信息图形化表达助力学生深度学习
高智英
关键词：深度学习;信息图形化;表达
中图分类号：G434 ? ? ? 文献标志码：B ? ? ? ? ?文章编号：1673-8454（2019）18-0030-04
一、深度学习理论内涵
深度学习是当前信息化时代背景下一种重要而有效的学习方式和学习理念，是1976年由美国学者Ference Marton和Roger Saljo相对于浅层学习提出的一个概念。他们认为浅层学习是处于认知水平的以记忆、背诵为主的孤立的学习，而深度学习是以理解、联结、建构、迁移、创新等能力为主的更高思维层次的学习。
之后国内外专家对深度学习理论有多种描述，主要观点有深度理解说、理解迁移说、体验学习说、三元学习说等。[1]黎加厚教授从布卢姆的教育目标分类学出发率先阐释了深度学习的概念，指出“深度学习是在理解的基础上，学习者能够批判地学习新思想和事实，并将它们融入原有的认知结构中，能够在众多思想间进行联系，并能够将已有的知识迁移到新的情境中，做出决策和解决问题的学习”，认为理解与批判、联系与建构、迁移与应用是深度学习的三大特点。[2]
专家学者们对深度学习的理解虽然角度不同、各有侧重，但共同强调了学习者的深层动机、切身体验-高阶思维和深度理解-实践创新是深度学习的基本特质。由此可见，深度学习是基于内部动机的触及心灵深处的学习，是基于知识联结建构的深入知识内核的学习，是基于迁移应用的问题解决的学习，是基于批判整合的挑战创新的学习。基于深度学习的教学设计也应该注重课堂教学中的技术支撑、动机激发、人文渗透、思维引导等方面的内容，使用科学有效、合理可行的教育技术展现教学内容的本质以及知识的关系联结，促进学生自发主动地进行知识意义的理解建构、迁移应用和实践创新。[2]笔者通过自身教学和学习经验认为教学信息的图形化表达在很大程度上有利于学生进行高阶思维的深层次学习。
二、信息图形化表达的特征
信息图形化是将知识、信息、数据等通过图形、图像等进行表达与传播的方式，是信息的可视化表现形式。信息图形化可以是由某种单一的表格、图形、图像等结合文字、颜色等来表示事物的特征，也可以是各类相互叠加形成的复合型图形。从组织形式的角度来看，常见的基本类型有层级图、组块图、流程图、时序图等。教学信息图形化表达能够提取知识中的关键因素，并以一定的线索加以整理架构，使原本复杂的信息在传递过程中更为简洁直观、清晰明了，做到化繁为简。
信息图形化表达能够提高学生对教学信息的收集、整理、加工速度， 容易让学生理解接受，有利于激发学生深层学习的动机，驱动引导学生进行深层次的高阶思维，[3]其通常具有以下几个方面的特征：
1.非线性
信息图形化具有线性类型的特征，但非线性也是其明显的特征之一。非线性是以非顺序方式呈现知识，知识点之间相互连接成无中心、无边缘、立体化的网状结构，类似于人的大脑结构和血管组织。信息图形化将知识点用箭头线条等图形符号连接，互相之间关联交错，没有绝对固定的中心和边缘界限，符合非线性特征。
人类的知识结构本身以非线性为主，而信息图形化正是这样一种非线性表达技术，相对于语言和文字的线性特征更有助于拓展学习者的思路，促进思维的发散，拓展思维的广度，使学生以开放的网状结构思考和判断深层次的复杂问题。
2.结构性
图形化信息将文本信息以各种结构框架进行梳理，并以一定的线索加以归类、整理和架构，与人的逻辑思维相吻合。比如：层级图是最常见的表现群体关系的一种图表，它可以形象地反映出组织内各元素上下左右相互之间的关系和结构功能;组块化框图借助方框将相关信息进行分割，同时又显示其之间的各种关系，加强逻辑思维的可读性;流程图呈现事物处理的逻辑顺序，加快构成问题解决的思路。从思维的角度看，图形化的结构性呈现是知识内在逻辑性的体现，有助于学生从图形到内涵、结构到功能全面深入地审视、分析、理解知识的本质，思维更加缜密条理。
3.直观性
图形图像是仅次于文字的第二种信息表达形式。图形化信息比文本信息更加直观生动，能够运用形象化的方式把不容易理解的、抽象的、微观的信息直观地表现出来，简单有力迅速地传递教学信号。将教学信息中的关键因素提取出来，并用各种图形符号链接建立信息模型。首先从视觉上容易被学生感知，使其在第一时间捕捉到有价值的信息与知识;其次一些比较难的概念分析起来更加条理清晰，使大多数学生都容易理解;然后逐步引导学生由直观感知最终提升到抽象思考的理论高度。
4.系统性
