技术支持下思维可视化课堂的构建研究*——以小学语文阅读教学为例

王志军，温小勇，施鹏华

(1.天津师范大学 教育科学学院，天津 300387；2.赣州市信丰县工业园学校，江西 赣州 341600)

技术支持下思维可视化课堂的构建研究*
——以小学语文阅读教学为例

王志军1，温小勇1，施鹏华2

(1.天津师范大学 教育科学学院，天津 300387；2.赣州市信丰县工业园学校，江西 赣州 341600)

学习本质上是一种思维活动。在此指引下，结合义务教育课程相关目标要求和实施建议，该文提出思维可视化课堂的概念，探讨思维可视化课堂的技术实现及实施方法、策略，认为思维可视化课堂的构建应该以“知识传授”和“思维训练”为目标主线，以多媒体画面语言和相关技术作为“思维可视化”的技术支撑，以“师生共同参与”为行动支持。最后以小学语文阅读教学为例开展实践教学，结果表明，思维可视化课堂对促进小学语文阅读教学有积极的效果，为其他教师在尝试思维可视化课堂教学提供了思路与参考。

思维可视化；课堂；思维训练；多媒体画面语言；阅读教学

一、引言

课堂教学是学校教育中知识传授和实现人才培养目标的主渠道。近年来，基于各种教育理论指导下的课改层出不穷，其中以杜郎口中学“三三六”或“10+35”模式、兖州一中“循环大课堂”等为代表的课堂九大“教学范式”享誉全国[1]。邢红军[2]、查有梁[3]等认为，各地基础教育一线工作者纷纷推进课改或对课改模式进行移植，但并没有如人们预期那样带来教育教学效果的根本性改变。反思和梳理当前的课改实践，发现只停留在“形式化”的低阶层面，尚未深入到“脑内”的高阶层面。如果课堂教学只传授固化的知识，很难有效地促进学习，更不可能触动教学改革的“灵魂”。

关于“到底应该教会学生什么”是一个最为基础的问题，对该问题的回答直接关系到教学的质量和成效。认知派学习理论认为，学习本质上是一种思维活动，学习过程是思维在同化和顺应交替进行的过程中使原有的认知图式得到建构和发展，即构建新的认知结构的过程[4]。藉此可知，思维是有效学习发生的先决条件，课堂教学的关注焦点应该从“知识层”深入到“思维层”，应该有效、系统、持续地发展学生的思维能力。针对思维能力的训练，在认知科学领域国内外已经有很多研究集中关注思维与可视化的相结合，探寻顺应大脑思维方式的可视化方法、技术。依据前期相关研究成果[5-8]，本文提出“思维可视化课堂”概念，探讨思维可视化课堂的技术实现及实施方法、策略，分析思维可视化课堂构建的基本思路，并以小学语文阅读教学为例详细阐述思维可视化课堂构建的一般操作模式，与此同时，通过实验的方式验证思维可视化课堂的有效性，以期为“课堂教学的‘脑内’改革”提供新的思路与参考。

二 、相关概念介绍

(一)思维可视化及教学应用现状

思维是人类心理和动物心理的本质区别，给人以神秘感，人们一直以来试图通过外在的可视化形式来揭示思维的内在运行过程。思维可视化是指把不可见的思维结构、思维方法、思考路径或过程通过图示或图示组合呈现出来[9]。刘濯源认为，将思维可视化运用到教学中，存在显性价值与隐性价值，显性价值是可以实现零散知识系统化，让知识更容易被理解和记忆，隐性价值是发展学生的思维能力及学习兴趣[10]。思维可视化在教学中最具代表性的应用要数思维导图。20世纪60年代英国心理学家东尼·博赞(Tony Buzan)发明了思维导图这种学习方式，经过思维的不断深入，把各种观点通过图形、符号或关键词表达出来，提高思维的外显能力和表达能力。目前国外中小学把思维导图作为教育改革实验推广的策略之一，如新加坡要求在中小学教育阶段开展思维导图的训练，英国则把思维导图当作中小学的一门必修课程。国内最具代表性的是华东师范大学现代教育技术研究所成立的思维可视化教学实验中心，并开展了不同级别的教师培训，目前全国将近100所中小学运用思维可视化技术进行课堂教学改革[11][12]。

