概念圖研究綜述及其應用

李 應

（華南師范大學數(shù)學科學學院，廣東廣州510631）

1 概念圖研究綜述

1.1 概念圖的起源

20世紀60年代初期,由于行為主義理論不能很好的解釋人是如何獲得知識的,奧蘇貝爾于1962年第一次提出人學習的認知理論,認為人的學習應該是意義學習。奧蘇貝爾認為意義學習的心理機制是同化,除學齡前兒童外,學生的學習都是通過概念同化來獲得新概念的。概念的上位關系、下位關系和組合關系的層級排列形成學生的認知結構。

如何知道學生掌握了哪些知識?美國康奈兒大學的諾瓦克教授等人根據(jù)奧蘇貝爾的意義學習和概念同化理論開發(fā)出概念圖這一了解學生認知結構的評價工具。他們首先在研究兒童能夠理解諸如能量、細胞和進化等抽象概念的過程中進行了應用,后來發(fā)現(xiàn)概念圖同樣適用于教學設計、幫助學生進行有意義學習等教學過程中的其它方面,由此引出人們對概念圖更為深入的研究,概念圖也從一種評價工具逐漸發(fā)展為教學技能與教學策略。

1.2 概念圖的涵義及其延伸

現(xiàn)在大家普遍認為概念圖最早是在20世紀60年代由諾瓦克教授等人提出的,不過概念圖這一名詞的真正確定卻是在20世紀80年代。概念圖又被稱為概念構圖或概念地圖,前者注重概念圖制作的具體過程,后者注意概念圖制作的最終結果,現(xiàn)在一般把概念構圖與概念地圖統(tǒng)稱為概念圖而不加于嚴格的區(qū)別。

諾瓦克教授把概念圖作為一種有效組織和表征知識的工具,它通常是“將某一主題的有關概念置于圓圈或方框之中,然后用連線將相關的概念或命題連接,連接上標明兩個概念之間的意義關系”。概念、連線和連接詞是概念圖三個基本的組成結構,概念、命題、交叉連接和層級結構則是概念圖的4個基本圖表特征[1]:

概念是感知到的事物的規(guī)則屬性,通常用專有名詞或符號進行標記;

命題是對事物現(xiàn)象、結構和規(guī)則的陳述,在概念圖中,命題是兩個概念之間通過某個連接詞而形成的意義關系;

交叉連接表示不同知識領域相互關系;

層級結構是概念的展現(xiàn)方式,通常最一般、最概括的概念置于概念圖的最上層,從屬的概念安排在其下面。

同樣在20世紀60年代,英國“記憶之父”——東尼·伯贊在研究大腦力量和潛能的過程中,提出思維導圖的創(chuàng)見。思維導圖剛開始是作為一種記筆記的方法,后來發(fā)展成為一種有效的思維方式。東尼·伯贊提出的思維導圖有以下4個基本特征:

1)注意的焦點集中在中央的圖形上；

2)主題的主干作為分支從中央向四周放射,呈現(xiàn)“中心—四周”模型;

3)分支由圖形和連接圖形的關鍵詞構成,子主題以分支的形式表現(xiàn)出來,依附在上一主題的分支上;

4)各分支形成一個連接的節(jié)點結構。

現(xiàn)在專家學者對于概念圖與思維導圖存在以下3種觀點:

1)等同論:認為概念圖與思維導圖可以等同,思維導圖是概念圖的別稱,如黎加厚教授在比較概念圖與思維導圖的時候曾說:“思維導圖的稱呼直接說明這是引導人們思維的圖,把這種圖示方法的意義挑明了,我認為這個說法也很好”;

2)相異論:認為概念圖與思維導圖理論基礎、表現(xiàn)形式和應用范圍都不相同,應該嚴格區(qū)分,如下表1是沈建強教授對概念圖與思維導圖的比較[2],由此可以看出部分專家學者對兩種圖示相異的觀點:

表1 概念圖與思維導圖的對比

3)無需區(qū)分論:承認概念圖與思維導圖存在一定的差別,但是概念圖與思維導圖都是使思維可視化的工具,可以展示人們的思維過程,在幫助人們分析問題和整理知識方面發(fā)揮積極有效的作用,并且類似的“中心—四周”結構圖還被稱為知識結構圖、體系圖、心智圖等,因此求同存導,沒有必要對它們進行嚴格區(qū)分,研究的方向是對它們的綜合應用,而沒有拘泥于其中的細微差異。

