应用可视化思维工具，促进学生思维能力发展

李克东

应用可视化思维工具，促进学生思维能力发展实验研究（Project for Enhancing Thinking Ability，简称PETA）是由中国华南师范大学教育技术研究所、广州市电化教育馆和日本关西大学信息技术综合应用研究中心合作开展的一项国际合作研究项目，同时也是中国教育技术协会“十二五”规划的重点研究课题。目前，在中国广州地区有6所实验学校，日本大阪地区有4所实验学校一同开展实验研究。

本项目研究目标包括：①通过实验研究，探索应用可视化思维工具，促进学生思维能力发展的作用和机制。②通过实验研究，探索有效提升小学生思维能力的教学模式和方法，发现优秀教学案例，宣传推广，促进教学改革。③通过实验，对中日两国、城市区域之间小学生思维能力发展特点和促进教学模式与方法进行比较研究。本项目研究实施步骤如下。

● 思维能力培养的目标

本项目的研究目标之一就是通过应用可视化思维工具进行的主题教学活动，促进学生掌握科学的思维方法和提高学生的思维能力并加深对主题知识的理解。包括：观察能力，即通过感官迅速认识事物的基本特征的能力。想象能力，即通过感官观察事物后，能在心里创造各种形象的能力。概括能力，即对某种复杂事物，去粗取精，化繁为简，把唯一本质的东西找出来的能力。比较能力，即能对比不同事物，从性质、功能或结构上找到相似或差异点的能力。构造能力，即能把事物分解成不同的分层结构的能力。综合能力，即能使用各种帮助思维的工具得出结论，能用各种不同的方式对事物进行思考的能力。转化能力，即能使用新的思维技巧，得到新的发现，形成基本结构图，并能制出模型的能力。模型化能力，即能将复杂的事物简化成一个模型表示，找到或创立新方法，对事物理出头绪，纳入规范的能力。

思维能力包含许多方面的能力，很多教师都在尝试去提升学生各方面的思维能力，但问题是：①思维是一个抽象的过程，如何知道学生在想什么？②如何引导学生更深入地进行思考，提升其高阶思维能力？③如何在课堂教学中提升？应用可视化思维工具进行主体教学实践是一个比较有效的途径。

● 常用的可视化思维工具

可视化思维工具，是指图形化的思考工具和利用计算机构建思维导图的创作工具。常用的图形化思考工具的基本图形是箭头与框图，他们包括如下几种常用形式，各自发挥不同的作用。①韦恩图（又称文氏图）（见下页图A），用于提升学生的比较分析能力。它是由两个交叉圆圈组成，用于比较两类不同的事物（A和B）。在两个圆圈中重叠的领域表示A和B共同的特征，两个分开非重叠领域各自代表着只关于A的特征和只关于B的特征。韦恩图还可以扩展为三个相交的圆圈组成。②Y/X/W线图（见下页图B），用于提升学生事物分类能力。它是利用Y/X/W线图所形成的空间来对事物进行分类，或者从不同角度对事物进行特征描述，如看起来像什么，感觉像什么、想到什么，等等。也可以用来表达感官感知的结果（如视觉看到了什么、听到了什么，触摸到的感觉等）。Y线图让学生对主题从三个方面来描述；X线图让学生从主题的四个方面来描述；W线图让学生从主题的五个方面来描述。具体选用哪种线图取决于要让学生考虑几个方面，并且要根据学习的目的和内容以及学生的发展水平而定。③鱼骨图（见图C），用于提升学生因果分析能力。在“鱼头”位置表达一个总观点，鱼身将分别表达多种“理由”，每个“理由”又有多项事实所支持。④思维导图（概念地图）（见图D），用于提升学生建立和分析事物关系的能力。它由一个思考中心，并由此中心向外发散出许多个关节点组成，每一个关节点代表与中心主题的一个连结，而每一个连结又可以成为另一个中心主题，再向外发散出许多的关节点，呈现出放射性立体结构，而通过这些关节的连结可以了解事物之间的复杂联系。⑤金字塔图（见图E），用于提升学生概括总结的能力，促进知识的结构化。应用金字塔图论述观点必须符合三个原则，即从上而下，每一层次的思想观点必须是低一层次思想观点的概括或归纳或总结；每一组的思想观点必须在逻辑上属于同一范畴（类别）；每一组的思想观点必须符合逻辑顺序。利用金字塔阐述问题有两种结构，演绎结构和归纳结构，演绎结构即论证式说明，从上而下，最顶层是建议方案或观点结论，下一层是行动步骤或理由，最低层是铺列事实。归纳式结构即组合式说明，它是从下而上，底层是分析陈述事实，上一层是分析原因，推导结论，最顶层是建议方案。金字塔的层次组织可以思想方法进行演绎推理。也可以按因果关系、时间顺序、组织结构顺序、重要性顺序进行组织推理。⑥蝴蝶图（见图F），用于提升学生表达不同程度的正反面意见的能力。它由正反两个部分组成，即非常赞成、赞成和强烈反对与反对的意见及理由组成。⑦PMI反思表格，这是在每次教学活动后，要求每个学生利用可视化方法进行学习反思的工具。通过它了解学生通过主题教学活动是否已学到知识，本次学习有哪些收获。了解学生还有哪些未能理解的知识或本次学习有哪些不足。了解学生还感兴趣的知识和对今后学习的期望，有助于教师以后的教学。

