概念圖

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概念圖（Concept mapping）

　　約瑟夫·D·諾瓦克（Joseph D.Novak）於20世紀70年代，在康奈爾大學（Cornell University）發展出概念圖繪製技巧。當時，Novak將這種技巧應用在科學教學上，做為一種增進理解的教學技術。Novak的設計是基於大衛·奧蘇伯爾（David Ausubel）的同化理論（assimilation theory）。奧蘇伯爾根據建構式學習（constructivism learning）的觀點，強調先前知識（prior knowledge）是學習新知識的基礎框架（framework），並有不可取代的重要性。在Novak的著作《習得學習》（Learning to Learn）中，指出“有意義的學習，涉及將新概念與命題的同化於既有的認知架構中。”

　　Novak教授認為，概念圖是某個主題的概念及其關係的圖形化表示，概念圖是用來組織和表徵知識的工具。它通常將某一主題的有關概念置於圓圈或方框之中，然後用連線將相關的概念和命題連接，連線上標明兩個概念之間的意義關係。概念圖又可稱為概念構圖（concept mapping）或概念地圖（concept maps）。前者註重概念圖製作的具體過程，後者註重概念圖製作的最後結果。現在一般把概念構圖和概念地圖統稱為概念圖而不加於嚴格的區別。

　　在概念圖中，由方形表示概念，如“狗”和“動物”等等。概念間的關係則以標名(labelled)的箭頭線段連結，箭頭的方向表示往下發展的層次。這些線段會像是：“引發”、“導致”、“需要”、“提供”等等。

　　概念（concepts）、命題（propositions）、交叉連接（cross-links）和層級結構（hierarchical frameworks）是概念圖的四個要素。

　　1、概念是感知到的事物的規則屬性，通常用專有名詞或符號進行標記。

　　2、命題是對事物現象、結構和規則的陳述，在概念圖中，命題是兩個概念之間通過某個連接詞而形成的意義關係。

　　3、交叉連接表示不同知識領域概念之間的相互關係。

　　4、層級結構有兩個含義：

　　一是指同一知識領域內的結構，即同一知識領域中的概念依據其概括性水平不同分層排布，概括性最強、最一般的概念處於圖的最上層，從屬的放在其下，具體的事例位於圖的最下層。

　　二是不同知識領域間的結構，即不同知識領域的概念圖之間可以進行超鏈接。某一領城的知識還可以考慮通過超級鏈接提供相關的文獻資料和背景知識。

　　“概念圖”是一種知識以及知識之間的關係的網路圖形化表徵，也是思維可視化的表徵。一幅概念圖一般由“節點”、“鏈接”和“有關文字標註”組成。

　　1、節點：由幾何圖形、圖案、文字等表示某個概念，每個節點表示一個概念，一般同一層級的概念用同種的符號（圖形）標識。

　　2、鏈接：表示不同節點間的有意義的關係，常用各種形式的線鏈接不同節點，這其中表達了構圖者對概念的理解程度。

　　3、文字標註：可以是表示不同節點上的概念的關係，也可以是對節點上的概念詳細闡述，還可以是對整幅圖的有關說明。

　　概念地圖可採用徒手方式繪製．如採用粉筆、黑板、紙和筆等，也可用平常的辦公應用軟體如office、wps繪製。但針對概念地圖的特點，國外研究出了概念圖的製作工具。如：Inspiration，MindManager等。不論是採用何種方式製作概念地圖，所遵循的基本思路和基本步驟是一致的，都要闡述概念和概念的聯繫，表達對概念的理解。

　　下麵方法是對概念地圖製作方法的一般步驟。

　　1、認定中心主題：確定你希望利用概念地圖理解的問題焦點、知識或概念，並用這個焦點主題作導引，找出與中心主題相關的概念，並羅列出來。

　　2、將列出來的概念排序：把一般、最抽象和最具涵蓋性的概念放在最高位置。在揀選最高層概念時可能會遇上困難，反思中心主題的引導方向可以幫助為概念排序。這個過程可能需要反覆思考、修正或乃至重新確定概念地圖的中心主題。

　　3、將其餘的概念按層級排放在列表上。

　　4、開始製作概念地圖：把—般、最抽象和最具涵蓋性的概念放在最高位置.在最高層的位置通常只會有兩至三個概括性的概念。

　　5、隨後將往下的二、三、四層的子概念放置在概念地圖上。

　　6、將概念用畫線遵上。在連接線上寫上合適的連結詞。連結詞必須清晰表達兩個概念之間的關係，使之成為簡單、有效的命題。由連結製造意義。當大量相關的概念連結起來並形成層次後，可以看到對應某一知識、命題、中心主題的意義架構。

