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高阶思维的发展与培养是当前最活跃的教育科学研究领域之一。作为新兴信息技术，知识可视化的出现受到了广大教育研究者的关注。知识可视化的教学应用研究不断涌现，且大都发现了积极的效应。然而，从知识可视化研究的发展以及知识可视化教学应用研究状况来看，理论研究还比较缺乏，突出表现在对知识可视化内涵认识的混乱，以及知识可视化教学应用理论分析框架的缺失;更为重要的是，迄今为止，知识可视化教学应用研究集中关注学业成就，即以学生对知识的记忆、理解及运用作为衡量知识可视化效果的指标。研究者一直意识到，记忆、理解及运用属于低阶思维，知识可视化的教学应用促进学生的学业成就，不一定有助于学生高阶思维的发展。而教学目标应该指向学习者高阶思维的发展，因此，随着知识可视化教学应用研究的不断深入，人们开始尝试探讨知识可视化对高阶思维发展的作用，但现有的零星研究仅关注了高阶思维的某些方面或某些表现，且基于研究设计的问题并不能得出明确结论。 为此，本研究聚焦于知识可视化的教学应用，以知识可视化与高阶思维发展的关系作为研究对象，从理论界定、生态系统、实际效用、作用机制四个逐步深入的层面展开研究。 首先，清晰界定关键概念的内涵，为研究的展开奠定坚实的基础。在分别对知识可视化与高阶思维概念发展的历程进行综合分析和总结的基础上，明晰知识可视化的定义，厘清高阶思维的内涵。 其次，量化分析知识可视化教学应用研究，建立知识可视化教学应用分析框架。对近30年来知识可视化教学应用研究进行元分析，总结归纳知识可视化教学研究的共同效应及其影响因素;在此基础上，采取生态系统的视角，建构了知识可视化教学应用的分析框架。 再次，设计教学实验，考察知识可视化对高阶思维发展的作用。结合常规教学方法进行教学实验，首先明确知识可视化对高阶思维发展的作用，然后创设不同的课堂组织与学习活动方式，探讨知识可视化支持高阶思维发展的作用条件。 最后，通过理性的实验研究与感性的案例分析，深入探究知识可视化支持高阶思维发展的作用机制。 基于上述研究工作，本研究获取的结论主要包括以下几点:(1)知识可视化教学应用的效应及影响因素。知识可视化的教学应用产生积极影响，突出表现在学习成绩的提高上;知识可视化教学应用的平均效果量主要受以下因素影响:知识类型、课堂组织、学生特点、学习行为。(2)指向高阶思维的知识可视化教学应用的效果及其条件。知识可视化工具的使用促进学习者高阶思维的发展;这种促进作用在一定条件下产生，这些条件不包括特殊的教学方法，但协作学习与动手操作是其中的必要条件。(3)知识可视化支持高阶思维发展的作用机制。单独进行专业学习过程中，在知识可视化工具的支持下，学习者的认知负荷较少，主要表现为心理努力与任务难度感知评级比较低，同时，元认知激活水平比较高，为学习者进行高层次认知活动提供了有力的支持。在计算机支持的协作学习中，在知识可视化工具支持下，共享心智模型更快建立，为后续协作活动的进行奠定良好的基础，团队交互记忆系统更好发展，建立了团队隐性知识显性化途径，促进高层次加工信息资源的获取，从而形成了关联认知负荷，降低了团队进行高层次认知活动的心理努力程度，促进了团体高层次认知活动的产生与发展。(4)多层次指向高阶思维的知识可视化教学应用的理论观。宏观上，从生态主义视角建立了指向高阶思维的知识可视化教学应用分析框架，明确知识可视化对高阶思维发展支持作用的产生受到课堂组织与学习行为两个要素的共同制约;微观上，从认知加工角度构建了知识可视化在协作学习中支持高层次思维活动的作用机制。两个层面的研究，为知识可视化支持高阶思维发展的理论探讨与实践应用奠定了重要的基础。 本研究系统地探讨了知识可视化对高阶思维能力发展的作用及其机制，构建多层次指向高阶思维的知识可视化教学应用的理论观，研究成果有助于揭示高阶思维能力发展的特点与规律，为知识可视化教学应用的理论建设增添了新的内容，同时，多学科研究方法整合的尝试对教育实证研究具有一定的参考价值。