知识可视化视觉表征的分析框架，本文主要内容关键词为：表征论文,框架论文,视觉论文,知识论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
[中图分类号]G434 [文献标识码]A [文章编号]1007-2179(2010)05-0051-08
[修回日期]2010-08-25
可视化是指充分利用人们对图形快速识别的能力，将数据、信息和知识转化为形象化的视觉表征形式，以便于信息传播和大众解读。知识可视化以图形设计、认知科学等为基础，与视觉表征有着密切关联。“在教育技术领域，知识可视化指知识可视化视觉表征形式，与此相对应的是承载知识的图解手段。”(赵国庆，2009)在信息技术条件下，知识可视化有了新的突破：制作工具越来越多，制作方法更为简易，表现形式更为多样。于是，知识可视化在教育教学中逐步应用起来，视觉表征在不知不觉中深刻影响了师生们的学习环境和认知方式，并且范围更加广泛，效果更受期待。然而让人感觉奇怪的是，大家一方面对此现象习以为常；另一方面却对“视觉表征”这一名词感到新鲜陌生，对其内涵更无甚解。伴随知识可视化研究与应用的不断深入，视觉表征已经成为知识可视化研究的新对象。
视觉表征作为知识可视化研究对象的提出
“任何一种新技术的发明和运用(感觉的延伸)都改变着我们思想和行为的方式，即我们感知世界的方式。”(麦克卢汉，2001)于是，随着计算机性能不断提高和计算机图形学蓬勃发展，人们将可视化技术应用于科学数据的可视化中，通过分析数据，去探索规律、表达知识。因而，“知识可视化是在科学计算可视化、数据可视化和信息可视化基础上发展起来的新兴研究领域，它应用视觉表征手段，促进群体知识的创造和传递。”(赵国庆，2009)
(一)从概念定义看，视觉表征是知识可视化的研究对象
从知识可视化的定义看，视觉表征是其研究对象。例如，Eppler和Burkard(2004)认为，“知识可视化是应用视觉表征手段，促进群体知识的传播和创新，研究视觉表征旨在提高群体之间知识传播和创新。”而赵国庆(2009)认为，“知识可视化是研究如何应用视觉表征改进两个或两个以上人之间复杂知识创造与传递的学科。”这一定义明确认为，知识可视化是一个研究如何应用视觉表征的学科，其研究对象既有应用研究，也包含理论研究。
知识可视化视觉表征是改善知识传递的手段。知识传递在个人之间、个人和群体之间、群体和群体之间等多个层面上发生。通过视觉表征，知识可视化可以提高知识创造与传递的效率。当然，视觉表征也不是什么灵丹妙药，并不能取代其他知识创造和传递的手段，而应该与其他表征手段结合使用。
知识可视化视觉表征为知识创造提供了可能。“知识创新有发展、超越、创新等含义，可以指认识的深化，也可以指对旧有的认识方法、思维方式的超越，还可指新的认识成果、认识方法和思维方式的产生。”(高岸起，2001)例如，小组可以通过使用启发式草图或者图形隐喻创造新的知识。与文本表征不同，视觉表征可以整体被快速修改，便于学习者获取内容、改善思路。
(二)从形式上看，视觉表征包含知识可视化类型的共性
知识可视化的研究对象是视觉表征手段的应用，即采用什么样的图解手段来促进知识创造和传递。当然，“并不明确指出只包括‘图解表征’，而是包括各种能够促进知识‘创造’与‘传递’的各种视觉表征手段，如知识动画等”。(赵国庆，2009)
从“视觉表征”一词的英文表达“visual representation”来看，“visual”一词作为名词的意思为“something such as a picture，map，piece of film，etc.used to make an article or a talk easier to understand or more interesting”；作为形容词的意思是“of or connected with seeing or sight”。因此，视觉表征作为形容词的意思为通过眼睛感受到的，而作为名词的解释则是概念地图、维恩图、归纳塔、组织图、时间线、流程图、棱锥图、射线图、目标图、循环图和矩阵等具体的形式。