(二)思维可视化课堂的概念界定

思维可视化课堂是指在教学过程中，实现教学内容、教学策略、教学环境、教学评价的可视化运作，运用思维可视化技术有效地传播和帮助学生建构知识、训练学生掌握并挖掘知识背后的思维规律，旨在提升课堂教学效能及促进学生思维能力的发展。与传统课堂相比，思维可视化课堂需要处理好以下两方面的关系。

1.知识传授与思维训练

知识传授与思维训练两者并不是孰轻孰重的关系，而是相辅相成，互为条件。学生理解知识的过程，其实就是思维的过程。知识传授与思维训练两者都属于教学的基本任务，两者同时进行。对知识的理解程度，取决于学生的思维能力，同样离开知识传授的活动单独去谈思维能力的培养，则成了无源之水。思维形式、过程、方法的掌握应该贯穿于知识的传授过程中，学生的思维发展规律与知识的内在规律在教与学的相互作用中应该达到和谐统一。

2.师生角色的重新定位

利用思维可视化技术实现师生之间的思维互动是课堂教学的核心活动。教师的角色应由知识的灌输者、讲授者转变为学生学习、思考活动的组织者、引导者和参与者；学生的角色应由单一的知识接受者转变为思考的主体、课堂的主动参与者和创造者、学习方法的自觉践行者和体验者。伴随着双方身份的转变，教师需要意识到学生已有的思维方式，研究思维可视化的方法、策略，激发学习兴趣、激发学生思考和高度参与课堂的积极性，在与学生深度交互过程中构建、扩展和创造知识，使双方在思维碰撞交流中共同成长。

三、思维可视化课堂的技术实现及实施方法、策略

(一)技术实现──多媒体画面语言与软件技术

思维可视化主要是通过“图示”或“图示组合”把“思维”呈现出来，而“图”是多媒体画面构成的基本要素之一，因而“多媒体画面语言”是“思维可视化”的具体表达工具[13]，两者都和视觉研究相关。运用多媒体画面语言学的“画面语构学”语法规则规范画面基本要素与思维结构的关系；运用“画面语义学”的语义规则将各种思维形式呈现出来，如发散思维、聚合思维、递进思维、辩证思维、创新思维、转化思维等等；运用“画面语用学”的语用规则使各种思维方法产生好的教学效果，如概括、区分(对比、分类)、判断、推理(演绎、归纳、类比)、分析、综合等等。

运用多媒体画面语言的设计规则进行的设计必须要借助具体的软件技术来绘制、呈现，二者结合成为可视化技术。实现思维可视化的图示方法主要有概念图、认知地图、语义网络、思维导图、流程图等。绘制图示的方法可以手工(纸+笔)，也可以使用工具软件(计算机)实现，主要有MindManager、XMind、FreeMind、IMindMap、Microsoft Office Visio、Metafora、Insight Maker、Stella等。手绘和软件绘制各有特点。手绘可以给大脑留下深刻的轨迹，有助于大脑内部建立神经连结，更好地挖掘左右脑的功能，让大脑更加全面、系统地思考，使记忆理解深刻，最终形成思考问题的良好习惯和思维模式；工具软件绘制具有易操作、易保存、易传播、易修改、图示样式多、美观、容量大等特点，尤其是处理大量数据时，优势明显。通常情况下，我们需要把绘制的图示集成到PPT演示文稿中，除此以外，可以利用一些专业的交互软件，如Flash、3DMAX、Virtools、SolidWorks等，制作出具有“思维可视化”功能的教学课件，作为教师、学生两者之间双向互动的媒介。呈现思维可视化图示的硬件设备主要有投影仪、平板电脑、交互式电子白板、触摸一体机、电子书包等等。在具体教学中，应该根据教学的实际需要，灵活选择图示的绘制方式和呈现方式。

