概念圖及其應用

概念图及其应用
吴晓郁 上海教育科学研究院



概念图是一种用节点代表概念、连线表示概念间关系的图示法。康乃尔大学的Joseph D. Novak博士根据Ausubel的学习理论在1960年代着手研究概念图技术，并使之成为一种教学的工具。事实上，概念图的用途极其广泛。它除了用作辅助学生学习的工具外，还是教师和研究人员分析评价学生对知识的理解和构建的方法，也是人们产生想法（头脑风暴），设计结构复杂的超媒体、大网站以及交流复杂想法的手段。
一、概念图的理论基础
概念图的理论基础是Ausubel的学习理论。Ausubel认为新知识的学习取决于新旧知识能否达到意义的同化。换言之，知识的构建是通过已有的概念对事物的观察和认识开始的。学习就是建立一个概念网络，不断地向网络增添新内容。Ausubel的另一个重要观点是有意义学习。为了使学习有意义，学习者个体必须把新知识和学过的概念联系起来。新知识必须和学习者现有的认知结构产生相互作用。有意义学习与死记硬背截然不同。尽管死记硬背也能把新信息纳入知识的结构，但是，它缺乏新知识与知识结构的相互作用。死记硬背固然对记忆事物的顺序有用，可是，它无法帮助学习者理解事物之间的联系。而有意义学习能使学习者认识概念之间的关系。不管采用哪一种教学策略，死记硬背和有意义学习都有可能发生。接受式学习和发现学习都可能导致有意义学习。因此，问题并不一定在信息呈现的方式上，而是新信息怎样与已有知识结构整合，这是实现有意义学习的关键。Ausubel的第三个主要观点是概念有不同的深度，可以非常笼统，也可以非常具体。而且，笼统的概念中包含着不太笼统的概念，在这些不太笼统的概念中又含有相当具体的概念。所以，根据概念具体的程度可以渐进地对概念进行区别。Ausubel认为，学习者应会辨别新概念的层次。根据层次，把这些概念放入他们知识结构中相应的位置上。
Ausubel的“先行组织者”（ advance organizer）是一种广泛使用的传递大量学科知识的方法。他主张用一幅“大的图画”，首先呈现最笼统的概念，然后逐渐展现细节和具体的东西。他认为，如果教师在学生开始学习课文前用这种形象化的手段呈现知识要点，可以帮助学生在新旧知识之间建立联系。同时，也有利于学生按阶段进行学习。
用概念图来考察学生组织和理解知识的变化，强调学生知识构建的过程时，概念图与建构主义的学习观是一致的。
二、如何构建概念图
制作概念图可以使新旧知识之间、概念之间的关系清晰可见，迫使学习者将这些关系外化。从这个意义上说，概念图帮助学生了解知识的结构，了解知识构建的过程。这就是帮助学生学会学习。那么，怎样构建概念图？
根据Novak博士的介绍，要确定一篇研究报告、一章内容的主要概念，或哪怕想到某一门学科的概念，第一步是必须列出概念。有人觉得把概念写在卡片上，便于移动，对构成概念图很有帮助。
第二步是把含义最广、最有包容性的概念放在图的顶端。可是，有时要确定含义最广、最有包容性的概念比较困难。这时，可以注意一下概念的背景，或了解概念出现的顺序也会有帮助。
第三步，继续往下写，以增加更多具体的概念。但Novak博士向教师建议，任何一个概念下面不要有三个以上连接的概念。用线条把概念连接起来，并用连接词语注明连线。概念间的连线可以是单向、双向或无方向的。 连接词语应能说明两个概念之间的关系。这种说明语可视为一句陈述，或叫命题。连线使概念之间建立了意义。当许多相互联系的概念捏到一起时，就看到了这方面知识的意义。
第四步，寻找概念图不同部分概念之间交叉连线的联结，并标明连接线。
第五步，把说明概念的具体例子写在概念旁。
对同一组概念可以画出许多不同形式的概念图。所以概念图的画法不是一种。随着对概念之间关系理解的变化，概念图也会发生变化。
学生制作的概念图一例

