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概念图的知识及其研究综述

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概念图是盛行于国外特别是欧美国家的一种教学形式。人们对概念图的研究经久不衰,据作者向美国教育资源信息中心(ERIC——Educational Resources Information Center)查询,从1984年以来,以概念图作为研究对象的文献多达664篇,而且呈逐年增多趋势(见图1)。在国际互联网上,概念图网页或跟概念图有关的文章多达一百多万项。但在国内,却很少有介绍概念图的文章。究竟什么是概念图?概念图在国外的研究现状如何?

一、概念图的知识

1.什么是概念图
概念图又可称为概念构图(concept mapping)或概念地图(concept maps)。前者注重概念图制作的具体过程,后者注重概念图制作的最后结果。现在一般把概念构图和概念地图统称为概念图而不加于严格的区别。概念图是用来组织和表征知识的工具①。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。
概念(concepts)、命题(propositions)、交叉连接(cross-links)和层级结构(hierarchical frameworks)是概念团的四个图表特征。概念是感知到的事物的规则属性,通常用专有名词或符号进行标记;命题是对事物现象、结构和规则的陈述,在概念图中,命题是两个概念之间通过某个连接词而形成的意义关系;交叉连接表示不同知识领域概念之间的相互关系;层级结构是概念的展现方式,一般情况下,是一般、最概括的概念置于概念图的最上层,从属的概念安排在下面②。某一领城的知识还可以考虑通过超级链接提供相关的文献资料和背景知识。因此,概念图是表示概念和概念之间相互关系的空间网络结构图。图2就是概念图的一个实例,并清楚地阐述了概念图的上述四个特征。
从图中还可以看出,概念图的图表结构包括节点(又称结点)、连线和连接词三个部分。节点就是置于圆圈或方框中的概念。连线表示两个概念之间的意义联系,连接可以没有方向,也可以单向或双向。位于上层的概念通常可以引出好几个知识分支,不同知识领域或分支间概念的连线就是交叉连接(又称横向联系),交叉连接常常形成方向性意义,也是产生创造性思维的关键之处。连接词是置于连线上的两个概念之间形成命题的联系词。如“是”、“包括”、“表示”等。

2.概念图的由来及理论依据
概念图最早是在20世纪60年代由美国康奈儿大学诺瓦克(Joseph D.Novak)教授等人提出,但概念图这一概念名词的确定却是在20世纪80年代③。
20世纪60年代初期;行为主义理论还在北美盛行,由于行为主义理论不能很好的解释区别于低级动物的人是如何获得知识的,奥苏贝尔(David P.Ausubel)于1962年第一次提出关于人的学习的认知理论,并在第二年发表的《有意义的言语学习心理学》一书中对该理论作了精辟的论述④。奥苏贝尔认为,人的学习应该是意义学习,影响学习的最主要因素是学习者已掌握的知识,当学习者有意义学习的乙向,并把所要学的新知识同原有的知识联系起来时,意义学习便发生了。奥苏贝尔甚至在其最有影响的著作《教育心理学:一种认知观》(1968年再版)的扉页上写道:“如果我不得不把教育心理学的所有内容简约成一条原理的话,我会说:影响学习的最重要的因素是学生已知的内容。弄清了一点后,进行相应的教学。”⑤
奥苏贝尔同时对概念的形成和同化进行了区分,认为意义学习的心理机制是同化,除了学龄前儿童,学生的学习都是通过概念同化习得新概念的。概念的上位关系、下位关系和组合关系的层级排列最终形成了学生的认知结构。
奥苏贝尔的理论受到了社会的广泛关注。但是,如何知道学生已经掌握了哪些知识?诺瓦克教授根据意义学习和概念同化理论开发了概念图这样一种新工具,并首先在研究儿童能够理解诸如能量、细胞和进化等抽象概念的过程中进行了应用。很快他们发现,该工具同样可以用于教学设计和帮助学生进行有意义的学习,由此导致了对概念图更深入的研究。
后来的研究表明,现代的认知主义学习理论和建构主义学习理论都非常好的支持概念图教学的意义。令人惊奇的是,被誉为构建21世纪教育新模式的信息技术和脑科学,也为概念图的正确性和无比广阔的应用前景提供了大量的事实说明。
例如,现代脑科学发现,人的大脑是有大约140亿个神经元组成,每个神经元都与其他的神经元形成功能网络。人类对大脑的认识已经发展到泛脑网络阶段,泛脑网络学说认为,人的大脑可从宏观到微观分为回路、神经元群、神经元及分子序列四级层次的网络⑥。人的学习、记忆和思维正是通过这样一个网络系统来进行的。概念图的结构特征充分地符合了这一人脑的生理机制。

