技术支持下思维可视化课堂的构建研究

○王志军　温小勇　施鹏华

一、思维可视化课堂的概念

思维可视化课堂是指在教学过程中，实现教学内容、教学策略、教学环境、教学评价的可视化运作，运用思维可视化技术有效地传播和帮助学生建构知识、训练学生掌握并挖掘知识背后的思维规律，旨在提升课堂教学效能及促进学生思维能力的发展。与传统课堂相比，思维可视化课堂需要处理好以下两方面的关系。

其一，知识传授与思维训练。学生理解知识的过程，其实就是思维的过程。知识传授与思维训练两者都属于教学的基本任务，两者同时进行。

其二，师生角色的重新定位。教师的角色应由知识的灌输者、讲授者转变为学生学习、思考活动的组织者、引导者和参与者；学生的角色应由单一的知识接受者转变为思考的主体、课堂的主动参与者和创造者、学习方法的自觉践行者和体验者。

二、思维可视化课堂的技术实现及实施方法、策略

（一）技术实现——多媒体画面语言与软件技术

思维可视化主要是通过“图示”或“图示组合”把“思维”呈现出来，而“图”是多媒体画面构成的基本要素之一，因而“多媒体画面语言”是“思维可视化”的具体表达工具。

运用多媒体画面语言的设计规则进行的设计必须要借助具体的软件技术来绘制、呈现，两者结合成为可视化技术。实现思维可视化的图示方法主要有概念图、认知地图、语义网络、思维导图、流程图等。绘制图示的方法可以手工（纸+笔），也可以使用工具软件（计算机）实现。手绘和软件绘制各有特点。手绘可以给大脑留下深刻的“轨迹”，有助于大脑内部建立神经联系，更好地发挥左右脑的功能，让大脑更加全面、系统地思考，使记忆理解深刻，最终形成思考问题的良好习惯和思维模式；工具软件绘制具有易操作、易保存、易传播、易修改、图示样式多、美观、容量大等特点，尤其是处理大量数据时，优势明显。通常情况下，我们需要把绘制的图示集成到PPT演示文稿中，除此以外，可以利用一些专业的交互软件，如Flash、 3DMAX 、 Virtools、 SolidWorks等，制作出具有“思维可视化”功能的教学课件，作为教师、学生两者之间双向互动的媒介。呈现思维可视化图示的硬件设备主要有投影仪、平板电脑、交互式电子白板、触摸一体机、电子书包等等。在具体教学中，应该根据教学的实际需要，灵活选择图示的绘制方式和呈现方式。

（二）实施方法、策略

在思维可视化的课堂实施过程中，首先需要对知识内容的隐含特质进行深度挖掘，以此作为选择何种思维可视化技术、可视化形式的依据。其次需要站在学生角度，把他们的原始思维作为新的教学起点，顺着原始思维引导，让学生在不知不觉中进入教师预设的思维轨道，从而逐步在头脑中形成新的认知结构。在整个教学过程中，教师应该通过思维可视化将内隐知识转换为有组织的知识资源，形象地记录学生的思维过程，及时调整教学思路；学生应该及时做笔记，加深记忆和理解并归纳、总结及与同学相互讨论、提出见解、协作分享。

三、思维可视化课堂的构建

（一）基本思路

思维可视化课堂的构建，就是要使教师、学生、知识内容、思维训练和可视化技术五者之间形成动态平衡、结构稳定的关系（图1所示）。一是要确立知识目标、各环节的小目标。知识目标应该根据学生的认知起点、具体的教学内容以及课堂教学情境而确定并调整；二是在实现知识目标的过程中，依据知识的结构特点、学生的原始思维，设计与之相对应的思维活动方案（如创设思维情境、提出问题、引发认知冲突、自主构建、知识迁移等），并从具体到抽象、从感性到理性、从低级到高级依次训练学生的概括、分析、比较、判断、推理、综合等能力，关注学生在生成、分析以及解决问题时思维活动的自觉性和能动性；三是可视化技术作为支持教师与学生之间在思维互动活动过程中的外在条件、作为实现知识传授和思维训练两者有机整合的工具和中介，需要依据各种可视化技术的特点、优势，选择和利用好可视化技术。

图1　思维可视化课堂结构

（二）模式框架——以小学语文阅读教学为例

《义务教育语文课程标准》（以下简称《标准》）在“关于阅读教学的建议”中特别强调“感悟、思考、理解、体验”等与思维密切相关的行为活动，同时又倡导“引导、自主、合作”等教学策略的运用。据此，确立了以“知识传授”和“思维训练”为目标主线，以多媒体画面语言及制图软件作为“思维可视化”的技术支撑，以“师生共同参与”为行动准则的小学语文阅读教学思维可视化课堂的一般操作模式（如图2所示）。

