[摘 要] 本研究采用古文《师说》作为实验的素材，对24名在校大学生（男女各12人）采用纯文字和运用思维导图两种呈现方式来呈现古文。在利用思维导图呈现方式中，设计了可视化的图形策略，利用眼动仪和Tobii Studio配套软件分析学习者浏览不同策略可视化图形时的眼动轨迹特点和结合声音数据分析浏览效果（对两组声音数据，将声音效果从语速、重复率与错误率等三个维度进行分段分析）。眼动数据分析可以发现，思维导图和纯文字在注视时间、注视热图、注视点顺序上都有很大的差异。声音数据分析也可看出有思维导图呈现方式比纯文字呈现方式更有利于实验者获取信息，并且更有助于观察者记忆。另外基于眼动轨迹和注释热图的分析研究还表明，在记忆的首尾效应方面，纯文字呈现方式存在首尾效应，而思维导图呈现方式首尾效应不明显。
[关键词] 思维导图； 古文； 呈现方式； 内容识记
[中图分类号] G434 [文献标志码] A
[作者简介] 叶新东（1976—），男，浙江温州人。副教授，博士研究生，主要从事新技术、新媒体与教育的研究。E-mail：yxd@wzu.edu。
一、引 言
屏显示技术的发展使得可视化环境得以进一步改善，丰富多彩的数字屏幕使各种图形、图像形式互为激荡汇流，我们已经进入了一个读图时代。图形、图像等视觉信息因其生动直观、信息承载量大、启发思维等特点改变了我们知识获取的方式。同时随着脑研究的爆炸式激增，神经科学的研究领域开始被研究者所涉足，人们开始从研究外在的可视化形式转向把可视化与人的大脑思维相结合，或者说把知识可视化向思维可视化层面提升。研究者们开始探寻一种与脑的最佳自然学习和思考方式相一致的知识学习取向。对于可视化的研究，伴随着计算机技术的发展，经历了从数据—信息—知识可视化的研究历程。随着基于计算机的工业设计的兴起和脑科学的发展，这一研究开始向适合人的思维的可视化视角发展，同时也从计算机科学领域向与其他学科的交叉领域渗透，包括心理学、教育学、管理学等学科。
在认知科学领域，很多研究已经关注可视化与知识理解和记忆的相互关系。GeneBellinger、Durval Castro和Anthony Mills认为理解（Understanding）支撑着数据到信息和知识的转换，理解并不是一个独立的层次。[1]赵国庆等从可视化对象、可视化目的、可视化方式和交互类型等四个方面对数据可视化、知识可视化、技术信息可视化与知识可视化进行了比较。[2]其中，针对智慧（思维）可视化的方法、技术的相关研究也颇多，主要集中在用何种结构的图形图像显示知识更符合人们的思维方式，受化学中元素周期表的使用、外观和逻辑的启发，Ralph Lengler和Martin Eppler整合了形式多样的视觉表征，依据各类视觉表征的相关性和不同点对技术进行“编号”、“上架”。[3]
对于可视化所带来的理解和记忆的良好效果，也被诸多研究证实。Holley等认为对知识和信息结构的可视化能帮助学习者应对复杂和非良构的知识内容 。[4][5]Jonassen等认为可视化能够帮助学生去理解相关内容和资源的创意、思想和知识，方法是通过提取、建构、组织和调整，描述、评价、定位以及进入、传播知识内容。[6]可视化可以利用人类自有的发现模式进程。[7]因为Laseau指出：从远古时代，人们即广泛地使用视觉方式来表达思想，[8]而Lakin & Simon认为一个图表或示图（Diagram）有时可以胜过一万字，这说明人类本身所具有的视觉思维这个重要特性。[9]人们能够提取视觉和空间的工作记忆，[10] [11]这表明它
使用涉及人类工作记忆不同子系统的认知加工过程的多重代码，更有利于支持学习过程 。[12]个人的知识和信息内在结构的可视化外在表达可以帮助人们搜寻和认知加工知识内容的结构元素。[13]在学习和解决问题的过程中，可视化克服工作记忆中存储的信息容量和时间的限制可以帮助学习者解决问题，表明了可视化会降低认知负荷。[14]为应对复杂的认知任务的要求，可视化扩大个人的记忆能力。[15] [16]
上世纪60年代英国心理学家东尼·博赞（Tony Buzan）研究达芬奇、爱因斯坦等“天才人物”所留下的手稿时，发现图像、图形、符号构成了这些手稿的主体，由此发明思维导图这种学习方式。可视化已经被证实是应对复杂知识和丰富信息情境下知识理解和记忆的有效策略。思维导图这个可视化策略和工具在引入中国以来也受到了中国教育研究者的关注，相关应用也很好地得以开展，但是对于思维导图在中文教学中认知层面的研究还是缺乏的。本论文研究的目的是试图通过使用眼动仪探寻不同的可视化呈现对知识理解的不同表现，寻求思维导图内容呈现符合视觉思维的不同证据。
本研究利用中文古文作为研究素材是由于中文古文教学在中文语言教学中是一个难点，同时古文文章对于学生的理解和记忆来说是一个非良构的语言结构和表达，更能够测试可视