信息图形化把多个内容、步骤或元素以一定的关系联结到一张图表中，形成一个或大或小的完整的知识系统。一个个小的图形化知识系統组合拓展成大的图形知识系统，看似动乱之中存在稳定，混沌之中存在秩序。利于学习者从系统的角度出发，分析整体与部分之间的相互联系、相互作用、相互制约，使自己的知识体系、问题处理等得到最优化的处理。利于学习者由整体到局部，再由局部到整体理解事物的全貌，协调好各内容之间的关系，把握知识系统的规律和命脉。
三、图形化表达对深度学习的促进作用
结合以上特征分析，教学信息图形化设计表达与深度学习内涵有诸多关联和契合点，对学生的深度学习有很大的促进作用。笔者将选取计算机类课程部分知识点为例加以具体说明：
1.信息图形化展现事物的层级和相互关系，促进理解应用
抠图是Photoshop（PS）的主要功能之一，其抠图工具有很多种，学生只有掌握各类工具的主要功能及其之间的关系，方可在抠图实践中对症下药、游刃有余。
图1呈现了PS抠图常用的几种工具，即选区工具、路径工具、色彩命令、通道以及蒙版。选区工具可以直接绘制规则或不规则形选区;路径工具可以精确灵活地绘制调节图形区域并且可以与选区相互转化;通道借用白、黑色画笔绘制或色阶调整把白色选区和黑色非选区进行对比处理，将白色作为不透明选区完全载入，灰色作为局部和半透明选区，黑色作为非选区，适用于抠取零乱的头发、半透明的婚纱等;魔棒和色彩范围命令针对颜色相同或相近的图像区域;蒙版命令可以在保护原图不变的前提下显示或隐藏图像区域，与通道原理相同。选区工具与其他工具都有直接或间接的联系且可以互相转化，使用虚线箭头连接并添加关系说明，可见抠图首要目标就是创建选区，故选区使用星号标出。
教学过程中，教师由简单关系到复杂关系向学生展示该图形并加以解释说明和演示操作，引导学生理解多种工具之间的内部关系，真正掌握工具的使用方法并融会贯通，在遇到实际图像时能够根据图像特征清晰判断并分别选用不同的工具命令，精准快速地进行图像的抠取。
2.信息图形化呈现程序设计原理模式，促进高阶思维
MVC是一种基于Javaweb開发的设计指导模式。Model层实现业务逻辑，View层显示用户界面，Controller层主要提供应用程序的处理过程控制。在MVC模式中三个层各司其职，一旦哪一层的需求发生了变化，就只需要更改相应层的代码而不会影响到其他层的代码。图2是J2EE企业项目分层概念中表现层的MVC框架，客户端向服务器发送请求，服务器先执行配置的前端控制器，前端控制器根据客户端的请求，将请求分发给应用控制器，应用控制器调用业务逻辑层执行业务，业务逻辑层调用集成层实现数据存储。应用控制器根据业务逻辑层的执行结果决定待显示的页面，前端控制器根据业务应用控制器选择的页面跳转到相应的页面资源，在页面资源中借助视图助手（标签）的帮助完成页面的显示，从而完成整个请求处理。
教师从视图表现入手，将其他层的功能逐步分离出来，随着系统业务的应用扩展以及学习的不断推进将架构图推导完善，直到最后形成一个完整优化的设计思路图。学生随着教师的引导不断进行新旧知识的建构联结，理解各模块功能及它们之间的相互关系，思维逐渐被驱动引导走向高阶深入，从而形成设计模式架构进而指导其编程实现过程。
3.信息图形化呈现信息处理流程，促进知识联结建构
计算机汉字信息的编码处理是微观不可见的过程，如果单纯用文字介绍各种概念，学生较难深入理解其原理。通过流程图为主的形式将汉字编码内部信息处理过程呈现，让学生明白计算机内部汉字的处理过程。如图3所示，由键盘等输入设备选择一种输入法得到汉字的输入码即机外码，再由输入码找到区位码，区位码的区号和位号分别加上20H得到国标码，国标码的区号和位号分别加上80H得到机内码，即在计算机中存储的二进制编码。
而字形码存储在字库中，需要输出的时候，通过机内码对应的地址码访问汉字字库，将汉字的字形码也就是输出码由输出设备显示或打印。学生通过该流程图理解计算机内部汉字信息的处理过程，理解了各编码含义及其前后逻辑关系，使其对汉字信息的各种编码突破浅层的识记而进行深层的意义建构。
4.信息图形化展现项目完成思路，促进问题解决
微课是当前非常热门的一种课程类型，形式多样，制作软件种类繁杂，学生在设计制作过程中若没有清晰的思路，往往会陷入混乱。按微课素材获取、编辑处理、合成导出的思路图梳理微课制作流程，如图4所示。
