一、青少年科普信息可視化呈現國內外研究現狀
近年來, 各國政府都非常重視科學普及工作, 以美國科普政策為例, 其首要目標就是要加強學生的科學教育, 提高學校學生的科學素養。2011年美國明尼蘇達州舉行的國際技術教育大會明確提出要“準備STEM勞動力”:2014年美國拉菲特學院意識到“藝術與人文” (Arts) 可以提升STEM教育的趣味性和藝術性, 體現人文關懷和對生活的理解, 遂將STEM教育轉變為對STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts&Mathematics) 教育理念的探索。STEAM并不只是科學、技術、工程、藝術與數學的簡單疊加, 而是強調多學科的交叉融合, 以設計思維為導向進行創新的學習活動設計, 發掘藝術設計對知識獲取、整合的影響力。
科普信息的可視化設計項目大體都基于其可視化載體和媒介進行相關實踐, 大致可分為:科普讀物、大眾傳媒科普節目、科普短片、科普裝置、科普產品、科普場所等?？破兆x物的可視化設計范例有很多, 如英國的《您身體內部的魚》、《訝異的時代》, 日本的《理工系基礎知識》更是專門寫給大學生的科普書;大眾傳媒的發展使科普節目可視化從各個角度貼近大眾的生活;蘋果公司在2015年推出了醫療應用3D Medical, 該軟件記錄了人體11個系統的立體模型和8200個解剖結構, 操作者可以查看相關知識、旋轉、放大、切掉模型, 細觀解剖圖層等, 醫生可以將患者的治療方案以可視化的方式直觀呈現到患者面前;美國科學展覽的可視化形式更是靈活多變, 形象新穎, 不僅在博物館、科技館中關注科學知識的普及, 甚至迪斯尼、侏羅紀公園等旅游景點亦采用了最新的科技、最酷炫的設備來進行集教育性、娛樂性于一體的科普。
2016年以來, 中國有關部門對青少年科學知識學習的推動力度很大, 但市場上的許多科普產品打著科普噱頭, 卻忽視了科普內容的科學準確性、藝術呈現方式的適用性, 以及青少年對表達方式的接受程度。究其原因, 科普的藝術可視化設計是在嚴謹的科學觀念下審美意識的物化活動, 國內的科普教育對藝術與人文領域欠缺關注, 科普設計師對科學知識缺乏深入的理解, 學界對設計思維為導向的科學知識傳播體系缺乏有效探索。
中國科技館一直在模仿國外優秀的科普展品設計, 跟隨卻從未超越。其中250件科普可視化展品, 85%可供參觀者操作體驗, 可見, 不管國內還是國外, 在可視化的過程中關注學習者的體驗與實踐是大勢所趨。有越來越多的設計師投入到科普項目實踐中來, 但經典作品少, 理論化研究也比較少。
總的來說, 我國的科普可視化設計剛剛起步, 尤其針對青少年群體, 雖在政策指引下出現了很多設計實踐, 但跟國外的水平依然相差較大, 在信息可視化的設計層面更沒有形成有效的理論指引。
二、青少年科普信息可視化研究的意義
12歲以上青少年群體的認知程度屬于皮亞杰兒童認知發展理論的第四個階段, 他們能理解符號的意義、隱喻和直喻, 能對事物做一定的概括, 能夠學習復雜的科學知識, 具備深入思考的能力, 是創造性思維形成的關鍵階段。針對該群體的知識可視化作為解決知識傳播問題的有效手段, 主要通過視覺的表現與藝術化的處理來完成。
互聯網時代新媒體、新技術的發展為青少年科普文化的傳播提供了廣泛的媒介與技術支持, 盡管可視化的相關技術已經發展到很成熟的階段, 但科普產品的可視化相關理論還一片空白亟待探索。
青少年科普中的信息可視化研究, 是為了探索呈現科學知識的設計構成因素、程序方法、實現路徑的研究。
