思維可視化支架讓教與學同頻共振

陳修娟 趙統(tǒng)順

摘要：本文從思維可視化的源起、內(nèi)涵、意義、策略四個方面詳細闡述了作為課堂神經(jīng)元的可視化思維在初中信息技術課堂教學中的應用，同時詮釋了思維可視化教學手段的作用。

關鍵詞：思維可視化;信息技術課堂

中圖分類號：G434 ?文獻標識碼：A ?論文編號：1674-2117（2022）13-0049-04

在信息時代，適應時代、適應學生的新型教學方式逐漸被引進課堂，思維可視化已經(jīng)成為一種可能。被可視化的“思維”更有利于理解和記憶，合理地運用思維可視化教學方法可以有效提高學習效率。因此，筆者從化解難點、構建體系、內(nèi)化概念三個方面整體建構初中信息技術思維可視化教學范式，努力探尋思維可視化理論與學科融合之策、思維可視化理論向教學的轉(zhuǎn)化之法、信息思維向信息素養(yǎng)的遷移之路。

● 追因：思維可視化的教學缺位

1.重記憶，輕理解

信息技術核心素養(yǎng)要求教師必須打破傳統(tǒng)的教學理念，在課堂教學中積極融入思維可視化的思想，主動啟發(fā)學生思考“為什么”，逐漸把教學的焦點從記憶轉(zhuǎn)移到理解上，并通過顯性的方式展示知識間內(nèi)在的思維邏輯，讓學生從“學會”過渡到“會學”。

2.重表象，輕邏輯

信息技術學科緊貼日常生活，雖然知識點零散、繁雜、涉及面廣，但是在每一章節(jié)內(nèi)容學習表象的背后，都隱藏著深層次的邏輯關系。但在教學中，許多教師把重心更多地放在知識表象的講授上，沒有及時對各知識點之間的邏輯關系進行梳理建構，致使許多學生學習起來困難重重。

3.重操作，輕思維

在信息技術教學中，隱藏在操作能力背后的思維方法是整個信息技術教學的核心。而在實際的教學過程中，很多教師只注重學生的操作能力，認為學習的重點在于軟件的操作與使用。這樣下去，學生學到的只不過是教師行為的復制，并沒有領會到解題思維的真諦，在遇到情境變化時，學生的“死知識”將無法解決新問題。

● 探策：思維可視化的教學路徑

1.借助流程圖繪制思維路徑，有效化解難點

可以將思維可視化與程序設計教學相結(jié)合，針對不同思維水平的教學對象，采用借助流程圖繪制思維路徑的手段，把程序設計教學中的各種難點有序分解，把不可見的程序設計思路顯性化，有效化解難點，使知識容易理解。

①替代自然語言，化解難點。在“算法”的教學中，“自然語言”適合于描述簡單的算法。對于復雜的算法，如果用自然語言描述會顯得煩瑣、冗長、有歧義，不利于學生對算法的理解，此時可以用流程圖替代自然語言來描述。例如，在蘇科版初中信息技術八年級第4章第1節(jié)《算法》教學中，對“在1000位同學數(shù)據(jù)中查找指定同學的電話號碼”這一算法問題，可采用如圖1所示的流程圖來描述。

算法是程序和軟件的靈魂，算法的學習效率關系到整章內(nèi)容的學習。此處的算法較為復雜，適合運用流程圖來描述。上述流程圖直觀、清晰、簡潔、易懂，將算法的邏輯關系表達得淋漓盡致，從而將學習難點順利化解。

②替代函數(shù)表達式，化解難點。計算機程序的求解過程和傳統(tǒng)的筆算求解過程不同，具有很強的機器獨特性，除了需要入口（輸入）和出口（輸出）外，還需要將數(shù)學表達式轉(zhuǎn)換為計算機可識別的計算步驟，學生理解起來有一定的難度。此時可以將函數(shù)表達式轉(zhuǎn)換為可視化的流程圖，便于學生理解。例如，在蘇科版初中信息技術八年級第4章第2節(jié)《3.1 算法實例——解析法》的教學中，針對“古代名題——雞兔同籠”問題，首先進行小組探究，在討論出數(shù)學模型（數(shù)學表達式）的基礎上，引導學生用“畫程”軟件繪制出流程圖并編譯，從而體驗算法由數(shù)學表達式轉(zhuǎn)為計算機程序執(zhí)行的過程。圖2所示為用“畫程”軟件繪制流程圖及編譯運行的過程。