各类型微课通过相应的软件制作并保存或导出视频格式素材，音频素材可以是直接录制或下载音乐音效等， 图像素材根据需要制作成分图层的PSD源文件或JPG图片，特效可使用After Effects实现。各类型素材准备好之后，将其导入Premiere中，进行裁剪、编辑、合成，需要字幕可以直接在Premiere中添加，但使用ArcTime添加字幕更加便捷高效，最后渲染导出微课。图4将微课的制作过程清晰展现，为学习者提供了问题解决或项目完成的主要思路，帮助学生构建问题的解决模型，能够根据微课内容和形式合理选择一种或多种方式进行微课制作。
通过以上实例分析可以看出，图形化表达首先对知识内容进行加工处理，将隐性的知识内涵用显性的图形直观呈现，激发学生的视觉感知和学习热情，把学生带入到该知识的学习场景当中，为学生形成初步的认知结构奠定了基础。其中的线条或箭头能够将新旧知识包括已有的经验产生联系，结合问题设疑追问将学生不断牵引，使其频繁地进行内部信息加工和经验重构，从而获得学习的认知能力并不断提升到高阶层次。[2]
其次，图形化表达有先天的亲和力，比抽象的大段文字更容易让学生亲近并接纳，使学生从情绪、情感上不畏惧、不排斥，再结合知识特点和学科属性将其生活化，比如在需要的情况下配以代表性的图像或小动画等，将知识特征与技术表现深度融合，从人文化的角度为学生营造学习的温馨氛围。
最后，图形化的表达将知识结构以大小不同的系统图呈现，学生可以跟随教师的步伐，让思路循环往复地在知识点之间游走往返，不断反思、平衡及优化，进而通畅地到达每个知识节点，最终带领学生站在更高层次的角度俯瞰知识的全貌，从而深入掌握知识的内涵，并将其长久稳定地沉淀在自己的知识体系中。
学生在围绕知识图形的全程学习思考过程中形成了批判反思、探索创新、求知进取的深度学习精神。在实际教学过程中使用图形化表达教学信息，观察学生的课堂反应和表现，发现大部分学生对图形化表达均有所偏好，学习过程中注意力更加集中，情绪上表现相对愉悦，学习主动性也增强了，经过提问、检测发现学生对知识的掌握也能够达到深层的理解。可见信息图形化表达有助于学生的深度学习。
四、信息图形化的应用和实现
1.应用方法
信息图形化在教学过程中的应用根据所学内容的不同而有所变化，通常有如下方法：①直接呈现：针对元素较少的知识体系，可直接向学生呈现图形全貌，让学生快速高效地理解知识之间的层次或包含的关系。②逐步递进：针对庞大复杂的知识系统，每次呈现小部分知识结构，随着学习的深入不断推进递增、补充扩展，逐步完善形成庞大完整的知识结构体系。③动画补充：针对说明性文字较多的情况，可绘制主要轮廓框架，把说明性內容插入文本框中并添加动画，使用时把暂不需要学生学习的知识折叠收起，需要时再展开显示，可使用按钮触发功能实现灵活交互。
2.实现途径
实现信息图形化最方便快捷的方法是使用板书绘制，随着内容讲解进行现场同步绘制，回顾旧知推导新知，引导思维的进程走向深入，其绘制擦写容易但不易长期保留。也可使用计算机软件，如思维导图、PPT绘图、Windows自带的画图软件等制作，前期制作过程比较费时，对于操作能力偏低的教师会有些吃力。但一经制作完成，后期可重复使用，也方便完善扩充和保存。
3.注意事项
在信息图形化设计制作及使用过程中应注意以下几点：①图形化设计要有主要类型线索，核心重点内容精简提炼、明确突出，学生容易从中找出关键因素;②同一层次级别的图形使用同一种类型或风格的字体、颜色、线条，便于学生发现识别，以免造成逻辑混乱;③图形元素要能够准确高效地传递信息，不可过于繁杂，造成信息干扰，加重学生的认知负荷;④图形化呈现在学生一定认知水平范围内使用，而且需要教师提示讲解和引导逐步深入，如果学生不具备相应的基础性知识，会造成理解上的困难，反而阻碍了学生的深度学习。
信息图形化表达能够加快学生对信息的感知和处理速度，有利于激发学习者深层次学习的动力，引导学习者进行深层建构、问题探究乃至创新突破的深度学习，促使其乐学、勤学、好学，形成良性循环的学习生态。
参考文献：
[1]李松林，贺慧，张燕.深度学习究竟是什么样的学习[J].教育科学研究，2018（10）：54-58.
[2]彭显耿，魏丽玲，戴健林.课堂变革：面向深度学习、秉持科学精神[J].现代教育科学，2017（8）：85-91.
[3]肖必莉.信息图形的功能优势及在移动媒体界面设计中应用[J].广东蚕业，2018，52（9）：144-145.
（编辑：李晓萍）
