重庆夏黑葡萄苗:知识认知导航图

"知识认知导航图"在教育中的应用初探

苗英恺1 陈佳2

1.华东师范大学教育信息技术系；2.河南濮阳职业技术学院

引言

信息时代如何从海量的信息中迅速找到自己所需要的信息；知识经济时代如何从错综复杂的各类知识体系中迅速获取到自己所需要的知识，以尽快达到预想的认知高度。这是当前这个时代每个人所面临的问题。

随着人类信息量、知识量的迅速增长，人们感到了一种空前的压力，如何对它们进行管理、呈现和传播成为一个亟待解决问题。信息的有效期限一般是较短暂的，信息经过提取、加工之后就变成了知识。知识反映了人类改造自然、改造社会的经验。知识的有效期相对来说较长久，所以对知识的管理显得更为重要，更为实际。于是有人提出了知识分类、知识管理、知识的可视化等对知识本身的研究，最终目的是让人类知识更加有序化、条理化、结构化，让人获取知识更加方便快捷。

当前对知识本身的这些研究，在企业中已经得到了普遍的重视。其中心内容是通过知识共享，运用集体的智慧提高应变和创新能力，并建立起激励雇员参与知识共享的机制，设立知识总监，培养组织创新和集体创造力。这有利于企业管理的创新，有利于引导企业步人知识经济时代。但是，人们在对知识本身的这些研究中却忽略了科研机构和教育机构，殊不知这两者才是真正意义上的知识产业。科研机构是知识的创造者，教育机构是知识的传播者，而企业则是知识的应用者。在教育这个中间环节运用知识管理，将更有助于知识的传播和应用，现实意义更大。

对于我国当前的教育，人们总有这样一种感觉，就是在学校中学到的知识似乎能在实际工作中运用得很少，而工作中用到的东西几乎还得重新学起。之所以有这种感觉，有三方面的原因一是当前的信息时代知识更新速度快，促使人要不断地学习。二是应试教育的思想在人们头脑中仍十分顽固。绝大多数学校，课程的开设主要针对目标是高考、考研，而不注重在实践中的应用。三是教育中对知识的结构化、有序化工作做得还不够。第一方面是客观原因，无可厚非。第二方面是教育制度问题，近年来国家正在大力改变这种局面。第三方面则属于主观原因。近年来随着人类知识量的迅速增加，新的学科层出不穷，普通高校的新专业盲目增加，致使某些学校、某些专业的课程设置与学生的学习都有一定的盲目性。有的学校觉得似乎什么课程都有用，于是什么课程都学，而有的学校由于师资力量问题，某些关键课程开不起来。学生在有限的时间学不到更深入的东西，结果导致工作中能用到的东西很少。可以说我国教育培养出的“万职工能”人才多，专业人才少，高级专业人才更少本科毕业后什么都能干，什么都不能深人

要从根本上解决这个问题就要深入研究教育中对知识的管理、呈现和传播。本文将从知识的可视化角度对知识的呈现进行初步的探讨。

知识认知导航概念的提出

认知是人们根据视觉、听觉等感知到的信息与刺激推测和判断客观事物的心理过程，是在过去的经验和对有关线索进行分析的基础上形成的对信息的理解、分类、归纳、演绎及计算。认知强调的是人对事物的认识过程，内容不仅仅包括对知识的认知，还包括对社会、自然等其它事物的认识。知识之外的其它事物的发生具有随机性，是依靠个人的阅历、经验、个性等进行推理、判断和认识的，关于这一点不同人的认知过程不能一概而论。而知识是结构化的，人们对知识的学习总是要遵循一定认知顺序的，所以便于引导。以下重点一沦人对知识的认知。

每当老师讲授一门新课程的时候，总要先对本门课程的知识背景、结构框架、内容之间的相互联系等作一下讲解，其目的是在学生头脑中先搭建一个整体的知识框架，以后的学习过程就是往这个框架中填充的过程。知识框架的搭建，为本门课的学习确定了总体方向，学生就可以从整体中去把握学习过程中所遇到的问题，以防止在错综复杂的知识体系中迷失方向。一门课程是这样，一个专业、一个学科也是这样。在教学过程中我们发现，学生总是对所开设的课程在所学专业领域中所处的位置、地位认识不够，头脑中没能构建起学科的整体框架，缺乏对所学专业的整体认识，对课程的学习具有一定的盲目性，这属于学科性迷失。所以说我们在对学生的学科知识框架的构建方面做得还很不够。对于一个发展到一定规模，相对较成熟的学科来说，在学习者头脑中搭建学科整体知识框架很重要。学科知识框架反映了学科的知识结构、大致内容组成、来龙去脉、层次关系、关联关系等，对它的了解，有利于学生明白自己目前在学科领域中所处的位置，明白距离自己所期望的认知高度还有多远，应从何处着手学起。就象一个人来到一个新的城市里，手里有一张地图一样。没有地图，他看到的只是自己周围的小范围的街道和建筑，不知道目前所处的地理位置，更不知道离目的地还有多远、怎么走才能到达。走路如此，学习亦如此。

