基于思維可視化理念的結構化板書

單世乾 耿秀梅

摘要：思維可視化是發展關鍵能力的關鍵路徑。板書作為一種可視化語言，可用契合教學需要的結構化知識脈絡圖呈現知識思維結構化過程。常見的知識思維結構圖有概念比較的雙氣泡圖、元素化合物價類二維圖、問題解決魚骨圖、元素周期律錨圖等。基于知識思維結構圖板書的教學有三個程序：根據教學內容特點和教學目標匹配合適的思維結構圖；呈現解決問題的關鍵思維要素，設計“情境—證據—因果”的思維路徑；基于真實問題建構思維模型。

關鍵詞：關鍵能力；思維可視化；結構化板書；結構圖

文章編號：10056629（2022）12003605

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

培養學生思維能力是提升學生關鍵能力的重要途徑。心理學家林崇德曾高度評價“思維”的價值與意義，他指出：不管是智力還是能力，其核心成分都是思維^［1］。從這個意義上講，思維是組成關鍵能力的基本單元。化學思維能力是化學學科關鍵能力的基礎，楊季冬從思維角度給出關鍵能力的構成要素，包括抽象思維、概括思維、推理思維、模型思維等^［2］。當學生的思維水平與素養目標不一致的時候，他們所學的知識常常是零散的、碎片化的，難以形成系統連貫的體系，導致在元素化合物、概念、原理、實驗等模塊內容的學習中困難重重，更無法在真實情境中進行判斷與決策。因此，化學教學呼喚思維教學，而思維本身是抽象不可視的，在實際教學中，應借助工具將內隱思維外顯，建構思維邏輯，提升思維品質，以培養指向未來的關鍵能力。

1 思維可視化的板書設計

1.1 思維可視化

思維可視化是指運用一系列圖示技術把本來不可見的思維（思考方法和思考路徑）呈現出來，使其清晰可見的過程^［3］。通過不同呈現方式，將概念系統中知識整合和解決問題的思維過程以各種直觀形象的結構圖示表現出來，形成促進思維發展的引導框架和網絡^［4］。

華東師范大學現代教育技術研究所“思維可視化教學體系”研究團隊提出了“學科思維導圖”的概念，使其成為“思維可視化教學體系”中一個比較重要的教學工具。學科思維導圖指以圖示（以層級結構為主）或圖示組合的方式對學科知識體系進行結構化表征（解構、建構、重構）的過程。學科思維導圖的結構化思維強調概念與概念之間必須有清晰明確的邏輯關系，必須按學科本身的結構、規律、特點進行嚴謹、規范、科學的繪制，對繪制者的邏輯思維能力及學科功底有較高的要求^［5］。

利用思維導圖的繪制過程與教學環節相融合，構建思維教學與思維可視化共同體。繪制學科思維導圖，要求提取與整合眾多信息的關鍵要素，找出其邏輯關系、將信息關聯并呈現出結構化的知識脈絡和概念應用的思維邏輯，同時在學習過程中建立思維模型，形成解決問題的策略化思維，這一創建“知識思維結構化”板書的過程，正是學生關鍵能力發生、發展的過程。

1.2 知識思維結構化板書

板書是基本的教學媒介，是一種可視語言。精心設計的板書具有“提綱挈領、畫龍點睛、聚焦思維、示范引導”的作用，促進教學目的的實現和教學任務的完成，即使在現代教育技術日趨成熟且多樣化的今天，也依然有著不可取代的地位。傳統的板書設計重視重難點知識的呈現和例題的示范解答，對于觀念、概念的邏輯關系少有精心布局，且忽視學生思維的探索。結構化板書能夠基于學習目標，圍繞主題內容，將學科的核心知識、核心概念及構建的思維方式等，以結構化圖示形式呈現在黑板上。可以看出，結構化板書契合教學需要，明晰教學的過程結構，是思維可視化教學的重要手段之一。鄭維恩在政治教學中概括了“線式、輻射式、魚骨式”思維導圖，以突出內容邏輯和學生思維的板書^［6］。李云主張“以圖賦能，重構知識架構”，強調圍繞核心概念建構知識網絡，突出事實邏輯和問題本身的邏輯、打通學生思維障礙，關注問題的場景轉換并把握問題的關聯性，提升思維品質，拓展學科思維容量^［7］。楊小亮認為，層級圖生物教學板書，具有“聚焦核心內容，構建知識主體框架；聚焦內在邏輯，展現知識基本脈絡；聚焦問題探究，提高學生課堂參與；聚焦類似知識，培養學生對比能力”的功能^［8］。以上教學實踐探索無一不是突出知識思維結構圖設計。從學理角度，利用板書在教學活動過程中將知識結構圖按照思維邏輯有序繪制出來，是關鍵能力教學中必要且有效的實踐，在化學教學中，可以依據不同的內容特點及教學要求，設計并建構不同類型的結構圖。

