信息化環(huán)境下可視化思維工具與小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的融合路徑

一、引言

在信息化時代，教育領(lǐng)域正經(jīng)歷著深刻且快速的變革。現(xiàn)代信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不僅豐富了教學(xué)資源的種類與形式，也極大提升了教學(xué)手段的多樣性和互動性l]。可視化思維工具作為信息化教學(xué)的重要組成部分，因其能夠?qū)⒊橄蟮闹R形象化、結(jié)構(gòu)化，逐漸成為促進學(xué)生認知理解的重要輔助工具。小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)作為基礎(chǔ)教育的關(guān)鍵階段，既承載著培養(yǎng)學(xué)生基本數(shù)學(xué)能力的任務(wù)，又肩負著激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和思維創(chuàng)新的使命[2]。基于這一背景，本文將圍繞信息化環(huán)境下可視化思維工具與小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的深度融合路徑開展深入探討，旨在提升學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)和綜合能力，推動教學(xué)模式的轉(zhuǎn)型升級。

二、信息化環(huán)境下可視化思維工具概述

信息化環(huán)境是指依托于計算機、網(wǎng)絡(luò)、多媒體等技術(shù)，構(gòu)建交互性強、開放動態(tài)的教學(xué)空間，打破時空限制，為教學(xué)資源共享與模式創(chuàng)新提供技術(shù)支撐[3。可視化思維工具將抽象數(shù)學(xué)概念、解題思路、知識結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為圖形、圖表等直觀形式，契合大腦對視覺信息的處理機制。常用工具包括思維導(dǎo)圖、趣味圖譜、概念圖等，思維導(dǎo)圖以中心主題發(fā)散分支梳理知識脈絡(luò)；趣味圖譜融入故事、卡通元素活化數(shù)學(xué)知識；概念圖梳理概念間的邏輯關(guān)系，以節(jié)點和連線形式揭示知識的內(nèi)在聯(lián)系。在信息化環(huán)境下，以上工具可以實現(xiàn)動態(tài)演示、實時交互，以及云端共享，有助于豐富教學(xué)形式，為小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)帶來新的可能。

三、可視化思維工具在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的作用

（一）促進學(xué)生理解與掌握數(shù)學(xué)概念

在小學(xué)數(shù)學(xué)知識體系中，眾多概念如分數(shù)、方程、幾何圖形性質(zhì)等具有較強的抽象性，與小學(xué)生以具象思維為主導(dǎo)的認知發(fā)展水平存在顯著差異。可視化思維工具能夠巧妙地將這些抽象的數(shù)學(xué)概念、原理和關(guān)系，轉(zhuǎn)化為直觀、形象的視覺符號，以圖形、圖表等形式呈現(xiàn)，有助于降低學(xué)生理解知識的難度[4。在可視化呈現(xiàn)的過程中，數(shù)學(xué)知識的本質(zhì)特征得以清晰展現(xiàn)，知識間的內(nèi)在邏輯也一目了然，能夠幫助學(xué)生在頭腦中構(gòu)建起完整、準(zhǔn)確的概念體系，從而有效提升學(xué)生對數(shù)學(xué)概念的理解深度與掌握程度，為后續(xù)數(shù)學(xué)知識的學(xué)習(xí)和應(yīng)用夯實基礎(chǔ)。

（二）激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與動機

傳統(tǒng)的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)模式多以教師講授為主，教學(xué)形式較為單一。長期處于這樣的學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生容易產(chǎn)生學(xué)習(xí)倦怠5。可視化思維工具融入色彩、動畫、互動等多樣化元素，有助于打破傳統(tǒng)課堂的沉悶氛圍，將原本枯燥晦澀的數(shù)學(xué)知識轉(zhuǎn)化為生動有趣、富有吸引力的學(xué)習(xí)內(nèi)容，為課堂注人全新活力。這一新穎獨特的教學(xué)形式，能夠快速抓住學(xué)生的注意力，并極大地激發(fā)學(xué)生對數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的好奇心與求知欲。同時，輕松愉悅的學(xué)習(xí)氛圍能夠促使學(xué)生從被動接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹剿髦R，從而切實提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，強化其學(xué)習(xí)動機，讓學(xué)生真正愛上數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)。