本项目就是应用上述各种可视化思维工具开展主题教学活动，在主题教学活动中，师生共同利用上述可视化思维工具进行思考、学习、表达，学习评价，让这些思维工具发挥不同的作用：①对教师、学生思考的问题、想法和信息进行整理，并以可视化形式呈现出来。②通过应用可视化思维工具把已学知识之间的关系联接起来，使知识点的联系可视化。③通过对可视化的知识及其联系的分析，形成新的观点，建立新的联系，创造新的知识。④通过可视化知识的展示，实现信息分享，也便于学生之间表达评价意见，容易获得反馈信息。

● 主题教学实验活动的设计

本项目的主题教学实验活动的内容包括如下几个基本组成部分：

1.选定教学活动的主题

可以是综合实践课的主题；或语文科课本中的某篇文章阅读，数学科中的某个知识点，或时政主题，或多学科综合，等等。

2.明确主题活动的教学目标

通过活动，促进学生对主题学习内容有较深入的认知；让学生掌握一些思维工具的使用；增强学生学习积极性和探索精神；形成一组学生作品作为共享交流。

3.教学资源的准备

包括提供相关网站网址、多媒体资源（图片、视频、声音……）、文本资源（书本、报纸、杂志……）。

4.组织主题教学活动的实施

主题教学活动包含如下五个基本环节组成：①提出学习问题和任务，建立思维空间。教师要围绕学习主题，通过提出思考问题或学习任务，帮助学生头脑建立思维的空间。②提供学习资源，利用资源思考问题。教师围绕学习专题，提供帮助解决问题的相关资源，包括相关网络资源、多媒体资源、图书资料和照片等供学生学习使用，学生利用资源，发现问题，提出问题，形成观点。③小组合作学习，利用思维工具创作作品。教师介绍与问题解答相关的几种工具，让学生选择使用。小组成员，分工合作，利用图形化思维工具，共同完成一个利用可视化思维工具来回答问题或解决问题的图形化作品。④展示作品，交叉观摩提问。⑤利用PMI反思表格（如下表），进行学习反思。⑥整理加工作品，丰富学习资源。

在主题学习活动过程，信息技术在不同的环节中发挥作用，如用于多媒体资源的展示和利用，网络资源的浏览，PPT的编制，思维导图工具的利用，在专题网站中发表意见和进行讨论、对作品进行评价，等等。

● 主题教学实验活动的效果评价

对应用可视化思维工具进行的主题教学活动效果的评价有多种途径，包括：①对学生作品内容分析。即对利用可图形化思维工具所完成的作品进行分析，看是否能对事物的比较、分类、联系、层次结构、观点论证等方面有清晰的表述和深刻的理解。②对PMI反思表格进行内容分析。通过PMI表格的内容分析可以看到学生掌握了哪些知识，对哪些知识还未能掌握，学生还对哪些知识感兴趣等，为教师下一阶段教学提供可视化的依据。③设计简单问卷进行调查。围绕学习专题知识内容，学习获得环节，设计简单问卷，既对基本知识进行评测，也对教学基本环节收集反馈意见。④教学过程录像资料观摩分析。本项目研究中，每次主题教学实践活动都对教学过程和学生学习活动进行多方位全程录像，录像资料将作为教学观摩交流，也作为教学过程研究的内容分析依据。⑤对教师和部分学生进行访谈。研究工作者将对访谈记录进行内容分析，通过分析，可以深入了解教师和学生对教学过程、教学活动、学习效果的看法和意见。

本项目实验学校之间已进行多次互相观摩交流，2013年8月，参与项目的相关教师和研究工作者将到日本与日方研究工作者和相关小学老师进行观摩交流并到名古屋参加iCoMe2013国际会议介绍本项目的研究成果。