目前知识可视化研究多探讨概念图、思维导图等具体视觉表征形式的特殊特征，关注视觉表征的具体方式，却未能包括所有的视觉表征形式。为了区别视觉表征的相关性和不同点，以便更好应用，有必要对其进行分类。“分类，首先必须做到逻辑合理。逻辑合理了，概念才能清晰。每个类别应该在同一个逻辑层次上平行，并且既要相互补充又不能互为替代。”(张舒予，2007)概括而言，视觉表征的分类没有明确的标准，不同分类之间存在交叉和重叠。究其原因，已有研究对视觉表征的本质和特征没有明确界定，导致它的内涵和外延处在不完全确定的状态中。
视觉表征是不同类型知识可视化的总称，体现了所有知识可视类型的共性。为了更有效地利用视觉表征，既有必要阐释知识可视化类型的相关性和不同点，也有必要在形而上层面把握其共同特征。目前知识可视化研究关注视觉表征的分类方式，没有、也不可能包括所有的视觉表征类型。于是，形式多样、种类繁多的视觉表征如何被有效应用，不仅需要探讨具体类型的个性特征，还需要从形而上层面阐释其共性特征。
在论证了视觉表征作为知识可视化研究对象后，接下来就要明白怎么展开研究。首先，要借鉴已有的研究理论，为即将开展的研究提供具有说服力的引导，进而站在巨人的肩膀上，探索可能的研究道路。其次，建立研究假设。知识可视化视觉表征研究怎么进行，不能凭空而生，而要进行理论假设，并且从逻辑上判断是否合适。最后，根据新的理论假设，深入展开研究，形成具有开拓性的研究结论。
知识可视化视觉表征已有分析视角
现象学家胡塞尔曾说：“角度本身什么也不是，但它却与那些意向视域不可分割地联系在一起。”(孙周兴等，2003)研究视角的差异，体现了研究意向视域的不同。知识可视化视觉表征具有学科交叉的特征，目前主要从图像、技术和知识等角度探讨其设计和应用。其中，图像视角侧重于表征形式，技术视角侧重于工具，而知识视角则侧重于内容。
图1 知识可视化视觉表征的已有分析视角
(一)图像视角：重平面元素，轻视觉传播因素
知识可视化视觉表征属于视觉文化的研究范畴。“视觉文化研究的是现代文化和后现代文化如何强调视觉表现经验，而并非短视地强调视觉而排除其他一切感觉。视觉文化不依赖图像，而是依赖对存在的图像化或视觉化这一现代趋势。”(Mirzoeff,1998)同样，知识可视化视觉表征研究的也是如何强调视觉表现经验，而并非短视地强调视觉而排除其他一切感觉；知识可视化视觉表征不依赖图像，而是依赖对图像化或视觉化这一现代趋势。
然而，知识可视化视觉表征图像视角的研究过于注重平面元素，轻视觉传播分析。研究结果多强调图像表征形成的客观条件，把重心定位于图像上，导致了图像功能界定的机械性和片面性；没有充分体现视觉表征视觉传播的特征，忽略了人在视觉表征视觉传播过程中的主导作用。
如Judelman(2004)认为编制知识可视化的视觉表征要熟悉它们的设计要素，并遵循一定的设计原则：图形化(Map)，即展现模型；最优化(Optimize)，即提高认知效率；稳定(Stabilize)，即稳定知识和运作环境；适应(Adapt)，即使形式与应用联系；数字化(Digtalize)，即充分发挥数字化媒体的潜力来操作复杂信息。从理论上看，这些设计原则缺乏与知识的深层联系，没有体现作为知识制品的属性；从实践上看，这些设计原则是图像设计中对图像形式的一般要求，没有充分体现视觉表征传播认知的特征。
