思維可視化工具在高中信息技術課程中的應用探究

聶趙育

（渤海大學 教育科學學院，遼寧 錦州 121013）

一、引言

當前高中信息技術課程存在著學生興趣不高、學習效率差、難以開展自主合作學習和教學方法落后等問題[1]。這是由于我國傳統課堂過于重視知識傳授，忽略了學生思維能力的培養。改變傳統教育觀念，更新教學模式，讓高中信息技術課堂摒棄單調、乏味、說教式的陳舊教學方法，是我們目前必須面對的現實和急需解決的問題。信息技術的快速發展推動了中小學信息技術課程的改革，高中信息技術課程要培養學生適應終身發展和社會發展需要的必備品格和高階思維能力。《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》中提出了信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任四大學科核心素養[2]。從信息素養到核心素養的提出，我們意識到信息技術課的重大責任和艱巨任務。《教育信息化十年發展規劃（2011-2020）》中指出：“運用信息技術提高基礎教育教學質量，充分利用學科教學工具、協作交流工具和知識可視化工具，豐富生成性教學資源，促進教學的個性化。”[3]新課標也提出“幫助學生有效利用信息、媒體、工具，優化他們的學習和生活，并提高他們為社會服務的能力”。[4]思維可視化工具有效地協助教師將教學重點從“知識傳授”轉移到“思維培養”。筆者認為將思維可視化工具融入高中信息技術課程具有明顯的教學效果，是值得重點研究的課題。

二、思維可視化工具概述

（一）思維可視化工具定義

思維可視化是一種基于數據可視化、計算可視化和信息可視化，促進知識的傳播和創新的技術。思維可視化工具有效地促進了學生思維能力的培養。常見的思維可視化工具有概念圖、思維導圖、思維地圖、魚骨刺圖等。每個思維可視化工具都有自己的特點。概念圖是使用節點表示概念，連線代表概念間關系的圖示法，形象化地表示概念間的關系，深層構建認知結構，促進知識的遷移[5]。思維導圖強調使用文本和圖形并重的方式，把各級主題的關系用相互隸屬與相關的層級圖表現出來，幫助理清對于知識的理解、問題解決的思路或是辯證的思考[6]。常見的思維導圖軟件工具有XMind、MindMapper、Freemind、MindManager等。思維地圖有八種類型，分別對應人在思考時的八種思維過程，每種都有各自的適用范圍，主要用于對比和描述。魚骨刺圖將宏觀問題分解為許多特定的微觀問題，使問題更容易解決，并且還包含了反向思維的思維策略。思維可視化工具是利用信息化手段提升教學效果的有效工具，對學生思維能力的發展具有重要意義[7]。思維可視化工具具有以下教學特點：第一，思維過程顯性化。思維是看不見摸不著的，人的思維過程具有內隱性和獨立性，利用思維可視化工具將思維過程書面化、清晰化，將學習的思考過程和軌跡通過圖示呈現出來，是學生思考的直觀映射；第二，深化理解。高中信息技術課程內容多、難、雜。學生在學習過程中通常會出現死記硬背、不能靈活運用所學知識、只會答題不會實際應用等現象。思維可視化工具能夠幫助學生利用圖示方式對學習內容進行深度理解；第三，同化、順應新知識。學生在學習新知識時需要在已有的知識基礎上進行意義建構，利用圖示將新知識與舊知識進行區分與聯系，將學到的知識進行有序的整理。

（二）思維可視化工具的研究現狀

在國外，思維可視化工具應用于教學中的研究已成熟。有學者認為，以思維導圖為首的思維可視化工具不僅有助于提升學生的思維能力，而且對學生的學習能力和教師的教學能力具有很大幫助[8]。在國外發達國家，思維可視化工具是其中小學教學中的必修課。雖然我國關于思維可視化工具的研究晚于國外，但其在數學、物理、化學、科學等學科已有了一定的實踐與研究。張惠芳（2013）在《思維可視化技術在小學品德與社會學科教學中的運用》中指出運用思維可視化技術，改變小學品德與社會學科中存在的問題，使教師的教學目標更清晰、學生的學習方法更開放、課堂的實效性更彰顯[9]。孫婷（2014）在《思維導圖在初中化學教學中的應用研究》中結合初中化學學科特點，指出思維導圖對教師專業水平提升、學生自主學習能力提升以及思維水平提升有一定的意義[10]。石國輝（2016）在《思維可視化在中學物理教學中的應用》中認為基于思維可視化的教學模式對學習具有促進作用，并根據不同的教學內容，提出了新授課模式、習題課模式、復習課模式三種教學模式[11]。高淼（2017）在《思維可視化在初中數學教學中的應用研究》中從思維可視化對學生數學能力培養的作用、在初中數學課堂教學方面的應用、在復習過程中的應用和在教師教案編寫的應用這四方面都分別進行了論述。并指出在初中數學教學中充分利用思維可視化可以使學習過程更加精煉、逐步提升學生的思維能力[12]。借鑒思維可視化工具在其他學科的運用經驗，在高中信息技術學科教學中合理運用思維可視化工具，可以轉變教師的教學理念，活躍課堂的學習氛圍，提高學生的思維能力和學習能力，從而提高學生的核心素養。