3.如何制作概念图
概念图的制作没有严格的程序规范,如果要学习制作一个好的概念图,一般可以通过以下几个步骤来实现②:
(1)选取一个熟悉的知识领域
学习制作概念图,非常重要的一点是从学习者熟悉的知识领域开始。既然概念图的建构必须依靠对上下文知识的运用,所以最好选取学习者试图理解掌握的一段课文、某个实验活动、或者一个实际的问题。如此形成的背景知识有助于确定概念图的层级结构。
(2)确定关键概念和概念等级
一旦知识领域选定了,接下来便是确定关键概念,并把它们一一列出来。然后对这些关键概念进行排序,从最一般、最概括的概念到最特殊、最具体的概念依次排列。虽然这样的排列是很粗糙的,但能帮助我们确立概念图的结构。
(3)初步拟定概念图的纵向分层和横向分支
在这一步骤中,可以把所有的概念写在活动的纸片上,然后把这些纸片按照概念的分层和分支在工作平台(如黑板、卡纸)上进行排列,初步拟定概念图的分布。利用活动纸片的好处就是允许学习者移动概念以修改概念图的层级分布。当然,用计算机软件制作概念图更好一些,因为它不仅能让我们修改概念图,还允许我们直接打印、制作一个精美的概念图,或者以e-mail的方式进行传送和交流。
(4)建立概念之间的连接,并在连线上用连接词标明两者之间的关系
概念之间的联系有时很复杂,但一般可以分为同一知识领域的连接和不同知识领域的连接。特别是交叉连接是判断一个概念图好坏的重要标准之一。交叉连接是不同知识领域概念之间的相互关系。交叉连接需要学习者的横向思维,也是发现和形成概念间新关系,产生新知识的重要一环,所以,从这一点来看,构建概念图也是一项极好的创造性工作⑥。当然,任何概念之间都可以形成某种联系,我们应该选择最有意义并适合于当前知识背景的交叉连接。
(5)在以后的学习中不断修改和完善
有了初步的概念图以后,随着学习的深入,学习者对原有知识的理解是会加深和改变的,所以,概念图应不断的修改和完善。诺瓦克认为好的概念图一般要修改三次以上,甚至更多,所以,计算机在这一点上具有优势。
图3是概念图制作的一个实例。

二、概念图的研究现状

概念图在国内的研究不多见,从掌握的资料来看,港台地区发展较快。例如台湾,从1997年开始计算,以概念图作为关键词的博、硕士论文多达36篇。在内地,如果对概念图的研究发展可以概括为介绍、引进、应用和研究的话,那么现时还处于介绍、引进阶段。
国外从20世纪60年代提出概念图到现在,相关的研究已经比较丰富和成熟。如美国的《科学教育研究》杂志(Journal of Research in Science Teaching)在1990年第四季度专门出版了一期“概念图面面观”(Perspectives on concept mapping)。在西方国家,概念图是中小学教学中很常用的一个方法,有着很好的教学效果。随着建构主义理论的发展和网络学习的普及,概念图的时代特征更为明显,推广概念图已成为许多国家的教育改革策略之一。
国外对概念图的研究发展可以概括为以下几个特征:
1.功能上的扩展,从评价工具到教学技能、教学策略
概念图最初的目的是为了测定学习者已有的知识,所以它是一种评价的工具。后来,人们发现作为工具的概念图,在教学上的意义远不止是评价原有知识和错误概念,它同时也是学习的工具、创造的工具、合作的工具、超媒体设计的工具、课程和教学设计的工具。概念图蕴涵着如此丰富的教学功能,使很多研究者渐渐脱离了概念图狭隘的工具观,而把概念图作为一种教学的技能和策略。研究发现,教学者和学习者如果掌握了制作概念图的技能,就可以大大提高教和学的水平。概念图同时也是一种学习的策略和元认知策略,能帮助学生进行有意义学习,提高反省认知,最终使学生学会学习。值得一提的是,在建构主义学习理论视野下,概念图还是学生建构知识不错的脚手架(scaffold)。
2.范围上的扩展,从中观概念图到微观概念图、宏观概念图
概念图的制作总是要选取一段包含诸多概念的知识内容,为便于教学,所选的知识点包含的概念数目一般不是很大。我们把这样的概念图称为中观概念图。但随着概念图功能的扩展,如在课程设计中,一个概念图所包含的概念数可以上百个,甚至更多,我们把这样的概念图称为宏观概念图(macro concept maps)。在宏观概念图中,选取某个概念再次利用概念图进行更详细的表征和说明,这样的概念图我们称之为微观概念图(micro concept maps)。随着电脑技术的发展,不但使概念图的制作变得极为方便,而且还可以方便的为概念和命题提供超级链接,所以在电脑网络上,微观概念图一般存在于超级链接的文本中。当然,超级链接可能更多的时候并不是以概念图的形式出现,而是以超媒体(hypermedia)的形式为概念进行更多说明。
3.领域上的扩展,从科学学科到其他学科、社会应用
诺瓦克教授领导的研究小组,最初把概念图应用于研究儿童科学知识的掌握,因为,科学知识相对具有抽象的概念内涵、丰富的逻辑层次和严谨的科学命题。但很快,概念图的研究范围便超出了科学的范围而扩展到各个学科,甚至被社会上的方方面面所研究利用。如新产品的设计、市场的开发、管理问题的解决等等,只要一个复杂的问题需要被明确的表达或解决,概念图是一个很好的方法。
4.技术上的扩展,从手工制作到电脑软件、网络技术
概念图可以手工制作,现在还可以利用电脑软件进行编制。利用电脑软件制作概念图有许多优点,如修改方便,界面漂亮,可以直接打印,可以网上学习交流等。鉴于概念图的巨大应用前景,市场上可以编制概念图的软件多达十几种,如(amp2.0、Inspiration、Activity Map、Mind Manager、Mindman、Axon Idea Processor5.0、CoCo Systems Decision Explorer等。
网络的发展使世界变成村落,使学习资源变得极为丰富,如何在浩渺的信息世界中有效的学习,知识高度浓缩和结构化的概念图也许能为网络教育提供参考的模式(如概念图导航模式)。在许多国家、利用互联网的技术优势,可以在网上实行概念图的师生交互学习和同伴合作学习,一般由网络管理者(教师)提供知识内容和有关背景知识,要求各个网络终端(学生)制作概念图并递交,制作过程中可以通过BBS进行网上讨论和即时评论,以此促进学习者学会学习⑦。
如果说概念图使知识由一维线性表征形式转变为二维平面表征形式的活,那么有了电脑网络技术的概念图已经把知识延伸为三维的立体网络空间,这不能不说是知识呈现的一次革命。

