知识学习中可视化技术应用

1.4.4　知识学习中可视化技术应用

建构主义理论认为知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境中，借助他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资源，通过意义建构方式获得的。概念图支持并实现了有意义学习理论和建构主义模式。有意义学习理论明确区分了机械学习和有意义学习。有意义学习的精髓是将新的知识同化到已有的认知结构中，新的知识只有与已有的认知结构联系起来才有意义。在学习过程当中，每个人都可以根据自己的经验构建概念图，并能将建立的概念图与他人分享，甚至可以多个人协作构建同一个概念图。而当构建者发现了新知识、需要改变知识结构时，可以通过在概念图上增加新概念、新关系和新命题，改变等级结构和交叉关系来实现。

（1）GetSmart系统

GetSmart系统（Byron Marshall等，2003）是美国国家科学数字图书馆项目的一个组成部分，利用概念图集成了搜索工具和课程支持工具，可以帮助个人、群体以及社区进行知识开发。GetSmart的设计目标包括教育和数字图书馆设计两个方面。教育目标包括具体支持有效学习策略，简易系统开发与培训，支持对学习者的评价等；数字图书馆设计目标包括从灵活的平台中提供内容，集成检索与概念图绘制，支持存取外部资源，支持从外部资源中产生新知识等。

GetSmart的体系结构包括课程构件、检索构件、概念图构件、学习过程构件等部分，如图1-20所示。

课程构件提供获取课程相关正式信息的途径，主要包括课程相关的通知、课程大纲、课程教学目标、作业布置内容、项目信息、课程资源等内容。课程构件给出了学习的目标和要求，与一般电子学习平台的设计类似。

图1-20　GetSmart系统的体现结构

检索构件基于元搜索框架提出，并支持检索式（Queries）及检索后分析（Post-retrieval Analysis）功能。在响应检索请求时，一方面从收藏的资源中，即课程资源，匹配相关的资源；另一方面从其他搜索引擎和数字图书馆中收集相应资源，例如ACM、AltaVista、CITIDEL、eBizProt等。另外，针对检索结果列表中的资源，提供了后分析功能，主要是自动摘录和自动分类两项处理。

概念图构件包括一系列概念图管理功能和一个概念图绘制Applet。概念图管理功能主要包括文件夹操作（包括新建、删除及重命名文件夹），概念图操作（包括新建、删除及重命名概念图），高级概念图操作（包括提交概念图、打印概念图及以XML格式导入/导出概念图）。概念图绘制Applet窗口则提供制作概念图的界面，其中，还专门提供了协作机制，通过锁定机制概念图来同步多个用户对同一个概念图的操作。

学习过程构件允许用户回顾自己所绘制的概念图以及检索历史。用户可以查看概念图活动，如最近执行的动作、提交时间、概念图数量、节点数量、关系数量以及相关资源。检索历史则显示最近执行的10次检索及其结果。

用户使用过程是：①通过课程构件了解课程信息；②在学习过程当中，利用检索构件查询所需要的资源；③学习、吸收检索到的资源，结合课程要求利用概念图构件将个人知识表示出来；④学习过程中，还可以成立小组协作构建概念图；⑤用户提交自己构建的概念图，系统进行存储。

GetSmart高度支持自主式的资源型学习模式，不仅为用户提供了检索知识资源的检索接口，还提供了概念图绘制工具促进用户学习的完成。但是，GetSmart没有将概念图与检索得到的资源链接起来，用户不能根据自己绘制的概念图直接定位相关资源。

（3）CNT系统

CNT（Concept Navigation Tool）则实现了利用用户绘制的概念图来导航课程资源（McClellan,J.H.等，2004）。CNT采用三层体系结构：①底层是数据层，利用mySql数据库存储课程的相关资源，主要有相关专家提供；②中间层用PHP实现，实现数据库与顶层概念图的无缝连接；③顶层是概念图，完成概念图的绘制及利用概念图检索资源，如图1-21所示。

由以上分析，可以得到以下结论：

（1）将可视化技术应用到专家系统中，可以表达复杂的知识结构，将知识的人脑表示方式与外部形式化表达结合起来，获取更多的专家知识。

（2）将可视化技术应用到群体决策中，可以表达决策过程中产生的大量知识和信息，引导参与成员进行发散性思维，获取更多的备选方案并做出评价。

图1-21　CNT系统的体现结构

（3）将可视化技术应用到知识门户构建，可以组织和呈现企业的复杂知识结构体系，高效集成各项知识资源，并能让用户方便地根据需要进行选取。

（4）将可视化技术应用到知识学习中，可以为用户提供更为便捷的知识检索通道，并能提供一定的工具支持用户学习的过程，高效完成知识的吸收。