互联网时代青少年科普信息可视化呈现策略探究

一、青少年科普信息可视化呈现国内外研究现状

近年来, 各国政府都非常重视科学普及工作, 以美国科普政策为例, 其首要目标就是要加强学生的科学教育, 提高学校学生的科学素养。2011年美国明尼苏达州举行的国际技术教育大会明确提出要“准备STEM劳动力”:2014年美国拉菲特学院意识到“艺术与人文” (Arts) 可以提升STEM教育的趣味性和艺术性, 体现人文关怀和对生活的理解, 遂将STEM教育转变为对STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts&Mathematics) 教育理念的探索。STEAM并不只是科学、技术、工程、艺术与数学的简单叠加, 而是强调多学科的交叉融合, 以设计思维为导向进行创新的学习活动设计, 发掘艺术设计对知识获取、整合的影响力。

科普信息的可视化设计项目大体都基于其可视化载体和媒介进行相关实践, 大致可分为:科普读物、大众传媒科普节目、科普短片、科普装置、科普产品、科普场所等。科普读物的可视化设计范例有很多, 如英国的《您身体内部的鱼》、《讶异的时代》, 日本的《理工系基础知识》更是专门写给大学生的科普书;大众传媒的发展使科普节目可视化从各个角度贴近大众的生活;苹果公司在2015年推出了医疗应用3D Medical, 该软件记录了人体11个系统的立体模型和8200个解剖结构, 操作者可以查看相关知识、旋转、放大、切掉模型, 细观解剖图层等, 医生可以将患者的治疗方案以可视化的方式直观呈现到患者面前;美国科学展览的可视化形式更是灵活多变, 形象新颖, 不仅在博物馆、科技馆中关注科学知识的普及, 甚至迪斯尼、侏罗纪公园等旅游景点亦采用了最新的科技、最酷炫的设备来进行集教育性、娱乐性于一体的科普。

2016年以来, 中国有关部门对青少年科学知识学习的推动力度很大, 但市场上的许多科普产品打着科普噱头, 却忽视了科普内容的科学准确性、艺术呈现方式的适用性, 以及青少年对表达方式的接受程度。究其原因, 科普的艺术可视化设计是在严谨的科学观念下审美意识的物化活动, 国内的科普教育对艺术与人文领域欠缺关注, 科普设计师对科学知识缺乏深入的理解, 学界对设计思维为导向的科学知识传播体系缺乏有效探索。

中国科技馆一直在模仿国外优秀的科普展品设计, 跟随却从未超越。其中250件科普可视化展品, 85%可供参观者操作体验, 可见, 不管国内还是国外, 在可视化的过程中关注学习者的体验与实践是大势所趋。有越来越多的设计师投入到科普项目实践中来, 但经典作品少, 理论化研究也比较少。

总的来说, 我国的科普可视化设计刚刚起步, 尤其针对青少年群体, 虽在政策指引下出现了很多设计实践, 但跟国外的水平依然相差较大, 在信息可视化的设计层面更没有形成有效的理论指引。

二、青少年科普信息可视化研究的意义

12岁以上青少年群体的认知程度属于皮亚杰儿童认知发展理论的第四个阶段, 他们能理解符号的意义、隐喻和直喻, 能对事物做一定的概括, 能够学习复杂的科学知识, 具备深入思考的能力, 是创造性思维形成的关键阶段。针对该群体的知识可视化作为解决知识传播问题的有效手段, 主要通过视觉的表现与艺术化的处理来完成。

互联网时代新媒体、新技术的发展为青少年科普文化的传播提供了广泛的媒介与技术支持, 尽管可视化的相关技术已经发展到很成熟的阶段, 但科普产品的可视化相关理论还一片空白亟待探索。

青少年科普中的信息可视化研究, 是为了探索呈现科学知识的设计构成因素、程序方法、实现路径的研究。

通过对科学知识的可视化探索和艺术化的表达, 可以达到以下三个目的:一.很好地将抽象的科学简单化、形象化、趣味化, 帮助青少年更好的理解和学习知识本身。二.引起青少年对科学知识学习的兴趣, 提升科学对青少年的吸引力。三.传播科学的思维、方法、理念, 提升中国青少年的综合素质水平。

这项研究需要从信息可视化与青少年认知建构的双重角度, 分析对科普产品的设计策略。无论是从事何种科普文化活动, 要提高效果、扩大影响, 就必须上升到理性的高度, 通过针对青少年的科学内容可视化“设计方法论”的研究, 一方面可以进行科普设计的理论框架搭建, 形成进行科普设计的重要理论、原则、方法;另一方面能够指导具体的设计实践, 提升设计品质, 提高科普设计对认知建构的影响力, 具有实际意义。

三、青少年科普信息可视化的理论基础

信息在人类漫长的文明岁月中, 主要通过视觉化的图形和文字来传达、表现抽象的信息, 这是人类获取和分享信息的主要方式。现代信息设计随着计算机科学, 特别是计算机图形学、人工智能的发展, 将可视化的概念与应用推向了研究前沿。“视觉”从来都是人类获取信息的重要渠道, 80%以上的感知信息和至少50%大脑皮层接受的信息是与视觉有关的。

从英文来看, 可视化可以用“Visualize”和“Visualiztion”两个词来, 第一个是动词, 意思为生成符合人类视觉感知的图像, 这层意思突出了可视化是一种信息传递的媒介;后者是名词, 译为“使某事、某物变得可见的动作或事实”, 强调可视化将不可见之物在人脑中形成可被人感知的心理图像的过程或能力。卡德 (Card) 教授曾对可视化进行了如下定义:“可视化--用来增强认知的数据, 以及计算机支持的交互式视觉展示”, 所以我们需要构建一种以体验和视觉为主的学习情境。“信息可视化”不仅可以让信息的传播过程变得通俗易懂, 还能使受众获得情感共鸣, 从而提高信息传播的效果。

