摘要：知識可視化教學(xué)是利用可視化工具將知識進行視覺表征，通過視覺感官更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進知識有效傳播，進而激發(fā)學(xué)生的探究欲望，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，全面提高課堂教學(xué)質(zhì)量。地理信息科學(xué)服務(wù)于國土空間規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與保護、防災(zāi)減災(zāi)與應(yīng)急事件、農(nóng)業(yè)發(fā)展與農(nóng)情監(jiān)測等重點領(lǐng)域，將知識可視化教學(xué)方法引入地理信息科學(xué)教學(xué)課堂體系中，運用可視化工具方法對教學(xué)內(nèi)容進行分析處理，打造“以學(xué)為本”的創(chuàng)新性教學(xué)實施方案，促進理論知識過硬、實踐能力較強的應(yīng)用型人才培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：地理信息科學(xué)；知識可視化；知識可視化教學(xué)；教學(xué)

中圖分類號：G642

2023年，教育部會同國家發(fā)展改革委等部委印發(fā)的《普通高等教育學(xué)科專業(yè)設(shè)置調(diào)整優(yōu)化改革方案》指出：以服務(wù)經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展為導(dǎo)向，建好建強國家戰(zhàn)略和區(qū)域發(fā)展急需的學(xué)科專業(yè)；加強教育系統(tǒng)與行業(yè)部門聯(lián)動，實現(xiàn)學(xué)科專業(yè)與產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈、人才鏈相互匹配、相互促進；要面向新農(nóng)業(yè)、新生態(tài)，服務(wù)支撐生態(tài)系統(tǒng)治理、新型城鎮(zhèn)化、鄉(xiāng)村建設(shè)等戰(zhàn)略需求［1］。地理信息科學(xué)是涉及多專業(yè)的交叉學(xué)科，在地理學(xué)、測繪學(xué)、計算機科學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上，不斷應(yīng)用智慧遙感、現(xiàn)代制圖、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，廣泛服務(wù)于基礎(chǔ)科學(xué)研究、生態(tài)文明建設(shè)、智慧城市、資源開發(fā)利用、實時環(huán)境監(jiān)測、防災(zāi)減災(zāi)、國防現(xiàn)代化建設(shè)等領(lǐng)域［2］。

知識可視化教學(xué)法是一種現(xiàn)代化的教學(xué)方法，能夠促進知識的吸收、經(jīng)驗知識的有效傳遞、知識的拓展延伸及創(chuàng)新。將知識可視化教學(xué)法引入地理信息科學(xué)課程，在一定程度上強化了“以學(xué)為本”的思想，且打破了以講授為主的教學(xué)方法，從而豐富了學(xué)生的認知途徑，降低了學(xué)生的認知負荷，最終提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時，知識可視化教學(xué)法借助視覺表征將知識更快速有效地傳遞給學(xué)生，有利于學(xué)生將所學(xué)知識內(nèi)化吸收，并推動知識在學(xué)生之間的傳遞及創(chuàng)新。筆者認為，將知識可視化教學(xué)法應(yīng)用到地理信息科學(xué)專業(yè)課程中，能夠促進教學(xué)達成理論知識傳授、實踐能力培養(yǎng)及正確價值觀塑造的三維教學(xué)目標(biāo)。

一、知識可視化教學(xué)法簡述

“可視化”（Visualization），中文譯為“視覺化、形象化和清楚地呈現(xiàn)”等，是一種將復(fù)雜信息轉(zhuǎn)換壓縮為人類能夠快速認識并加深對信息理解的手段。知識可視化是由馬丁·愛普和雷莫·布克哈德于2004年首次提出并進行了定義：利用計算機等工具，運用視覺表現(xiàn)手法，將數(shù)據(jù)、信息和知識轉(zhuǎn)化為視覺器官能夠直觀看到的圖、表、音頻等表示形式，幫助人類快速理解并促進兩個或兩個以上人之間的復(fù)雜知識傳遞和創(chuàng)造?？梢暬瘡娬{(diào)了數(shù)據(jù)、信息和知識被整理后的視覺特征表達，而知識可視化更注重知識、信息等經(jīng)過可視化表達以后內(nèi)容的傳播和創(chuàng)新，且能夠幫助人們對知識內(nèi)容進行重構(gòu)、理解及應(yīng)用。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，知識可視化作為一種將抽象知識轉(zhuǎn)換為圖形圖像的方法和技術(shù)也隨之不斷成熟。

