思維可視化研究之目的與技術支撐

編者按：“未來課堂”項目是華東師范大學“985工程”《教師教育創新基地和優勢學科平臺建設》子項目“教師實踐創新的主陣地”研究內容之一。該項目由華東師范大學張際平教授領銜，帶領強大的研究團隊，并與多家科技企業緊密合作，經過兩年左右時間的研究，在課堂的理論研究、物理空間的設計、新技術新媒體的運用、多種互動形式的實現、學生座位的形態組合、教學平臺的設計開發、新型教學模式的創建及教學實踐的探索等方面均取得了很大成果，引起了社會各類教學機構和部門的極大關注。本文為專欄系列文章的第九篇。

對教學過程而言，“思維可視化”是指將原本不可見的思維路徑、方式、規律運用圖示或圖示組合的方式呈現出來，以期實現增強記憶及加深理解的效果。其本質也就是隱性思維顯性化的過程。本研究從主體目標來說是希望：①基于未來課堂環境，構建基于思維可視化技術的學科教學模式。重點通過讓教師掌握各項思維可視化技術并將其運用到教學實踐中，提高課堂教學效能，同時促進學生思維能力的發展。②探討技術環境下的可視化學科教學實踐，形成思維可視化技術進行學科教學的理論體系。（備注：在相關研究中，很多機構使用了“知識可視化”的概念，而我們使用的是“思維可視化”概念，這兩者有何區別？我們認為“知識”這個概念比較表層化，不是本質，知識背后的規律以及加工知識的過程即思考過程才是本質，所以用“思維可視化”這一概念更能體現這個過程的本質。）

● 研究之目的

1.實現教學效能倍增

教學是教育的核心之一，好的教育必須要有好的教學，那么什么是“好的教學”？結合新課改的三維教學目標（知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三個維度），可以基本得出三項評價指標：第一，學生的學業水平（成績）要好；第二，學生解決問題的能力（主要是思維能力）要強；第三，學生要有積極健康的人格。那么，能更好地實現以上目標的教學就是“好的教學”，也可稱之為“高效能教學”；反之，則是“差的教學”，稱之為“低效能教學”或“負效能教學”。那么當前在基礎教育階段，學校的“教學效能”是高、是低、還是負的呢？這個現狀大家都很清楚：教師教得累，學生6GAfEtmWY09x09DaftpgFAwQKhUuMuVWyrhnjdMFwiU=學得苦，然而學生的整體學業水平并不理想，成績優秀者并不多，兩極分化和大面積不及格現象非常嚴重。另外，厭學情緒在中小學生群體中不斷蔓延，據調查數據顯示，當前有近70%的學生具有不同程度的厭學心理，而至于“能力”這一項，顯然比前兩項的情況更糟糕。由此可見，“教學效能”的整體水平是很低的。那么原因在哪里？

本研究認為問題的根源在現行的教學方式和方法——教師為了提高學生成績，擠、搶、霸占時間，大量、重復、機械地向學生灌輸知識；學生則長期陷入“死記硬背”和“題海戰術”之中，身心疲憊，暈頭轉向。關注“成績”沒有錯，我們一直認為“不出成績的教學”一定算不上“好的教學”，讓學生取得好成績，無可厚非。但問題出在大多數教師根本沒搞清楚“好成績到底是從哪來的”。其實，學生的成績（尤其是初高中學生）并不是來自于教師們常掛在嘴邊上的“四多”（多讀、多寫、多背、多做題），而是思維能力。因為今天的中高考，考的并不是死知識——基于對中高考試題的深入分析，我們證實中考題中有50%是考學生思維能力的，而高考題有80%是在考學生思維能力。因此，思維能力的強弱才是決定成績優劣的關鍵因素。然而，傳統教學模式過度關注“知識”卻忽視知識背后的“思維”，使學生長期處于“淺思考”甚至“不思考”狀態，從而導致學生的思維能力發展受阻。所以，年級越高，學生“掉隊”的越多，兩極分化和大面積不及格現象越嚴重。

本研究的主要目的之一是希望通過思維可視化技術的運用，引領教師把教學關注點從“知識”轉移到“思維”，從而持續提升學生的思維能力，實現教學效能的倍增。

2.讓自主探究學習“落地”

