概念图

概念图（Concept mapping）

　　约瑟夫·D·诺瓦克（Joseph D.Novak）于20世纪70年代，在康奈尔大学（Cornell University）发展出概念图绘制技巧。当时，Novak将这种技巧应用在科学教学上，做为一种增进理解的教学技术。Novak的设计是基于大卫·奥苏伯尔（David Ausubel）的同化理论（assimilation theory）。奥苏伯尔根据建构式学习（constructivism learning）的观点，强调先前知识（prior knowledge）是学习新知识的基础框架（framework），并有不可取代的重要性。在Novak的著作《习得学习》（Learning to Learn）中，指出“有意义的学习，涉及将新概念与命题的同化于既有的认知架构中。”

　　Novak教授认为，概念图是某个主题的概念及其关系的图形化表示，概念图是用来组织和表征知识的工具。它通常将某一主题的有关概念置于圆圈或方框之中，然后用连线将相关的概念和命题连接，连线上标明两个概念之间的意义关系。概念图又可称为概念构图（concept mapping）或概念地图（concept maps）。前者注重概念图制作的具体过程，后者注重概念图制作的最后结果。现在一般把概念构图和概念地图统称为概念图而不加于严格的区别。

　　在概念图中，由方形表示概念，如“狗”和“动物”等等。概念间的关系则以标名(labelled)的箭头线段连结，箭头的方向表示往下发展的层次。这些线段会像是：“引发”、“导致”、“需要”、“提供”等等。

　　概念（concepts）、命题（propositions）、交叉连接（cross-links）和层级结构（hierarchical frameworks）是概念图的四个要素。

　　1、概念是感知到的事物的规则属性，通常用专有名词或符号进行标记。

　　2、命题是对事物现象、结构和规则的陈述，在概念图中，命题是两个概念之间通过某个连接词而形成的意义关系。

　　3、交叉连接表示不同知识领域概念之间的相互关系。

　　4、层级结构有两个含义：

　　一是指同一知识领域内的结构，即同一知识领域中的概念依据其概括性水平不同分层排布，概括性最强、最一般的概念处于图的最上层，从属的放在其下，具体的事例位于图的最下层。

　　二是不同知识领域间的结构，即不同知识领域的概念图之间可以进行超链接。某一领城的知识还可以考虑通过超级链接提供相关的文献资料和背景知识。

　　“概念图”是一种知识以及知识之间的关系的网络图形化表征，也是思维可视化的表征。一幅概念图一般由“节点”、“链接”和“有关文字标注”组成。

　　1、节点：由几何图形、图案、文字等表示某个概念，每个节点表示一个概念，一般同一层级的概念用同种的符号（图形）标识。

　　2、链接：表示不同节点间的有意义的关系，常用各种形式的线链接不同节点，这其中表达了构图者对概念的理解程度。

　　3、文字标注：可以是表示不同节点上的概念的关系，也可以是对节点上的概念详细阐述，还可以是对整幅图的有关说明。

　　概念地图可采用徒手方式绘制．如采用粉笔、黑板、纸和笔等，也可用平常的办公应用软件如office、wps绘制。但针对概念地图的特点，国外研究出了概念图的制作工具。如：Inspiration，MindManager等。不论是采用何种方式制作概念地图，所遵循的基本思路和基本步骤是一致的，都要阐述概念和概念的联系，表达对概念的理解。

　　下面方法是对概念地图制作方法的一般步骤。

　　1、认定中心主题：确定你希望利用概念地图理解的问题焦点、知识或概念，并用这个焦点主题作导引，找出与中心主题相关的概念，并罗列出来。

　　2、将列出来的概念排序：把一般、最抽象和最具涵盖性的概念放在最高位置。在拣选最高层概念时可能会遇上困难，反思中心主题的引导方向可以帮助为概念排序。这个过程可能需要反复思考、修正或乃至重新确定概念地图的中心主题。

　　3、将其余的概念按层级排放在列表上。

　　4、开始制作概念地图：把—般、最抽象和最具涵盖性的概念放在最高位置.在最高层的位置通常只会有两至三个概括性的概念。

　　5、随后将往下的二、三、四层的子概念放置在概念地图上。

　　6、将概念用画线遵上。在连接线上写上合适的连结词。连结词必须清晰表达两个概念之间的关系，使之成为简单、有效的命题。由连结制造意义。当大量相关的概念连结起来并形成层次后，可以看到对应某一知识、命题、中心主题的意义架构。