通過對科學知識的可視化探索和藝術化的表達, 可以達到以下三個目的:一.很好地將抽象的科學簡單化、形象化、趣味化, 幫助青少年更好的理解和學習知識本身。二.引起青少年對科學知識學習的興趣, 提升科學對青少年的吸引力。三.傳播科學的思維、方法、理念, 提升中國青少年的綜合素質水平。
這項研究需要從信息可視化與青少年認知建構的雙重角度, 分析對科普產品的設計策略。無論是從事何種科普文化活動, 要提高效果、擴大影響, 就必須上升到理性的高度, 通過針對青少年的科學內容可視化“設計方法論”的研究, 一方面可以進行科普設計的理論框架搭建, 形成進行科普設計的重要理論、原則、方法;另一方面能夠指導具體的設計實踐, 提升設計品質, 提高科普設計對認知建構的影響力, 具有實際意義。
三、青少年科普信息可視化的理論基礎
信息在人類漫長的文明歲月中, 主要通過視覺化的圖形和文字來傳達、表現抽象的信息, 這是人類獲取和分享信息的主要方式?，F代信息設計隨著計算機科學, 特別是計算機圖形學、人工智能的發展, 將可視化的概念與應用推向了研究前沿。“視覺”從來都是人類獲取信息的重要渠道, 80%以上的感知信息和至少50%大腦皮層接受的信息是與視覺有關的。
從英文來看, 可視化可以用“Visualize”和“Visualiztion”兩個詞來, 第一個是動詞, 意思為生成符合人類視覺感知的圖像, 這層意思突出了可視化是一種信息傳遞的媒介;后者是名詞, 譯為“使某事、某物變得可見的動作或事實”, 強調可視化將不可見之物在人腦中形成可被人感知的心理圖像的過程或能力?？ǖ?(Card) 教授曾對可視化進行了如下定義:“可視化--用來增強認知的數據, 以及計算機支持的交互式視覺展示”, 所以我們需要構建一種以體驗和視覺為主的學習情境。“信息可視化”不僅可以讓信息的傳播過程變得通俗易懂, 還能使受眾獲得情感共鳴, 從而提高信息傳播的效果。
認知科學告訴我們, 學習是主體利用外部的可視化元素和內部的心智結構, 通過感知、認知和計算加工完成知識建構的過程。維果斯基理論認為, 個人的主觀知識經發表而轉化為使他人有可能接受的客觀知識, 需要人際交往的社會過程, 也就是說, 學習是一個互動的過程, 學習的主體必須主動參與到這個互動中來, 因此將人的行為與環境的互動納入到科普學習過程中去研究是十分必要的。情景學習理論認為, 學習是需要學習主體有目的的、積極的、自主的、建構的實踐, 該實踐包括互動的意圖——行動——反思活動”, 筆者認為這個過程可以分解為三個階段:1.知識信息的設計呈現階段——2.主體學習任務的交互階段——3.主體建構認知的階段。在第一個階段, 信息可視化表現內容和方式需要進行藝術化表達;在第二個階段, 學生與媒介互動的過程中, 需要考慮人機交互、操作的諸多因素;在形成認知的第三個階段, 通過設計給主體形成深刻記憶與良好感受, 需要圍繞“青少年-學習系統 (科普產品) -環境”對科學知識進行分階段的可視化研究。
青少年正式的科學學習主要以課堂灌輸、陳述為主;非正式的課外學習形式以“體驗學習”為主, 但在青少年生活中所占比重很少, 學校與家長也不重視。“體驗學習”是一種情境化的學習方式, 以學生為主體, 通過可視化學習過程本身, 即聽講、閱讀、實踐、研究等任何感官與媒介相接觸的過程中獲得知識或技能。這個過程只有經過主動參與、親身體驗才能有效地完成, 從而構建一個便于體驗學習發生與信息傳播的可視化情境就顯得至關重要。