新課程改革要求教師培養學生自主、合作、探究的學習方式，使教學從“以教師為中心”轉向“以學生為中心”。為積極響應教改計劃，各地學校進行了大量的、有益的探索，如小組合作式學習、生命課堂、學本教育、生本教育等，但經調查發現，有不少學校，由于課堂沒有教師主導又缺少具體、有效的方法支持，課堂秩序無法保證，學生一盤散沙，好動的靜不下來，好靜的不愿參與，結果遭到教師、家長、學生的一致抵制，難以繼續推進。究其根源，在方向不清，定位不準，又缺少方法和技術支持的情況下，硬著頭皮改變課堂教學模式，其教學效能必然大打折扣。推廣自主探究式學習的前提是要提供行之有效的方法，讓教師和學生都嘗到“甜頭”（效能的提高），然后逐步培養學生的自主學習意識，在“愛學習”和“會學習”的條件下實施，而其中“會學習”是自主探究式學習取得效果的關鍵因素，其核心是教會學生應如何思考，而這正是本研究的主要目的與價值之一。

3.實現“素質”與“應試”教育的統一

我國從1983年提出素質教育的方針以來，很多人便誤認為“素質”和“知識”是對立的，始終將“素質教育”無法落實的根源歸罪于“應試教育”，把矛頭指向中高考。然而考試是一種相對公平的教育資源分配和人才選拔制度，是保證公平的有效方式，不會也不能被取消，所以“考試”并不是問題的真正所在。另外，不少人還錯誤地把學鋼琴、學跳舞、學畫畫等當成“素質教育”，其實這并不是人的“核心素質”，而是一項技能、一種特長。人的“核心素質”是心智模式——思維能力（系統思考能力）和心理能力（積極健康的心理狀態）。本研究將日常教學聚焦在“發展學生思維能力”上，使學生“會學”，同時帶動學生“愛學”和“樂學”的積極心態，最終使學生獲得好成績。這樣我們便能將“素質教育”和“應試教育”統一起來，實現教學效能的最大化。

4.為教育信息化開辟新的發展道路

從1946年美國教育家戴爾提出“視聽教學法”開始，教育技術便作為輔助教學的重要手段發展起來。其后隨著計算機和網絡技術的發展，信息技術的教育應用也得到了突飛猛進的發展。進入數字化和網絡化時代，信息的傳播打破了時間、空間和對象數量的限制，如基于“云計算”的教育平臺可以使教育資源在更大的范圍進行共享，使學習者獲取信息更為便捷。然而，對于個體學習者而言，下一步他們需要的是什么？是更快的網速、更大的信息量，還是更“酷”的用戶體驗？也許都要，但這些絕不是最重要的。最重要的是“效能”，學得更快、更清晰、更深入，同時還鍛煉了思考能力，啟發了智慧，這才是效能的真正體現。

然而，當前國內關于教育信息化的研究大多是集中在網絡平臺建設、信息環境優化、終端開發（如電子書包、智能手機、電子白板等）領域，很少有從事教學內容（當然是指能夠提高教學效能的內容形式）開發的。即使有做內容開發的，也多是以題庫、教學視頻、動漫等形式呈現的，并不能幫助學生建立系統的知識架構并同時發展其思維能力，是信息和知識的可視化而非思維的可視化，對提高教學效能沒多少幫助，甚至會強化學生“被動學習，不愛思考”的習慣，所以這些并不是高效教學資源的開發方向。而本研究就是要運用思維可視化技術開發出具有“思維可視”特點的新形式教學資源，實現“教”與“學”的效能倍增。

綜上所述，讓更多教師掌握和運用思維可視化技術，創建思維型課堂，開發思維可視化教學資源，使學生在學習過程中實現一舉多得——建立清晰的知識體系，發展系統思考能力，同時獲得良好的學習成績，是我們推進教學改革，提高教學水平的唯一正確途徑，是勢在必行、刻不容緩的事情，也是教育信息化發展的新方向、新領域、新天地。

