网络学习中知识可视化效率研究

摘要：知识可视化作为现阶段教育领域的热门话题，已经在教育领域中得到了多方面的应用。对于网络学习中知识可视化的应用，人们更多的关注了它的应用指导理论和应用方法，却很少关注知识可视化在网络学习中的效率问题。本文主要针对网络学习中的知识可视化效率进行案例分析，从应用环境，设计方案，可视工具这三方面因素总结影响可视化效率，结合已有的知识可视化理论和建构理论，对如何提高知识可视化的效率提出了相应的解决提案，希望得到教育者的关注和研究。

关键词：可视化效率；云计算；可视化过渡；过程关注

中图分类号：G434 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.02.019

0 引言

知识可视化是可视化过程中的最高的级别，直接对应于人们的认知层面，知识可视化是在数据和信息可视化的基础之上总结而来的，简单的来说就是将一些数据或者信息以图片的形式展现给学习者，学习者能够根据已有的知识来记忆消化这些知识。网络学习从狭义上理解就是学习者利用相应的网络学习平台进行自主的学习过程，广义上理解为人们通过网络进行的新知识的建构过程。

知识可视化在传递知识方面有很大优势，但现阶段我国对其研究仍属于初级阶段，在网络学习中加以应用的研究更不成熟。同时，现有的研究参照了不同的理论作为指导，可视化资源的质量也良莠不齐，这不但发挥不出知识可视化的优势，甚者将会影响学习者的学习效率，因此对于知识可视化效率问题的研究是必要。

1 影响可视化效率分析

随着计算机的普及以及互联网技术的发展，网络学习在近些年来得到了快速的发展，学习者能够以较低的成本来获取自己所需的知识内容。通过技术的不断更新与发展，现有的网络学习环境能够为知识可视化提供平台的支持，先进的互联网技术能够很大程度上优化知识可视化在网络学习中的应用。同时知识可视化在其自身发展过程中形成了成熟的理论体系，能够指导在网络学习中的应用，对于学习者隐性知识显性化有很大的促进作用。

为使知识可视化在网络学习中的得到充分的发展，需要从基础做起，一点一点的改变人们获取知识的方式，最重要是对可视化工具进行设计，可视化工具作为整个平台中的关键，它的成功直接影响着学习者的发散思维，创造性思维和创新能力的发展，好的工具有助于学习者在网络学习中获取，组织和应用知识。另一方面需要实现知识的共享，作为知识可视化后续的一个重要的方法来提供对新加入学习者学习效率影响的重要因素，新的学习者在原有的可视化的知识上结合自己的隐性知识来不断的修改和完善自己的认知结构，可以看出可视化方法对于推进学生的理解和再创造有着重要的作用。

可视化工具设计中，应尽可能的减少学习者的学习成本，学习成本应该包含多方面的内容，成本一方面又性价比的含义，对于学习来说就是学习的效率，理解内容花费的时间，这是对于知识可视化学习方式的计算；同时学习成本还有就是学习者对于可视化工具的理解和上手的效度问题。因此，学习成本能够将学习者与一种新的学习方法，一种新的学习工具，一种新的学习平台联系起来，并且能够成为一个重要的度量来判断这个方法，工具和平台成功与否。

知识可视化的提出是随着信息化社会的不断发展而出现的，现代社会的信息交换量的巨大的，将知识可视化是快速处理这些信息的一个重要的方法。其并不是凭空的对新的知识进行可视化，而是对新知识和旧记忆之间的联系进行可视化的表现，这些可视化的表现能够帮助用户对新知识的记忆，也可以改变这些可视化的关系。

以学习成本为基，需要考虑多方面的因素来估计学习成本，来判断这些技术是否能够利用到已有的环境中，同时这些环境是否能够恰当的与这新的方法匹配。对于可视化工具的设计来说，简单的操作界面，用户能够根据一些简单的提示就能够完成知识的可视化是有效的降低学习成本的方法。

2 案例分析

可汗学院中的内容是以类似于PPT单向讲解的视频格式来讲解知识内容，它涉及面很广泛，同时涉及的内容深度是有的，一个知识点如果它包含的内容很多是就会有多段视频来进行讲解。

可汗学院只能作为一种辅助学习的开放学习资源。网络学习的出现能够给知识的传递不在束缚与教师和教室，跨越了时间和空间的距离，将知识传递给任何一个地方，因此，网络学习是一个发展趋势。可汗学院能够取得这样的发展有以下几个特点：

1.内容的安排形式符合人们的认知形式，从简单到复杂。同时一个知识点能够分割成几个不同的视频进行讲解，也与教育学中的小步子原则相适应，同时这也更加符合了现实条件下的学习者的学习的过程。

2.教学方式生活化，首先最基本的内容，然后是枚举在生活中我们所遇到的与知识内容相关的经验，让学习者对知识有一个直观的印象，在已有的知识基础上进行新旧知识的连接，选择知识可视化的合适的理论进行指导。

3.内容的展示时间，可汗学院中内容的展示时间大部分10分钟左右，这也是针对在网络这个大的学习环境中选择的时间长度，在网络条件下，主要是依靠学习者的自律性进行学习，10分钟的学习长度是网络学习者出现学习疲乏的临界点，同时也是学习者学习的效率较高的时间长度。