1.2.1 “概念對比”型知識思維結構化板書

概念本身就是對事物的抽象概括，化學概念不僅是基礎知識的組成部分，還承載著發展學生思維能力的功能。化學概念的形成與應用，對學生的抽象思維、概括思維、推理思維具有舉足輕重的作用。學習化學概念需要有兩個認知過程：概括過程和辨別過程。概括和辨別實際上是知識構建的過程，在概念的建構中為了避免出現泛化或窄化，在教學中一般不會孤立地講授某單一概念，而會是一組概念的教學。因此，教師在講授概念的同時，還要引導學生將新授概念和自己原有概念進行整合、對比，建構起具有一定層次結構的概念網絡^［9］。

以化學平衡為例，作為化學平衡的核心概念，平衡常數和勒夏特列原理各有特點又相輔相成，可利用雙氣泡圖板書（如圖1）展示二者的異同，促使學生通過結構化思維發展關鍵能力。

1.2.2 “元素化合物”型知識思維結構化板書

元素化合物是高中化學必修課程的核心內容，看似繁雜無序的物質性質與應用向來是學生學習的難點，需要在學習中建立基于物質類別、元素價態和原子結構預測及檢驗物質性質的認識模型，發展物質性質和物質用途關聯、化學物質及其變化的社會價值的認識水平，尤其在環境保護、食品安全、資源可持續開發與利用等方面，體現了關鍵能力的應用意識與發展水平，其中，預測性質及變化、設計方案、基于證據推理等特有的化學思維活動，明確指向概括思維、推理思維和模型思維，可利用價類二維圖板書（如圖2）展示物質的轉化類型及應用原理。

1.2.3 “制備實驗”型知識思維結構化板書

化學實驗學習是培養學生感性認知的重要方式。利用化學實驗獲取實踐探索的證據，并以此為基礎進行推理、論證、得出結論，其設計與實踐過程中體現的思維的邏輯，對于學生關鍵能力的發展起著關鍵作用。圍繞物質性質與反應規律的研究、物質制備、物質分離與提純等設計實驗，在知識結構化過程中解決實際問題。在教學中可利用物質制備魚骨圖（魚頭向左）板書（如圖3），認識解決實驗任務的一般思路和方法，建立推理思維模型；如果實驗不成功，分析原因魚骨圖（魚頭向右）板書，形成實驗失敗歸因的一般思路和方法，同樣建立推理思維模型。

2 知識思維結構化板書的教學組織

關鍵能力教學崇尚結構化學習，在教師示范知識從“零散”走向“群組”的過程中，學生能夠對知識的層次進行概括、關聯、整合，說明、論證、推導等；在后續類似的真實情境之中，學生將再度憑借思維能力，連結更多跨越情境的知識網絡與體系^［10］。知識思維結構化板書是呈現知識邏輯和思維邏輯的圖文資源，在建構知識思維結構化板書時，首先應依據教學內容尋找合適的思維結構圖，能夠體現知識和思維結構化，注重師生互動過程中的學生參與，在這一過程中建構結構化思維模型，以及應用思維模型解決生產、生活中的化學問題的過程。這一歷程展示并規范了思考方法和思考路徑，融合了化學觀念、化學思維和化學價值，是學生發展化學關鍵能力的應然選擇。

2.1 適配結構圖

知識思維結構化板書教學的第一步，是教師根據教學內容特點和教學目標匹配合適的思維結構圖。依據高中化學內容特點與思維要求，可分類選擇合適的結構圖。例如，化工生產中從原料到產品的加工路徑可用流程圖展示；實驗室及生活生產中問題解決的方案設計和歸因判斷，需要分類分析原理并搞清邏輯結構，可用魚骨圖表達；無機物與有機物中各物質的類屬關系，利用樹狀層級圖脈絡清晰；元素周期律學習中，要結合周期表大致結構圖、位構性變化規律、文字，可設計錨圖^［11］；多變價的非金屬元素及其化合物，利用價類二維圖，使得不同類別物質的轉化原理有章可循；展示物質“類別、性質、應用、獲取與保存”間邏輯關系的知識網絡圖，蘊含著人類認識和探索客觀世界的思維邏輯，既是概括思維，也建構了分析與解決問題的思維模型。