● 技術支撐

由于“思維可視化”的本質是隱性思維顯性化的過程，也就是將不可見的思維路徑、方式、規律運用圖示或圖示組合的方式呈現出來，所以各類技術支撐就顯得尤為重要。本研究中的未來課堂建設，就是為了充分利用現有各種新技術來支撐教育信息的有效呈現與互動。歸結起來，思維可視化的技術支撐主要是：

1.圖示技術

圖示技術（是指能幫我們理清概念之間的邏輯關系并將其中的思考方法及思維路徑以視覺信息呈現出來的圖示或圖示組合）是實現思維可視化的基礎。最初，技術教育應用發端于視聽技術，主要以錄音、圖像、電影等視聽信息來輔助教學。依據1946年美國試聽教育家戴爾提出的“經驗之塔”理論，這些“視聽信息”比其上層的言語和視覺符號更具體、更形象，所以更容易激發學習者的學習興趣，也更好理解和記憶。然而，這些“視聽信息”刺激的主要是人的感知記憶層，并不能將人的“知識加工”過程即“思考過程”呈現出來，所以無法實現思維可視化。自上世紀60年代開始，各種能呈現思考方法及思維路徑的圖示技術開始發展起來，如英國人東尼·博贊（Tony Buzan）發明的思維導圖（mind map）、心理學家及教育技術學家諾瓦克于1970年在康奈爾大學提出的概念圖（concept map）技術、日本管理大師石川馨先生發明的魚骨圖（因果圖）技術等。這些圖示技術被逐漸運用到高等教育、企業培訓和基礎教育等領域，都產生了較大的影響力，使知識可視化、思維可視化、讀圖時代、可視化思考等新學習模式逐漸流行開來。相對于國外，國內在這方面的研究主要體現為理論的提出及單一技術的應用實踐。例如，北京師范大學林崇德教授提出的“思維型課堂”概念和基本模式；北京師范大學知識工程研究中心提出的較為完整的“知識可視化”理論，并且開發了“易思——認知助手”軟件。據了解，開展相關研究工作的還有南京師范大學、河南師范大學、廣西師范學院、陜西師范大學等，但至今尚未有與基礎教育階段各學科教學進行整合的思維可視化成果發布。目前，只有華東師范大學現代教育研究所在這一領域進行了比較深入的、系統的研究和開發工作并取得了一系列教學實驗和教師培訓的成功。

2.繪圖軟件

隨著軟件技術的發展，計算機軟件可以幫助沒有任何繪畫基礎的人將各種圖示清晰、規范地繪制出來，這是保證每位教師都可以開發“思維可視化教學資源”的工具性前提。目前，這類軟件有很多，學習和操作起來也比較簡便，易學易用。例如，用來繪制思維導圖的軟件就有Mindmanager、mindmapper、FreeMind、Sharemind、XMIND、Linux、MindV、imindmap等。這些繪圖軟件不但可以繪圖，而且還可以將圖示以動態的形式分步呈現出來，使內容開發者或學習者的思路更清晰。

3.交互軟件技術

有效的教學是離不開交互活動的。從廣義上講，本研究的“思維可視化技術”并不僅僅指思維圖示的繪制技術，還包括思維圖示的呈現、傳播、存儲、交互、共享、修改等一系列技術。隨著研究的深入，可將課題中產生的各種可視化的教學資源與軟件開發技術結合起來，開發出一系列具有“思維可視化”特性的教學軟件，實現學習者與學習資源、學生與教師、學生與學生的各種雙向互動。

4.網絡信息平臺

隨著計算機及網絡技術的發展，包括各類有線與無線傳送技術，特別是“云計算”的廣泛應用，可將我們的可視化教學資源利用網絡信息平臺進行共享，突破時間、空間和學習者數量的限制，使學習資源的獲取更加便捷，成本（經濟成本和時間成本）更低。

5.通用技術

隨著技術的迅速發展，各類常用的通用技術工具越來越多，如平板電腦、投影儀、交互式電子白板、電子書包、觸摸一體機等，這些通用技術可將思維可視化教學資源直接呈現給學習者和實現互動。

綜上所述，各種技術的發展為我們實現思維可視化教學提供了堅實的基礎。本研究主要任務之一是對這些技術進行有效整合，并使之與學科教學應用及思維可視化教學資源開發相匹配，從而實現提高教與學效能的目標。