　　7、重新整理概念地圖的蛄構。這包括為概念地圖進行概念的增減或改變上下層關係等。這可能需要進行多次的整理，但也正是這些整理的過程能帶來新的啟示和有意義的學習。

　　8、在不同分支的概念之間尋找有意義的“橫向連結”，併在連線上用連蛄詞標明關係。橫向連結能有效地幫助在某一知識範疇內看到新的關係。

　　9、仔細、具體的例子可以用簡圖或代表符號附在概念上。

　　10、知識或問題的表達不止是一種形式：對同一系列的概念，可以運用不同結構的概念地圖來表現。

　　簡單製作概念圖的8個步驟，如下所示：

　　1、確定中心概念

　　2、添加節點

　　3、自由連接

　　4、快速思考

　　5、打破界限

　　6、判斷決策

　　7、繼續思考，添加節點

　　8、允許自由組織安排

　　與傳統的紙——筆方式的概念構圖相比，藉助於電腦工具進行概念構圖具有操作簡單、存儲方便、易於交流等特點。

　　1、名稱：Inspiration

　　Inspiration 是Inspiration軟體公司開發的一種專用概念構圖軟體，現已發展到7.5版本。在不斷的升級和完善過程中，它形成了自己的特色。Kidspiration是Inspiration軟體公司專門為K-12學生開發的概念構圖軟體。它除繼承了Inspiration的上述所有優點外，為適應K-12學生的需求，它的界面更加卡通化，並具有語音提示功能。

　　優點：

• 界面友好，構圖方便。
• 提供大綱和圖形兩種視圖。
• 擁有豐富的圖標庫，所做的概念圖形象、美觀。
• 提供多種類型的概念圖模板。
• 具有文件格式轉換功能，可將圖形文件存為BMP、JPG、GIF、WMF、HTML格式，將大綱文件存為RTF、HTML格式。

　　缺點：

• Inspiration和Kidspiration都是單機運行的軟體，不支持網路功能。
• 從概念構圖教學來看，Inspiration和Kidspiration都只提供概念構圖功能，不能全面支持概念構圖的教學活動。

　　2、名稱：CmapTool

　　CmapTool是西佛羅里達大學人類和機器認知研究所開發的一種共用概念構圖軟體。

　　優點：

• 構圖方便，可在概念圖中插入圖片和超鏈接。
• 提供網路合作概念構圖的功能。
• 既可以將概念圖存在自己的電腦中，也可以將概念圖上傳至指定的伺服器，形成豐富的概念圖資源庫。

　　缺點：

• 從概念構圖教學來看，CmapTool只提供概念構圖功能，不能全面支持概念構圖的教學活動。

　　3、名稱：Decision Explorer

　　Decision Explorer是Banxia公司開發的一種專用概念構圖軟體，它常用於商業決策，故以“決策探索者”命名，此軟體現已推出了3.2版。

　　優點：

• 構圖靈活，提供概念圖的放大與縮小、樹型概念圖和層次性概念圖的自動轉換、概念圖模板設置功能。
• 提供概念圖的多種視圖。
• 具有概念圖分析功能，可以根據用戶需求列出概念圖的節點、鏈接等。
• 提供概念圖轉換功能，可自動生成供進一步分析的文件。
• 可生成XML文件，易於交流。

　　缺點：

• 不能製作多媒體概念圖。
• 使用較複雜。
• 從概念圖教學來看，不提供教學系統的功能。

　　4、名稱：CoCoMap

　　CoCoMap是臺灣臺南師範學院信息教育研究所開發的網路概念構圖系統，它是人們開發概念構圖教學系統的一次嘗試。目前，這個系統仍在開發之中。

　　優點：

• 是一種基於Web的應用。
• 支持個人構圖和小組構圖。
• 具備一定的教學系統功能，如：支持教師設計概念構圖活動，根據Novak演算法對概念圖進行評價，實現概念構圖過程的重放。