　　7、重新整理概念地图的蛄构。这包括为概念地图进行概念的增减或改变上下层关系等。这可能需要进行多次的整理，但也正是这些整理的过程能带来新的启示和有意义的学习。

　　8、在不同分支的概念之间寻找有意义的“横向连结”，并在连线上用连蛄词标明关系。横向连结能有效地帮助在某一知识范畴内看到新的关系。

　　9、仔细、具体的例子可以用简图或代表符号附在概念上。

　　10、知识或问题的表达不止是一种形式：对同一系列的概念，可以运用不同结构的概念地图来表现。

　　简单制作概念图的8个步骤，如下所示：

　　1、确定中心概念

　　2、添加节点

　　3、自由连接

　　4、快速思考

　　5、打破界限

　　6、判断决策

　　7、继续思考，添加节点

　　8、允许自由组织安排

　　与传统的纸——笔方式的概念构图相比，借助于计算机工具进行概念构图具有操作简单、存储方便、易于交流等特点。

　　1、名称：Inspiration

　　Inspiration 是Inspiration软件公司开发的一种专用概念构图软件，现已发展到7.5版本。在不断的升级和完善过程中，它形成了自己的特色。Kidspiration是Inspiration软件公司专门为K-12学生开发的概念构图软件。它除继承了Inspiration的上述所有优点外，为适应K-12学生的需求，它的界面更加卡通化，并具有语音提示功能。

　　优点：

• 界面友好，构图方便。
• 提供大纲和图形两种视图。
• 拥有丰富的图标库，所做的概念图形象、美观。
• 提供多种类型的概念图模板。
• 具有文件格式转换功能，可将图形文件存为BMP、JPG、GIF、WMF、HTML格式，将大纲文件存为RTF、HTML格式。

　　缺点：

• Inspiration和Kidspiration都是单机运行的软件，不支持网络功能。
• 从概念构图教学来看，Inspiration和Kidspiration都只提供概念构图功能，不能全面支持概念构图的教学活动。

　　2、名称：CmapTool

　　CmapTool是西佛罗里达大学人类和机器认知研究所开发的一种共享概念构图软件。

　　优点：

• 构图方便，可在概念图中插入图片和超链接。
• 提供网络合作概念构图的功能。
• 既可以将概念图存在自己的计算机中，也可以将概念图上传至指定的服务器，形成丰富的概念图资源库。

　　缺点：

• 从概念构图教学来看，CmapTool只提供概念构图功能，不能全面支持概念构图的教学活动。

　　3、名称：Decision Explorer

　　Decision Explorer是Banxia公司开发的一种专用概念构图软件，它常用于商业决策，故以“决策探索者”命名，此软件现已推出了3.2版。

　　优点：

• 构图灵活，提供概念图的放大与缩小、树型概念图和层次性概念图的自动转换、概念图模板设置功能。
• 提供概念图的多种视图。
• 具有概念图分析功能，可以根据用户需求列出概念图的节点、链接等。
• 提供概念图转换功能，可自动生成供进一步分析的文件。
• 可生成XML文件，易于交流。

　　缺点：

• 不能制作多媒体概念图。
• 使用较复杂。
• 从概念图教学来看，不提供教学系统的功能。

　　4、名称：CoCoMap

　　CoCoMap是台湾台南师范学院信息教育研究所开发的网络概念构图系统，它是人们开发概念构图教学系统的一次尝试。目前，这个系统仍在开发之中。

　　优点：

• 是一种基于Web的应用。
• 支持个人构图和小组构图。
• 具备一定的教学系统功能，如：支持教师设计概念构图活动，根据Novak算法对概念图进行评价，实现概念构图过程的重放。

　　缺点：

• 构图不太灵活，操作较复杂。
• 作为一个教学系统，其功能仍不够完善，如：概念图的评价方式单一，缺乏对概念构图活动的管理等。

　　5、名称：Concept Connector

　　Concept Connector是密西根州立大学开发的一种用于课堂教学的概念构图系统，这个系统仍处于进一步的开发过程中。

　　优点：

• 是一种基于Web的应用。
• 支持个人构图和小组构图。
• 具有较完备的概念图评价功能。除根据Novak算法给出客观评价信息外，教师可以对概念图进行手工批改，概念图的评价信息还可以导出成EXCEL文件格式，方便进一步的分析。
• 提供查看专家概念图的功能。
• 强调概念图资源库的建设。

