教育中的變革性應用/CmapTools - Dan
概念圖是一種使用框表示概念，用線表示概念之間連結的圖或圖表。概念圖在商業和教育領域都被用來關注專案或工作流程的離散元素，展示覆雜論點的相互關聯，以及幫助教授幾乎任何學科。概念圖可以追溯到 20 世紀 50 年代，當時企業和政府會在大型紙張上繪製概念圖，作為隔離系統或專案的所有單個組成部分的一種方式。其中一個概念圖是廣泛的火星任務圖，由 NASA 作為教育和公關工具建立。如今，數字概念圖已在 K-12 教育以及高等教育中找到了重要的應用。
本維基將重點關注數字概念圖在教育中的應用。
CmapTools 是一種由康奈爾大學的約瑟夫·諾瓦克和佛羅里達人類與機器認知研究所的阿爾貝託·卡納斯共同開發的概念圖。他們想要一種更精確的方法來捕捉兒童在科學方面的概念理解是如何發展起來的。
使用CmapTools，人們可以繪製代表概念或想法的框，以及連線兩個或多個框的線；這些線在中心有一個詞，解釋了概念之間的關係。關係詞通常是動詞。該圖也是按層次結構排列的，更一般的概念位於頂部，向下移動到更具體的概念。該圖還應該從一個焦點問題開始，該問題可以在儲存圖時定義。[1] 每個節點或框也可以附加一個連結，該連結可以將人們帶到該概念的示例或更詳細的資訊（例如，網站、影片或影片、另一個概念圖）。因此，概念圖旨在以易於閱讀的格式顯示關於定義某一問題或問題的完整列表，包括想法以及它們之間的關係。
CmapTools 是開源軟體，可以免費下載並安裝到 PC、MAC、Linux 和 Solaris 上。當今執行的大多數計算機都滿足其硬體要求。它還嵌入在一個相當龐大的網路基礎設施中。使用者可以將他們的 Cmap 本地儲存，也可以將其上傳到 Cmap 伺服器，世界各地的其他使用者可以看到它們，以及在獲得適當許可權的情況下修改它們。許可權是透過一個非常易於使用的引數螢幕授予的。任何 Cmap 都可以立即轉換為網頁，以便那些沒有安裝CmapTools 的人檢視，或在自己的網站上顯示 Cmap。因此，該軟體本身具有較低的學習曲線。理解概念圖理論也有一條學習曲線；更多內容請參見下文。
在開發CmapTools 時，諾瓦克和卡納斯借鑑了心理學家大衛·奧蘇貝爾的同化學習理論。根據該理論，學習被定義為將我們目前掌握的概念與新的概念在區分和協調的過程中聯絡起來：在這個過程中，人們會看到新概念是如何與其他概念既不同又相關的。進行這些區分的過程會使每個概念更加豐富或更具整合性，因為每個概念現在都變得更加精確。奧蘇貝爾還說，學習最好是與已知內容聯絡在一起的。最後，奧蘇貝爾還說，當我們思考嵌入其整體環境中的想法時，我們學得最快：將一般想法和特定想法放在同一頁面上。[2]
概念圖（以及我們將在下面討論的其他對映工具）之所以有效，是因為它們使一組想法和關係變得可見或顯式。當學生可以輕鬆地看到系統中的所有想法和關係時，他們可以更容易地理解它們、將它們彼此關聯起來、修改或修改它們，以及記住它們。簡而言之，這就是促進深度學習而不是表面學習的東西。概念圖也有助於大大減少認知負荷：將所有想法、關係和命題都放在一頁上（而不是嵌入到段落中），有限的記憶資源會釋放出來，用於更有成效的工作。最後，地圖還透過被稱為圖示記憶增強以及可能透過雙重編碼來服務於記憶和處理。圖示記憶是大腦在透過視覺線索佈局時保留認知材料的能力。雙重編碼是指當大腦呈現離散單位時，這些單位也是按層次結構排列的，據說會發生增強的保留。[3]
在任何教育工作中使用CmapTools 之前，該工具的建立者建議遵循以下指南
1) 記住，地圖始終是教學計劃的輔助工具；地圖本身不是學習課程：在整個教學計劃的背景下使用地圖，利用它們來跟蹤、複習和擴充套件教學計劃和課堂活動。2) 始終定義一個可量化的重點問題（即不僅僅是一個主題），概念圖將對其進行解釋；3) 向學生提供 10 到 15 個可能在最終地圖中使用或不使用的概念（這些概念放在所謂的“停車場”中）4) 按層次結構或重要性順序向學生提供上述概念；5) 為任何概念提供一個或兩個示例連結，以顯示它們的樣子；6) 讓學生開始構建地圖，將概念與儘可能精確的連線詞聯絡在一起，並從一般到具體地在地圖上繪製連線詞。重要提示：讓學生知道他們不必按此順序思考概念（在地圖上在一般和具體之間來回互動是CmapTools的優勢之一）；7) 讓學生在地圖上尋找不同知識領域之間的聯絡；8) 讓學生分享並思考修改地圖。