(二)实施方法、策略

思维可视化课堂不是为了可视化而可视化，而是为了揭示知识的自身结构特点，构造清晰的知识网络使学生把握整个概念体系，同时顺应学生的原始思维，理清思维的脉络，找到背后的思维规律。实施过程中，首先需要对知识内容的隐含特质进行深度挖掘，以此作为选择何种思维可视化技术、可视化形式的依据。比如，概念图适合把知识体系以层次结构表达出来，适合表示概念和概念之间相互关系；认知地图适合引导学习者规划设计、提出决策、完成任务；语义网络通过结点之间标识的有向弧建立语义联系，适合理解词语、概念，尤其是理顺它们之间的逻辑关系；思维导图适合表达发射性思维，开展头脑风暴，有助于整理思路，形成条理、逻辑性强的成熟思维模式；流程图适合直观地描述工作过程的具体步骤，在分析问题、解决问题的过程中可以快速找到症结，从而确定出可供选择的解决方案。其次需要站在学生角度，把他们的原始思维作为新的教学起点，顺着原始思维引导，让学生在不知不觉中进入教师预设的思维轨道，从而逐步在头脑中形成新的认知结构。整个教学过程中，教师应该通过思维可视化将内隐知识转换为有组织的知识资源，形象地记录学生的思维过程，及时调整教学思路，学生应该利用思维可视化做笔记、记忆、理解、归纳、总结及与同学相互讨论、提出见解、协作分享。

四、思维可视化课堂的构建

(一)基本思路

思维可视化课堂的构建，就是要使教师、学生、知识内容、思维训练和可视化技术五者之间形成动态平衡、结构稳定的关系(如图1所示)。一是要确立知识目标、各环节的小目标，目标的确立应该根据学生的认知起点、具体的教学内容以及课堂教学情境动态调整；二是在实现知识目标的过程中，依据知识的结构特点、学生的原始思维，设计与之相对应的思维活动(如创设思维情境、提出问题、引发认知冲突、自主构建、知识迁移等)，阶段性(由具体到抽象、感性到理性、低级到高级)地训练学生思维(如概括、分析、比较、判断、推理、综合等)，关心学生在生成、分析以及解决问题时思维活动的自觉性和能动性；三是可视化技术作为支持教师与学生之间在思维互动活动过程中的外在条件、作为实现知识传授和思维训练两者有机整合的工具中介，需要依据各种可视化技术的特点、优势，选择和利用好可视化技术。

图1 思维可视化课堂结构

(二)模式框架——以小学语文阅读教学为例

《义务教育语文课程标准》(以下简称《标准》)在“关于阅读教学的建议”中的大致要求如下：阅读教学应该引导学生在积极主动的思维活动和情感活动过程中，进一步加深对文本内容的理解、体验，使学生产生感悟和思考。同时应该加强对学生阅读方法、技巧的点拨、指导和引领，鼓励学生通过协作学习的方式解决阅读过程中的问题，但同时要避免用集体讨论的方式来替代个人的自主阅读[14]。该《标准》特别强调“感悟、思考、理解、体验”等与思维密切相关的行为活动，同时又倡导“引导、自主、合作”等教学策略的运用。据此，确立了以“知识传授”和“思维训练”为目标主线，以多媒体画面语言及软件技术作为“思维可视化”的技术支撑，以“师生共同参与”为行动支持的小学语文阅读教学思维可视化课堂的一般操作模式(如图2所示)。

图2 思维可视化课堂构建的一般操作模式(基于小学语文阅读教学)

对于小学语文阅读教学，在基础知识层面，课文阅读的目标主要包括字词、句子、段落、篇章四个部分的理解与掌握，即字词迁移、词句理解、文意把握、内容探究等内容。在思维训练层面，主要分为四个阶段，即思维建构、思维理解、思维激活、思维创造，四个阶段从低级到高级依次递进，每一个阶段都有具体的训练任务。知识传授和思维训练两者并不是割裂开来，而是将知识传授整合在思维训练的框架内，同时将思维训练贯穿于知识传授的过程之中。比如在学习字词的时候，一般来讲只要达到“认识”和“会写”的要求，但是可以从读音、同音字、多音字、相近字、组词、造句等六个方面来绘制可视化草图，在实现知识记忆、迁移的同时，又激活了大脑去联想、发散。由此可见，在小学语文阅读教学中，思维可视化课堂实现的逻辑顺序是：在两条目标主线的引导下，师生双方共同利用思维可视化技术，将教师教学过程、学生思维过程外显化，尤其是将学生内隐的阅读理解过程尽可能变得可视、可操作。

