思維可視化技術與教學過程的整合

● 思維可視化的概念及技術

思維是人腦對客觀現實間接的和概括的反映，反映的是事物的本質和事物間規律性的聯系。在日常生活中通常指的就是邏輯思維。邏輯思維是人腦的一種理性活動，思維主體把感性認識階段獲得的對于事物認識的信息材料抽象成概念，運用概念進行判斷，并按一定邏輯關系進行推理，從而產生新的認識。[1]傳統的教學模式強調以教師為中心，教師進行灌輸式、填鴨式教學，學生被迫接受大量的知識，形成“死記硬背”的局面。同時，不管是學校、社會還是學生家長，都一味強調記憶的作用，這種氛圍下致使傳統的教學模式陷入泥潭，把大量的時間投入到“感知記憶”層面。新課改注重培養學生的創新能力，然而學生的創新能力必須建立在思維能力的基礎上，如果不重視思維能力的培養，空談創新將會舉步維艱。

在計算機領域，可視化（Visualization）是利用計算機圖形學和圖像處理技術，將數據轉換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進行交互處理的理論、方法和技術。它涉及計算機圖形學、圖像處理、計算機視覺、計算機輔助設計等多個領域，成為研究數據表示、數據處理、決策分析等一系列問題的綜合技術。[2]在教育領域，可視化是指一種通過可以覺察的視覺方式將思維進行外化呈現的過程。通過可視化技術，師生可以將抽象的思維轉化為具象的圖示形式，知識之間的邏輯聯系不再是抽象難懂的關系，而是顯而易見的表征。已有研究表明，可視化能夠大大提高學習者思維認知的表現績效，使他們的認知水平提升到一個新的層面上，從而解決各種更加復雜的問題。[3]

目前，學術上關于思維可視化還沒有統一固定的概念。百度百科詞條上對思維可視化（Thinking visualization）的解釋，認為思維可視化是指運用一系列圖示技術把本來不可視的思維（思考方法和思考路徑）呈現出來，使其清晰可見的過程。被可視化的“思維”更有利于理解和記憶，因此可以有效提高信息加工及信息傳遞的效能。[4]在本文中，延續使用本項目研究團隊劉濯源的觀點，認為思維可視化就是把學習過程中的思考方法和思考路徑通過圖示技術呈現出來，思考方法在課題研究中主要包括在學習過程中常用的抽象、概括、區分、推理（演繹、歸納、類比）、分析、綜合等邏輯思考的方法。當然，還包括發散、聚合、遞進、抽具象轉化等思考方式。思維路徑主要指思考過程中的思維發展線索（包括橫向展開、縱向推進、側向切入等）。[5]

在思維可視化的過程中，圖示技術是實現思維從抽象到具象的橋梁。常用的圖示技術包括思維導圖、模型圖、流程圖、概念圖等技術。在傳統的以黑板粉筆為主體的教室中，教師只能在黑板上手工繪制這些圖示，或者課前繪制好以后帶到教室中。傳統的方式帶來以下幾方面問題。首先是效率比較低下，會占用教師在課堂中的大量時間。其次是可重用性比較差，黑板上或者紙質繪制的圖示，很難在師生之間進行大規模的分享傳遞。然而，現在的教室已經普遍多媒體化，以未來課堂為代表的諸多新型學習空間將是未來教室形態的主流趨勢，這樣的教學環境也為師生進行思維可視化教學提供了新的契機。本項目的思維可視化研究也包括對思維可視化技術的研究，實現思維可視化的技術主要有以下幾點：

1.生成圖示的軟件技術

這些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。這些繪圖軟件不但可以繪圖，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。這些軟件或者APPS可以在電腦端或者iPad、Android的移動平板上供學習者使用。包括Mindmanager、imindmap、Sharemind、Mindmapper、FreeMind、Xmind、iThought HD、MindNode、DropMind等。

2.交互式圖示呈現技術

課堂教學是一個以教師為引導，以學生為中心的活動過程，其本質應該是交互性，體現在師生之間、生生之間以及師生與課堂資源的交互之上。在實際的教學過程中，使用投影、交互式電子白板、交互式觸摸顯示器等圖示呈現技術將思維可視化教學資源呈現出來。在這種交互的過程中，使學生理解知識表層下富含的思維過程，進而促使學生學會理解、分析并解決問題。

● 思維可視化技術與教學過程整合

教學過程既是教的過程，又是學的過程，是課堂主體教師與學生彼此之間的互動過程，而且這種互動不僅僅存在于課堂之內，還包括在課堂教學前和課堂教學后發生的交流與互動。教師在教學中的活動主要包括課前備課、課中授課、課后反思與輔導，學生的學習活動主要包括課前預習、課中筆記和課后的反思與復習等。