再如邱婷(2006)提出的知识可视化实现步骤，即确定主题、明确目标、构思框架、选择形式、绘制图形、评价图形。这个实现步骤本质是一个流程图，说明了创作视觉表征的一般步骤。然而，从形式上看，与一般的图像创作步骤相似；从内容上看，缺乏知识与视觉表征的内在关联；从关系上看，只有图像与知识的关系，缺乏与学习者和制作者的关系。
(二)技术视角：重技术制作步骤，轻制作者创造过程
在国内，“知识可视化”的提法最早见于《知识可视化的理论与方法》(赵国庆等，2005)一文，然而国内学者对于知识可视化视觉表征制作的研究大多停留在技术工具介绍和应用上，其中最关注概念地图、思维导图等，主要介绍菜单设置、图形模板、编辑功能和操作流程等。
知识可视化视觉表征“不是对于感性材料的机械复制，而是对现实的一种创造性把握”(阿恩海姆，1984)。然而，知识可视化视觉表征技术角度的研究过于注重对工具、技术的使用，以技术使用方法过程替代了制作者设计应用的思路；并且缺乏从知识、视觉表征、观看者三者的关系中，探讨如何有效发挥技术工具的价值，导致制作方法的千篇一律，看似包治百病，实则未能充分发挥制作者的能动性和创造性。
(三)知识视角：重视觉表征的功能，轻内容建构的方法
运用视觉表征将知识可视化时，必须考虑知识的类型属性。不同角度的知识分类对视觉表征有着不同的结果。在目前知识可视化领域中，主要有以下几种知识分类方式。
1.不同主体的知识分类：群体知识和个人知识
Eppler和Burkard(2004)认为，“知识可视化应用视觉表征手段，促进群体知识的传播和创新，研究视觉表征在提高群体之间知识传播和创新的作用。”而赵国庆等(2005)则认为，“知识可视化的实质是将人们的个体知识以图解的手段表示出来，形成能够直接作用于人的感官的知识的外在表现形式，从而促进知识的传播和创新。”由此可见，群体知识和个人知识的可视化重点有所不同。“个体知识可视化映射出的是个体对概念间关系的理解，群体知识可视化则映射了各个个体的知识结构及其相互关系。”(鲍贤清，2006)
2.认知心理学的知识分类：陈述性知识和程序性知识
认知心理学家安德森(1983)将知识分为陈述性知识和程序性知识。“陈述性知识是关于‘是什么’的知识，包括各种事实、概念、原则和理论等。程序性知识是关于‘如何做’的知识，包括如何从事并完成各种活动的技能。”(转引自：梁建宁，2003)肖文(2009)依据知识的内容特征，将知识划分为陈述性知识和程序性知识，并分别探讨了不同知识表达中视觉表征设计的方法。
3.从能否符号表达进行分类：隐性知识和显性知识
保罗伊(Polanyi)在1967年首度提出知识的隐性，并与哈德路得(Hedlund)等学者将知识分为隐性知识与显性知识。显性知识指可形式化、制度化和用言语表达的知识形态；隐性知识则是个人化的，与特别情境有关，且难以形式化和沟通。赵国庆等(2005)认为，“知识可视化是知识‘制品’到显性的物理知识制品的转化图，也即把内隐的和隐性的个体知识转化成能够直接作用于人的感官的外显知识”。而王朝云等(2007)则认为，“知识可视化不但要将隐性知识外显化，还要将外显知识生动化，只有这样，才能更好地促进知识在群体间的传播和创新。”因此，知识可视化不仅传递显性知识，还传递思维、经验、态度、价值观、期望、意见及预测等“隐性知识”，并通过可视化帮助他人正确地重构、回忆和应用这些知识。
4.知识经济应用的角度：事实知识、原理知识、技能知识和人际知识
在知识经济时代，知识即财富，是经济发展的根本支柱。世界经济合作组织在《以知识为基础的经济》的报告中把知识分为四类：事实的知识(know-what,即知道是什么的知识；原理的知识(know-why)，即知道为什么的知识；技能知识(know-how)，即知道怎样做的知识；人际知识(know-who)，即知道谁拥有知识。(转引自：潘洪建，2004)因而，赵国庆等(2005)提出，知识可视化的知识分类可以从知识经济应用的角度将知识分为4种：知道是什么的事实知识(Know-what)、知道为什么的原理知识(Know-why)、知道怎样做的技能知识(Know-how)和知道谁有知识的人际知识(Know-who)。
