知识可视化的理论与方法

四、知识可视化与教育技术、知识工程 知识可视化与教育技术、
关键技术 实质 关系 将人们的个体知识( 将人们的个体知识(暂且称为认知 知识“制品” 知识“制品”)以图解的手段表示 出来， 出来 ， 形成能够直接作用于人的 感官的知识的外在表现形式( 感官的知识的外在表现形式(显性 的物理知识制品) 的物理知识制品)，从而促进知识 知 识 可视 化是 知 识工 程 的传播和创新。 的传播和创新。 在 教 育技 术领 域 的应 用 为了促进学习而对过程和资源进 方 向 之一 ， 也 是 在教 育 行设计、 开发、 应用、 行设计 、 开发 、 应用 、 管理与评 技 术 领域 应用 知 识工 程 价的理论与实践， 价的理论与实践 ， 其目的是改善 的 突 破口 之一 ， 它对 知 教学过程，使教学效果最优化。 教学过程，使教学效果最优化。 识 工 程提 出了 要 求 ， 为 教育技术提供了机遇。 知识可视化只是知识的一种图解 教育技术提供了机遇。 式表示手段， 式表示手段 ， 但如果往深层次发 却需要更多的人工智能、 展 ， 却需要更多的人工智能 、 知 识科学、 识科学 、 计算语言学和认知语言 学等的强力支持。 学等的强力支持。
表1 三者的比较
数据可视化 可视化对象 可视化目的 空间数据 将抽象数据以 直观的方式表 示出来 计算机图形、 计算机图形、 图像 信息可视化 非空间数据 从大量抽象数 据中发现一些 新的信息 计算机图形、 计算机图形、 图像 知识可视化 人类的知识 促进群体知识 的传播和创新
可视化方式
绘制的草图、 绘制的草图、 知识图表、 知识图表、视 觉隐喻等 人-人交互
1.知识可视化 1.知识可视化
2.教育技术 2.教育技术
3.知识工程 3.知识工程
五、知识可视化的研究框架(1/2) 知识可视化的研究框架(1/2)
研究的三个角度： 研究的三个角度：为了通过可视化来促进知识的有效 传输和创新，至少需要从三个角度来考虑， 传输和创新，至少需要从三个角度来考虑，它们回答 了知识可视化的三个关键问题，分别是： 了知识可视化的三个关键问题，分别是： 将对什么类型的知识可视化 为什么要对这些知识进行可视化 如何对这些知识进行可视化
知 识 可 视 化 工 具
七、知识可视化的发展趋势
二维到多维的转变(Eppler&Burkard，2004) 二维到多维的转变(Eppler&Burkard，2004)。当前的知识可视 (Eppler&Burkard 化技术大多是依靠计算机的二维屏幕实现的， 化技术大多是依靠计算机的二维屏幕实现的，将很快与虚拟现 实空间相结合。 实空间相结合。 静态向动态、交互的转变(Eppler&Burkard，2004)。知识可视 (Eppler&Burkard， 静态向动态、交互的转变(Eppler&Burkard 2004) 化不能仅仅是为了知识传输的静态对象， 化不能仅仅是为了知识传输的静态对象，而是需要建立一种迭 代的、协作的过程，使得可视化过程动态发生。 代的、协作的过程，使得可视化过程动态发生。
一、知识可视化的由来(2/3) 知识可视化的由来(2/3)
知识可视化与数据可视化、 知识可视化与数据可视化、信息可视化的联系
数据可视化： 数据可视化： 了解计算过程 中数据的变化
Data Vi源自文库ualization
信息可视化： 信息可视化： 对抽象数据进 行表示， 行表示，以增 进认知
Information Visualization
一、知识可视化的由来(1/3) 知识可视化的由来(1/3)
可视化”作为专业术语的出现始于1987 1987年 “ 可视化” 作为专业术语的出现始于1987年 2 月 ， 当时美国国 家自然科学基金会(National Foundation，简称NSF) 家自然科学基金会(National Science Foundation，简称NSF) 召开的一个专题研讨会给出了“科学计算可视化”的定义、覆 召开的一个专题研讨会给出了“科学计算可视化”的定义、 盖的领域以及发展方向。这标志着科学计算可视化作为一门学 盖的领域以及发展方向。 科在国际范围内已经成熟。 科学计算可视化(Visualization 科在国际范围内已经成熟 。 科学计算可视化 (Visualization omputing)的基本含义是指运用计算机图形学 in Scientific Computing)的基本含义是指运用计算机图形学 或者一般图形学的原理和方法， 或者一般图形学的原理和方法，将科学与工程计算等产生的大 规模数据转换为图形、图像，以直观的形式表示出来。 规模数据转换为图形、图像，以直观的形式表示出来。
可视化 形式(how?) 形式
图3 知识可视化研究的三个角度
共享或传播 创造 学习 编订 发现 评价/ 评价/评估
五、知识可视化的研究框架(2/2) 知识可视化的研究框架(2/2)
研究的一般思路： 研究的一般思路：知识可视化 研究可以借鉴传统的四步实验 法
重复这四步， 重复这四步， 直到满意的 效果 开发实现该理论 的软件 构建理论上的形 式化模型和相应 的算法
知识的心理表征 记忆模型) (记忆模型) 认知心理学
知识的外在表征 知识的承载形式) (知识的承载形式) 知识可视化
图2 知识表征在相关领域的含义 由此可见，知识可视化是连接认知心理学和人工智能研究的新的桥梁， 由此可见，知识可视化是连接认知心理学和人工智能研究的新的桥梁，为计 算机的知识表征作用于人脑提供了可依赖的方法和手段。 算机的知识表征作用于人脑提供了可依赖的方法和手段。
五、知识可视化的研究框架(1/2) 知识可视化的研究框架(1/2)
图3从这三个角度出发，列出的一些可能答案。 从这三个角度出发，列出的一些可能答案。