國內(nèi)知識可視化教學(xué)法的研究起先關(guān)注于可視化教學(xué)工具的開發(fā)應(yīng)用，之后逐步擴展到數(shù)學(xué)、物理等大學(xué)理科課程教學(xué)中。多項研究表明，教學(xué)過程中將教學(xué)內(nèi)容與視覺表征進行整合，教學(xué)效果要優(yōu)于單一的視覺或文本內(nèi)容呈現(xiàn)［3］。筆者認為，借助知識可視化教學(xué)法，能夠幫助學(xué)生增強對知識的認知能力、理解知識點之間的聯(lián)系，從而建立知識結(jié)構(gòu)并可以從中發(fā)現(xiàn)新的關(guān)聯(lián)、新的知識。

知識可視化教學(xué)法并不是可視化方法技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域的簡單擴展，更重要的是一種教學(xué)思維方式的轉(zhuǎn)變［4］?；谥R可視化的教學(xué)過程是以雙重編碼、知識管理、圖式理論、腦科學(xué)研究等理論為依據(jù)，將復(fù)雜的教學(xué)素材及知識內(nèi)容按照一定的邏輯進行整合分析，并將教學(xué)過程以平面或三維立體圖等視覺形式表示出來。知識可視化教學(xué)法實現(xiàn)了文字表達、圖形設(shè)計、師生交流、學(xué)生之間傳遞等多個教學(xué)過程并行的整合，如概念圖、思維導(dǎo)圖等可視化教學(xué)過程，將文字知識形象化、層次化、視覺化，提高了信息傳達的感染力，并增強了教師與學(xué)生之間及學(xué)生與學(xué)生之間信息交流的效率。這樣豐富多樣的教學(xué)過程，使得學(xué)生積極參與到課堂學(xué)習(xí)中，提升了學(xué)習(xí)效果，更有利于學(xué)習(xí)問題的解決。

二、知識可視化教學(xué)法在地理信息科學(xué)專業(yè)課程中應(yīng)用的要求

地理信息科學(xué)作為一門交叉學(xué)科、前沿學(xué)科，涉及地理學(xué)、測繪學(xué)、遙感科學(xué)、計算機科學(xué)等，內(nèi)涵龐大豐富。在這種背景下，地理信息科學(xué)專業(yè)人才的培養(yǎng)既要達到多層次、立體化的專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，又要適應(yīng)經(jīng)濟社會和國家快速發(fā)展和需求。即堅持“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進”的教育理念［5］，立足于教育為社會主義現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)的教育方針，以培養(yǎng)“懂專業(yè)、熟業(yè)務(wù)、能創(chuàng)新、肯奉獻”的地理信息科學(xué)專業(yè)的多功能型人才?；谌瞬排囵B(yǎng)目標(biāo)，將知識可視化教學(xué)法應(yīng)用于地理信息科學(xué)專業(yè)課程，就需滿足以下要求。

（1）教師素養(yǎng)的提升：教師需要具備一定的地理信息科學(xué)專業(yè)知識，同時掌握可視化工具的使用技巧。教師應(yīng)接受相關(guān)培訓(xùn)，以熟練運用各種可視化工具和技術(shù)，如：思維導(dǎo)圖、地圖制作工具、虛擬現(xiàn)實（VR）等，只有教師具備這些能力，才能有效地將專業(yè)知識轉(zhuǎn)化為可視化教學(xué)資源，提高教學(xué)效果。