信息管理學的DIKW模型認為我們面對的現實“知識”, 存在著這四個檔次:1.數據, 指無意義的數字、文字、圖像、符號等;2.信息, 指通過一些方式將數據進組織和處理, 形成有意義的數據。3.將信息進行整合, 變成信息的集合, 使信息變得有用, 更好的呈現給人類, 這就是知識。4.當人類擁有并掌握了這個知識, 能夠去應用知識解決實際問題, 這就是智慧。在這個知識的層級遞進中, 信息可視化設計分別對數據向信息的轉化, 信息向知識的轉化都有著無可替代的作用。
圖1為筆者基于DIKW理論提出的科普信息可視化的模型, 該模型將設計的實踐流程與知識的認知建構過程、人與知識的交互過程融入數據-信息-知識-智慧的發展過程, 對科普知識的可視化呈現具有宏觀的指導意義。
四、青少年科普群體的特殊性
本文關注青少年群體, 他們的形象思維已發展的非常完善, 抽象思維漸趨成熟, 能夠獨立思考提出問題、并嘗試自己去解決問題。針對這一群體的科普產品設計策略還沒有學者展開探索。
中國許多中小學把科普教育作為素質教育的一項重點工作, 成立科技實踐基地或科普活動中心, 在硬件上陳列各種展品 (僅以德州市天衢中心小學為例, 就有輝光放電、月相儀、無源之水、八大行星等展品裝置) , 設置科普電影放映室、計算機房等, 軟件上購買各創客教育公司的課件課程等, 投入巨大, 所耗不菲, 大家盡力去營造一個良好的科普教育校園環境, 卻仍然無法改變大部分學生對科學的態度, 無法使科普這件事成為青少年群體熱愛的話題, 究其根本, 是忽視了青少年學生這個群體的創造力內核。所有的科普活動最終都應該轉化成學生的一種思維能力, 并反作用于他們的實踐活動才算成功。他們對科學積極主動的態度, 對知識真實運用的能力才是我們最終最求的科普效果。
建議從信息學、認知科學、圖形學、設計學等角度展開跨學科的交叉研究, 探索青少年科普設計的藝術加工原則、方法。與其他科普可視化作品主要基于實踐項目的設計師經驗不同, 建議用理論模型去指導具體的設計實踐。
五、總結
本文針對目前青少年科普市場上相關產品流于形式, 缺乏嚴謹知識架構與合理設計的現象, 致力于提升青少年接受科學知識的程度與效果。能夠從藝術可視化與青少年認知建構的雙重角度, 得出針對青少年科普文化產品的設計策略 (可視化策略) 。將對設計實踐的研究上升到設計方法論的研究, 一方面能夠為新的科普產品提供可視化的理論依據, 另一方面能夠改進、修正、完善原有的科普產品設計, 對已有的科普資源形成優化建議, 應用前景十分廣泛。
無論是從事科普傳播、科普設計、科普研究, 還是其他科普文化產業的相關活動, 如果要提高科學普及的效果、擴大傳播的影響力, 就必須研究現象背后的原因與規律, 將科學知識的藝術可視化設計上升到理性高度, 研究互聯網時代青少年科普可視化的具體策略, 這對我國科普文化產業的發展具有十分重要的意義。
摘要：文章簡述了青少年科普信息可視化的相關概念和研究現狀, 提出互聯網時代新媒體、新技術的發展可以為青少年科普文化的傳播提供廣泛的媒介與技術支撐, 從認知科學與信息管理科學的角度對科普產品的可視化呈現理論模型進行了初步探索。青少年科普中的信息可視化研究, 是為了探索呈現科學知識的設計構成因素、程序方法、實現路徑, 對我國科普文化產業的發展具有十分重要的意義。
關鍵詞：青少年科普,信息可視化,模型
參考文獻
[1] 趙輝.基于新媒體技術條件下的信息可視化設計[J].傳媒, 2018 (01) :88-90.
[2] 葉新東.未來課堂環境下的可視化教學研究[D].上海:華東師范大學, 2014.
[3] 潘穎.高中生非正式科學學習的現狀調查與促進策略研究[D].長春:東北師范大學, 2013.