三、概念图的应用
概念图是创作的工具。 画一幅概念图好比经历一次头脑风暴。当一个人把自己的想法顺利地写下来时，想法会变得更加清晰，头脑也会接受新想法。这些新的想法可能与已经写下来的想法有联系，而且会引发新的念头。
概念图是超文本设计的工具。 由于万维网已变得日益强大，是无处不在的信息传播媒介，因此，作家必须改变线性的写作方式，去创建与其它文件相联系的超文本格式文件。超文本的设计与概念图在结构上相似，这就使概念图成为超文本概念结构设计非常合适的工具。超文本和概念图结构可视为一幅指导图或知识图。如果概念图上有可点击的区域，以超文本格式放在网上的概念图就可用作网的导航工具。
概念图是交流的工具。 一个人制作的概念图代表了一种组织信息或思想的方法。它是可以被其他人共享的东西。一组人制作的概念图代表了集体的思想。无论哪一种情况，概念图可用作人们讨论概念和概念之间关系的交流的工具。他们可以设法赞同一个共同的结构，以此作为下一步行动的基础。
概念图是学习工具。 Novak 研究概念图的初衷是用来帮助学习。建构主义的学习理论认为，要记住知识、并懂得意义，那么，新知识就应当与现有的知识结构整合。概念图的作用是促进这个过程的形成。这是因为概念图可以把整合的过程清晰地呈现出来，并使学习者看到概念之间的关系。研究发现，在学习中使用概念图的学生，在较长一段时间以后，其知识的保持超过不用概念图学习的学生。用画概念图和看概念图学习的学生，他们的知识面也比用死记硬背来学习的学生宽，更能解决问题。研究人员还发现，当学生试图用图来表示知识的理解时，他们最肯动脑筋。
概念图是评价的工具。 概念图还可用作评价的工具。Novak 博士的研究小组发现，通过概念图可以了解学习者在解释内容时被误解的概念。学生对概念的理解常常出现不完全或者有缺陷，结果造成了误解。学生画的概念图表达了他们对概念正确的或错误的理解，有助于教师诊断被学生误解的概念，以致影响教学效率的原因。
四、概念图的评价标准
Novak 和 Gowin（1984）提出了概念图分析记分的四条标准：命题 （每个有效命题记1分），层级（每个有效的级为5分），交叉连接（每个有效的、有重要意义的交叉连接记10分。虽然有效，但不反映命题或相关概念组之间的综合则记2分），例子（概念图有效的例子记1分）。
Cleare（1983）在研究中采用的标准与上述标准相同，只是在分数的分配上有些差别。后来Wallace 和Mintzes（1990）的研究在上述四条标准的基础上又增加了一个标准——分支，并建议每个分支记1分。
Markham、Mintzes和Jones (1994)认为，分支的记分应根据形成分支的层级来定。第一层上的分支记1分，以后每个层级上的分支记3分。
Liu（1994）认为，Schreiber等人的记分方法不仅包括了概念图的命题和有层级的结构，而且对概念图组成部分的实际效度与隐含效度之比进行测量。这就便于用含有四个不同变量的数学等式来计算总分。
由此可见，记分法由于对概念图各组成部分的权重不同而有所不同。评分者通常要对有效性和精确性或组成部分的重要性作一些调整。结果使同一概念图的得分因评分者不同而有差别。所以，Liu认为在使用这种记分法时，应当估计到评分人之间的信度可能不是很高。
像Novak 这样的分析记分在评价有具体概念或比较结构化的任务时，是有用的。但是，用它来评价开放性任务时，就很难了。而Schreiber 和 Abegg 的评分方法又太复杂，不便于中小学教师使用。所以，根据Novak 和 Gowin (1984) ，以及Wallace 和 Mintzes等人确定的六个标准设计的一个评分表作为评价工具，是概括性较强的整体分析评分的方法，教师也比较容易接受。 考虑到区分度的问题，评分一般按4（最完全、有效）——0（缺失或无效）五个等级记分。六条标准及其定义是：
1. 命题：在概念之间建立起有意义的联系；
2. 层级：最高层的概念分解成若干有效的层级，从最一般到最具体；
3.分支：从最高层的概念分解出最概括的概念或下一层概念；
4.交叉连接：不同分支中的下一层概念之间的联结整合是有效的、有意义和重要的；
5.例子：最能区别次一级的概念；
6.概念化程度：理解最高层概念和与之相连接的次级概念的程度。
五、在线概念图制作及评分系统
概念图制作软件可以用来组织概念、进行头脑风暴，把想法构成图形。图中的节点形状可由用户预先设置，连线可以是直线也可以是弧线，再贴上注释标签，箭头可以放在任意一边。每一样东西的颜色也都可任意设定。
加利福尼亚大学的美国国家评价、标准和学生测试研究中心（CRESST）用在线制作知识概念图和评分系统研究学生的概念理解与发展过程。CRESST的做法是建立一个网站，将有关数据库的使用与知识图的构建整合起来。该网站支持学生、教师和专家的知识图的制作与维护，提供实时评分结果和知识图的报告。CRESST用数据库收集一段时间内学生的概念图，并保持连续的记录，这样就可以产生整个知识形成情况的报告。再将报告转变成标准的HTML格式，使用户可以用浏览器在网上浏览。
学生在线制作的知识图将由三个不同的系统进行评分：（1）将学生的知识图和五位专家和教师的知识图进行对比，可获得一个总分，以了解学生总的概念理解的情况；（2）专家对学生知识图中每一个命题的精确性和复杂水平打一个质量分，以了解学生对哪些概念之间关系的理解发生了变化和发展的情况；（3）对互相连接进行评分，以考察学生知识图中概念间相互连接的水平。这三个分数结合起来便可以了解到学生概念理解的实质和发展过程。
概念图制作系统用Java语言编写。要考察的概念都列在菜单内，学生只需用鼠标器点击概念术语，就可以将概念添加到图内。再从另一个菜单中选择所要用的连接语（按字母顺序排列），就形成了命题。例如，生理学的概念有身体、大脑、呼吸系统、循环系统、血液等等，连接语为吸收、控制、分泌、构成、制造等等。研究人员和教师事先对一整套概念和连接语都作了界定。菜单中的概念只允许学生使用一次，而菜单中的概念间的连接语，学生可根据自己的需要使用。