5.学科知识分类：英语知识、政治知识、数学知识等
知识可视化中，结合应用学科的需要，可将知识分为英语知识、数学知识、语文知识等学科知识，并根据学科知识的特点，探讨视觉表征如何设计，可视化工具怎样使用。目前，概念图、思维导图等多种视觉表征形式已被广泛应用于英语、政治、化学等不同学科的教育教学中。
6.其他分类：描述知识、程序知识、经验知识和个体知识
周宁等(2007)提出，“在一个知识可视化框架中，对一个有效的知识传递，要注意以下三点：知识的类型、接受者的类型和可视化的类型。”该框架区别了五种知识类型：描述知识(Know-what)、程序知识(Know-how)、经验知识(Know-why)、定位知识(Know-where)和个体知识(Know-who)。
可以看出，知识可视化视觉表征研究已经从认知心理学、知识符号表达、知识主体、知识经济应用等角度对知识进行分类，更多是探讨应用视觉表征去表达种类多样的知识，即侧重于发挥视觉表征能够表达什么知识的功能，强调视觉表征对人类知识实践活动的支持和改进作用，并以乐观的态度看待在知识可视化推动下教育教学的发展和变革。
知识可视化视觉表征知识角度的研究关注的焦点多是视觉表征促进知识传播创新的可能效果，较少针对应用视觉表征的方法策略。因此，在知识可视化视觉表征研究中，不仅需要关注视觉表征的功能作用，即能够表达什么知识，还要把握视觉表征内容的建构方法，即明白如何表达知识。
概括而言，目前的知识可视化视觉表征研究见物不见人，缺少了观看者和制作者等因素；注意到了形成因素之间的示意关系，却尚未剖析其深层次的内在关联。究其原因，一是人们从事研究和实践活动，受先入为主的习惯思维影响，缺少对视觉表征特征的理性认识；二是对视觉表征已经形成的认识辩证分析不足，尚待充分借鉴哲学、信息科学等研究成果来指导设计和应用。
信息论：知识可视化视觉表征分析的新视角
哲学家维特根斯坦说：“深入地把握住困难正是困难所在。因为，如果是在表面上抓住它，困难会依旧原封不动，得不到改变。必须是连根拔起，使得我们开始以一种新的方式来思考这些事物。新的思维方式正是最难建立起来的东西。一旦新的思维方式得以建立起来，旧的问题就会消失；事实上这些问题也很难再想得起来了。”可见，解决问题的关键不在于解决方法，而在于思考该问题的思维方式。因此，解决知识可视化视觉表征研究问题的关键是反思看待视觉表征的先前假设，从新的理论视角来分析视觉表征。
(一)信息论视角：联系视觉表征的各个环节
信息论可以为知识可视化视觉表征研究提供新的视角。“语言是信息(和知识)的一种符号载体(其他的载体还包括数据、图形、图像、音乐等)，符号载体所产生的具体符号系列是它所表达的信息(和知识)的外壳，而其中所表达的信息(和知识)则是符号系列的内涵。因此，运用信息理论来研究自然语言的理解问题，应当是顺理成章的选择。”(钟义信，2004a)因此，知识可视化视觉表征作为一种视觉语言，可以从信息论角度展开分析。
从信息论视角阐释知识可视化视觉表征，超越原来各自视角的研究对象、研究内容，具有不可替代的独特视角，有利于理论创新。“由于信息资源成为现代科学研究的新对象，而信息不仅表现事物本身的运动状态，同时也表现事物运动状态之间的联系。因而，被近代分解与分析方法论割断了的复杂事物内部以及事物之间相互联系的作用突现起来，使人们对复杂事物的认识豁然开朗。”(钟义信，2004b)因此，可以从信息的观点出发来进行分析，把视觉表征在知识传播的过程看作是一个信息过程，弄清这个信息过程包含的各个环节，这些环节之间的逻辑关系，进而分析视觉表征的工作机制，从而能够抓住视觉表征的状态和状态变化方式(它的内部结构以及外部联系的状态和状态变化方式)。