其實,諾瓦克教授在20世紀60年代提出概念圖的時候,概念圖主要是作為一種檢驗學生知識結構的評價工具,但是隨著研究的深入發(fā)展,概念圖的應用范圍發(fā)生了很大的變化,其涵義也應該作適當?shù)难由?。概念圖包含著概念構圖,概念構圖所側重的是圖示的建構過程,展現(xiàn)構圖過程中的思維,這一點與思維導圖是非常相似的。因此,隨著概念圖的發(fā)展,我們有必要對“概念”的涵義適度地放寬,對其進行廣義的理解,使其吸引思維導圖的優(yōu)點,在應用的中更加靈活。除此之外,在連接概念或命題的時候,并不一定要生硬地在連線上加連接詞,而應該隨著學生認知結構的發(fā)展,在有必要添加的地方才標明連接詞,這樣可以使制作出來的概念圖更加簡潔明了,而且更有實效,符合使用者的實際情況。

1.3 國外對概念圖的研究現(xiàn)狀

從20世紀60年代發(fā)展至今,國外對概念圖的研究已經(jīng)比較成熟,成果也頗為豐富。在西方國家,概念圖在中小學教學中已得到廣泛的應用,并收到良好的教學效果。1990年美國國家科學研究會認知到概念圖在教學中的重要作用,出版了一期特刊《概念圖展望》,專門論述概念圖的使用。2004年9月,包括諾瓦克教授在內(nèi)的世界各國概念圖研究專家齊聚西班牙,參與“第一屆國際概念圖大會”,這次大會的成功召開,標志著概念圖研究發(fā)展的全新高度?？偟膩碚f,國外對概念圖的研究可以概括為以下幾個特點:

1)教學功能從評價工具發(fā)展為教學技能與教學策略

由概念圖的起源可以知道,概念圖本身是作為一種評價工具提出來的。但是,隨著概念圖的深入研究,人們發(fā)現(xiàn)概念圖的作用遠不止于此。概念圖還可以幫助教師進行教學設計,也可以在講解習題時作為展現(xiàn)教師思維的載體;概念圖可以幫助學生進行有意義學習,使學生擁有良好的認知結構,也可以作為思想交流的工具,在頭腦風暴中發(fā)揮導向與記錄的作用。概念圖在教學中蘊涵著豐富的功能,人們對它的認識也從單一的工具觀逐漸發(fā)展為一種教學技能與教學策略。

2)繪制技術由手工繪制發(fā)展為軟件制作

由于概念圖的教學功能豐富,人們對其繪制技術也越來越重視,概念圖由手工制作逐漸發(fā)展為軟件制作。目前常用于概念圖制作的軟件有十多種,如 : Cmap-Tools、 Inspiration、 MindManger、MindMap、Thinking Map、Mapmaker等，使用軟件制作概念圖具有界面漂亮、修改方便、便于交流分享等優(yōu)點。為了適應網(wǎng)絡時代的發(fā)展,研究者還開發(fā)出網(wǎng)絡協(xié)作概念圖平臺IHMC等工具,使網(wǎng)上實行概念圖的交互學習和小組合作學習成為現(xiàn)實。

3)應用領域由科學學科向其它學科和社會應用發(fā)展。

由于科學學科具有抽象的概念內(nèi)涵、嚴謹?shù)目茖W命題和清晰的邏輯層次,因此諾瓦克最初把概念圖應用于研究兒童科學知識的掌握。但是隨著概念圖涵義的發(fā)展,概念圖的應用領域也越來越大,在人文學科上也得到了長足的發(fā)展。概念圖在教學上的豐富功能使得一些大型的跨國公司也開始使用概念圖進行管理,在培訓員工時使用概念圖,大大減少培訓時間,由此引發(fā)概念圖在社會應用的熱潮,概念圖逐漸被廣泛應用于公司決策、產(chǎn)品研發(fā)、人員管理等方面,收到良好的社會效益。

1.4 國內(nèi)對概念圖的研究現(xiàn)狀

我國從20世紀90年代未開始研究概念圖在教學中的應用,起步較晚,還處于介紹、引進階段,港臺地區(qū)則相對發(fā)展較快。但我國近年來與概念圖相關的論文和著作越來越多,如:廣西師范大學出版社在2007年出版了中學階段各個科目的概念地圖和圖析題典,對中學知識進行系統(tǒng)化的基本整理;胡小勇在2008年出版了《概念圖教學實訓教程》,系統(tǒng)地介紹概念圖教學應用的理論和方法;李曉鵬在2008年出版了國內(nèi)首部漫趣版《思維導圖學習法》,詳細介紹運用思維導圖解題的方法，由此可見,概念圖的研究已經(jīng)引起我國越來越多專家學者的注意。