4.内容呈现图示化，老师大部分内容均是以图解的形式来讲解内容，图解的方式显得更加言简意赅并且内容关连性比较强，这正是知识可视化中一个重要的因素。

但是它也存在一些不足，内容的形式单一并且单向，可汗学院仅以视频的形式进行知识的传递，尽管在内容的呈现方式多采用了图解的方式，但是视频讲解就减少了师生之间的交互性，这是与课堂的教学最大的不同的地方，这也是限制可汗学院作为一个辅助性的开放学习资源的形式存在。

针对交互性不足，也就要求了我们的知识可视化工具的开发，学习者可以根据自身的理解进行知识关系的创建，让学习者不局限与老师的思想范围，让学习的内容更加的因人而异，具有独特性。这也是学生自我的一种交互，与课堂上的师生交互有很大的区别，可以预见，未来的知识可视化工具，不仅能够满足学生对自己的理解进行记录并可视化，同时也能够分享，讨论自己的一些想法，拥有更多的交互性。 从上面对可汗学院的体验分析中，可以得到，为减少知识可视化在网络学习中的学习成本，要整体的考虑整个知识传播的环境以及传播过程中方法的应用，总结如下：

1.以现实为基，在网络这个环境下，知识的传播过程需要依靠现实条件的传播技巧，毕竟现实情况下，有些教学方法是比较成熟的，比如以类PPT的形式进行内容的讲解，和一些学习顺序的安排，同时从简单到复杂这样一个循序渐进的过程。

2.时间长度的选择要合理，网络学习靠考虑学习者的学习环境，网络是一个开放的环境，同时里面的信息量也非常大，学习者如何在这种环境下专注于学习，这就需要控制学习时间的长度，学习时间长度的限制就必然会引起学习内容需要少量多次的进行传递。

3.既然知识可视化在计算机领域中有很多的模型，因此，无论选择什么方式进行可视化，都应该符合这些模型中的一类，因此，如何组织和传递新知识是网络学习的一个要素，最简单的就是利用老师自身的理解将知识先直观的传递给学生，然后学生再根据自身的理解进行二次理解，更有利于知识自我的消化。

4.最后就是针对可汗学院中所出现的不足来提出可视化工具的重要性，可视化工具一方面是解决的师生互动的障碍，另一方面也是学生记录自己的二次理解知识的工具。

3 提出解决方案

从整个环境上看出，知识可视化在网络学习中的效率问题归结为可视化内容的制作和共享，以及可视化工具的操作难易，下面的结构是一个简单的可视化过程，为提高效率可以从不同的方面进行优化：

在进行网络学习中，教学资源可以利用可视化工具成为可视化的资源，这个过程可以是网络资源的设计者再设计过程中，根据教学资源的特点，根据自己的知识体系框架来完成可视化资源的转化，学习者在学习中一方面可以直接或得已有的网络教学资源和可视化资源，另一方面可以利用可视化工具将教学资源的内容和自身的知识结构来完成自身的可视化知识。

在资源的设计上需要考虑学习环境的影响，教学资源的设计同样要考虑认知负载的情况，根据已有的理论，不同的信息的处理能力会产生不同的认知负载，因此对于教学资源的设计，一方面要尊重知识原有的表达，另一方面也要根据知识的认知程度来调整和设计知识的呈现方式和进度，减轻学习者的认知负载，尽可能的结合学习者已有的知识来推进新知识的学习。

3.1 新的网络技术对可视化内容进行筛选

为了增加知识可视化的效率，需要尊重信息的原始表达意思，数据的原本的结构，就要求对信息有不同层面的理解，对需要可视化的信息进行筛选，取出能够可视化和需要可视化的信息，由于数据量范围很大，同时数据之间的关系也相对复杂，因此，从大量的数据中取出学习者需要的信息是不容易的，现阶段发展最快最流行的云计算就是利用分布式的计算功能来在大数据基础之上来完成用户的任务，因此对于学习者需要的数据进行筛选可以结合云计算，对数据内容进行逐级的按要求筛选，最终确定相关的内容，完成最原始知识的定位，为后面进行可视化提供素材，云计算也为学习者资源的共享提供了有效的存储机制和共享机制。

同时可视化资源的可移植性是重要的方面，未来的远程学习将不会局限于PC端的学习，将趋向于移动学习的方向。良好的可移植性保证资源开发的效率，HTML5就很好的解决了平台问题带来的瓶颈，一方面简化了可视化工具的开发成本，可以将可视化工具设计为网页app，同时利用本地存储特性加快了工具的启动时间，另一方面，HTML5提供了丰富的接口，使开发的可视化工具可以直接跟浏览器的内部的数据进行项链。最重要的是，它可以进行跨平台的使用，可以很容易的在pc端设计好的可视化工具移植到移动学习终端上，大大的提高了开发效率。同时HTML5拥有更有效的服务器推送功能，在利用云计算技术，可以将学习者更加关心的学习内容主动的推送给学习者，这样减少了学习者搜索，查找相关内容所耗费的时间，从而增加了可视化工程在网络环境部分的优化。