(三)课堂具体操作

思维可视化课堂是师生共同参与的双向活动，具体包括以下五个教学环节：第一，创设情境。教学情境对引发学习者的情绪体验、促进思维具有重要的推动作用，因此教师应该想方设法创设有助于引导学生积极、有效地思考情境。思维可视化情境的创设可以通过实物展示、多媒体呈现、直观语言描述等途径来实现。比如在讲解《圆明园的毁灭》一文时，采用“Digital Storytelling”的方式切入教学，通过呈现声情并茂的图片、视频、法国作家雨果对圆明园评价的文字，让学生初步感知梦幻艺术的代表、东方文明的象征——圆明园，同时与如今断壁残墙相对比，为后续的学习营造思维情境。第二，生成问题。设计一系列具有充分思维含量的问题，这些问题构成了教学发展的脉络，让学生沿着问题去解决问题，在解决问题过程中使思维得到发展。比如，在《圆明园的毁灭》教学中，把这一系列问题制作成可视化的Flash进度条，要求学生描述圆明园的过去的样子、现在的样子、思考其中的原因，让学生带着一系列问题深入课文学习。边读边思考，当学生解决上述问题时，基本上也就把握了文意。第三，主动探究。在第二步提出问题之后，相当于教师帮助学生建立了阅读理解的目标，学生就可以在此基础上预测内容，然后教师组织学生(独立)初读课文，验证预测。在主动阅读过程中，学生可以绘制思维导图，如梳理生字、生词，梳理文章结构，梳理新出现的问题等。与此同时，教师需要仔细观察学生的学习状态，对学生可能碰到的困难有充分预测，在必要时通过投影仪或交互式电子白板罗列出相关概念，提取关键点，激活学生脑中与阅读材料相关的背景，使脑的神经网络可以更快找到联结点。第四，小组协作。在主动探究的基础上，教师根据实际情况将学生分为不同小组，每组4-6人进行讨论。小组成员之间根据自己绘制的各种思维导图相互交换，有条件的可以通过HiLearning互动软件展示作品，交换各自的问题、各自的想法，并相互讲解，通过同伴之间的相互启发，从而形成更多的发现、更多的解决问题的思路。当大家对问题无法达成一致意见或无法解决问题时，一方面可以再次回到“主动探究”的步骤继续寻找答案，另一方面将大家的想法重新汇集在一张图上，形成小组的最终讨论结果。为了使问题解决过程的可视化，推荐使用Metafora平台LASAD工具，该工具可以很好地解决小组讨论过程中存在的分歧，达成共识和形成问题解决方案。第五，总结评价。总结评价的目的是对学生思维活动所达成的情况进行监控、验证、反馈。通过师生的共同努力，对课文的基础知识、段落文意、文章结构及其他相关内容产生“班级集体大脑”图，有助于将新知识建构到原有的知识体系中去，从而形成全新的知识框架体系；同时再进一步引导学生对所学知识分享体验，归纳体验，进而发现其中的特点、规律。最后，教师通过对学生普遍遇到的问题进行回应反馈，采取变换问题的角度、变换思考的方式促进学生认识的多维拓展和灵活运用。

五、思维可视化课堂的有效性验证

(一)需要验证的问题

本研究通过对小学语文阅读教学的思维可视化课堂的构建，旨在提高学生的阅读水平、思维能力。但根据已有研究[15][16]，智商、思维能力在实验的短期内不会有明显提高。因此，考虑到客观条件，不再对思维能力做测试检验，需要验证的问题是：(1)基于该模式的教学是否比传统的教学更有助于提高学生的阅读水平(主要从语言知识、结构把握、内容理解三方面考察)？(2)实验班的学生对采取该模式教学的评价如何？