在上述的教學案例中在找出函數(shù)表達式后，首先引導學生利用“畫程”軟件制作該函數(shù)表達式的流程圖，巧妙地將解決問題的思維方法由枯燥的表達式轉(zhuǎn)換為可視化的流程圖，學生可以直觀地看到數(shù)學表達式在計算機中執(zhí)行的流程;其次用“畫程”軟件進行“編譯”，將流程圖中的內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暬臋C器語言，學生可以直接看到程序代碼（以VB編程軟件為例），真切地感受到思維在后臺運行的方法;最后通過“畫程”中的“運行”命令，讓學生和計算機進行交互，使其體驗計算機實時的思維反饋，從而更深入地理解解析算法的含義。此教學過程把抽象的思維從后臺轉(zhuǎn)移到前臺，并將其層層分化，直觀地展現(xiàn)在學生眼前，有效攻克了教學難點。

2.借助邏輯圖梳理思維路線，構建知識體系

學生不斷學習的過程就是基于先前知識經(jīng)驗對事物做出相應的假設和解釋的過程，所以教師在教學中應在把握好學生先前知識經(jīng)驗的基礎上，把學生的先前知識經(jīng)驗當成新知識的生長節(jié)點，引導學生邊學習邊主動構建知識體系，及時將各學習板塊的知識進行整理歸納，建立思維模型。

①指引思考，相向建構知識體系。認知理論指出，整個世界都是由概念與概念間復雜有序的結(jié)構系統(tǒng)構成的。思維可視化就是將各知識點之間的關系以結(jié)構化的形式表現(xiàn)出來，使傳統(tǒng)的機械性學習變成有意義的思維建構。在教學中可以先按照不同的主線相向建立對應的思維邏輯樹，在此基礎上通過二次關聯(lián)將章節(jié)中的各個知識點串聯(lián)起來，最終形成圖狀邏輯思維模型，進而建構章節(jié)知識體系。例如，對于蘇科版初中信息技術八年級《設計與制作動畫》一章，在教學過程中可以引導學生相向構建如圖3所示的思維模型。

本章思維模型是以動畫制作軟件和動畫制作作品作為首尾端，相向進行建構。首先，從首端將本章的知識點按時間和空間兩條主線進行樹狀分類延伸，形成動畫軟件的思維邏輯樹;其次，從尾端將本章的知識點以補間類型（動畫補間和形狀補間）為主線進行樹狀枝節(jié)延伸，形成動畫作品的思維邏輯樹;最后，將這兩種邏輯樹之間的交集部分進行關聯(lián)，形成“Flash制作”的圖狀邏輯思維模型。此思維模型將整章內(nèi)容有層次、有條理地融合到一起，形成整章思維體系，既能有效地反映出各知識點之間的隸屬關系，又能從多角度聯(lián)視本章內(nèi)容。

②創(chuàng)新思考，邏輯建構知識體系。初中信息技術核心素養(yǎng)明確指出，在教學中要培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。這就要求教師在教學中引導學生進行創(chuàng)新實踐活動，要讓學生站在當前的認知基礎上，通過思維可視化快速穿越發(fā)展區(qū)，達到高階思維狀態(tài)。例如，在蘇科版初中信息技術八年級《構建身邊的網(wǎng)絡》一節(jié)的教學中，需要學生動手實踐組建家庭網(wǎng)絡，但是由于網(wǎng)絡結(jié)構的特殊性和復雜性，如不配以脈絡清晰的圖示，學生將很難完成組建的任務，更談不上思維創(chuàng)新。筆者根據(jù)教材內(nèi)容及自身多年的實踐經(jīng)驗，繪制了家庭網(wǎng)絡組織結(jié)構圖，并在本章教學中使用。家庭網(wǎng)絡組織結(jié)構圖如圖4所示。