“是什么”的知识 是什么” 为什么” “为什么”的知识 怎么做” “怎么做”的知识 “在哪儿”的知识 在哪儿” 关于谁” “关于谁”的知识 知识类型 (what?) 可视化目 的(why?) 整体框架 概念图表 视觉隐喻 表示知识的动画片 知识地图 科学图表
应用理论和工具
评估建造的系统 图4 传统的四步实验法
六、几种已有的知识可视化工具
(一)概念图(Concept Map) 概念图(Concept 由康奈尔大学的诺瓦克博士等提出的教学技术。 由康奈尔大学的诺瓦克博士等提出的教学技术。概念图是用来组织和 表征知识的工具。另外，概念图还是很好的结构化知识评估工具。 表征知识的工具。另外，概念图还是很好的结构化知识评估工具。 思维导图(Mind (二)思维导图(Mind Map) 二十世纪60年代英国人托尼·巴赞(Tony Buzan)创造的一种笔记方法 60年代英国人托尼 创造的一种笔记方法。 二十世纪60年代英国人托尼·巴赞(Tony Buzan)创造的一种笔记方法。 认知地图(Cognitive (三)认知地图(Cognitive Maps) 也被称为因果图， Ackerman和Eden(2001)提出的 提出的， 也被称为因果图，由Ackerman和Eden(2001)提出的，认知地图主要用 于帮助人们规划工作，促进小组的决策。 于帮助人们规划工作，促进小组的决策。 语义网络(Semantic (四)语义网络(Semantic Networks) 在心理学中，语义网络被定义为词语或概念的语义相似性或相关程度。 在心理学中，语义网络被定义为词语或概念的语义相似性或相关程度。 然而，Fisher(1990)将其定义为节点和连接组成的网络 将其定义为节点和连接组成的网络， 然而，Fisher(1990)将其定义为节点和连接组成的网络，有连接词但 不严格限制在层次结构上。 不严格限制在层次结构上。 (五)思维地图(Thinking Maps) 思维地图(Thinking Hyerle博士1988年开发的帮助学习的语言 博士1988年开发的帮助学习的语言。 由David Hyerle博士1988年开发的帮助学习的语言。
衷心感谢老师和各位同学 敬请各位指正和批评
谢 谢！
知识可视化： 知识可视化： 应用视觉表征 手段， 手段，促进群 体知识的传播 和创新
Knowledge Visualization
图1 三者的联系
一、知识可视化的由来(3/3) 知识可视化的由来(3/3)
这里我们从可视化对象、可视化目的、 这里我们从可视化对象、可视化目的、可视化方式和交互类型 四个方面对数据可视化、 四个方面对数据可视化、信息可视化与知识可视化三者进行对 如表1所示： 比，如表1所示：
交互类型
人-机交互
人-机交互
二、理论基础—双重编码理论 理论基础—
双重编码理论的一个重要原则是: 双重编码理论的一个重要原则是:同时以视觉形式和语言形式呈 现信息能够增强记忆和识别。该理论于1986年由Paivio提出， 现信息能够增强记忆和识别。该理论于1986年由Paivio提出，试 1986年由Paivio提出 图把语言和非语言放在同等重要的位置上。Paivio(1986)声明: 图把语言和非语言放在同等重要的位置上。Paivio(1986)声明: 声明 人类认知是独特的，它在同时处理语言和非语言对象时非常特别。 人类认知是独特的，它在同时处理语言和非语言对象时非常特别。 双重编码理论定义了三种类型的加工： 双重编码理论定义了三种类型的加工： (1)表征性的！ (1)表征性的！ 表征性的 (2)调用性的！ (2)调用性的！ 调用性的 (3)联合加工！ (3)联合加工！ 联合加工
知识可视化的理论与方法
Theory and Methodology of Knowledge Visualization
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主 要 内 容
1 2 3 4 5 6 7 知识可视化的由来 理论基础理论基础-双重编码理论 知识可视化的实质 知识可视化与教育技术、 知识可视化与教育技术、知识工程 知识可视化的研究框架 几种已有的知识可视化工具 知识可视化的发展趋势
三、知识可视化的实质(1/2) 知识可视化的实质(1/2)
知识制品(Knowledge Artifacts)的概念在越来越多的文献中提 知识制品(Knowledge Artifacts)的概念在越来越多的文献中提 知识制品是我们日常处理的对象，如我们写的报告、 及 。 知识制品是我们日常处理的对象，如我们写的报告、 发送 的邮件和阅读的书刊等。按照Newman(2003)的观点，知识制品 的邮件和阅读的书刊等。 按照Newman(2003) 的观点， Newman(2003 被 谈 及 时 ， 实 际 上 具 有 双 重 含 义 : 认 知 知 识 制 品 (cognitive knowledge artifact) 和 物 理 知 识 制 品 (physical knowledge artifact)。 artifact)。 知识可视化的实质是将人们的个体知识( 知识可视化的实质是将人们的个体知识(暂且 称为认知知识“制品”) 以图解的手段表示出 称为认知知识“ 制品” 来 ， 形成能够直接作用于人的感官的知识的 外在表现形式( 显性的物理知识制品) 外在表现形式 ( 显性的物理知识制品 ) ， 从而 促进知识的传播和创新。 促进知识的传播和创新。
实质
三、知识可视化的实质(2/2) 知识可视化的实质(2/2)
知识表征 知识表征(Knowledge 知识表征 (Knowledge Representation) 在认知心理学、 在认知心理学、人工智能以及知识可视 化等领域有着不同含义。 化等领域有着不同含义。
知识的计算机表征 数据结构和算法) (数据结构和算法) 人工智能及知识工程