總的來說,我國對概念圖的研究既有一定的成果也有很多需要提高的地方。從概念圖引入我國到發(fā)展至今,國內(nèi)的專家學者一直積極吸收外國的研究成果與實踐經(jīng)驗,密切關注國外的研究動態(tài),從不同視角切入,對概念圖進行全方位、多層次的研究,豐富了我們教育、教學的理論。但是,我國對概念圖的理論研究還不夠深入,通過在期刊網(wǎng)上搜索可以發(fā)現(xiàn),大多數(shù)發(fā)表的論文都是介紹、推廣性質(zhì),很少結合教學理論去分析、開發(fā)概念圖作用。其次,我國對概念圖的實證研究不足,對概念圖的探討停留在理論的層次,沒有結合實際教學工作進行研究。理論對實踐具有指導作用,實踐對理論具有反作用。我們對概念圖的研究積累了一定的理論知識,但是實踐是檢驗真理的唯一標準,我們引進來的理論是否符合我國國情,是否收到理想的教育效果,概念圖的推廣還存在什么問題，這些都要在實踐中探索其解決方法,才可以促進概念圖在我國的發(fā)展。

2 概念圖的類型及其制作方法

一般來說,概念圖可以根據(jù)其所包含概念的數(shù)量分為微觀概念圖、中觀概念圖和宏觀概念圖三種類型,使用者在制作概念圖的過程中,可以根據(jù)實際情況選擇適當數(shù)量的概念進行創(chuàng)作。在教學過程中,由于教學課時安排、學生需求等客觀因素的限制,教師在課堂上所繪制的概念圖所包含的概念都不多,我們可以把這樣的概念圖稱為微觀概念圖。在復習的時候,一章書或一個知識模塊的內(nèi)容可以整合在一張概念圖內(nèi),這時候這張概念圖所包含的概念比較多,這樣的概念圖可以稱為中觀概念圖。幾章書或幾個知識模塊間如果有密切聯(lián)系,那么它們可以整合成為一張更大的概念圖,而這樣的概念圖則可以稱為宏觀概念圖。

早期的概念圖是用手工繪制的,后期才逐漸發(fā)展為軟件制作?？偟膩碚f,概念圖的制作過程沒有嚴格、固定的模式可循,但是,在制作的時候,可以從以下幾個方面綜合考慮:

1)明確知識范圍。在制作概念圖的時候,首先要明確知識范圍,熟悉所要制作知識的具體內(nèi)容,在頭腦中初步建立起對這一知識內(nèi)容的認知結構;

2)選擇概念并分層。劃定概念圖的知識范圍后,要選擇合理的概念進行建構,確定其中的關鍵概念,利用發(fā)散思維,逐步確定下一級主題,分清各個概念的主次、從屬關系;

3)草擬概念圖的層級布局。概念圖可以根據(jù)“縱向分層、橫向分支”的原則,對其層級布局進行設計,使整張概念圖條理清晰、關系明了,同時在腦海中的知識結構也具有層次化;

4)實施連接。確定概念圖的層級布局后,在需要標示層級意義關系的地方添加連接詞,挖掘圖中可以交叉連接的概念,培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力;

5)反思交流與擴充完善。初步制作出對某一知識領域的概念圖后,可以通過自己反思或者與其他同學交流,檢驗圖中概念是否有缺漏,連接是否恰當,布局是否合理,并且在以后的學習中還可以對其進行擴充完善,使自己在這一知識范圍內(nèi)建立起良好的認知結構。

在具體制作概念圖的過程中,由于微觀概念圖所包含的概念數(shù)量不多,直接用手工繪制即可達到滿意的效果。不過,宏觀概念圖所包含的概念數(shù)量眾多,概念之間的連接復雜,整體布局也可能需要作多次的調(diào)整,因此從易于修改和布局清晰的角度考慮,宏觀概念圖適合用軟件制作。中觀概念圖位于兩者之間,可以根據(jù)實際情況選擇手工繪制或者軟件制作。

3 概念圖在教學中的應用

3.1 概念圖在教學中應用的理論基礎

概念圖從剛開始作為一種評價工具被人研究,發(fā)展到一種教學技能與教學策略,其教育功能不斷地被人們開發(fā)、利用,收到了良好的教育效果。概念圖應用于教學領域,其理論基礎主要有如下3個方面[4]:

1)視覺教育理論。據(jù)測試,人們接受信息的時候,83%是通過視覺獲得的,因此在教學的過程中,也需要一種能夠表征知識體系中知識點之間聯(lián)系的視覺化工具,而概念圖恰好可以起到這樣的作用。概念圖通過將思維以視覺化的方式呈現(xiàn),促進學習者對事物的形象認知,加深對知識的理解深度,理清知識間的聯(lián)系,優(yōu)化學習效果;