化在复杂知识和非良构知识表达中的作用。研究首先通过分析学习者对不同呈现内容的识记效果，了解不同呈现方式对记忆影响。然后通过分析可视化图形浏览注视点时间的分布规律、区域注视偏好、可视化图形内容等因素对学习者眼动行为的影响，确定不同可视化图形的眼动行为特点，寻影响识记效果的眼动证据。希望为可视化内容呈现策略设计提供建议和帮助。
二、实验设计与实施
（一）实验假设
1. 使用思维导图呈现中文古文更有利于实验者获取内容信息，提高记忆效果。
2. 思维导图呈现中文古文能够提高实验者对文章结构的把握，缓和记忆过程中的首尾效应。
（二）实验方法
1. 实验对象
被试者为24名高校在读生，其中男生12名，女生12名，文科生和理科生各12人，年龄20～23岁，身心健康，智力正常，视力或矫正视力正常，母语为汉语，均为右利手。志愿参加实验，并签署知情同意书，实验后获取一定的报酬。
2. 实验材料
本研究采用中国经典古文《师说》作为实验的素材，此古文不分文理科学生在中学时代都接触过。实验素材采用两种呈现方式，一种是纯文字的呈现方式，类似于中学教材中的内容呈现方式；另外一种是使用思维导图来呈现古文，根据思维导图特点使用并设计了可视化的内容结构方式，通过提炼关键字并加粗、设置颜，附加与关键字相关的图片，段落之间用不同颜的分支展示，分支之前加上提炼的段落大意，将古文形象地展示在被试者的眼前。实验材料为两张不同呈现方式的古文《师说》图片，也就是纯文字呈现和思维导图呈现。实验素材从内容上保持一致，从结构和呈现形式上存在显著差异，如图1所示。
3. 实验设备
实验采用瑞典Tobii公司制造的非头戴式眼动仪。这款眼动仪的被试者不需要戴眼镜或接
触，使用远程的方式，眼动仪看起来像一台普通的显示器，给被试者创造一个自然的环境。被试者能够自由地浏览，并会经常忘记他们眼动行为正在被记录。眼动仪可以直接观察记录被试者内在的认知加工过程，使实验数据更加真实可靠。眼动仪的配套软件Tobii Studio能够对每个页面的播放时间进行设置，确保每个页面的测试时间。在实验中，实验设计者能够通过屏幕观察被试者的眼动行为，从客观上确保眼动仪能够收集出被试者的注视点分布、兴趣区域、注视时间等数据。实验的视觉刺激材料通过眼动仪上的屏幕予以呈现。
4. 实验过程
本实验主要采用图片感知范式（Picture Perception Paradigm）呈现图片，刺激呈现在17寸眼动仪液晶显示屏上，显示器分辨率为1024×768像素。实验开始时屏幕中将显现指导语，告知被试者实验要求，让被试者坐在眼动仪前，将眼动仪调整到使用状态，并对被试者的双眼进行定位和校准，一分钟后导入预存的实验材料古文图片，实验材料古文《师说》内容以图片样式呈现，呈现方式为纯文字图片或者是思维导图形式的图片，将纯文字呈现方式的图片区域分为三个（见图2），思维导图呈现方式的图片区域也分为三个（见图3），一个被试仅提供一种方式呈现材料。呈现时间为10分钟，要求被试者注视屏幕对材料内容进行记
忆。10分钟过后显示白屏。进入效果测试时间，要求被试者背诵所呈现的古文，并通过录音设备将背诵的声音录制下来。背诵结束，完成一个样本的实验，以此重复完成24个样本实验，样本分配为纯文字呈现12人，6男6女；思维导图呈现12人，6男6女，同时考虑文理科人数均衡。
在整个实验环境中，保持室内光线柔和，被试者独坐于安静房间内，并与电脑屏幕相距约80cm，实验时排除尽可能多的外界干扰因素。
记忆效果测试使用语速、错误率和重复比率等三个参数，选取这三个参数是根据对中学语文教师的咨询和访谈，教师普遍认为从学生背诵课文的角度看，这三个参数能够主要体现学生对此部分内容的理解和记忆。语速是指每分钟背诵的文字数量，错误率是指背诵错误文字的个数除以总文字个数，重复比率是指重复文字的数量除以总文字的数量。搞笑图片带字
三、实验数据与分析
（一）全文记忆效果测试结果
1. 语速
思维导图呈现方式组的语速平均为每分钟156.75±25.670个，纯文字呈现方式组的语速平均为每分钟125.75±18.917个。思维导图呈现方式组的平均语速比纯文字呈现方式组的平均语速高，独立样本t检验得t=3.368，p=.003
2. 错误率
思维导图呈现方式组的错误率均值为0.33513±0.0255662，纯文字呈现方式组的错误率均值为0.155511±0.1049686。思维导图呈现方式组的平均错误率比纯文字呈现方式组的平均错误率低，独立样本t检验得t=-3.912，p=.001
3. 重复比率
重复比率是指被试在背诵古文过程中，对已背诵过的文字由于不确定或者对后续内容不确定的情况下重复已背过内容的字数与文字总字数的比。思维导图呈现方式组的重复比率为0.011221±0.0061778，纯文字呈现方式组的重复比率为0.136772±0.0913312。思维导图呈现方式组的重复比率比纯文字呈现方式组的重复比率低，独立样本t检验得t=-4.684，p=.000
（二）文章内容分段记忆效果测试结果
1. 纯文字的呈现方式
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