教育中的变革性应用/CmapTools - Dan
概念图是一种使用框表示概念，用线表示概念之间链接的图或图表。概念图在商业和教育领域都被用来关注项目或工作流程的离散元素，展示复杂论点的相互关联，以及帮助教授几乎任何学科。概念图可以追溯到 20 世纪 50 年代，当时企业和政府会在大型纸张上绘制概念图，作为隔离系统或项目的所有单个组成部分的一种方式。其中一个概念图是广泛的火星任务图，由 NASA 作为教育和公关工具创建。如今，数字概念图已在 K-12 教育以及高等教育中找到了重要的应用。
本维基将重点关注数字概念图在教育中的应用。
CmapTools 是一种由康奈尔大学的约瑟夫·诺瓦克和佛罗里达人类与机器认知研究所的阿尔贝托·卡纳斯共同开发的概念图。他们想要一种更精确的方法来捕捉儿童在科学方面的概念理解是如何发展起来的。
使用CmapTools，人们可以绘制代表概念或想法的框，以及连接两个或多个框的线；这些线在中心有一个词，解释了概念之间的关系。关系词通常是动词。该图也是按层次结构排列的，更一般的概念位于顶部，向下移动到更具体的概念。该图还应该从一个焦点问题开始，该问题可以在保存图时定义。[1] 每个节点或框也可以附加一个链接，该链接可以将人们带到该概念的示例或更详细的信息（例如，网站、视频或视频、另一个概念图）。因此，概念图旨在以易于阅读的格式显示关于定义某一问题或问题的完整列表，包括想法以及它们之间的关系。
CmapTools 是开源软件，可以免费下载并安装到 PC、MAC、Linux 和 Solaris 上。当今运行的大多数计算机都满足其硬件要求。它还嵌入在一个相当庞大的网络基础设施中。用户可以将他们的 Cmap 本地保存，也可以将其上传到 Cmap 服务器，世界各地的其他用户可以看到它们，以及在获得适当权限的情况下修改它们。权限是通过一个非常易于使用的参数屏幕授予的。任何 Cmap 都可以立即转换为网页，以便那些没有安装CmapTools 的人查看，或在自己的网站上显示 Cmap。因此，该软件本身具有较低的学习曲线。理解概念图理论也有一条学习曲线；更多内容请参见下文。
在开发CmapTools 时，诺瓦克和卡纳斯借鉴了心理学家大卫·奥苏贝尔的同化学习理论。根据该理论，学习被定义为将我们目前掌握的概念与新的概念在区分和协调的过程中联系起来：在这个过程中，人们会看到新概念是如何与其他概念既不同又相关的。进行这些区分的过程会使每个概念更加丰富或更具整合性，因为每个概念现在都变得更加精确。奥苏贝尔还说，学习最好是与已知内容联系在一起的。最后，奥苏贝尔还说，当我们思考嵌入其整体环境中的想法时，我们学得最快：将一般想法和特定想法放在同一页面上。[2]
概念图（以及我们将在下面讨论的其他映射工具）之所以有效，是因为它们使一组想法和关系变得可见或显式。当学生可以轻松地看到系统中的所有想法和关系时，他们可以更容易地理解它们、将它们彼此关联起来、修改或修改它们，以及记住它们。简而言之，这就是促进深度学习而不是表面学习的东西。概念图也有助于大大减少认知负荷：将所有想法、关系和命题都放在一页上（而不是嵌入到段落中），有限的记忆资源会释放出来，用于更有成效的工作。最后，地图还通过被称为图标记忆增强以及可能通过双重编码来服务于记忆和处理。图标记忆是大脑在通过视觉线索布局时保留认知材料的能力。双重编码是指当大脑呈现离散单位时，这些单位也是按层次结构排列的，据说会发生增强的保留。[3]
在任何教育工作中使用CmapTools 之前，该工具的创建者建议遵循以下指南
1) 记住，地图始终是教学计划的辅助工具；地图本身不是学习课程：在整个教学计划的背景下使用地图，利用它们来跟踪、复习和扩展教学计划和课堂活动。2) 始终定义一个可量化的重点问题（即不仅仅是一个主题），概念图将对其进行解释；3) 向学生提供 10 到 15 个可能在最终地图中使用或不使用的概念（这些概念放在所谓的“停车场”中）4) 按层次结构或重要性顺序向学生提供上述概念；5) 为任何概念提供一个或两个示例链接，以显示它们的样子；6) 让学生开始构建地图，将概念与尽可能精确的连接词联系在一起，并从一般到具体地在地图上绘制连接词。重要提示：让学生知道他们不必按此顺序思考概念（在地图上在一般和具体之间来回互动是CmapTools的优势之一）；7) 让学生在地图上寻找不同知识领域之间的联系；8) 让学生分享并思考修改地图。