概念圖似乎沒有內在的限制，可以解決或補充什麼主題。它們的學科範圍可以從物理學（“核裂變發電站如何運作”或“太空梭推進系統的一部分如何運作”）到天文學（“火星任務如何定義了對紅色星球上過去和現在生命的搜尋引數”）再到哲學和歷史（“柏拉圖的《斐多》對知識來源說了什麼”）。
CmapTools可以並且已經以以下方式被教師有效地使用
• 用於預測試和教學計劃的開發：在這裡，學生被要求建立一個與教學計劃的一部分相關的問題地圖，然後教師可以瞭解學生的先驗或先決知識，從而將新材料與學生已經知道的知識整合起來。
• 用於後測試或評估/評價：地圖可用於比較學生在課程中學習了什麼。在進行評估時，教師可以將學生的最終概念圖與教師或專家地圖進行比較，或者與學生自己的預測試地圖進行比較。一組研究人員已經很好地描述了比較標準（使用不同的概念對映工具），但仍然有些猶豫。[4]
• 以“知識湯”的形式使用CmapTools。這些是連線的地圖，允許學生討論他們尚未釋出的地圖部分。學生通常在課堂上以兩人一組的形式進行合作，然後透過 Cmap 介面與同一班級或遠處的其他學生就他們想釋出的一些概念進行聊天/討論。學生可以互相搭臺階，教師也可以將注意力集中在個人身上，從而使評估更容易。
• 與上面的要點相關，CmapTools可以作為協作工具。作為建立自己地圖的預先組織者，學生可以搜尋CmapTools網路中大量 Cmap。搜尋引擎似乎足夠強大，可以根據關鍵字查詢材料。此外，當學生建立自己的地圖時，他們可以研究與自己的地圖相似的其他地圖，在那裡他們可能會發現補充自己的地圖的額外節點，或者需要修改的地圖部分。後來，與他們自己的地圖有些不同的其他地圖可能有助於學生掌握知識廣度。CmapTools還提供工具，允許對地圖進行討論和評論/註釋。這種互動都是以一種不具威脅的方式進行的，因為對地圖的貢獻是匿名的。
其他示例活動，主要與高等教育環境相關，已被提出
• 在概念圖中分析課程讀物。在這裡，作者建議在構建地圖之前應完成讀物。這樣的地圖可以證明學生對讀物的理解。
• 使用概念圖進行頭腦風暴或規劃研究論文。在這裡，學生被提供了一個重點問題，但除此之外，要求他們從頭開始規劃論文或實驗。一位研究人員看到使用CmapTools來概述論文，取得了非常令人印象深刻的結果。[5]
• 使用概念圖將理論與實踐聯絡起來。在某些領域，從理論到實踐可能特別困難。作者以醫學學生繪製概念圖為例，將疾病的起源和過程與治療方案聯絡起來。
CmapTools的變革潛力
[edit | edit source]Mezirow 十多年前就發展了變革學習理論，但如今它在教育工作者中得到了新的認可。簡而言之，變革學習理論指的是人類透過某種意想不到的或新的看待事物的方式，“意識到自己有限的或扭曲的觀點”。[6] 這也可能包括向新視角敞開心扉，或找到新的方式從世界中獲得意義。Cranston 指出，我們期望事物像過去一樣發生在世界上；如果我們過去無法很好地表達某件事或理解它，我們期望我們還會再次這樣做。當透過某種教學策略或某種工具，我們作為學習者改變了我們的學習過程時，就會發生轉變。這種轉變可能涉及以下部分或全部內容：a) 反思我們從未意識到的關於某個主題或學科領域的假設，以看到它們的來源以及持有它們的
某些軟體應用程式可能比其他應用程式更具變革性。這些應用程式擁有以下部分或全部特性：它們靈活，這意味著它們可以用於各種環境和任務；它們提供自我批判性反思的機會；它們為協作和社會互動提供開放的渠道；它們支援解決問題的原始方法；它們易於訪問，這意味著它們是免費或廉價的，可以在任何數字裝置上執行，並且相對易於學習和使用。最後一點也是具有變革性的，因為軟體越容易安裝和使用，它就越能與人類已經擁有的智力和社會裝備整合在一起。