3.2 从资源可视化到学习者知识可视化的过渡

通过对可汗学院的分析，可以看出将教学资源转换成可视化资源进行传递能够极大的提供教学的效率，视频在10分钟的时间内，通过发布者自身认知结构将内化的知识通过笔记和讲解的方式呈现给学习者，这正是学习资源可视化的过程，只不过是开发者没有依靠可视化工具，主观的进行制作可视化的资源。但从可汗学院所取得的影响力来说，对于资源的可视化来提高教学的效率已经取得了很大的成功和肯定。

因此这里就需要对知识可视化进行一个定位，现阶段的网络学习所遇到的瓶颈为，内容资源的良莠不齐，专业化程度不高等。同一标准，不断的改进和完善可视化过程是一个重要的因素。对可视化的定位，现阶段只是作为了辅助网络学习网上课件展示的一个方法或者是工具，并且这只是设计者在设计时对内容的理解，是对传递资源的一种可视化，尽管如此，它已经取得了很好的效果，为了保证学习者原有的知识建构体系，当所发布的学习资源与学习者原有的知识体系有矛盾是就会产生认知效率的下降，因此从资源可视化像学习者知识可视化的过渡是必要的，需要不断调整可视化的知识，求同存异，相同的基本的内容由开发者在学习资源阶段进行初加工，按照开发者的认识水平进行相应的可视化，对于学习者接收到这些知识后依旧能够利用可视化工具进行同化加工，生成自己的可视化资源，也就是知识的可视化，这样一方面减轻了开发者在开发过程中的可视化工作，另一方面又尽可能的满足了不同学习者的独特的可视化思想。

从资源可视化到学习者知识可视化的过渡是一个必然的趋势，这也是对可视化是作为一个辅助工具还是主要知识传递手段进行了定位，相信未来在网络学习中对于知识可视化的应用是一个普遍的过程，它将会融入整个网络学习的学习过程。

3.3 可视化结果与可视化过程同等重要

可视化工具在整个网络学习中有非常重要的作用，这是提高可视化效率的关键。 对于工具的开发，一方面需要理论的指导，确定用什么样的理论来作为指导进行工具的开发，但是，已有理论总结出来的可视化工程都归结到了结果的可视化，即相联系的内容的拓扑图，并没有对可视化的过程进行记录和研究。

根据知识建构注意理论：学习者的学习过程是一个建构的过程，是对原有的认识结构进行调整来联系新的知识点与原有知识的结构关系。从理论中可以提炼出，学习者在学习过程中，一方面要以原有的知识体系为基，另一方面要对新知识与原有知识进行关系连接，这里面包含了一定的顺序。因此可视化就不应该只关注结果，应该重视可视化过程的记录和研究。在可视化进行阶段，学习者首先是将自己原有的知识以及知识之间的联系进行可视化，然后根据自我的建构方式对需要添加的新的知识节点在原有的认知体系中找到相关的位置，最后进行关系连接。可以看出，学习者最先可视化的是已有的知识，这些知识作为学习者在可视化工程中最先取出的部分，是一个相对稳定和深刻的知识点，因此对于这部分的关注度可以减小，对于后加入认知结构的知识节点才是所要关注的要点，可以特殊标出这部分内容以不断的刺激学习者他对这部分知识的定位和记忆，一方面强化了学习者对新的知识的理解，另一方面通过不断的刺激也加速了新知识融入已有认知结构的速度，加快了学习者的学习和理解。因此，在可视化的工程中，不仅需要关注可视化的结果，更要关心可视化的过程，通过对过程的分析，找到需要加强的知识节点，调整可视化的结果，强化用户的理解，提高学习的效率。

举一个简单的例子：在学习数字的四则运算过程中，最先认识的是整数，然后是四则运算，最后是小数，分数和无理数，因此在整个学习过程中，可视化过程可以如图2。

最开始学习整数，它是一个孤立的知识节点，通过四则运算了解到是对数字的一种操作，但原有节点只有整数，则建构为整数的各种操作，将四则运算的除号提出，通过整数相处得到了小数，因此小数的同化又是在整数和四则运算的基础之上，小数通过改变形式可以变成分数，对于无理数的定义是无限不循环的小数，因此无理数是小数的一个分支。因此上面的图不仅记录了认知结构也记录了认知的过程，根据这个过程，在每一个阶段可以特殊标注新的知识节点，从而刺激强化学习者对整个过程的理解，通时最终的可视化结果也显得清晰明了。

4 结论

网络学习释放了学习者的时间和空间，这也相应的影响了学习者的学习效率，为了提高学习者的效率，将知识可视化应用于网络学习中，由于现阶段知识可视化的理论较多，在网络学习中并没有很好的发挥知识可视化的作用，文中提出利用云计算进行大数据的搜索，可视化工具的过度，以及可视化过程的关注来解决现阶段在网络学习中影响知识可视化效率的因素，这里只给出了理论上的推导，因此未来能够通过实践不断的发展理论能够真正的将知识可视化高效的应用在网络学习中。