此突破知识构件的冗赘、知识表征的冗杂、知识规则的冗乱和知识建模的冗辞，达成深度学习。在这一转变的过程中，教师应顺应教学媒体数字化的发展趋势和深度学习的现实要求，思考如何将教学媒体数字化应用于实际课堂中。以符号学、认知负荷、图式编码、建模理论为基础而设计的学习图谱可以作为今日历史教学中承载知识的学习资源，也可作为培养高阶思维的学习工具，促进学习者进入更深层的学习。课堂中，使用图表的主要目的是帮助教师讲解知识。学习图谱是以带有语义内涵的符号依语义规则将教学中的抽象知识可视化的教学工具，它有利于学习者对知识形成整体、形象的理解和内化，同时也有利于知识的外化、交流、应用和传播。对学习图谱的理解分为四个层次：第一，从图的角度出发，学习图谱是一种知识网络，其中的每个构件都表示知识世界的一个概念，故学习图谱是对知识世界的符号化表达；第二，从学习个体的角度出发，学习图谱是一种个性化的表征，其中的符号表达和符号间的语义关系有多种表现方式；第三，从其自身结构出发，学习图谱的每个构件都要互相支撑为一个稳定的整体，因此所有构件都必然按照一定的科学规则形成链接关系；第四，从应用价值出发，通过建模实现知识库的建立和图形化分类贮存，能将浅层学习变为深度学习。综合以上分析可见，学习图谱作为一种极具潜力的知识可视化教学工具，应该积极与我们的教学实践相结合。教师可以通过提取知识构件、建立知识表征、厘清知识规则、实现知识建模几个步骤完成学习图谱的设计（见图1）。一、提取知识构件从本质上来看，人类对事物的认知是对存在的事物范畴化、关联化以及符号化。人类将认知的对象转化为语义单元（符号化），利用语义单元范畴化转变为语义类别，再利用语义类别存在的关联性建立语义结构。由此可知，所有事物都是通过相应的传播单元进行传播，符号是最小的传播单元，也就是说符号是传播的起源。人类记忆知识，包括利用知识展开相应的实践活动，都是以符号为主要工具。那么，如果想要利用好符号这个工具，前提条件便是设计者能够合理地解释符号的定义，以正确的阐释产生可学习的知识。不同设计者对符号有不同的诠释和演绎，既可以直接以文字表达某个概念，也可以间接地以圖形或其他方式呈现知识。同时，符号多样的表现形式也代表学习图谱的设计有多种可能性。学习是多维的，没有固定的符号可以适用于所有的学习情境。作为开放的学习对象，符号为教师和学习者提供了灵活的可视化方式以满足教学需求。在课堂教学实践中，符号是具有一定学习目标且承载了一定知识量的知识大构件，这一知识大构件由若干个知识小构件组成，并具有层次性。以“西欧的思想解放运动”为例，近代科学兴起后，代表性的思想解放运动有三个，每个运动下又有不同的知识小构件，形成了层级有序的知识结构（见图2）。在符号的层次构件模型中，知识基元、知识元件、知识组件、知识模板构成模型的主体，上层的知识构件在下层知识构件组合的基础上完成。知识基元是构成符号的最小单元，在历史学科中指被赋予特定意义的概念化对象，它是不可见，或者说是难以用形象化实体表示的对象，是抽象化的语义符号。如图2所示，根本原因、条件、主张、成就、兴起、高峰和扩展就是知识基元。背景、内容、影响、过程、概况是该学习图谱中具有特殊性语义的知识元件，它以知识基元为基础，由数个知识基元组成。通俗地说，知识元件是包括了一定语义信息的符号。以概况这一知识元件为例，兴起、高峰、扩展三个知识基元的组合，使得它可以用来表示一个历史事件不同阶段的基本信息。知识组件反映的是一个基本的、完整的语义关系，主要以知识元件为基础，图2中的文艺复兴、宗教改革和启蒙运动就是知识组件。