(二)被试

本研究选取江西省赣州市某校六年级的两个班级作为被试对象，分别是实验班和控制班。研究过程中，对实验无关的变量进行了严格的控制和平衡处理。具体做法是：选取上个学期语文成绩非常接近的两个班级，其中实验班有55名学生，男生31人，女生24人；控制班54名，男生29人，女生25人。由同一名教师对实验班和控制班教学，课时相同。如表1所示，在前测(第一学期语文期末考试的阅读成绩，该项分值为30)，实验班的平均成绩为22.91，控制班的平均成绩为22.35。经独立样本T检验发现，实验班和控制班的语文阅读成绩的均值在前测不存在显著差异(P值为0.63，大于0.05)，这表明两个班级的语文阅读水平总体相当。

表1 实验班、控制班语文阅读前测成绩得分比较

(三)实验过程

实验从2014年2月中旬开始，共持续四个多月时间。为避免产生霍桑效应，在实验开展的整个过程中，在教师、教材、课时、课后作业布置等方面，实验班和控制班完全一致，均没有通告学生正在进行语文阅读实验。不同的是，实验班实施思维可视化课堂教学模式，控制班继续沿用传统的教学模式，传统教学模式是以教师讲解、传授知识为主，期间不做其他无关的干预。实验结束后一周实施后测，以《美丽的晚霞》和《妈妈的手》来测试两班学生的阅读理解能力，在试题编制上参考了莫雷教授的《小学六年级语文阅读水平量表编制报告》[17]，具有良好的效度和信度。试题总分为100分，其中“语言知识”占30分，“结构把握”占30分，“内容理解”占40分。学生严格按照要求，测试的时间为30分钟，测试完后计算每位学生的总分，使用SPSS17.0软件对所收集的数据进行统计处理，其结果如表2所示。

表2 实验班、控制班的语文阅读后测得分比较(M±SD)

实验教学结束后，研究人员在实验班随机抽取了15名学生进行访谈，访谈的主要内容包括：你是否喜欢思维可视化课堂的教学方式？请说说你的理由？这种教学方式对你的语文阅读学习有帮助吗？你对这种教学方式有其他评价或看法吗？访谈前告知学生谈话的目的是为了改进教学，与成绩无关，可以直言不讳。

(四)结果分析

从阅读成绩的总分来看，实验班的平均得分是70.64，控制班的平均得分是65.11，实验班高出控制班5.53分，存在非常显著的差异(T=2.65,P＜0.01)。结果表明，本研究构建的思维可视化课堂教学模式教学效果较好，能够普遍提高小学生的阅读能力。分别从语文阅读的各个维度来看，在“语言知识”方面，实验班的得分为20.93，控制班得分为20.76，实验班和控制班不存在显著差异(T=0.17,P＞0.05)，这说明在“语言知识”的传授方面，与传统教学比起来并没有明显的作用，这可能是由于“语言知识”如识字、组词、近反义词等是属于基础性知识，技巧性不强，只要传统教学方法到位，同样可以让学生对知识掌握得比较好；在“结构把握”方面，实验班得分为22.15，控制班得分为18.37，实验班和控制班存在极其显著差异(T=4.16,P＜0.001)，这说明思维可视化课堂教学模式对帮助学生从整体上把握文章的结构、脉络，提高阅读技巧有非常明显的作用；在“内容理解”方面，实验班得分为27.51，控制班得分为24.39，实验班和控制班存在显著差异(T=2.41,P＜0.05)，这说明思维可视化课堂教学能够直观、有层次地展示各个关键的知识要点，显示知识之间的内在逻辑关系，使学生对中心主题理解得更加深刻。

参加访谈的15名学生都表示喜欢思维可视化课堂教学，笔者把他们谈到的主要原因概括如下：(1)丰富的可视化媒体资源使知识的呈现直观化，使得枯燥的学习内容变得有条理，有助于自己对知识的记忆和理解；(2)增强了学习目标感、方向感，在教师的引导下不断校正认知，有助于回溯自己的思维轨迹；(3)可以自由、详尽地绘制各种思维图示，尤其是看见自己的最终成果时，会有一种莫名的成就感；(4)活跃了教学气氛，在头脑风暴阶段可以和同学一起思考，从不同的同学那里得到解决问题思路，感觉大脑的潜能被激活了；(5)自觉把学习看成是一种思考的体验，习惯使用思维可视化技术来整理知识概念，加工信息。