2.2 設計思維路徑

學科知識是學科能力和素養的基礎，知識轉化為素養的前提是在教學中挖掘和外顯學科知識蘊含的思維角度和思維路徑^［12］，并應用于解決實際問題，體現了知識→思維→模型→應用的路徑。在建構結構化板書時，要以“真實問題”為知識建構的邏輯主線，從思維構成出發，通過抽象→概括→推理→模型，呈現解決問題的幾個關鍵思維要素和思維邏輯^［13］。如氮氣與氧氣、氫氣反應為什么需要這么苛刻的條件，與氮元素的非金屬性較強有無矛盾？這一問題有效串聯了“結構決定性質”的化學觀念，推進了“含氮污染物治理的理想產物與所需試劑、工業合成氨改進路徑”等學科價值與社會責任的生成與內化，也同時可以進一步激發疑問“雷雨發莊稼、硝酸型酸雨、硝酸工業的同與異”，并且經歷哲學思辨獲得理性認知。在結構化板書設計中要體現解決問題的關鍵節點，根據知識空間理論，這些節點都是思維的轉折點，是驅動學生思考和培養學生思維品質的關鍵點。生產、生活情境中的化學歸因評價問題，因其具有多因素、多變量、多結論以及學科性、復雜性、綜合性，是評價、考查化學關鍵能力的經典原型。需在教學中利用結構化板書（如圖4），引導學生建構以下思維路徑“分析實驗原理→研究實驗變量→獲取相關證據→解釋出現現象”，使思維邏輯可視化，從而深刻理解化學反應的調控在生產生活中的應用。

2.3 建構思維模型

因課堂教學的具體內容不同、學生學情不同等，在建構結構化板書時所用的方法及側重點也會不同。如在概念教學中，由于抽象與概括的要超出學生的現有水平，一般由教師主體建構，學生在理解中欣賞，在領悟中適應，在應用中創造；元素化合物教學，深入生產生活實際，可在教師引導下學生主體建構，尤其在物質制備、化學品應用、污染治理等生活問題的分析解決時，學生經由小組合作補充完善，形成結構化板書，這種基于證據的實踐創新和團隊合作的探索活動，建構模型也是應用模型解決問題，正是發展關鍵能力重要且必要的經歷。同時，針對新情境下問題的解決，引導學生學會從“必備知識、信息設置、關鍵能力”三個維度概括提煉；針對學科問題的解答，善于從“核心概念理解、思維品質、思維模型、規范表達”四個層次反思提升，真正做到教學評的一致性。知識→思維→模型→應用，學生獲得的多維立體的結構圖，這一過程，是認知過程，也是合作過程和創造過程，是關鍵能力自然發生、發展的過程。

3 小結

第一，作為基本的思維可視化工具，知識思維結構化板書的功能起點在于激發興趣、督促學生形成優化思維的自覺，板書設計要帶給學生科學美學的視覺和思維刺激，必須遵循簡約美、規范美、藝術美、應用美，實驗裝置簡筆畫要生動形象，文字與圖片、線條清晰有序、錯落有致，這都需要在課前充分預設和合理布局。

第二，思維可視化工具要堅持課堂活動與思維工具的“學習者控制”“主動參與”“創造生成”等特征^［14］。知識思維結構化學習最終呈現的是結構化的學科思維導圖，但不是一個靜態的圖片，板書作為思維導圖，具有思維導向、聚焦思維的基本功能，學生中心、學習中心的學習特征，決定了知識思維結構圖的學生參與性和動態生成性。

第三，關鍵能力的本質是真實問題的解決能力，因此，知識思維結構化板書的終極價值是功能模型化。即以知識結構化為載體，以邏輯思維為工具，在問題解決過程中完成思維模型建構。這一過程還要關注評價及評價示范。例如，物質生產的工業設計評價要素，除了化學原理、科學技術還有科學倫理；污染物的去除要從反應原理出發，考慮特定條件下的轉化愿景（三等級：無害化、價值化、全轉化）；物質制備問題的分析有四個要素，同時又存在因果關系，即考慮性質（防氧化、防分解、防揮發）→研究原理（反應類型、反應條件、分離提純）→選擇儀器（發生、除雜、尾氣）→規范操作（促轉化、促分離、保安全）；對于定量實驗方案，其評價標準在于是否“全轉化、全吸收、無干擾”等。學生在應用模型時可基于問題解決的程度評價其有效性，也會反思其預定的評價標準的效度，經歷實踐應用和反思后再改進模型和評價標準。

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