教学中，一个知识元件可以在相似组件中加以运用。假如学生在学习类同的主题知识时发现能够直接使用已知知识元件，那么学生就可以结合实际情况，以原有知识组件为基础修改知识元件，以便快速适应另一学习情境。另外，图2中近代科学的兴起在学习图谱中也是一个知识组件，由于在此情境中并不是学习重点，因而教师在设计时没必要详细展开。知识组件之上，西欧的思想解放运动就是图2的学习图谱中最高的层级——知识模板。它在知识组件的基础上实现知识的展现，填充了具体的学习内容、知识点和意义化概念。教师可以引导学生将熟悉的知识模板进行修改，加入自己的见解。如果在学习中发现新知识符号与已学知识符号具有相同的特征，学生就能利用知识模板的结构纳入更多学习内容。因为学习图谱是特定知识领域内的符号所使用的一种更加简便的表达方法，并没有被传统知识构件所束缚，因此学生可以在不同知识领域中挪用。这样的表达方式是生成式、构造式的，具有相对明确的结构，能够使学习内容清晰地加以呈现，也就利于学生更好地掌握新知识。二、建立知识表征二十世纪八十年代，澳大利亚学者Sweller提出了认知负荷理论：用户的认知是一种资源消耗，因此在学习时，内在认知负荷越小越好［1］。换言之，如果自身具备的认知资源不足以解决具体问题，那么学习者就会出现认知超载的情况，导致学习效率不断降低。具体而言，认知负荷还分为三种类型，分别是内部认知负荷、外部认知负荷及相关认知负荷［2］。学习材料的组织形式和外部认知负荷有一定程度的联系，信息及学习内容的复杂程度与内部认知负荷有一定的联系，而学习的过程又与相关认知负荷有一定程度的联系。如果能充分利用相关资源，从三个角度尽可能减轻学生的认知负荷，就能取得更好的学习效果。学习图谱独有的特性就是能有效减轻学生的认知负荷。第一，图谱具有信息并行处理机制，可以有效整合零碎的知识，学生解读成整体的知识可以有效减少认知负荷；第二，图谱外显的表征特性能为学生直接感知，一定程度减少了学生的认知困难；第三，图谱具有的形象感知特性可以帮助学生记忆，因此在记忆方面学生的负担得以减轻。表征为显示出来的现象或表现出来的特征，本文特指在心理活动中重现知识。学习图谱的使用就是为了帮助学生更好地建立知识表征，尽可能降低认知负荷。知识表征的建立就是在学生的大脑中记录和回忆知识，它在一定程度上能反映学生的内部思维。从人类的认知角度而言，一张图就是信息的内部表征与外部表征的有机统一。学习图谱的设计主要涉及外部表征，是内部思维的外显。外部表征的一个重要形式就是运用具象的符号或者信息来对学习内容进行表达，它可以通过物理实体、符号、图形、表格等形式可视化，在特定情境中发挥认知工具的作用。以“第二次世界大战与战后国际秩序的形成”的教学为例，如果将时间线作为排序标准，第二次世界大战基本进程的学习图谱可以如下图这样设计（见图3）：图3以时间为线索整理了二战的主要事件，不仅传达事实信息，还帮助学生获取、记忆、传递、应用这些信息。知识以学习图谱的方式进行表征，形成能直接作用于人感官的外在表现形式，从而促进对知识的理解和记忆，知识表征得以建立。作为一种学习工具，学习图谱通过时间轴的方式加以展现，改变了知识表征冗杂的局限性，促进学习图谱的实用化，帮助学习者减少认知负荷。三、厘清知识规则从信息组织的角度出发，图式主要有八种类型：整体—部分图式、连接图式、中心—边缘图式、起点—路径—目标图式、上—下图式、前—后图式、线性图式、力图图式。无论是哪种图式，都说明图式中的各个构件表征之间都会按照一定规则连接。