許多人會同意CmapTools是一個變革性的應用程式。它以以下方式具有變革性：它揭示了我們對某個主題或問題的想法的組成部分，使我們能夠反思或表達我們對問題的看法，或者這些想法的最終後果可能是什麼，甚至可以修改我們想法或論點部分的各種方式。它還透過協作功能具有變革性：它可以向我們敞開心扉，讓我們瞭解他人的觀點（事實上，來自世界各地），這些觀點可能會讓我們迷失方向，最終拓寬和擴大我們的觀點。關於協作，由於對 Cmap 的貢獻是匿名的，因此學生還可以準備好以更誠實和更少的恐懼的方式進行互動。這種功能尤其可以幫助內向的學生。最後，它可以成為一個具有較短學習曲線和成本不會阻止任何學生在任何環境中使用的工具（例如，在家中使用）。最後一點要說明的是，CmapTools不能在所有方面都具有變革性：正如 Jonassen 指出的那樣，CmapTools不允許對自己的想法進行修改；像 Stella 這樣的組合概念對映和建模工具將以更好的方式為這種有意義的學習服務。
其他軟體對映工具
[edit | edit source]如今，一個網站列出了不少於 45 種不同的應用程式，它們被稱為概念圖、圖表工具、論證圖、思維導圖工具和大綱工具（www.phil.cmu.edu/projects/argument_mapping/）。它們都有相似之處，但也有一些明顯的區別，這些區別可能使它們更適合於特定的學習練習。一些與商業領域（例如專案規劃）比教育更相關。它們可以從思維導圖（它應該是一種更自由的聯想練習，最終比概念圖更不線性，缺乏普遍性）一直到論證圖（它具有嚴格的層次結構和較低的普遍性）。[7]
論證圖
論證圖的優點是使用內建工具來表示推理論證的各個部分。論點用綠色表示，反對意見用紅色表示，反駁意見用其他顏色表示。此外，顏色根據建立者認為它們有多強而具有不同的色調或飽和度。還有一些其他物件可以定義每個單獨論點的強度因素——例如，已接受前提的複選標記，不確定性的問號和已拒絕前提的 X。還有一些不同的圖示代表每個前提/共同前提的“基礎物件”——例如專家意見、統計資料、出版物和示例。論證圖的優勢集中在概念圖為我們做的事情的相同型別的事情上：隔離漏掉的假設，減少認知負荷，增強記憶。論證圖是一種較新的發展，但有一些研究表明，學生使用一種名為 Rationale（位於 http://www.austhink.com ）的工具後，批判性思維能力有顯著提高。
確實，經過一些修改，概念圖可以實現一些論證圖的功能（例如，在每個節點框中放置更多文字，刪除連結標籤並新增顏色編碼）。然而，概念圖可能會因此失去其最初建立的功能。論證圖的獨特之處在於它遵循推理論證的路徑，從最初的論點向下延伸到前提和共同前提，再向下延伸到支援前提的支撐主張，再向下延伸到支撐主張和結論的基礎——即不言自明的原則、例子、專家意見、統計資料等。概念圖並非旨在展示論證，而是展示系統中所有想法及其相互關係；這就是為什麼與論證圖的框不同，概念節點框中幾乎沒有內容。概念圖旨在實現比論證圖更不具體的用途。
然而，論證圖也存在侷限性。它們目前沒有內建任何功能來幫助學生或思考者區分謬誤推理和有效推理。總的來說，正如戴維斯指出的，論證圖將對教育環境的意義越來越小，因為在學生開始構建論證之前，他們需要定義圍繞論證更大背景的事物，例如論證的範圍或文化變化對論證前提和反對意見的影響。總之，概念圖可能在教育中更廣泛地使用（甚至作為構建論證圖的前提），而論證圖則侷限於哲學、演講和修辭學課程。
Austhink 主頁 Rationale 的開發人員。
概念資源指南 關於概念圖的型別及其實現的頁面
- ↑ Novak & Cañas (2006)。概念對映工具的起源…資訊視覺化雜誌。
- ↑ Novak & Cañas (2008)。概念圖背後的理論及其構建方法。可在以下網址獲取 http://cmap.ihmc.us/Publications/ResearchPapers/TheoryUnderlyingConceptMaps.pdf .
- ↑ Davies, W. M. (2008)。概念對映、思維導圖和論證圖：它們有什麼區別？檢索自 ERIC。
- ↑ O’Donnell, Dansereau 和 Hall，(2002)。知識圖作為認知處理的腳手架。教育心理學評論
- ↑ Anderson-Inman & Horney，(1996)。基於計算機的概念對映：使用視覺思維工具增強識字能力。青少年和成人識字雜誌。
- ↑ Cranston。(2002)。面向轉型的教學。檢索自 ERIC。
- ↑ Davies, W. M. (2008)。