（三）培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)思維與問題解決能力

在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維和問題解決能力是小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的核心目標(biāo)。面對復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題，學(xué)生往往難以厘清思路，而可視化思維工具能夠為學(xué)生提供直觀的思維支架。其能夠引導(dǎo)學(xué)生將復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題進行分解與轉(zhuǎn)化，可以幫助學(xué)生梳理問題中的關(guān)鍵要素并明確各要素之間的邏輯關(guān)系，從而促進學(xué)生找到解決問題的有效路徑。在長期使用可視化思維工具的過程中，讓學(xué)生不斷運用可視化策略分析問題、解決問題，有助于鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力、抽象思維能力和創(chuàng)新思維能力，全面提升學(xué)生解決各類數(shù)學(xué)問題的能力。

四、信息化環(huán)境下小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)與可視化工具的融合策略

（一）應(yīng)用思維導(dǎo)圖，構(gòu)建數(shù)學(xué)知識體系

在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，學(xué)生常因知識結(jié)構(gòu)零散而難以形成整體認知，尤其在面對多步驟的計算規(guī)則和復(fù)雜的知識點組合時，極易出現(xiàn)概念混淆、步驟遺忘等現(xiàn)象。為解決這一教學(xué)難點，教師可借助可視化思維導(dǎo)圖工具，整合教學(xué)資源，構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)學(xué)知識網(wǎng)絡(luò)，幫助學(xué)生清晰掌握知識的內(nèi)在結(jié)構(gòu)與邏輯聯(lián)系，從而實現(xiàn)對知識的系統(tǒng)化掌握與深層次理解。

以人教版三年級下冊“除數(shù)是一位數(shù)的除法”課程教學(xué)為例，在教學(xué)準(zhǔn)備階段，教師應(yīng)基于課程標(biāo)準(zhǔn)和教材內(nèi)容，對該課程的知識點進行結(jié)構(gòu)化分析。比如，教師可以使用信息化平臺XMind繪制一張完整的思維導(dǎo)圖。思維導(dǎo)圖可以圍繞“除法意義”“豎式計算”“估商方法”“帶余數(shù)除法”“驗算”等核心模塊展開，明確各知識點之間的層級關(guān)系和前后銜接，進而為學(xué)生提供可視的學(xué)習(xí)框架，幫助其從整體上把握知識脈絡(luò)。

在教學(xué)實施過程中，教師應(yīng)將思維導(dǎo)圖作為輔助教學(xué)工具貫穿于教學(xué)全過程。在新課導(dǎo)人環(huán)節(jié)，教師可通過展示完整導(dǎo)圖的主干，引導(dǎo)學(xué)生回顧除法的基本意義和以前學(xué)習(xí)的除法知識，為新課學(xué)習(xí)打下認知基礎(chǔ)。在概念講解和例題演示過程中，教師可以逐步展開思維導(dǎo)圖的各個分支，并實時更新知識點的位置與聯(lián)系。例如，在講解“用豎式計算除法”時，教師可在導(dǎo)圖中添加“除數(shù)是一位數(shù)”“被除數(shù)是多位數(shù)”“有余數(shù)情況”等子節(jié)點。教師邊講邊標(biāo)注，既有助于增強課堂的互動性和邏輯性，還能夠幫助學(xué)生深入把握教學(xué)內(nèi)容。

在練習(xí)鞏固階段，教師可以組織學(xué)生進行小組合作，根據(jù)導(dǎo)圖中的知識要點設(shè)計“除法解題流程圖”。流程圖系統(tǒng)地呈現(xiàn)了除法運算的完整流程，以審題起始，串聯(lián)估商判斷、豎式計算、余數(shù)檢查、驗算等環(huán)節(jié)，形成了完整的閉環(huán)。驗算有誤即返回修正，進而有助于學(xué)生規(guī)范解題思路、提高運算能力，為教學(xué)提供可視化參照。

在教學(xué)總結(jié)評價環(huán)節(jié)，教師可引導(dǎo)學(xué)生對思維導(dǎo)圖進行復(fù)盤與完善。例如，教師可以讓學(xué)生解釋某一知識分支的含義或關(guān)系，甚至讓學(xué)生展示自己繪制的導(dǎo)圖結(jié)構(gòu)，然后再進行講解與補充，從而檢驗學(xué)生對知識的掌握程度，使其逐步從零散理解走向整體建構(gòu)，進而幫助學(xué)生形成穩(wěn)固、條理清晰的數(shù)學(xué)認知結(jié)構(gòu)。通過應(yīng)用該工具，教師不僅能夠有效優(yōu)化教學(xué)流程，還能提升學(xué)生的理解能力、歸納能力和系統(tǒng)思維能力，從而實現(xiàn)教學(xué)方式與學(xué)生學(xué)習(xí)方式的深度變革。