概念图似乎没有内在的限制，可以解决或补充什么主题。它们的学科范围可以从物理学（“核裂变发电站如何运作”或“航天飞机推进系统的一部分如何运作”）到天文学（“火星任务如何定义了对红色星球上过去和现在生命的搜索参数”）再到哲学和历史（“柏拉图的《斐多》对知识来源说了什么”）。
CmapTools可以并且已经以以下方式被教师有效地使用
• 用于预测试和教学计划的开发：在这里，学生被要求创建一个与教学计划的一部分相关的问题地图，然后教师可以了解学生的先验或先决知识，从而将新材料与学生已经知道的知识整合起来。
• 用于后测试或评估/评价：地图可用于比较学生在课程中学习了什么。在进行评估时，教师可以将学生的最终概念图与教师或专家地图进行比较，或者与学生自己的预测试地图进行比较。一组研究人员已经很好地描述了比较标准（使用不同的概念映射工具），但仍然有些犹豫。[4]
• 以“知识汤”的形式使用CmapTools。这些是连接的地图，允许学生讨论他们尚未发布的地图部分。学生通常在课堂上以两人一组的形式进行合作，然后通过 Cmap 界面与同一班级或远处的其他学生就他们想发布的一些概念进行聊天/讨论。学生可以互相搭台阶，教师也可以将注意力集中在个人身上，从而使评估更容易。
• 与上面的要点相关，CmapTools可以作为协作工具。作为创建自己地图的预先组织者，学生可以搜索CmapTools网络中大量 Cmap。搜索引擎似乎足够强大，可以根据关键字查找材料。此外，当学生创建自己的地图时，他们可以研究与自己的地图相似的其他地图，在那里他们可能会发现补充自己的地图的额外节点，或者需要修改的地图部分。后来，与他们自己的地图有些不同的其他地图可能有助于学生掌握知识广度。CmapTools还提供工具，允许对地图进行讨论和评论/注释。这种互动都是以一种不具威胁的方式进行的，因为对地图的贡献是匿名的。
其他示例活动，主要与高等教育环境相关，已被提出
• 在概念图中分析课程读物。在这里，作者建议在构建地图之前应完成读物。这样的地图可以证明学生对读物的理解。
• 使用概念图进行头脑风暴或规划研究论文。在这里，学生被提供了一个重点问题，但除此之外，要求他们从头开始规划论文或实验。一位研究人员看到使用CmapTools来概述论文，取得了非常令人印象深刻的结果。[5]
• 使用概念图将理论与实践联系起来。在某些领域，从理论到实践可能特别困难。作者以医学学生绘制概念图为例，将疾病的起源和过程与治疗方案联系起来。
CmapTools的变革潜力
[edit | edit source]Mezirow 十多年前就发展了变革学习理论，但如今它在教育工作者中得到了新的认可。简而言之，变革学习理论指的是人类通过某种意想不到的或新的看待事物的方式，“意识到自己有限的或扭曲的观点”。[6] 这也可能包括向新视角敞开心扉，或找到新的方式从世界中获得意义。Cranston 指出，我们期望事物像过去一样发生在世界上；如果我们过去无法很好地表达某件事或理解它，我们期望我们还会再次这样做。当通过某种教学策略或某种工具，我们作为学习者改变了我们的学习过程时，就会发生转变。这种转变可能涉及以下部分或全部内容：a) 反思我们从未意识到的关于某个主题或学科领域的假设，以看到它们的来源以及持有它们的
某些软件应用程序可能比其他应用程序更具变革性。这些应用程序拥有以下部分或全部特性：它们灵活，这意味着它们可以用于各种环境和任务；它们提供自我批判性反思的机会；它们为协作和社会互动提供开放的渠道；它们支持解决问题的原始方法；它们易于访问，这意味着它们是免费或廉价的，可以在任何数字设备上运行，并且相对易于学习和使用。最后一点也是具有变革性的，因为软件越容易安装和使用，它就越能与人类已经拥有的智力和社会装备整合在一起。