1.思維可視化技術應用于教的過程

（1）課前

教師在課前備課環節，可以運用思維導圖對教學的三維目標和教學設計進行細致分析，結合學生的具體情況，選擇最合適的表達方法和順序來保證教學的有效性。思維導圖能幫助教師將課程內容組織成更為有效的整合框架，使學習者將新的語言信息與原有認知結構里的概念建立聯系，擴充認知圖式。[6]教師也可以運用思維可視化技術處理資料，讓資料的呈現方式圖示化，讓學生能夠快速獲取信息。對于教學課件，教師可以直接使用思維導圖進行制作，或者將可視化教學資源整合到常見的PowerPoint課件中。在備課環節，不同教師之間還可以通過可視化的教學設計方案進行協作備課，教師能夠更好地理解其他教師的思想意圖，對于整個學校的教師共同體，能夠實現優秀教學設計方案的交流、分享和傳播。因此教師在課前運用思維可視化技術能夠提高資料處理、教學設計、課件制作、作業設計的效率和品質，同時還可以促進教師間備課知識的分享。

（2）課中

教師在上課時可以靈活運用思維可視化課件協助講解和組織教學。通過以動態的形式分步呈現教學設計思想和課程邏輯思路、問題解決步驟，促進學生理解，進而真正地消化吸收新的知識。教師也可以根據實際的教學需要，構建起“教師主導，學生主體”的課堂教學模式。也就是說，教師使用相應的圖示技術，在交互式電子白板或者觸摸一體機等交互式呈現設備上即時地制作可視化教學資源，在制作的過程中引導學生思考，并綜合學生的觀點。這種方式可以充分發揮學生的課堂積極性，引發學生參與課堂教學，在教師的引導下，共同構建起知識的脈絡。

（3）課后

教學反思是教師對教育教學實踐的再認識、再思考，并以此來總結經驗教訓，教學反思一直以來是教師提高個人業務水平的一種有效手段。在課后，教師可以對照自己的思維導圖課件清晰快速地回顧自己的課堂活動，并進行有意義的教學反思。也可以使用思維可視化技術對自己教學過程中好的部分和遇到的問題進行反思歸納，供自己日后查看或者教師之間互相交流學習。

2.思維可視化技術應用于學的過程

（1）課前

在課前，學生可以借助思維可視化技術進行新課的預習準備。例如，對于一節新的語文課，學生可以從基本知識（作者信息、背景知識、生詞生句等）、文章大意、疑難問題等幾方面繪制一幅思維導圖。學生也可以根據教師的布置，完成特定的預習導圖，并上傳給教師，有助于教師了解學生預習知識的情況，抓住重點進行備課。

（2）課中

在課中，一方面教師使用思維可視化課件分步呈現自己的教學思路、問題解決過程。另一方面，學生則運用思維可視化技術記課堂筆記。相對于傳統的線性文本材料形式的筆記，前者能夠更好地便于學習后的復習、記憶、分析、研究甚至產生新的理解。同時，學生與學生之間還可以通過思維導圖工具進行小組合作學習，記錄討論內容，共享學習心得等。

（3）課后

一件可視化作品能夠反映學生對知識重點和疑點的把握。思維導圖等可視化作業的建構反映了知識點之間的相互關系，也是學習者對有關知識綜合貫通的表征能力。學生在課后可以根據上課的內容，利用圖示技術繪制一幅學習總結圖，在此過程中能夠清楚地了解自己對知識的理解程度，及時反思，對學習進行有效調整。同時，這幅思維導圖也可以作為教師評價學生的一個途徑。

綜上所述，思維可視化技術可靈活運用到“教”與“學”的全過程。由此可見，將思維可視化技術與學科教學進行整合設計，可運用于整個教學過程（課前、課中、課后）中，以“多環節助力，全程化貫通”的方式提高教與學的效能。[7]

參考文獻：

[1]邏輯思維_百度百科[EB/OL].http：//baike.baidu.com/view/139381.htm.

[2]可視化_百度百科[EB/OL].http：//baike.baidu.com/view/69230.htm.

[3]熊頻，胡小勇.可視化思維支架：概念圖研究的新視角[J].信息技術教育，2005，（10）：54-56.

[4]思維可視化_百度百科[EB/OL].http：//baike.baidu.com/view/8827179.htm.

[5][7]劉濯源.基于“未來課堂”的思維可視化研究[J].中國信息技術教育，2013，（01）：83-84.

[6]陳敏.思維導圖及其在英語教學中的應用[J].外語電化教學，2005，（101）：36-41.