（二）融合趣味圖譜，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

在當(dāng)前小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，學(xué)生普遍存在注意力不集中、參與度不高的問題，特別是在接觸抽象或新穎知識時容易產(chǎn)生畏難情緒。而趣味圖譜是一種融合卡通圖像、趣味符號、可視邏輯結(jié)構(gòu)的數(shù)字化圖形工具，不僅具有視覺吸引力，還能強化知識點之間的邏輯聯(lián)系。為此，教師可借助“趣味圖譜”工具，將學(xué)習(xí)內(nèi)容以色彩鮮明、結(jié)構(gòu)清晰、生動形象的方式呈現(xiàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的課堂參與度。

以人教版五年級上冊“多邊形的面積”課程教學(xué)為例，教師可以通過構(gòu)建動態(tài)趣味圖譜，將“面積計算公式的理解”“圖形拆分與組合”“知識應(yīng)用場景”等教學(xué)內(nèi)容，以視覺化、情境化的方式展現(xiàn)給學(xué)生。詳細展示如圖1所示，營造了一個充滿趣味的數(shù)學(xué)探索情境，從起點出發(fā)，規(guī)劃一條貫穿梯形谷、平行四邊形谷，最終抵達復(fù)合型島終點的探險路徑。通過將梯形、平行四邊形，以及復(fù)合圖形的面積公式巧妙地融入探險過程，能夠有效激發(fā)學(xué)生的探索欲望和好奇心，使抽象的數(shù)學(xué)知識變得生動有趣，從而有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)趣味性和參與感。

圖1 “多邊形探險記”主題趣味圖

在課堂實施過程中，教師可以借助多媒體大屏展示整個“圖形村莊”地圖，引導(dǎo)學(xué)生從起點開始探險。例如，在“梯形城”任務(wù)中，圖譜會展示多個不同樣式的梯形。教師可以引導(dǎo)學(xué)生觀察底、高及其變化，并逐步引出面積公式的推導(dǎo)過程。同時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生在電子白板上拖動圖形部件并進行拼合、分割，以觀察如何將梯形轉(zhuǎn)化為矩形或三角形，從而使其對公式的形成過程有更直觀的認知。在“復(fù)合圖形島”，圖譜呈現(xiàn)多個由基本圖形組合而成的平面圖形。教師可以讓學(xué)生通過點擊、遮蓋、標(biāo)注等功能，嘗試分割計算并完成系統(tǒng)反饋的任務(wù)卡。

在課堂延伸階段，教師可以布置“我來做設(shè)計師”的活動，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)校園、教室或生活場景，設(shè)計一個由多個基本圖形構(gòu)成的“復(fù)合平面圖”，并計算其總面積。在此過程中，教師可以讓學(xué)生利用手機或平板錄制自己講解設(shè)計思路和計算過程的趣味圖譜小視頻，并上傳到班級學(xué)習(xí)平臺或社交群組中，提升學(xué)生的動手能力和合作意識，讓數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)更具互動性和趣味性。通過以上做法，教師不僅能有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能在潛移默化中引導(dǎo)學(xué)生將知識遷移到生活情境中，從而達成“趣味中學(xué)、學(xué)以致用”的教學(xué)目標(biāo)。

（三）借助概念圖，深化數(shù)學(xué)邏輯思維

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，概念圖工具作為一種有效的可視化思維工具，能夠幫助學(xué)生厘清數(shù)學(xué)概念之間的關(guān)系，促進數(shù)學(xué)邏輯思維的深化。在教學(xué)過程中，教師需要通過信息化手段，合理運用概念圖工具，幫助學(xué)生建立清晰的知識結(jié)構(gòu)，提升學(xué)生的邏輯推理能力，增強學(xué)生解決問題的系統(tǒng)性和條理性。

以人教版小學(xué)數(shù)學(xué)“分數(shù)的初步認識”章節(jié)課程教學(xué)為例，教師可以利用數(shù)字化概念圖工具CmapTools，構(gòu)建與更新“分數(shù)”的相關(guān)概念圖。該概念圖包括分數(shù)的基本組成部分、分數(shù)的意義、單位分數(shù)等關(guān)鍵內(nèi)容，能夠讓學(xué)生直觀地理解這些概念之間的內(nèi)在聯(lián)系與差異。如圖2所示。通過這一清晰的可視化知識結(jié)構(gòu)，不僅能夠幫助學(xué)生厘清分數(shù)的基本組成，還能使其在實踐探究中更好地運用這些概念，從而提升學(xué)生對課程教學(xué)內(nèi)容理解的深度與廣度，為其后續(xù)開展更復(fù)雜分數(shù)知識的學(xué)習(xí)打下堅實基礎(chǔ)。