(二)信息论的选择：认识论信息
“信息是一个复杂的概念，具有许多不同的侧面和层次。”(钟义信，1986)人们从不同的角度去理解信息，提出了许多不同的定义。这种情形很容易使人联想到“盲人摸象”的寓言。“事实上，对信息的笼统研究难以奏效，各取所需的研究也不能真正解决问题。有效的系统性的研究方法应当是，按照不同的条件把信息划分成不同的层次来刻画，然后根据条件的性质和关系把这些不同层次的研究结果汇聚成为有机的整体。”(钟义信，2004a)
“人们对信息的认识和解释大致有三个层次：第一是哲学层次的，第二是学科层次的，第三是现代日常生活层次的。”(李康等，1997)以系统论的观点看，信息概念是由这三个层次的信息含义有机构成的概念体。它既有层次区分，又是密切联系的整体。“生活中千姿百态的、各种各样的信息形式为形成多种各具特色的学科信息概念打下丰厚基础。同样，在众多学科和生活信息概念的基础上可以抽象、概括出哲学信息概念。”(李康等，1997)
从哲学层面上看，“信息泛指以任何形式表现的事物运动的状态和方式，包括它的内部结构的状态和方式，以及外部联系的状态和方式”。(钟义信，1986)一切事物都在运动，一切事物都在产生信息。这是信息的绝对性和普遍性。另一方面，不同的事物具有不同的内部结构和外部联系的状态和方式，因而产生不同的信息。这是信息的相对性和特殊性。“这就是最广泛也是最基本意义上的信息定义，或许也可以认为是本体论意义上的信息定义。”(钟义信，1986)
本体论层次的信息是事物本身的信息，是无条件的信息。一个事物的本体论信息是这个事物的“运动状态以及状态变化方式的自我表述”(钟义信，2004b)。只要有“事物”的运动，就会产生相应的本体论信息。它与是否有认识主体的存在无关，也与是否被主体所感知无关。可以说，本体论信息是客观存在的现象，但是如果没有认识主体的存在，这些本体论信息就无法为人类所开发与利用。所以，“界定信息的含义时应当引入认识主体这个条件，即产生了认识论层次的信息定义：是认识主体所感受(表述)的关于该事物运动的‘状态及其变化方式’的形式、含义和效用”。(钟义信，2007)
认识论层次的信息是有条件的信息，必须以“有认识主体的存在”为前提。“如果引入认识的主体并站在主体的立场上来考虑，那么，某事物的信息就是主体所感受到的或主体所表述出来的该事物的运动状态以及状态变化的方式(规律)。这便是认识论的信息概念，它同时涉及到主体与客体两方面的因素。”(钟义信，2004b)从实用的观点来看，人们会认为认识论意义上的信息定义才有用，不考虑人(观察者)的信息定义是没有意义的。
如表一所示，可以看出，本体论信息是事物自身的信息，认识论信息才是主体所获得的信息。如果主体获得了事物的全信息，就不仅了解了它的形式，而且了解了它的内容和价值。“认识论层次是主体认识的层次，站在认识主体的立场来考察信息，更符合主体认识和利用信息的实际情况。因此，本体论信息概念是最基本的概念，而认识论信息则是最有用的概念。”(吴云，2008)
知识可视化视觉表征是认识论层面的信息，其认知的过程实质上是学习者接触、理解和应用视觉表征的过程。“知识是认识论范畴的概念，是相对于认识主体而存在的。”(钟义信，2000)“在知识传递过程中，接受者扮演了主要的角色，因此需要重点关注。成功的可视化需要针对接受者的认知背景进行个性化设置，以使接受者根据传递的知识来重构自己的知识。”(周宁等，2007)
(三)认识信息的过程：先形式、后内容、再效用
从认识论的观点看，正常的认识主体通常都具有“观察力”、“理解力”、“目的性”三个基本特性。“认识主体通过观察就可以感知事物运动状态及其变化方式的形式；通过理解就可以了解事物运动状态及其变化方式的含义；通过与自身的目的相比较就可以判断事物运动状态及其变化方式对于实现自身目的而言的效用。”(钟义信，2007)