目前高校学生的学习路径是，在对专业几乎没有任何了解的情况下直接就一门接一门地学专业课。只低头学习，不抬头看路，注重的是单科课程的学习，而忽视了对专业的整体认识。很多学生单科成绩很好，但不明白各门课程知识之间的关联关系，不能用所学知识解决实际应用中的综合性问题，这只能说是应试型人才。即使经过几年的学习形成了一个属于自己的知识体系，这也仅是针对个人学过的知识而言的。身后已走过的路固然熟悉，但对于是否还别有它路，以及前方未走的路还有多远，却一无所知。所以这种方式在学生头脑中形成的知识体系只能说是很小范围的、仅局限于个人知识的体系，相对于整个专业领域的知识体系来说犹如沧海一粟。假如学生毕业之后想在专业领域继续深入自学，没有了老师的引导，只能自己探路，摸着石头过河，肯定会走许多弯路，浪费许多精力，事倍而功牛，特别是对于象计算机这种知识发展、更新很快的学科。这一点我想许多人都深有感触。这种认知方式其实是极其被动的，只能让别人领着才能走，自己不能独立辨别方向，不能主动认知。

那么怎样才能改变学习者当前的这种学习状况呢?

如果建立一个能引导人们对专业知识进行学习、认知的导航系统，这个系统可将整个学科领域知识的内容、联系及层次关系清晰地展示给学习者，对提高学习者的学习效率和学习效果将大有帮助，这就是“知识认知导航”的概念。(这与“知识导航”是有区别的，知识导航目前主要用于图书馆学，强调的是对某种具体知识的检索过程，不是从知识的学习角度来说的。知识导航是引导人们如何查找所需知识的，知识认知导航是引导人们如何学习所需知识的。)可以说在信息技术高度发达的今天建立这样一个系统，在技术上已经没有任何难度，困难在于对知识如何来组织和管理。当今知识在急剧膨胀，必须有一部分人站出来对已有的错综复杂的各种知识进行分类、整理、排列，使知识进一步有序化、条理化、结构化，这是十分必要的。

我们可以借助于知识可视化的理论和方法实现这一设想。

知识可视化理论与方法简介

可视化技术是指将抽象的事物或过程变成图形、图像的表示方法，为的是更有利于人们理解和记忆。“可视化”一词，来源于英文的“visualization”，原意是“可看得见的、清楚的呈现”。知识可视化是指应用视觉表征手段来表现知识及相互之间的联系，以促进群体知识的传播和创新，其实质是将知识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外在表现形式，从而促进知识的传播和创新。人类80％以上的信息是通过视觉获得的，常言迫“百闻不如一见”、“一图胜过千言”就是这个意思。知识可视化是教育技术为达到教学效果最优化的利器之一，是教育技术的一个重要的研究领域。

目前，知识可视化工具有：概念图(Concept Map)、思维导图(Mind Map)、认知地图(Cognitive Maps)、语义网络(Semantic Networks)、知识地图(Knowledge Map)等。

概念图是康乃尔大学的诺瓦克博士提出的，是用来组织和表征知识的工具。它通常将某一主题的有关概念置于圆圈或方框之中，然后用连线将相关的概念和命题连接，连线上标明两个概念之间的意义关系。比较适合于人们对具体问题的认识。

思维导图是英国人托尼·巴赞创造的一种笔记方法。思维导图是对发散性思维的表达，可以应用于生活的各个方面，其改进后的学习能力和清晰的思维方式会改善人的行为表现。

语义网络是以概念和有意义的、不受限的连接词为基础，形成基本的实例或命题。

认知地图也被称为因果图，是由Ackerman&Eden(2001)以个体建构理论为基础提出的，它将“想法”作为节点，并将其相互连接起来，表示“因果关系”或“导致”，没有层次的限制。认知地图用来帮助人们规划工作，促进小组的决策。