三、思維可視化工具應用于高中信息技術課中的教學探究

（一）思維可視化工具應用于高中信息技術課的教學設計原則

首先，充分發揮學生的自主性。傳統信息技術課堂存在課時緊、任務重的現象。為了應對升學考試，教師采取滿堂灌的授課方式，學生被動接受。教師或者教輔材料直接整理好的學習資料，雖然具有系統性、完整性，但缺少學生積極主動參與的過程。思維可視化工具強調學生個人對于知識的理解與認識。學生學習概念、區分知識點間的區別與聯系、在不斷的嘗試過程中完善自己頭腦中的知識圖譜。充分有效地調動學生學習的積極性和主動性，激發學生的學習興趣。

其次，培養學生的思維能力。中國的基礎教育長期以來因其“機械灌輸”，“知識中心”和“忽視學生思維發展”而受到批評。我國的學生一直以來被認為缺乏創造性、獨立思考的能力。傳統的教學方法過于注重學習結果，忽視了產生結果的重要過程。這個過程正是培養學生思維能力的關鍵。高中信息技術課的教學目標是培養學生的核心素養，本質上是基于思維的培養，培養學生辨別信息真偽、獲取信息、應用信息、評價信息的能力。

最后，強調學生的主體地位。新課程標準要求教學以學生為主體，教師為主導。教師在課堂中屬于輔助者，應給學生留出充足的自主探究時間。培養學生的自主探究能力和創新意識是信息技術課的教學目標。由于信息技術課是一門實踐性較強的課程，需要學生動手實際操作，所以合理的教學安排有助于更好地發揮學生的主體性。

（二）思維可視化工具在高中信息技術課中的教學模式構建

2017年新課程標準指出高中信息技術課程內容包含必修、選擇性必修、選修三大類型共10個模塊，既有全面提升高中學生信息素養的基礎內容，也有專業化、個性化提升內容[13]。高中信息技術課程具有理論與實踐相結合的學科特點，轉變傳統的知識傳授教學模式，將思維可視化工具應用于高中信息技術課中，有效發揮高中信息技術課程培養學生思維能力和問題解決能力的學科特色。筆者認為將思維可視化工具應用于高中信息技術課的基本教學模式應由課前準備、課上應用、課后復習三大環節組成。

1.課前準備

教師利用思維可視化工具進行備課，內容包含教學目標分析、學習者分析、教學內容分析、教學策略分析、教學方法分析和學習環境分析等（如圖1所示）。這種備課方式便于教師更加清晰的掌握整個教學過程。將各節課的教學目標分析融合在一起，有利于教師掌握整門課程的教學目標。學生將頭腦里已有的知識和在預習過程中獲得的新知識用思維可視化工具進行梳理，將知識可視化后，知道自己的掌握情況以及了解新課的重難點。學生帶著整理好的認知結構圖以及問題進入新課的學習，使新課的學習更加高效和有針對性。在學習過程中，逐步完善已繪制的圖表。利用思維可視化工具進行預習，能使學生對預習產生興趣，逐漸提升學生的自學能力。

圖1 教師課前準備的思維可視圖

2.課上應用

課上教學分為四個步驟進行。第一步，展示思維可視圖。學生展示預習時畫的思維可視圖，教師可以從中看出學生對舊知識的掌握以及新課預習的情況。傳統教學模式下教師難以快速熟知學生對知識的理解程度，這種方式便于教師快捷了解學生的認知水平，可節省大量時間。思維可視化工具將學生的問題及時反映出來，為新課傳授掃除障礙。第二步，新舊知識間建立聯系。教師在繪制思維導圖的同時，向學生提問，啟發學生思維，幫助學生將舊有知識與新知識建立聯系，遇到難以同化的知識點時需要教師的進一步指導。這個過程可以快速的發現問題并解決問題。第三步，小組合作學習。小組合作學習是激發學生學習熱情、促進學生共同進步的關鍵一環。首先各小組觀摩組內成員的作品，討論其優點與缺點。然后，小組成員共同繪制一幅思維可視圖，小組成員之間的思維碰撞能激起更多的靈感與思路。核心主題放置在中間最顯眼的位置，學生們可以使用不同顏色進行繪制，教師根據觀點的顏色、位置以及延伸的長度判斷這一問題的重要性和討論的方向。小組討論結束后，學生們對本節課的內容又會有了新的認識。第四步，歸納總結。一堂課最后的總結是點睛之筆，學生重新利用思維可視化工具進行作圖。學生再次畫圖時，會將新學到的知識融入到先前的知識結構圖中，頭腦中的認知結構已經在本節課中學習完善。將前后兩幅思維可視圖進行對比分析，學生對于本節課的掌握程度顯而易見。

3.課后復習

課后復習是對新學到的知識的及時鞏固。教師應對本節課的教學過程進行及時的反思，對自己和學生的思維可視圖進行總結和評價。評價倡導多元化評價，即師生互評、生生互評和學生自評等。教師布置適當的作業來檢驗學生的學習效果。傳統教學模式訓練學生解題過程的規范化與步驟化，甚至在升學壓力的驅使下，學習過程趨向僵化。利用思維可視化工具進行解題，可以訓練學生的思維能力和問題解決能力。學生在練習過程中要利用思維可視化工具把思考過程、解題思路寫出來。一方面，對于學生來說，解決問題的思路更加清晰、連續。另一方面，便于教師準確高效地對學生進行指導，將關注重點從結果轉向過程。

四、總結

希望本文能給一線教師提供理論支持，改善高中信息技術課的現狀。本文倡導一線教師將思維可視化工具運用到高中信息技術課堂中去，逐步提升學生的思維能力和學習能力。本文的研究也具有一定的局限性，運用該模式進行實證研究是接下來的重點研究問題。