2)認知工具觀。認知工具觀是由美國教學設計專家喬納森提出的,它是指可以幫助人們完成認知任務,增強人們在思考問題、解決問題及學習過程中認知能力的工具。概念圖是對特定主題知識結構的視覺化表征,是一種促進認知和語義建構的腦力工具,學生應用概念圖可以獲得充分的感知信息,產(chǎn)生意義建構,從而促進學生認知能力與創(chuàng)新能力的發(fā)展;

3)學習支架理論。支架教學是建構主義教學理論中的一種重要教學策略,在支架教學中,通過提供支架或支持來促進學習者的發(fā)展,通過臨近發(fā)展區(qū),促使學習者完成自己無法獨立完成的任務。概念圖可以通過某種特定的圖示來隱含特定的思維結構關系,為教學者和學習者提供使用的加工信息的認知支架。

3.2 概念圖在教學中的應用優(yōu)勢

1)區(qū)別于傳統(tǒng)測評的評價優(yōu)勢。早在1983年,諾瓦克曾選擇7年級的學生作為研究對象,把他們的概念圖成績與傳統(tǒng)標準化考試的成績進行比較。根據(jù)測試結果計算,傳統(tǒng)的標準化考試成績和概念圖測試成績的相關系數(shù)很低,這顯示出概念圖所測查的能力正是傳統(tǒng)測評無法測出的。概念圖不僅考查學生對知識整體把握能力,還可以考查學生對知識之間有機聯(lián)系的理解程度,突出對學生歸納能力和理解能力的考查。由于認識到概念圖在評價學生認知能力的優(yōu)勢,近年來我國在標準化考試中,概念圖作為一種新型題,在中考、高考的試卷上也逐漸出現(xiàn)它的身影。

2)輔助教師進行教學設計。教師在備課的時候,可以借助概念圖聯(lián)系緊湊、條理清晰的特點進行教學設計,使自己對課堂有整體的把握,課堂的每一環(huán)節(jié)的聯(lián)系也更為緊密。在對一個章節(jié)或知識模塊的內(nèi)容進行備課的時候,教師可以通過概念圖把握整個章節(jié)或知識模塊的內(nèi)在聯(lián)系,站在高觀的角度去安排知識點的講解。

3)促進學生進行有意義學習。由前面概念圖的制作過程可以看出,學生在制作概念圖的同時,也會對頭腦中相關概念重新進行組合、連接,主動尋找新舊概念間的意義關系,把新概念納入到原有的認知結構,進行有意義學習。學生對概念進行交叉連接,發(fā)現(xiàn)不同分支間的意義連接,常?？梢源龠M學生的創(chuàng)造性思維,提高學生的綜合能力。學生反思概念圖的時候,也是一個溫故知新、反省提高的過程,有利于提高學生自主學習的能力。

4)高效做筆記,提高課堂效率。東尼·伯贊認為傳統(tǒng)做筆記有埋沒關鍵詞、不易于記憶、浪費時間和不能有效刺激大腦等四大不利之處。概念圖與傳統(tǒng)直線式的記錄方法不同,它以可視化的圖示建立起各個概念之間的聯(lián)系,突出關鍵概念以及概念之間的聯(lián)系,是一種簡單有效的思維工具。應用概念圖做筆記,不但可以節(jié)省做筆記的時間,還可以提高學生對關鍵問題的注意力,把握重難點,從而提高課堂效率。

5)小組合作,促進頭腦風暴。自主學習、合作學習和探究學習是我國基礎教育課程改革中極力倡導的三種學習形式,在這三種學習形式中,概念圖都可以找到“用武之地”。在進行頭腦風暴的時候,運用概念圖可以對思維進行正確的導向,使發(fā)散思維始終緊緊圍繞著關鍵問題去展開。小組討論的時候,用概念圖去組織、記錄大家的觀點,可以提高討論的效率,從中發(fā)現(xiàn)小組共同的觀點,找到解決問題的最佳方法。

[1]希建華,趙國慶.“概念圖”解讀:背景、理論、實踐及發(fā)展——訪教育心理學國際著名專家約瑟夫·D·諾瓦克教授[J].開放教育研究,2006(12):4-8.

[2]沈建強.概念圖與思維導圖的比較[J].浙江現(xiàn)代教育技術,2007(8):34-35.

[3]賀雙桂.高中數(shù)學概念地圖[M].南寧:廣西師范大學出版社,2007:16-32.

[4]胡小勇.概念圖教學實訓教程[M].南京:南京師范大學出版社,2008:7-8.

[5]杜偉宇,季春陽,梁紅.概念圖在測評中的應用——一種現(xiàn)代認知心理學的測評方法[J].寧波大學學報,2004(2):26-27.

[6]李曉鵬.思維導圖學習法[M].北京:中國城市出版社,2008:80-86.