在此基礎(chǔ)上，教師可以設(shè)計多樣化的探究性學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生借助概念圖工具深化對分數(shù)知識的理解。例如，教師可以將學(xué)生分組，圍繞“分數(shù)的組成及意義”開展合作探究，將一塊巧克力切成若干等份，利用概念圖分別標(biāo)注分子和分母的含義，形象地展示分數(shù)的基本構(gòu)成。在此過程中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生將單位分數(shù)如1/2、1/3、1/4與非單位分數(shù)如2/3、3/4進行歸類，并通過比較它們在表示“部分與整體關(guān)系”中的不同方式，幫助學(xué)生逐步厘清各概念之間的邏輯關(guān)聯(lián)，進而提升學(xué)生的抽象思維和分析能力。此外，教師還可以組織學(xué)生開展“分數(shù)大小比較”的探究活動，引導(dǎo)學(xué)生在概念圖中直觀呈現(xiàn)如1/4、1/2、3/4等分數(shù)的大小關(guān)系，以輔助學(xué)生建立對分數(shù)大小的直觀感知和數(shù)感判斷。

圖2 “分數(shù)的初步認識”概念圖

在學(xué)生完成探究任務(wù)之后，教師可進一步借助概念圖工具開展有效的教學(xué)評估與個性化指導(dǎo)。通過收集和分析學(xué)生的概念圖作品，教師能夠清晰地了解學(xué)生對分數(shù)各基本概念及其內(nèi)在聯(lián)系的掌握情況，及時發(fā)現(xiàn)其中存在的理解誤區(qū)或薄弱環(huán)節(jié)。基于以上可視化成果，教師可以有針對性地調(diào)整教學(xué)策略，如對學(xué)生在分數(shù)約分、單位分數(shù)理解或“整體與部分”關(guān)系方面存在的問題，安排補充講解、示范操作或個別輔導(dǎo)。同時，教師可以鼓勵學(xué)生之間開展同伴互評，讓學(xué)生通過對比不同組的概念圖進行討論與反思，從而使其在修改和完善的過程中不斷深化理解。以上措施的實施能夠使課堂教學(xué)與信息化可視化工具實現(xiàn)深度融合，有助于進一步推動學(xué)生數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的持續(xù)發(fā)展。

五、結(jié)束語

本文深入探討了信息化環(huán)境下可視化思維工具與小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的深度融合路徑，對于提升課程教學(xué)效率和質(zhì)量具有重要意義。基于信息化環(huán)境，教師運用思維導(dǎo)圖構(gòu)建知識體系、融合趣味圖譜激發(fā)興趣、借助概念圖深化思維等多種教學(xué)措施，不僅可以創(chuàng)新教學(xué)方式，豐富教學(xué)內(nèi)容，還可以促進可視化思維工具與小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的深度融合。展望未來，教師可以持續(xù)探索信息技術(shù)與教學(xué)內(nèi)容的深層融合，進一步提升自身信息素養(yǎng)與教學(xué)設(shè)計能力，推動課堂教學(xué)向智能化、個性化方向發(fā)展，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的新時代小學(xué)生提供有力支持。

參考文獻

[1]馮麗梅，何巧玲．信息化環(huán)境下幾何面板在“旋轉(zhuǎn)的特征”中的實踐應(yīng)用[J]．?dāng)?shù)學(xué)學(xué)習(xí)與研究初一版，2022，（34）：8-10.

[2]鄭振東．思維可視化工具在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J]．?dāng)?shù)學(xué)學(xué)習(xí)與研究，20257（01）：106-109.

[3]張恒．讓課堂思維有跡可循——思維可視化工具助力小學(xué)信息科技教與學(xué)[J]中信息技術(shù)教育，2023，（02）：53-56．

[4]吳永珍．思維可視化工具在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用策略[J]．天津教育，20237（35）：159-161.

[5]付霞霞．?dāng)?shù)字化背景下思維可視化在小學(xué)數(shù)學(xué)圖形與幾何教學(xué)中的應(yīng)用[J]天津教育，2024，（26）：31-33．