(五)存在的问题

由于传统教学采取的是以教为中心的知识传授方式，学生习惯性地把教师当作知识的获取对象，依赖性比较强，导致有的学生在实验初期表现出抵触情绪，有的则在很长一段时间才适应思维可视化课堂的教学模式；虽然学生的主体地位在教学中得到了体现，但在学生遇到学习困难时，如果教师引导不到位，或没有及时帮助解决，学生很容易产生挫败感，导致后期失去学习兴趣。此外，由于实验时间限制等客观原因，本研究只对思维可视化课堂中的学生语文阅读水平进行了测试检验，而在思维训练效果方面，需要以后进行更为深入的教学实践来检验和修正。

六、结束语

当前课堂教学改革应该聚焦于思维层，这样才能真正有效解决其中出现的一些主要问题。本文提出思维可视化课堂构建的一般操作模式，是思维可视化与课堂教学深层次整合的初步尝试，实践证明对促进小学语文阅读教学有积极的效果。其是否可以在不同学校、不同年级更大面积的采用，尚待更多的研究来检验和验证。未来研究需在深化教学实践的基础上做出长期而深入的持续努力，进一步寻找思维可视化课堂教学对促进学生思维能力发展的直接证据。

[1]李炳亭.高效课堂九大“教学范式”[M].济南：山东文艺出版社,2010.

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[15]张庆林，杨东.高效率教学[M].北京：人民教育出版社,2002.

[16]张庆林，刘电芝，连庸华.平面几何问题解决思维策略训练的实验研究[J].西南师范大学报,1997,(3):37-41.

[17]莫雷.小学六年级语文阅读水平量表编制报告[J].华东师范大学学报,1988,(1):32-40.

王志军：博士生导师，教授，研究方向为多媒体画面语言、多媒体技术与网络远程教育应用(army.w@163.com)。

温小勇：在读博士，讲师，研究方向为多媒体技术与网络远程教育应用(wenxiaoyong@yeah.net)。

2015年3月24日

责任编辑：宋灵青

Study on the Construction of Thinking Visualization of Classroom Teaching Supported by Visualization Technology—Take the Teaching of Chinese Reading in Primary School as an Example

Wang Zhijun1, Wen Xiaoyong1, Shi Penghua2
(1.School of Education,Tianjin Normal University,Tianjin 300387; 2. Xinfeng Industrial Park School, GanZhou Jiangxi 341600)

Learning is essentially a kind of thinking activity. Combined with the requirements of the relevant target of compulsory education curriculum and the implementation suggestion, the paper puts forward the concept of thinking visualization of classroom teaching of which the implementation is discussed from the technique, method and strategy aspects.It suggests that the construction of thinking visualization of classroom teaching should take the quot;knowledge teachingquot; and quot;thinking trainingquot; as the goal supported by the Multimedia Language and visualization technology with the participation of the teachers and the students.Taking Chinese reading teaching in primary school as an example, it proves to have positive effects on the Chinese reading teaching in primary school, which provides the insight and the reference for other teachers.

Thinking Visualization;Classroom Teaching; Thinking Training; Multimedia Language; Reading Teaching

G434

A

1006—9860(2015)06—0116—06

* 本文系天津市教育科学规划重点课题“数字化教学资源中多媒体画面视觉认知规律及教育应用研究”(课题编号：CEXII2002)、天津市哲学社会科学规划课题“基于项目开发实践的大学生实践能力培养模式研究”(课题编号：TJJX12-058)、天津市普通高等学校本科教学质量与教学改革研究计划项目“教育技术学专业学生综合实践能力培养模式创新研究与实践”(项目编号：D03-0401)、江西省高校人文社会科学规划课题“促进儿童智能发展的数字化教育游戏研究”(课题编号：JY1417) 阶段性研究成果。