（2）教學(xué)目標(biāo)的確定：知識可視化教學(xué)法促進外顯知識生動化、內(nèi)隱知識外顯化、構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新知識傳遞等。首先明確教學(xué)目標(biāo)，分析在地理信息科學(xué)課程中需要通過可視化工具實現(xiàn)的具體教學(xué)目標(biāo)，比如是為了幫助學(xué)生理解復(fù)雜專業(yè)概念、梳理知識結(jié)構(gòu)、熟練數(shù)據(jù)分析、提升空間思維，還是為了培養(yǎng)專業(yè)實踐實操能力。

（3）教學(xué)內(nèi)容的選擇與設(shè)計：地理信息科學(xué)專業(yè)課程涉及復(fù)雜的地理過程及演變、多學(xué)科理論知識交叉滲透、地學(xué)前沿科學(xué)研究、技術(shù)性和實踐性操作等。在選擇可視化教學(xué)內(nèi)容時，教師應(yīng)充分考慮地理信息科學(xué)專業(yè)課程的特點，挑選出適合用可視化方法呈現(xiàn)的知識點。在設(shè)計可視化教學(xué)資源時，教師應(yīng)關(guān)注內(nèi)容的邏輯性和系統(tǒng)性，確保學(xué)生能夠通過可視化資源更好地理解知識體系。

（4）可視化工具的選擇：根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)選擇合適的可視化工具和軟件，應(yīng)支持多種可視化形式，以適應(yīng)不同的教學(xué)需求。盡量選擇界面友好、操作簡便的工具，尤其是對于初次接觸可視化工具的學(xué)生，工具過于復(fù)雜可能會影響使用效果。工具應(yīng)能提供高質(zhì)量的可視化效果，幫助學(xué)生更好地理解和吸收信息。

（5）教學(xué)方法的創(chuàng)新：知識可視化教學(xué)法要求教師在教學(xué)過程中采用互動式、探究式等教學(xué)方法，鼓勵學(xué)生參與可視化資源的制作與討論，通過實踐活動如制作地圖、分析空間數(shù)據(jù)等，既能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)生的實操能力和理解深度，也有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和團隊協(xié)作能力。

（6）教學(xué)評價的改革：知識可視化教學(xué)法強調(diào)過程評價，教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生在可視化教學(xué)過程中的表現(xiàn)，如分析問題、解決問題的能力，以及團隊協(xié)作和溝通能力。同時，教師還應(yīng)結(jié)合學(xué)生的可視化作品，評價其對地理信息科學(xué)知識的理解和應(yīng)用程度。

綜上所述，知識可視化教學(xué)法在地理信息科學(xué)專業(yè)課程中的應(yīng)用需要綜合考慮多方面因素，只有當(dāng)這些要求得到滿足時，知識可視化教學(xué)法才能在地理信息科學(xué)專業(yè)課程中發(fā)揮出應(yīng)有的作用，以實現(xiàn)最佳的學(xué)習(xí)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。

三、知識可視化教學(xué)法在地理信息科學(xué)專業(yè)課程中應(yīng)用的路徑

（一）以學(xué)習(xí)為主，知識可視化，強化課程理論教學(xué)

知識可視化教學(xué)法有助于提高地理信息科學(xué)專業(yè)教育的教學(xué)質(zhì)量。地理信息科學(xué)是一門綜合性學(xué)科，涉及地圖學(xué)、遙感、計算機科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多個領(lǐng)域，整體專業(yè)課程繁雜，理論知識儲備量較大，對學(xué)生的認知、理解及記憶能力要求較高。有效的教學(xué)需要教師將知識進行處理和轉(zhuǎn)換，幫助學(xué)生正確理解和高效吸收知識。通過知識可視化教學(xué)法將知識點以圖像、圖表等形式展示，可以將復(fù)雜的地理信息數(shù)據(jù)、概念和原理以圖像、圖表、動畫等形式展示，使得抽象的知識點具象化、直觀化，如在講解地球構(gòu)造、地形地貌等抽象概念時，可以制作相關(guān)的動畫或視頻，以便學(xué)生更加直觀地理解，幫助學(xué)生降低認知負荷，從而提高學(xué)生的理解和記憶能力，促進知識內(nèi)化［6］。知識可視化教學(xué)法有助于學(xué)生更好地理解和記憶地理信息科學(xué)的基本概念和原理。