知识地图的概念最早是由情报学家布鲁克斯于20世纪80年代初提出的。他认为人类的知识结构可以绘制成各个单元概念为节点的学科认识图，体现知识之间的联系和获取途径，以帮助用户知道在什么地方能够找到知识的知识管理工具。很多学者认为，知识地图在试图揭示知识之间的关系时，往往会发现以往所没有发现的某些知识之间的新的关系，从而产生新的知识。

知识地图本身就具有了一定的认知导航的功能。不同机构从不同认知角度可以绘制不同的知识地图。例如大的公司企业可以绘制信息导航图，以帮助员工了解到整个企业实际是如何运作的，以及当前公司的业务开展情况。人员复杂的技术部门可以绘制技术导引图来辅助新员工或者是重新分配工作的员工的培训。教育部门可以通过绘制认知导航图来提高学生认知能力，提高教学效率。所以知识认知导航图属于知识地图的一种形式。(以下均简称认知导航图)

认知导航图的实现构想

构建认知导航图的主要目的是让学习者了解整个学科知识体系的结构(即学科总体知识框架)，认识自己在学科知识体系中所处位置，明确要想达到预想认知高度的所经途径，实现对学习者学习的引导作用。所以认知导航图的构建一定要符合大多数人的认知特点和认知规律。

关于人的认知特点的讨论

还拿城市地图作比喻，人对知识的学习过程犹如对一个城市地理环境的熟悉过程。我们可以把——个学科比作一个有着复杂地理环境的城市。人对城市的熟悉过程是由大到小由粗到细逐步细化的。先通过地图对这座城市有一个整体的认识，再判断目前所处的位置，找出一条到达目的地最合适的路。到此，人对目前所处的位置与目的地之间有了一个大概的初步认识，头脑中形成了一个基本的框架。然后动身起步，经过身体力行、脚踏实地地走过，才算真正熟悉了这条路线。其实，身体力行的过程就是一个认识重构的过程，是往认识的框架里面填充的过程。走完之后，再回想一下所走的路，会感觉比只在地图上对它的认识深刻多了、完整多了。

人的认知也应该如此，先通过认知导航图在大脑中建立起一个学科知识的框架，然后再沿导航图所指引的方向身体力行，一步步学起，逐步充实这个知识框架，以形成自己的知识体系或纳入、完善原有的知识体系。

人对不同的学科的认知过程可能不大相同，但对于同一个学科，人的认知过程大同小异。学生们经常会讨论某老师的课讲得好，思路清晰，容易理解某一本教材编得好，适合自学等等，这说明这名老师、这本教材对这门课知识的讲解符合大多数学生的认知特点和认知过程。可见不同人对同一类知识的认知是有共性的。对于特定学科的专业教育，我们应首先研究人对该学科知识的认知特点和认知过程，找到认知特点的共性及最佳的认知过程，按此认知过程构建出来的认知导航图才是最有价值的。

关于人对不同学科的认知特点的研究，为我们在认知领域中提出了一个新的研究内容。

现在的学科教学大多只注重于对知识的传授，只要把本学科该讲的东西都讲到就算行了，而忽视了人对本学科知识的认知特点和过程的深入研究。知识的排列顺序不合理、不同知识之间的过渡不自然.这会使人感到知识与知识之间有一种被割裂的感觉，大脑对已学过知识的重构比较困难，学生学习起来就会感觉生硬、难学。若能按照人对不同学科的认知特点、认知过程构建出有利于知识框架形成和知识重构的认知导航图，将会使教与学更加合理化、人性化。认知导航图是针对特定学科而构建的，它应该具有如下特点：

1．要尽可能完整地体现本学科领域的总体知识结构。

2．以知识的生长、分化为主线，以知识在本专业领域的应用先后来划分层次。

3．对每个分支以及分化出的科目的研究内容、应用领域、应用广泛性作出介绍，以体现知识之间的相互联系与当前的应用价值。

4．为新知识的加入留出余地。

认知导航图在构建过程中每项知识如何表现、在图中如何定位等，要依靠专业人员进行大量的人工参与，即使一个成形的认知导航图也需要人工不断地对它进行维护、更新、修正等工作。因为只有这样才能绘制出完整、结构合理、表现清晰、适合于引导学习者认知的导航图。目前计算机的智能程度还远达不到自动组织和构建知识体系的能力，它在这里只能起到知识的存储、查询、传播、呈现的功能。但我们可以借助于一些知识可视化的工具软件或开发一些认知导航图的绘制、管理软件来辅助这些繁杂的工作。

认知导航图的结构和功能:

