信息可视化在教育中的应用研究

摘要：随着社会的发展与进步，我们越来越重视信息可视化技术，信息可视化对于现实生产与生活中具有重要的意义。本文从可视化的概念、模型、现状作了综述，并把其理论应用在教育教学领域中进行研究,进一步探索知识可视化理论及增强认知、提高学生学习能力的卓有成效的方法。

关键词：信息可视化；知识可视化；可视化教育

Abstract: with the development of society and progress, we pay more and more attention to information visualization technology, information visualization for practical production and life has the vital significance. This paper, from the concept of visualization, model, the present situation are reviewed in this paper, and its application in the education teaching theory in the field of the study, further explore knowledge visualization theory and enhance cognition, improve the students' learning ability and effectiveness of the method.

Keywords: information visualization knowledge visualization, Visualization education

中图分类号：G4文献标识码： A 文章编号：

当今正处在信息化的时代，随着信息化技术的发展，每天要产生大量的信息与数据。对这些繁杂的抽象信息的复杂关系进行探索的努力，促使了信息可视化这一新科学领域的出现，它是一个边缘的学科，结合了科学可视化、数据挖掘、图像技术、人机交互、图形学、认知科学等多学科的理论和方法。

1 信息可视化的基本概念

可视化是这样一个过程，它将数据信息和知识转化为一种视觉形式，充分利用人们对可视模式快速识别的自然能力。目前对可视化技术可以描述为是指利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。

可视化最早应用在科学中，形成了科学计算可视化。主要应用在各工程和计算领域得到了广泛的应用和发展。近年来，伴随数据仓库技术、网络技术、电子商务技术等的发展，提出了信息可视化概念，使可视化技术不仅用在科学数据中，而在数据仓库中大量使用，作为一个基本工具，应用于抽象信息，揭示信息之间的关系和信息中隐藏的特征。它的研究范畴为“除了如何绘制关心的对象的可视化属性的问题以外，更重要的问题是如何把非空间抽象信息映射为有效的可视化形式。”

可视化将人脑和现代计算机这两个强大的信息处理系统联系在一起。信息可视化是研究人、计算机表示的信息以及它们相互影响的技术。

2信息可视化参考模型

图2-1 信息可视化参考模型

我们可以把可视化认为是从数据到可视化形式再到人的感知系统的映射。如图2-1所示是这些映射的一个图示，它是信息可视化的一个简单参考模型。在该模型中，从原始数据到人，中间过程要经历一系列数据变换。图中从左到右的每个步骤表示的都可能是一连串的变换。从人到每个变换（从右到左）的箭头，表明用户操作的控制对这些变换的调整。数据变换把原始数据映射为数据表（数据的相关性描述）；可视化映射把数据表转换为可视化结构（结合了空间基、标记和图形属性的结构）；视图变换通过定义位置、缩放比例、裁减等图形参数创建可视化结构的视图；用户的交互动作则用来控制这些变换的参数，可视化和它们的控制最终服务于任务。

通过可视化的参考模型，我们可以感受到信息可视化从更新的视角发现统计数据所呈现的更多含义和更丰富的趣味。感受信息变化和发现规律。

3信息可视化发展现状

3.1可视化技术应用的标准

随着可视化新技术与工具的出现，使可视化技术可以实现用户与可视化信息之间的交互。新的可视化技术应用的标准包括如下要求:直观化:直观、形象地呈现数据；关联化:挖掘、突出呈现数据之间的关联；艺术化:增强数据呈现的艺术效果，符介审美规则；交互性:实现用户与数据的交互，增强用户对数据的控制。

3.2可视化技术的应用趋势

在人们的信息可视化中，想要允分利用数据的复杂性来提供有意义的呈现数据的方案，须对统计学、数据挖掘、图形化设计以及信息可视化多个学科领域有足够的了解。

本弗雷将可视化数据的流程归纳为以下7步骤:获取、分析、过滤、挖掘、表述、修饰和交互。因此，鉴于信息可视化如此高端的技术要求，其用户群仅局限于数据可视化领域的专家和技术人员。然而，在这个信息时代，需要进行可视化数据应用的普通人群迅速扩大，促进了新的、更加智能的数据可视化工具的出现，为更大范围的人们提供了接触可视化思想的机会。

不同的用户需求必然导致可视化工具的发展，从发展技术专业的、过程分散复杂的可视化工具逐步开始派生发展到跨专业的、功能集成的“傻瓜式” 可视化工具。新的数据可视化工具提供了快捷方式，从编制数据到阐明数据一条龙实现。最简单的可视化工具仿佛一个黑箱。较新的技术工具允许非技术用户在不必学习就可以使用复杂的模型和多媒体软件，能够对任一学科或多个学科进行数据的可视化呈现。

3.3信息可视化领域当前研究的问题

（1）层次信息的可视化

抽象信息之间的关系最普遍的一种就是层次关系，如磁盘目录结构，图书分类，文档管理等。层次关系到处可见，在某种条件下任意的图都可以转化为层次关系。

（2）多维信息可视化

我们生活在一个三维物理空间世界中。我们的视觉感知在前后、左右、上下的三维空间定势。四维信息都很难直观地理解，更何况是更多维的信息。而绝大多数抽象信息又是三维以上的多维信息，如金融信息、股票信息、数据仓库等。因此多维信息的可视化是信息可视化的一个重要目标。

（3）文档（文本）信息可视化

大量信息中，绝大多数是文本信息，如电子邮件、因特网文档、科学论文、报纸文章等等。文档信息是我们记忆的延伸，我们需要经常和文档信息进行交流。各种文档信息堆积如山，可视化可以帮助我们快捷地从文档信息中获取我们需要的内容和知识。文档信息可视化可以分为两类：一类是对单个文档本身的可视化，另一类是对大型文档集合的可视化。

（4）Web可视化

可以说，信息爆炸的引领者是因特网。目前，Web上的信息以万亿字节计算，它们来自许多不同的网站上，网站通过文档之间的超链彼此交织在一起。不论现在Web的规模有多大，它还在以一定的速度继续膨胀。如何方便地使用Web上的信息，成了一个迫切需要解决的问题。然而，目前的信息访问方式却远远不能让人满意。信息可视化在帮助人们理解信息空间的结构，快速发现所需信息等方面将会扮演令人信服的重要角色。