研究表明，視覺記憶是以整合的方式存儲特征。視覺表征形式能夠?qū)崿F(xiàn)和幫助記憶的信息激活和提取。借助可視化工具進行教學(xué)，學(xué)生在進行學(xué)習(xí)記憶時，只需要完成學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)知識的存儲和長時記憶中關(guān)聯(lián)知識的提取，從而降低學(xué)習(xí)記憶在知識內(nèi)容加工方面的負擔(dān)。同時，知識化教學(xué)法幫助學(xué)生在舊知識基礎(chǔ)上建立新知識，使學(xué)生更直觀地認識到各知識點之間的聯(lián)系，形成知識結(jié)構(gòu)，從而加深對專業(yè)知識的理解和記憶。由此可見，在教學(xué)中應(yīng)用知識可視化教學(xué)法，能夠幫助學(xué)生減輕學(xué)習(xí)記憶的負荷，改善學(xué)生的學(xué)習(xí)記憶，提高學(xué)習(xí)效率。

基于可視化教學(xué)法的課堂主要圍繞學(xué)生開展教學(xué)活動，教師由主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的合作者，不斷強化學(xué)生對專業(yè)知識的理解以及自我探索能力，學(xué)生由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效果更好。除此以外，知識可視化教學(xué)法能夠在將龐雜的專業(yè)知識有效教授給學(xué)生的同時，也將思維、經(jīng)驗、價值觀等“隱性知識”傳授給學(xué)生。

（二）以學(xué)生為本，過程可視化，增強教學(xué)互動與討論

知識可視化教學(xué)法有助于促進地理信息科學(xué)專業(yè)課程互動與討論?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)以及多媒體設(shè)備的普及為教育教學(xué)提供了前所未有的便利。智慧教學(xué)環(huán)境構(gòu)建的高度智能化、互動性和個性化教學(xué)場所，提供了一個能夠支持教師和學(xué)生的教與學(xué)活動的環(huán)境。在智能教學(xué)環(huán)境內(nèi)實施知識可視化教學(xué)法，可以創(chuàng)造一個互動性更強、反饋更高效的學(xué)習(xí)氛圍。地理信息科學(xué)專業(yè)課程中涉及多個地理現(xiàn)象過程及發(fā)生機制，應(yīng)用知識可視化教學(xué)法通過多種互動工具進行展示，如使用虛擬現(xiàn)實（VR）、增強現(xiàn)實（AR）等技術(shù)來模擬地理現(xiàn)象和過程，提供更加沉浸式的學(xué)習(xí)體驗。學(xué)生可以通過觸摸屏或VR/AR設(shè)備直接與可視化內(nèi)容互動，仿佛身臨其境于地理環(huán)境中，增強學(xué)生與知識的互動性，從而更深入地理解和掌握知識。

知識可視化教學(xué)法鼓勵教師創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容和方法。教師可以利用在線協(xié)作平臺、多媒體制作軟件等，創(chuàng)作新的可視化教學(xué)資源，同時，學(xué)生可以在云端共享和協(xié)作創(chuàng)建可視化資源。鼓勵學(xué)生參與可視化資源的制作與討論，如：通過實踐活動如制作地圖、分析空間數(shù)據(jù)等，激發(fā)學(xué)生的參與度和興趣，促進教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的互動和討論，促進知識傳播和團隊合作。教學(xué)過程可視化可以增強課堂教學(xué)互動與討論，提高學(xué)生的參與度和思考能力，不僅提高了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果，還為學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)和全面發(fā)展提供了新的可能性。