　　缺点：

• 构图不太灵活，操作较复杂。
• 作为一个教学系统，其功能仍不够完善，缺少学习活动设计模块和学习指导模块。

　　6、名称：MindManager

　　MindManager是由Mindjet公司开发的功能强大的概念构图软件。用于个人知识的管理。

　　优点：

• 构图方便，可在概念图中插入图片和超链接。
• 支持storm模式，可以很方便快捷的进行头脑风暴。
• 带有演示模式。
• 具有项目计划，MindManager可以和可以和Project, Mord，Outlook，PowerPoint，Web很好的集成。
• 具有强大的资料整理和文章写作

　　缺点：

• 从概念构图教学来看，MindManager只提供概念构图、人知识整理功能，缺乏强大的教学功能和支持概念构图的教学活动。

　　除上述专用的概念构图系统外，其它许多软件也可用于制作概念图，如Authorware、Word、画笔、Netmeeting中的共享白板等。

　　一个优秀的概念构图教学系统除应能提供操作方便的构图功能外，更重要的是要能全面支持概念构图教学活动。以上分析表明，现在的许多软件已提供了较完备的概念构图功能，但缺乏对概念构图教学活动的全面支持；另一方面，内嵌有概念构图工具的概念构图教学系统（如CoCoMap、Concept Connector等）尽管具有一定的教学功能，但概念构图功能有限。

　　下面是利用不同软件制作的概念图，从中可以比较出它们的表达方式的特色。

　　1、用inspiration制作的概念图

　　2、用mindmanager制作的概念图

　　3、用mindmapper制作的概念图

　　概念图在教育以及商业中广泛用于脑力激荡（brain-storming）以及传达一些复杂概念。

　　概念图被认为有助于创意发想。例如，概念图绘制有时被用作为脑力激荡的工具。虽然概念图通常是非常个人化且个殊的，但是也会被用在复杂概念的沟通工作中。

　　形式化的概念图也被用在软体设计工作中。通常这种概念图会以Unified Modeling Language（UML）的作为开发方法中的表记系统。

　　在人工智慧与语义网路之类的研究中，概念图绘制也被视为一种初阶的“本体建构（ontology-building）”以表征形式化的论证（formal argument）。

　　概念图被广泛的运用在教育与企业领域：

　　1、知识表征的应用：

• 创造新知识内容。例如，将内隐知识转换为有组织的知识资源。
• 机构知识保存。例如，引出员工的专业知识。
• 在文献与相关资料来源中，进行笔记（Note taking）与归纳关键概念、其关系与阶层。
• 知识组织的应用：
• 检验复杂概念与论题的对称性，以及术语联结。
• 增强后设认知。

　　2、协同与组织沟通的应用：

• 沟通复杂概念与论题
• 协同知识塑模（collaborative knowledge modeling）。
• 促进愿景分享与组织间的互相理解。

　　3、教育应用：

• 增进有意义的学习。
• 评估学习者对学习动机、概念与概念间关系的理解程度。

　　4、教学设计：

• 被 Ausubelian 学派用作为进阶组织工具，以提供后续资讯与学习的初始概念架构。

　　5、训练：

• 被Ausubelian学派用作为进阶组织工具，以呈现工作情境，以及情境与其工作、组织的策略目的、与训练目标的关系。

　　概念图与心智图(mind map)是类似的概念绘制（idea mapping）工具，但是仍然有差别。心智图通常只受限于描绘阶层(树状)架构的关系，而概念图图突出概念节点和关系线（即一种true graph 结构）。

　　有研究证据显示，知识在脑中是以命题为基本单位，采阶层式储存的。因为概念地图的目的是反映知识元素的组织，因此概念图能有助于理解(sense-making)与进行有意义的学习。

　　另一个概念图与心智图的差别，是两者绘制时速度与自发性的不同。心智图反映心中所想的。而概念图被认为应该是现实(抽象上)的概念地图或系统。