圖4的思維圖示，使學生在動手組建網(wǎng)絡的同時，既能明確單用戶、多用戶、有線網(wǎng)、無線網(wǎng)、子路由、網(wǎng)中網(wǎng)等深層次的概念，又能理解調(diào)制解調(diào)器、無線路由器、網(wǎng)絡交換機、各使用終端的作用以及它們之間的邏輯關系。以上實例把思維可視化思想與本章的教學實際緊密結(jié)合，對家庭網(wǎng)絡的整體布局及各設備的走向連接進行精細表達，使課本上無序的網(wǎng)絡知識邏輯化、零散的網(wǎng)絡知識結(jié)構化、模糊的網(wǎng)絡知識精細化。學生以此圖為抓手，打破傳統(tǒng)的思維定式，充分發(fā)揮自己的想象力，組建個性的家庭網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)思維的創(chuàng)新。

3.借助概念圖圖示思維過程，實現(xiàn)概念內(nèi)化

有意義學習理論認為，學習的過程就是將新知識融合進已有的知識結(jié)構中，用已經(jīng)形成的知識結(jié)構來同化新知識的一種思維活動。思維可視化可以將各個概念及其關系進行梳理、概括、加工、羅列，并將學生在學習過程中的思維過程和思維方法用圖示的形式表達出來，促進新舊知識的融合。

①有序分類，在概念圖的對比中內(nèi)化概念。概念圖可以將繁雜的概念有序分類，可以將易混淆的概念對比呈現(xiàn)，可以提高學生的思辨能力，是學生學習的重要抓手及有力支架。例如，在執(zhí)教蘇科版初中信息技術七年級《計算機硬件》一課時，為了使學生能夠清晰地掌握存儲器的種類和概念，筆者設計了如下頁圖5所示的概念圖。

概念圖緊緊圍繞存儲器這個核心概念，牢牢抓住存儲器的內(nèi)涵和特點，有條有理地羅列了存儲器的種類，深度詮釋了存儲器的內(nèi)涵，清晰地展現(xiàn)了存儲器的應用，促進了學生對存儲器概念的內(nèi)化。

②邏輯建構，在概念圖的衍生中內(nèi)化概念。程序設計是一個大概念，涉及的知識范圍廣，教學過程比較零散。學生在學習過程中缺乏整體意識，容易鉆進死胡同，找不到方向。思維概念圖能將一章中各個概念的形成及走向呈現(xiàn)出來，能將各個概念之間的邏輯關系深挖出來，能將各個概念的深層含義表達出來。引導學生構建思維概念圖，可以抓住概念的本質(zhì)，促進概念的內(nèi)化，形成穩(wěn)定的認知結(jié)構。例如，在蘇科版初中信息技術教材八年級第4章《程序設計》的教學中，可以引導學生設計如圖6所示的思維概念圖。

該思維概念圖是在吃透教材的前提下，認真分析本章各部分章節(jié)的內(nèi)容架構，充分厘清各知識點之間的邏輯關系，對“程序”的含義進行思維分解。首先從表現(xiàn)形式、核心內(nèi)涵、結(jié)構分類三個方面對“程序”進行邏輯分類，然后對各個子節(jié)點的各種特征及含義進行邏輯分析，將零散的小概念進行有機整合，最后形成可視化的“程序”思維概念圖，將本章的學習內(nèi)容及其邏輯結(jié)構清晰地表征出來，極大地擴充了學生的思維視野，提高了學生掌控知識脈絡的能力，促進了對知識概念的理解。

一圖勝千字，一圖勝萬語。運用思維可視化可以將零散知識結(jié)構化、無序思路邏輯化、隱性思維顯性化、抽象思維具體化、低階思維高階化、普通思維創(chuàng)新化。它既可以幫助教師優(yōu)化教學，又可以幫助學生梳理思路;既可以提高教師教學水平，又可以提高學生對知識的理解深度;既可以有效化解學習難點，又可以轉(zhuǎn)變學生思維方式;既可以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，又可以實現(xiàn)知識、思維、素養(yǎng)的全面發(fā)展。

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本文為江蘇省教育科學“十四五”規(guī)劃2021年度課題“初中信息技術支架式教學的行動研究”（批準號為：D/2021/02/294）的主要研究成果。