作为主体所感知或所表述的“事物运动状态及其变化方式”，认识论层次的信息必然含：“事物运动状态及其变化方式的形式方面”，称为事物的语法信息；“事物运动状态及其变化方式的含义方面”，称为事物的语义信息；“事物运动状态及其变化方式对于认识主体的目的而言的效用方面”，称为事物的语用信息。考虑到事物运动状态及其变化方式的外在形式、内在含义和效用价值的认识论层次上的信息就被称为全信息，详见图2。其中，“事物的‘运动状态及其变化方式的形式’是事物的语法信息，它是可以直接观察到的结果。如果用某种符号来记录这些‘状态’，那么‘状态及其变化方式’就表现为符号及其转移的序列(即图2的中间部分)。一旦这种‘状态及其变化方式的形式’与它相应的实际‘事物’”联系起来，这种符号及其转移序列就会具有具体的实际含义(即图2的中间和左边部分)，这就是语义信息，它不再是抽象的符号，而成为十分具体的内容；进一步如果‘状态及其变化方式的形式以及它的含义’一旦与特定的‘认识主体’联系起来，它就会表现出对主体目的的效用，这就是语用信息。”(吴云，2008)
因此，“从认识论的程序上考虑，在形式、内容和效用三要素之间，形式是最先被观察或感受到的要素，内容是要透过形式的分析才能进一步感受到的要素，效用则更是要针对一定的形式、内容和主体才能表现出来的要素。”(钟义信，2004a)只有当主体知道了事物运动的状态/方式的形式、含义以及对他的效用，才可能形成全面的认识，做出正确的决策，完成信息的流程，达到预期的目的。
图2 全信息概念的诠释(钟义信，2007)
于是，“认识论信息的获取过程就不再是一一对应的形式转换，而必须是一个观察(获取语法信息)、理解(获取语义信息)以及效用判断(获取语用信息)的复杂过程”(钟义信，2004b)。当面对知识可视化视觉表征时，学习者只有了解了它的形式结构，分析它的逻辑内容，进而把握它的效用价值，才可以说真正理解了。
可以看出，对于知识可视化视觉表征而言，学习者不仅需要把握视觉表征的形式因素，而且还要深入理解视觉表征的含义和效用因素。“信息的存在是客观的，它承载于某种载体上。但只有通过主体自身的认识活动从中提取出有意义的信息，并经过主体的处理和加工，形成长时记忆中的信息，才能转化成主体的自身知识。”(李洪芬等，2005)学习者从知识可视化视觉表征中提炼和利用知识解决问题，不仅需要利用视觉表征的形式因素，而且要有效把握视觉表征的含义和效用因素。
信息论视角下知识可视化视觉表征分析框架
认识论意义上的信息定义则必须有观察者，而且必须从观察者的角度来看问题。“由于引入主体这一条件，认识论层次的信息概念就具有了比本体论层次的信息概念丰富得多的内涵。首先，作为认识的主体，他具有感觉能力，能够感知事物运动状态及其变化方式的外在形式；其次，他也具有理解能力，能够理解事物运动状态及其变化方式的内在含义；再者，他还具有目的性，因而能够判断事物运动状态及其变化方式对其目的而言的价值。而且，对于正常的人类主体来说，事物的运动状态及其变化方式的外在形式、内在含义和效用价值这三者之间是相互依存、不可分割的。”(钟义信等，2005)
可以看出，认识论信息不仅与客体事物本身的情形有关，也与主体的观察力、理解力、目的性有关。认识论的程序上考虑对象的形式、内容和效用。在形式、内容和效用三要素之间，形式是最先被观察或感受到的要素，内容是要透过形式的分析才能进一步感受到的。认识主体必须将形式、内容和效用三位一体地充分掌握，才有可能对事物实现深层次的理解。
为此，可以从形式、内容和效用的角度，形成知识可视化视觉表征的分析框架。其中知识可视化视觉表征的形式分析侧重于探讨视觉表征符号结构的特征；知识可视化视觉表征的内容建构侧重于怎么组织视觉符号元素来表达内容；而知识可视化视觉表征的意义解读则是在形式分析和内容建构的基础上，阐释视觉表征如何让学习者获得意义的。