（三）以學(xué)科為基，深化可視化，促進專業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)

知識可視化教學(xué)法有助于提高地理信息科學(xué)專業(yè)實踐操作能力。在地理信息系統(tǒng)操作、遙感技術(shù)應(yīng)用、地圖編制等實踐教學(xué)中施行知識可視化教學(xué)法，通過可視化工具和軟件展示數(shù)據(jù)處理、地圖制作、空間分析等環(huán)節(jié)，可以將實踐操作步驟以流程圖、示意圖等形式展示，使操作過程更加清晰、易懂。學(xué)生可以在掌握理論知識的基礎(chǔ)上，通過實踐操作，將知識內(nèi)化為實際技能。

地理信息科學(xué)專業(yè)課程注重學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，多參與項目業(yè)務(wù)才能更深入地理解專業(yè)知識，不斷提高實踐能力，通過知識可視化教學(xué)法，使用工具進行項目式學(xué)習(xí)和研究，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力和創(chuàng)新能力，同時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進度和參與度。教師可以更直觀地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和進展，及時調(diào)整教學(xué)策略。

通過知識可視化教學(xué)法，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的空間思維和空間認知能力。運用知識可視化工具能夠很好地將地理信息科學(xué)學(xué)科中的碎片化知識做系統(tǒng)處理，從空間區(qū)域尺度、時間序列尺度、宏觀到微觀尺度等多維度、多尺度、多層次，通過概念圖、流程圖、思維導(dǎo)圖、結(jié)構(gòu)圖等方式加以可視化呈現(xiàn)，有助于學(xué)生培養(yǎng)構(gòu)建空間結(jié)構(gòu)化思維。

綜上所述，知識可視化教學(xué)法能夠在地理信息科學(xué)專業(yè)課程中發(fā)揮重要作用，不僅能夠幫助學(xué)生更好地理解和掌握復(fù)雜的地理信息科學(xué)概念，還能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。同時，這也有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力，培養(yǎng)滿足國家和社會需求的地理信息科學(xué)專業(yè)人才。

結(jié)語

地理信息科學(xué)是支撐國家重大戰(zhàn)略發(fā)展的綜合性學(xué)科，從學(xué)科發(fā)展、社會服務(wù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等各個角度都迫切需要地理信息科學(xué)專業(yè)培養(yǎng)出高質(zhì)量的專業(yè)性、科研型、應(yīng)用型人才。知識可視化教學(xué)法在促進地理信息科學(xué)專業(yè)人才的專業(yè)能力培養(yǎng)方面具有重要意義，將知識可視化教學(xué)融入地理信息科學(xué)課程體系的教學(xué)中，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進而實現(xiàn)對學(xué)科知識的獲取、轉(zhuǎn)化、內(nèi)化、應(yīng)用。通過將知識可視化教學(xué)法融入地理信息科學(xué)專業(yè)課堂中，促進培養(yǎng)出理論知識扎實、實踐能力突出的專業(yè)型、科研型、應(yīng)用型多維度人才。

參考文獻：

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［6］李晶，郁舒蘭，劉瑋.降低課堂認知負荷的知識可視化研究［J］.電化教育研究，2017，03（38）：2428+40.

基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)人才發(fā)展基金“天池英才”引進計劃青年博士項目資助；新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金資助項目（2023D01B51）

*通訊作者：劉婕（1992—），女，漢族，河南駐馬店人，博士，研究方向：地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)。

作者簡介：毋兆鵬（1976—），男，漢族，陜西西安人，博士，教授，研究方向：旅游管理信息系統(tǒng)；趙楓（1973—），女，漢族，河南長葛人，碩士，高級實驗師，研究方向：綠洲可持續(xù)發(fā)展。