　　缺點：

• 構圖不太靈活，操作較複雜。
• 作為一個教學系統，其功能仍不夠完善，如：概念圖的評價方式單一，缺乏對概念構圖活動的管理等。

　　5、名稱：Concept Connector

　　Concept Connector是密西根州立大學開發的一種用於課堂教學的概念構圖系統，這個系統仍處於進一步的開發過程中。

　　優點：

• 是一種基於Web的應用。
• 支持個人構圖和小組構圖。
• 具有較完備的概念圖評價功能。除根據Novak演算法給出客觀評價信息外，教師可以對概念圖進行手工批改，概念圖的評價信息還可以導出成EXCEL文件格式，方便進一步的分析。
• 提供查看專家概念圖的功能。
• 強調概念圖資源庫的建設。

　　缺點：

• 構圖不太靈活，操作較複雜。
• 作為一個教學系統，其功能仍不夠完善，缺少學習活動設計模塊和學習指導模塊。

　　6、名稱：MindManager

　　MindManager是由Mindjet公司開發的功能強大的概念構圖軟體。用於個人知識的管理。

　　優點：

• 構圖方便，可在概念圖中插入圖片和超鏈接。
• 支持storm模式，可以很方便快捷的進行頭腦風暴。
• 帶有演示模式。
• 具有項目計劃，MindManager可以和可以和Project, Mord，Outlook，PowerPoint，Web很好的集成。
• 具有強大的資料整理和文章寫作

　　缺點：

• 從概念構圖教學來看，MindManager只提供概念構圖、人知識整理功能，缺乏強大的教學功能和支持概念構圖的教學活動。

　　除上述專用的概念構圖系統外，其它許多軟體也可用於製作概念圖，如Authorware、Word、畫筆、Netmeeting中的共用白板等。

　　一個優秀的概念構圖教學系統除應能提供操作方便的構圖功能外，更重要的是要能全面支持概念構圖教學活動。以上分析表明，現在的許多軟體已提供了較完備的概念構圖功能，但缺乏對概念構圖教學活動的全面支持；另一方面，內嵌有概念構圖工具的概念構圖教學系統（如CoCoMap、Concept Connector等）儘管具有一定的教學功能，但概念構圖功能有限。

　　下麵是利用不同軟體製作的概念圖，從中可以比較出它們的表達方式的特色。

　　1、用inspiration製作的概念圖

　　2、用mindmanager製作的概念圖

　　3、用mindmapper製作的概念圖

　　概念圖在教育以及商業中廣泛用於腦力激蕩（brain-storming）以及傳達一些複雜概念。

　　概念圖被認為有助於創意發想。例如，概念圖繪製有時被用作為腦力激蕩的工具。雖然概念圖通常是非常個人化且個殊的，但是也會被用在複雜概念的溝通工作中。

　　形式化的概念圖也被用在軟體設計工作中。通常這種概念圖會以Unified Modeling Language（UML）的作為開發方法中的表記系統。

　　在人工智慧與語義網路之類的研究中，概念圖繪製也被視為一種初階的“本體建構（ontology-building）”以表徵形式化的論證（formal argument）。

　　概念圖被廣泛的運用在教育與企業領域：

　　1、知識表徵的應用：

• 創造新知識內容。例如，將內隱知識轉換為有組織的知識資源。
• 機構知識保存。例如，引出員工的專業知識。
• 在文獻與相關資料來源中，進行筆記（Note taking）與歸納關鍵概念、其關係與階層。
• 知識組織的應用：
• 檢驗複雜概念與論題的對稱性，以及術語聯結。
• 增強後設認知。

　　2、協同與組織溝通的應用：

• 溝通複雜概念與論題
• 協同知識塑模（collaborative knowledge modeling）。
• 促進願景分享與組織間的互相理解。

　　3、教育應用：

• 增進有意義的學習。
• 評估學習者對學習動機、概念與概念間關係的理解程度。

　　4、教學設計：

• 被 Ausubelian 學派用作為進階組織工具，以提供後續資訊與學習的初始概念架構。

　　5、訓練：

• 被Ausubelian學派用作為進階組織工具，以呈現工作情境，以及情境與其工作、組織的策略目的、與訓練目標的關係。

　　概念圖與心智圖(mind map)是類似的概念繪製（idea mapping）工具，但是仍然有差別。心智圖通常只受限於描繪階層(樹狀)架構的關係，而概念圖圖突出概念節點和關係線（即一種true graph 結構）。

　　有研究證據顯示，知識在腦中是以命題為基本單位，採階層式儲存的。因為概念地圖的目的是反映知識元素的組織，因此概念圖能有助於理解(sense-making)與進行有意義的學習。

　　另一個概念圖與心智圖的差別，是兩者繪製時速度與自發性的不同。心智圖反映心中所想的。而概念圖被認為應該是現實(抽象上)的概念地圖或系統。