另外，考虑到教育技术研究注重资源开发设计，知识可视化视觉表征的分析框架中还需要添加设计方法部分。形式、内容、效用三个层面尽管独立展开分析，然而却又是密切相关的。因此，设计方法部分还要将它们组合起来，综合考虑。
图3 知识可视化视觉表征的分析框架
(一)形式分析：视觉表征符号结构的特点
知识可视化视觉表征属于视觉文化研究的范畴。“视觉文化研究在理论上有别于以前针对如‘摄影’、‘影视’和‘多媒体’等具体和个别的视觉资源类型的研究，而是将研究对象提升到了‘形而上’的共相层面：将以图像符号为构成元素、以视知觉可以感知的样式为外在表现形态的文化统称为视觉文化。”(张舒予，2006)同样，知识可视化视觉表征的形式分析也区别于以前针对如“概念图”、“思维导图”和“语义网”等具体和个别的视觉表征类型的研究，而是将研究对象提升到了“形而上”的共相层面：以视觉符号为构成元素和视知觉可以感知的符号结构为分析对象。
知识可视化视觉表征符号并非孤立的语言单位，而是视觉符号组成的系统和结构。按照语言学家索绪尔的观点，语言并非孤立的单位，而是一种系统和结构。“决定一个符号的意义的不是符号与对象之间的必然联系，而是符号与符号之间的相对关系；所有的语言都是一种关系网络，语言符号借助于相互之间的关系而起作用。”(索绪尔，2006)语言符号是一种关系网络，要借助于相互之间的关系而表达内容。在视觉表征符号的考察中，只有分析符号相互作用而形成的形式才有意义。
视觉表征的形式是视觉表征的本质，是把握视觉表征符号特征的关键。正如亚里士多德所认为的：一切事物的存在都遵循着质料和形式的构成规律，而形式是关键性要素。“形式”，一般解释为事物的形状、结构等。“在英文中为form，它可以是名词，是指形的具体式样、面貌；也可以作为动词，为组成、构成的意思。这里所谈的‘形式’是特指‘符号形式’，为名词，没有动词的‘组成、构成’含义。动词‘组成、构成’主要属于符号组合结构的视觉‘语法’问题。但‘组合、构成’所呈现的视觉形态，属于符号‘形式’范畴。”(朱永明，2005)
为此，可以先将视觉表征与知识内容、学习环境等其他影响条件分离，解剖视觉表征符号系统的组合规则，探讨视觉表征符号的结构关系，把握视觉表征的形式特征，为视觉表征与其他因素的关系研究奠定基础。
(二)内容构建：如何赋予视觉表征知识内容
一种新的知识可视化视觉表征引入知识系统之后，将对知识的创新传播和教学方式产生促进作用。那么视觉表征如何促进知识传播创新，又是如何被调整、改造，以符合知识教学要求呢？知识可视化视觉表征研究不仅要考察视觉表征“是什么”，而且还应该反思视觉表征“如何是”；不仅阐释视觉表征符号自身的结构关系，而且探究视觉表征如何被赋予知识，以及实现知识传播创新的。
知识可视化视觉表征符号是知识的载体。具体的视觉表征符号是所表达知识的外壳，而其中所表达的知识则是视觉表征符号的内涵。因此，研究视觉表征符号问题的关注点应该包括两个基本方面：视觉表征符号所表达的知识是什么和怎样用视觉表征符号来表达知识。前者是视觉表征符号的功能作用，后者是视觉表征符号内容的构建方法。
因此，对于知识可视化视觉表征研究，不仅需要关注视觉表征的功能作用，即能够表达什么知识，还要探讨视觉表征的内容构建方法，把握如何表达知识。然而，知识可视化视觉表征研究已经从认知心理学、知识主体、知识经济应用等角度对知识进行分类，更多探讨视觉表征具有可以表达什么知识内容的功能，却没有根据知识传播的属性，探讨视觉表征如何表达知识内容的方法。