认知科学告诉我们, 学习是主体利用外部的可视化元素和内部的心智结构, 通过感知、认知和计算加工完成知识建构的过程。维果斯基理论认为, 个人的主观知识经发表而转化为使他人有可能接受的客观知识, 需要人际交往的社会过程, 也就是说, 学习是一个互动的过程, 学习的主体必须主动参与到这个互动中来, 因此将人的行为与环境的互动纳入到科普学习过程中去研究是十分必要的。情景学习理论认为, 学习是需要学习主体有目的的、积极的、自主的、建构的实践, 该实践包括互动的意图——行动——反思活动”, 笔者认为这个过程可以分解为三个阶段:1.知识信息的设计呈现阶段——2.主体学习任务的交互阶段——3.主体建构认知的阶段。在第一个阶段, 信息可视化表现内容和方式需要进行艺术化表达;在第二个阶段, 学生与媒介互动的过程中, 需要考虑人机交互、操作的诸多因素;在形成认知的第三个阶段, 通过设计给主体形成深刻记忆与良好感受, 需要围绕“青少年-学习系统 (科普产品) -环境”对科学知识进行分阶段的可视化研究。

青少年正式的科学学习主要以课堂灌输、陈述为主;非正式的课外学习形式以“体验学习”为主, 但在青少年生活中所占比重很少, 学校与家长也不重视。“体验学习”是一种情境化的学习方式, 以学生为主体, 通过可视化学习过程本身, 即听讲、阅读、实践、研究等任何感官与媒介相接触的过程中获得知识或技能。这个过程只有经过主动参与、亲身体验才能有效地完成, 从而构建一个便于体验学习发生与信息传播的可视化情境就显得至关重要。

信息管理学的DIKW模型认为我们面对的现实“知识”, 存在着这四个档次:1.数据, 指无意义的数字、文字、图像、符号等;2.信息, 指通过一些方式将数据进组织和处理, 形成有意义的数据。3.将信息进行整合, 变成信息的集合, 使信息变得有用, 更好的呈现给人类, 这就是知识。4.当人类拥有并掌握了这个知识, 能够去应用知识解决实际问题, 这就是智慧。在这个知识的层级递进中, 信息可视化设计分别对数据向信息的转化, 信息向知识的转化都有着无可替代的作用。

图1为笔者基于DIKW理论提出的科普信息可视化的模型, 该模型将设计的实践流程与知识的认知建构过程、人与知识的交互过程融入数据-信息-知识-智慧的发展过程, 对科普知识的可视化呈现具有宏观的指导意义。

四、青少年科普群体的特殊性

本文关注青少年群体, 他们的形象思维已发展的非常完善, 抽象思维渐趋成熟, 能够独立思考提出问题、并尝试自己去解决问题。针对这一群体的科普产品设计策略还没有学者展开探索。

中国许多中小学把科普教育作为素质教育的一项重点工作, 成立科技实践基地或科普活动中心, 在硬件上陈列各种展品 (仅以德州市天衢中心小学为例, 就有辉光放电、月相仪、无源之水、八大行星等展品装置) , 设置科普电影放映室、计算机房等, 软件上购买各创客教育公司的课件课程等, 投入巨大, 所耗不菲, 大家尽力去营造一个良好的科普教育校园环境, 却仍然无法改变大部分学生对科学的态度, 无法使科普这件事成为青少年群体热爱的话题, 究其根本, 是忽视了青少年学生这个群体的创造力内核。所有的科普活动最终都应该转化成学生的一种思维能力, 并反作用于他们的实践活动才算成功。他们对科学积极主动的态度, 对知识真实运用的能力才是我们最终最求的科普效果。

建议从信息学、认知科学、图形学、设计学等角度展开跨学科的交叉研究, 探索青少年科普设计的艺术加工原则、方法。与其他科普可视化作品主要基于实践项目的设计师经验不同, 建议用理论模型去指导具体的设计实践。

五、总结

本文针对目前青少年科普市场上相关产品流于形式, 缺乏严谨知识架构与合理设计的现象, 致力于提升青少年接受科学知识的程度与效果。能够从艺术可视化与青少年认知建构的双重角度, 得出针对青少年科普文化产品的设计策略 (可视化策略) 。将对设计实践的研究上升到设计方法论的研究, 一方面能够为新的科普产品提供可视化的理论依据, 另一方面能够改进、修正、完善原有的科普产品设计, 对已有的科普资源形成优化建议, 应用前景十分广泛。

无论是从事科普传播、科普设计、科普研究, 还是其他科普文化产业的相关活动, 如果要提高科学普及的效果、扩大传播的影响力, 就必须研究现象背后的原因与规律, 将科学知识的艺术可视化设计上升到理性高度, 研究互联网时代青少年科普可视化的具体策略, 这对我国科普文化产业的发展具有十分重要的意义。

摘要：文章简述了青少年科普信息可视化的相关概念和研究现状, 提出互联网时代新媒体、新技术的发展可以为青少年科普文化的传播提供广泛的媒介与技术支撑, 从认知科学与信息管理科学的角度对科普产品的可视化呈现理论模型进行了初步探索。青少年科普中的信息可视化研究, 是为了探索呈现科学知识的设计构成因素、程序方法、实现路径, 对我国科普文化产业的发展具有十分重要的意义。

关键词：青少年科普,信息可视化,模型

参考文献

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