许多人会同意CmapTools是一个变革性的应用程序。它以以下方式具有变革性：它揭示了我们对某个主题或问题的想法的组成部分，使我们能够反思或表达我们对问题的看法，或者这些想法的最终后果可能是什么，甚至可以修改我们想法或论点部分的各种方式。它还通过协作功能具有变革性：它可以向我们敞开心扉，让我们了解他人的观点（事实上，来自世界各地），这些观点可能会让我们迷失方向，最终拓宽和扩大我们的观点。关于协作，由于对 Cmap 的贡献是匿名的，因此学生还可以准备好以更诚实和更少的恐惧的方式进行互动。这种功能尤其可以帮助内向的学生。最后，它可以成为一个具有较短学习曲线和成本不会阻止任何学生在任何环境中使用的工具（例如，在家中使用）。最后一点要说明的是，CmapTools不能在所有方面都具有变革性：正如 Jonassen 指出的那样，CmapTools不允许对自己的想法进行修改；像 Stella 这样的组合概念映射和建模工具将以更好的方式为这种有意义的学习服务。
其他软件映射工具
[edit | edit source]如今，一个网站列出了不少于 45 种不同的应用程序，它们被称为概念图、图表工具、论证图、思维导图工具和大纲工具（www.phil.cmu.edu/projects/argument_mapping/）。它们都有相似之处，但也有一些明显的区别，这些区别可能使它们更适合于特定的学习练习。一些与商业领域（例如项目规划）比教育更相关。它们可以从思维导图（它应该是一种更自由的联想练习，最终比概念图更不线性，缺乏普遍性）一直到论证图（它具有严格的层次结构和较低的普遍性）。[7]
论证图
论证图的优点是使用内置工具来表示推理论证的各个部分。论点用绿色表示，反对意见用红色表示，反驳意见用其他颜色表示。此外，颜色根据创建者认为它们有多强而具有不同的色调或饱和度。还有一些其他对象可以定义每个单独论点的强度因素——例如，已接受前提的复选标记，不确定性的问号和已拒绝前提的 X。还有一些不同的图标代表每个前提/共同前提的“基础对象”——例如专家意见、统计数据、出版物和示例。论证图的优势集中在概念图为我们做的事情的相同类型的事情上：隔离漏掉的假设，减少认知负荷，增强记忆。论证图是一种较新的发展，但有一些研究表明，学生使用一种名为 Rationale（位于 http://www.austhink.com ）的工具后，批判性思维能力有显着提高。
确实，经过一些修改，概念图可以实现一些论证图的功能（例如，在每个节点框中放置更多文本，删除链接标签并添加颜色编码）。然而，概念图可能会因此失去其最初创建的功能。论证图的独特之处在于它遵循推理论证的路径，从最初的论点向下延伸到前提和共同前提，再向下延伸到支持前提的支撑主张，再向下延伸到支撑主张和结论的基础——即不言自明的原则、例子、专家意见、统计数据等。概念图并非旨在展示论证，而是展示系统中所有想法及其相互关系；这就是为什么与论证图的框不同，概念节点框中几乎没有内容。概念图旨在实现比论证图更不具体的用途。
然而，论证图也存在局限性。它们目前没有内置任何功能来帮助学生或思考者区分谬误推理和有效推理。总的来说，正如戴维斯指出的，论证图将对教育环境的意义越来越小，因为在学生开始构建论证之前，他们需要定义围绕论证更大背景的事物，例如论证的范围或文化变化对论证前提和反对意见的影响。总之，概念图可能在教育中更广泛地使用（甚至作为构建论证图的前提），而论证图则局限于哲学、演讲和修辞学课程。
Austhink 主页 Rationale 的开发人员。
概念资源指南 关于概念图的类型及其实现的页面
- ↑ Novak & Cañas (2006)。概念映射工具的起源…信息可视化杂志。
- ↑ Novak & Cañas (2008)。概念图背后的理论及其构建方法。可在以下网址获取 http://cmap.ihmc.us/Publications/ResearchPapers/TheoryUnderlyingConceptMaps.pdf .
- ↑ Davies, W. M. (2008)。概念映射、思维导图和论证图：它们有什么区别？检索自 ERIC。
- ↑ O’Donnell, Dansereau 和 Hall，(2002)。知识图作为认知处理的脚手架。教育心理学评论
- ↑ Anderson-Inman & Horney，(1996)。基于计算机的概念映射：使用视觉思维工具增强识字能力。青少年和成人识字杂志。
- ↑ Cranston。(2002)。面向转型的教学。检索自 ERIC。
- ↑ Davies, W. M. (2008)。