以“知识”为研究对象的领域主要有两个：一是哲学领域，主要探讨知识的来源、性质、分类及获得过程，即从思辨角度论证知识是什么；二是信息科学领域，主要探讨的是知识的数字化提取、分析以及管理的技术，从信息的角度强调知识如何形成。知识可视化视觉表征的内容建构主要是面向视觉表征设计应用的方法策略。因此，可以根据信息科学中知识的属性和分类，探讨视觉表征内容的建构方法。
(三)意义解读：观察者解读视觉表征内容的过程
“知识可视化不仅是为了表征知识，更是为了将个人知识、群体知识、组织知识转化成能够直接作用于人的视觉感官的一种外在形式。”(邱婷，2006)“知识可视化促进的是人与人之间的知识创造与传递，因此是人与人之间的交互；不在于促进个人学习，而在于促进两个或两个以上人之间的知识创造和传递，因此更多地体现在交流、讨论和协商上。”(赵国庆，2009)
知识可视化之所以区别于其他表征形式，就在于视觉表征的认知特点。只有探究视觉表征意义解读的过程和影响因素，才能更好提高视觉表征的应用效果。“视觉完完全全是一种积极的活动。”(阿恩海姆，1998)人总是在想要获取某件事物时，才真正地去观看这件事物。知识可视化视觉表征的意义解读与人心理的互动作用不可分割。
因而，在视觉表征的意义解读过程中，只从视觉表征符号本身分析是不充分的，还需关注学习者的观看要素。然而，目前对学习者与视觉表征认知关系的研究中，先前没有关注学习者因素，后来逐渐考虑到学习者的知识结构对解读视觉表征的影响。目前已开始关注学习者“观看”行为与视觉表征意义生成的关系，然而尚未从观看角度探讨视觉表征意义解读的过程。
知识可视化视觉表征“传播的有效性取决于信息的接收者是否能够准确无误地译读这些载有概念和意义的形式”(胡飞等，2003)。知识可视化视觉表征意义解读的过程重在分析视觉表征对观看者所具有的效用或价值。因此，不能将视觉表征作为一个孤立的客体，而应将视觉表征放入动态的“关系”中去考察。因而，要将视觉表征和观看者的互相作用联系起来，分析视觉表征客体本身与观看者主体的相互作用过程。
(四)设计方法：制作者制作视觉表征的思路
“从表面看，视觉文化使得人类的文化艺术形态超越传统模式趋于丰富多彩；然而从实质看，却潜在着人类文化艺术趋于同质化、单一化甚至平庸化的倾向。当前喧闹繁华的视觉文化样式难以遮掩其内涵的单调浅薄。人们欣赏着美丽的艺术外表，却难以理解这些文化物品的内涵意义以及对自己生存的价值。”(张舒予，2006)
具体到知识可视化视觉表征，有许多常见的问题无法得到有效解决，或者形式太过简单又没有说明性的文字，使得接受者无法进行解读；或者形式过于复杂，信息量太大影响接受者的解读；或者常用形式来指代不同的意义，容易使接受者产生误解等。究其原因，在知识可视化视觉表征设计中，过于关注某一具体工具、技术的使用，轻制作者制作的思路方法，实则未能发挥制作者的能动性和创造性；并且缺乏从知识、视觉表征、观看者三者的关系中，探讨如何有效发挥技术工具的价值。
因此，对于知识可视化视觉表征研究，根据我们教育技术工作者的角色，也要着重从两个维度进行：一是视觉表征自身的理论建构；二是理论指导下的新型视觉表征资源开发，并将两方面充分结合起来。
“技术设计不应被简单理解为构造一个符合特定功能的人造物体，而应该理解为人际关系实现的过程。”(梅格斯，1989)因此，对于知识可视化视觉表征设计，需要从制作者出发，根据视觉表征的形式特征、内容赋予方法和意义解读过程，参考视觉传达设计的一般原理，根据“谁去设计”、“设计什么”、“为谁设计”和“效果如何”四个方面，探讨视觉表征的设计方法。
概括而言，对于知识可视化，“虽然这些应用已存在很多年，但是视觉描述(即视觉表征)经常被忽视，因为它对非专业可视化人士使用复杂的可视化帮助很少，因此应该开发一个概念框架，能够使使用者更好地应用知识的视觉描述”(周宁等，2007)。为此，在已有知识可视化研究基础上，应用视觉表征的分析框架，能够拓展视觉表征研究，为视觉表征资源的设计开发提供参考借鉴。