三、概念图的教学含义

1.概念图作为一种教与学的工具
一般的研究者都把概念图看作一种工具(tools),诺瓦克就是用它来检测儿童的原有知识和抽象概念,所以,它是一种评价工具。传统的评价方法只能考查学习者的离散知识,而概念图却可以检测出学习者的知识结构及对知识间相互关系的理解。如国际教学界正在研究讨论一种新的“构作概念图”试题,希望以此来弥补旧的评价模式的不足。进一步的研究发现,概念图不仅是评价的工具,也是课程和教学设计的工具,超媒体设计的工具,合作的工具,创造的工具,知识建构的工具……如在课程设计中,康奈尔大学的Ednondson认为:“概念图在将内容图式化过程中,是一种有效的工具。它能使各学科的内容进行很好的衔接。”
2.概念图作为一种教与学的技能
概念图作为一种教的技能,已经被许多的教师掌握和应用,并取得了很好的效果。同样,概念图也能以适当的方式传授给几乎所有的学生,成为学生学习的技能。
3.概念图作为一种教与学的策略
概念图作为一种教的策略,国内外的研究者都发现,概念图能有效地改变学生的认知方式,大面积提高学生的学习成绩,切实地提高教师的教学效果,特别是在科学学科教学中,如生物教学中,效果十分显著③。
概念图作为一种学习的策略,能促进学生的意义学习,合作学习和创造性学习,最终使学生学会学习。对学生来说,概念图能促使他们整合新旧知识,建构知识网络,浓缩知识结构,从而使学生从整体上把握知识。概念图还可以作为一种元认知策略,提高学生的自学能力,思维能力和自我反思能力。
尽管概念图的研究和应用在国外已经比较成熟和普及,但真正要求教师和学生必须掌握概念图技能的还不多。最近(2000年),诺瓦克在互联网上发表文章认为:学校的教学变革总是太慢,概念图在接下来的一、二十年中,才会有实质性的进展,除非教育部门下决心把概念图作为教学和评价的内容要求教师和学生,否则只能寄希望于未来。看来,对概念图的认识、研究和应用还任重道远。

注释:
①Joseph.D.Novak & D.B.Gowin(1984):Learning How to Learn.New York and Cambridge,UK:Cambridge University Press.
②Joseph.D.Novak(2000):The Theory Underlying Concept Maps and To Construct Them,Internet.
③徐洪林:《生物学中引入概念图策略的研究》,2001年,硕士论文,北京师范大学。
④高文著:《教学模式论》,上海教育出版社2002年2月第1版,第190至215页。
⑤施良方著:《学习论》,人民教育出版社1994年5月第1版,220至249页。
⑥沈德立主编:《脑功能开发的理论与实践》,教育科学出版社2001年6月第1版,第4至9页。
⑦吴伟硕:《网路合作概念构图系统之发展》,2001年硕士论文,台湾台南师范大学。
⑧裴新宁:《概念图及其在理科教学中的应用》,《全球教育展望》,2001年第8期。


作者:朱学庆 来源:本站转载 发布时间:2005年02月21日
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