1。采用类似于树形的结构来表现知识的生长、分化的过程。每个节点代表一种成形的知识，并推荐一些经典的参考书籍或成功的案例来引导学习者。节点间的连线用以说明知识演化发展的理念、思路和方法。

2．采用不同形状和颜色的节点表示对其他学科领域知识的引入。

3．采用不同颜色的连线表现学科内部的不同研究方向。连线的粗细表示学科发展方向的主次。

4．可以放大、缩小显示，以便学习者认识其全貌与细节。

5．具有查询功能。输入关键词，可在图中指示出其所在的位置。

6．由后台的认知导航数据库支撑，通过界面生成程序形成认知导航图的最终表现形式。

7．整个系统由网络服务器提供服务，根据不同用户的请求，临时生成用户所需要的认知导航图。

认知导航图是一个庞大的知识管理系统，它首先应从宏观上能体现一个学科领域整体的知识框架，并能进一步从微观上体现学科内部各种“具体知识”之间的关系。(我们不提倡“知识点”这种提法，因为它本身就忽略了知识之间的相互联系，把知识孤立化。是应试教育制度下对知识的一种错误的理解。)一个学科领域内部有许多分支，而每个人(包括专家)也只是对该领域中的某个分支有较深入的研究，对于其它分支也仅是知其一二，知识内容开未纳入自己的知识体系，所以认知导航图的设计、开发只靠个人的力量是无法完成的。

认知导航图的构建，应首先确定所表现的知识范围大小、层次高低，然后组织在该领域有经验的专家通过合作来对知识进行整理、分类、排列，构建出符合学习者对该类知识认知特点和认知过程的导航图。也可以根据需要(例如课程教学、短期培训等)构建较小知识范围的认知导航图，以满足学习者的急需。

在高校的专业教学中，我们可以根据该校各专业的实际情况构建出适合本校校情的认知导航图。各专业组织有经验的专业教师针对该专业领域的知识体系构建。所有专业的认知导航图可放在学校网站上，以方便师生随时查询。一个好的认知导航图会在教师教学、学生学习过程中发挥出极其重要的作用。

认知导航图在教育中的作用

引导学习者学习

这是认知导航图的主要作用，也是构建认知导航图的初衷。通过认知导航图，学习者首先对该专业的知识与知识之间的关系有了一个大体了解——该专业研究方向有哪些、实用性如何、达到每一个知识层次能做些什么、困难程度如何，都能做到心中有数。按照导航图的指向学习者也可确立一个学习目标，找到合适的路径，依靠这些学习路径学习者能够自我纠正偏差，激励学习者为达到预定目标而不断努力。

进行知识层次的定位和评价

认知导航图由于是按一般人的认知过程和认知特点、获取知识的先后顺序来构建的，并且它几乎包括该领域的所有知识，所以它能体现出一个人知识的层次的高低，一个人的学习过程也能在图上找到自己的成长足迹。老师、学生还可以对自己掌握的知识层次进行自我定位，或者在网站上对教师的知识层次、认知足迹进行公示，以增加教师知识水平的透明度。

对于某些有一定规模、比较成熟的学科专业(例如：理论物理、计算机技术等)，国家也可以构建权威性的认知导航系统。该系统能体现一个专业从诞生到当前各个分支最前沿研究成果的整个知识框架、发展历程，能体现对该专业的学习从入门到达到任何一个认知高度的认知途径。这种认知导航系统具有专业代表性、权威性，对促进人们知识认知有着很强的指导作用，这应该是当前知识与信息时代人们学习所必需的。

展望

人类知识的总量与复杂程度已经达到仅靠传统教学而无法胜任的程度，在知识的海洋中遨游也必须依靠一个知识导航系统来指引我们的认知。“全人类知识认知导航系统”是在这个网络信息时代必须被提出，也是急需被着手构建的一种网络知识管理与应用系统。在这个系统里面包含各学科领域知识的认知导航图，能清楚地体现各学科之间的相互联系，并且随着人类知识的进——步的积累，而不断动态地生长。有了这样的系统就象人类有了全球卫星定位导航系统一样，普通人可以对任何领域的知识框架进行了解，使隔行不再如隔山：专业人土通过这个有序的知识管理体系，使学习、研究更加方便，对自己在专业领域中的定位更加准确，学习和研究的目标更加明确。可以想象这将对人类知识的发展起到很大的推动作用。

如此庞大的系统其构建难度是可想而知的，构建该系统的可行性、必要性以及对它的构建、管理、维护如何实施等问题，还有待进一步探讨。以上仅属于个人观点，希望各界同行给予批评指正。