加拿大心理学家Paivio于1971年提出双重编码理论，他认为人的认知系统由语言编码、非语言编码两套编码组成，而相对于单一言语代码，非言语代码能在学习者脑中形成多种类型的意象使学习效果提高［3］。简单地说，人有两类相互独立，但有一定关联的信息处理系统：一类是以部分与整体的关系同步进行组织的图像单元，一类是以多层级联想关系连续组织的语言实体单元。设计学习图谱时，教师具体采用何种规则构建表征主要由知识类型来决定，需要依据具体情况进行调整。在历史学科的教学中，主要涉及的是事实性知识、概念性知识和原理性知识，且在高中阶段最主要的是概念性知识及原理性知识。历史课堂中要将这些知识转变成学习图谱，就是借由概念之间存在的关联和原理，依照规则对知识进行解释。以“影响世界的工业革命”为例，依照知识之间的关联设计学习图谱如图4所示。观看图4可知，该学习图谱包含知识节点、连线、连接词。知识节点是具体的概念，可以直接用文字表示，也可以用几何图形或是其他符号作为表征。各知识节点间的连线表示两个概念之间存在某种逻辑关系，连线可以是单向、双向或是其他含义，目的是进一步明确两个知识节点的联系。连接词即连线上的文字，是两个知识节点间关系的描述。当然，教师也可以不提供连接词，引导学生按照一定的逻辑推理出连线两端概念之间的关系。通过使用学习图谱，教师帮助学生用图解的形式在大脑中组织出成整体的主题知识体系，体系中概念与概念间的连接符合规则，体现出知识学习的科学性。四、实现知识建模学习图谱对知识的结构可视化其实就是完成了对知识的建模。概念系统体现了人类对世界的认知，它是各种知识的总和。想要达成深度学习，重点在于转变原有概念，在教与学的过程中为知识建模。简单地说，就是对存在于概念系统中的知识规则以及表征、构件做出相应的表达。从符号的角度出发，所谓的建立知识模型，指的是产生知识产品；从学习的角度出发，指的则是学生学习知识并由此进入深度学习的过程。知识构成的模型主要通过知识可视化的方式帮助人们在脑中形成知识系统，系统的组成包含抽象的概念以及具体的物质，但更主要的是依照一定规则将抽象的知识或信息进行重组。知识图谱的构建方式可以分为自顶向下和自底向上两种［4］。而重组的规则有二，一是以思维可视化为基础进行组织，二是以学科知识为基础进行可视化组织。以“辽宋夏金元的文化”为例，如果采用自顶向下的构建方式，可以设计出如图5的学习图谱。在实际建模过程中，教师可遵循三个具有普适性的步骤：首先定好建模目标，确定知识的类型，明确相关知识间的关系以及知识的具体形成过程；其次确定建模要素，也就是确定知识构件的数量、表征和层次；最后依据实际情况确定表征工具，明确构件的关系以定位建模系统。由于历史学科的教学内容多是静态知识，因此大多数时候会使用静态的表征工具建立知识间的语义关联。静态表征工具包含语义网络、概念图、思维导图、认知地图等形式。如图5就是使用了语义网络和概念图进行建模，利用括弧以及节点形成的语义网络对主题知识内部的关联进行结构性的表达，各要素之间有规则地连接但不严格限制在固定层次结构上。这样的语义网络可以非常大，每个构件都可以再行扩充、延伸，包含成百上千的关联概念。具体使用时，学生可只截取自己需要的独立的部分，避免牵涉知识建模中不相关的部分，仅关注学习的重点。《新一代人工智能发展规划》中提到，要形成涵盖数十亿实体规模的多源、多学科和多数据类型的跨媒体知识图谱，重点突破跨媒体统一表征，关联理解与知识挖掘，知识图谱构建与学习，知识演化与推理等技术，建立以学习者为中心的教育环境［5］。伴随着学习媒体数字化