图2　思维可视化课堂构建的一般操作模式（基于小学语文阅读教学）

对于小学语文阅读教学，在基础知识层面，课文阅读的目标主要包括字词、句子、段落、篇章四个部分的理解与掌握，即字词迁移、词句理解、文意把握、内容探究等内容。在思维训练层面，主要分为四个阶段，即思维建构、思维理解、思维激活、思维创造，四个阶段从低级到高级依次递进，每一个阶段都有具体的训练任务。知识传授和思维训练两者并不是割裂开来的，而是将知识传授与思维训练相整合，同时将思维训练贯穿于知识传授的过程之中。比如在学习字词的时候，一般来讲只要达到“认识”和“会写”的要求，但是可以从读音、同音字、多音字、相近字、组词、造句等六个方面来绘制可视化草图，在实现知识记忆、迁移的同时，又促进了联想和发散。由此可见，在小学语文阅读教学中，思维可视化课堂实现的逻辑顺序是：在两条目标主线的引导下，师生双方共同利用思维可视化技术，将教师教学过程、学生思维过程外显化，尤其是将学生内隐的阅读理解过程尽可能变得可视、可操作。

（三）课堂具体操作

思维可视化课堂是师生共同参与的双向活动，具体包括以下五个教学环节：第一，创设情境。教学情境对引发学习者的情绪体验、促进思维具有重要的推动作用，因此教师应该想方设法创设有助于引导学生积极、有效的思考情境。思维可视化情境的创设可以通过实物展示、多媒体呈现、直观语言描述等途径来实现。比如在讲解《圆明园的毁灭》一文时，采用“Digital Storytelling”的方式切入教学，通过呈现声情并茂的图片、视频、法国作家雨果对圆明园评价的文字，让学生初步感知梦幻艺术的代表、东方文明的象征——圆明园，同时与如今断壁残墙相对比，为后续的学习营造相应的情境。第二，生成问题。设计一系列具有思维含量的问题，这些问题构成了教学发展的脉络，让学生沿着问题去解决问题，在解决问题的过程中使思维得到发展。比如，在《圆明园的毁灭》教学中，把这一系列问题制作成可视化的Flash，要求学生描述圆明园过去的模样、现在的模样、思考其中的原因，让学生带着一系列问题深入课文学习。边读边思考，当学生解决上述问题时，基本上也就把握了文意。第三，主动探究。在生成并提出问题后，相当于教师帮助学生建立了阅读理解的目标，学生就可以在此基础上对学习的内容有一定的认知基础，然后教师组织学生初读课文，在阅读过程中，学生可以绘制思维导图，如梳理生字、生词，梳理文章结构，梳理新出现的问题等。与此同时，教师需要仔细观察学生的学习状况，对学生可能碰到的困难有充分预测，在必要时通过投影仪或交互式电子白板罗列出相关概念，提取关键点，再现与阅读材料相关的背景。第四，小组协作。在主动探究的基础上，教师可以根据实际情况将学生分为不同小组，每组4—6人进行讨论。小组成员之间根据自己绘制的各种思维导图相互交流，有条件的可以通过HiLearning互动软件展示作品，交流各自的问题、想法，并相互讲解，通过同伴之间的相互启发，从而形成更多的发现、更多的解决问题的思路。当大家对问题无法达成一致意见或无法解决问题时，教师一方面可以让学生再次回到“主动探究”的步骤继续寻找答案，另一方面可以将大家的想法重新汇集在一张图上，形成小组的最终讨论结果。为了使问题解决过程的可视化，可以使用Metafora平台LASAD工具，该工具能够很好地解决小组讨论过程中存在的分歧，达成共识和形成问题解决方案。第五，总结评价。总结评价的目的是对学生思维活动所达成的情况进行监控、验证、反馈。通过师生的共同努力，对课文的基础知识、段落大意、文章结构及其他相关内容产生“班级集体思维图”，有助于帮助学生将新知识建构到原有的知识体系中去，从而形成新的知识框架体系；同时再进一步引导学生对所学知识进行分享，引导学生发现其中的特点、规律。最后，教师通过对学生普遍遇到的问题进行反馈回应，采取变换问题的角度、变换思考的方式促进学生认识的深度、多维拓展，实现知识的灵活运用。

（摘自《中国电化教育》）