思维可视化

摘 要：《科学课程标准（3—6年级）》（2016版）明确提出学生学习能力、思维能力的培养是学生科学素养的重要指标，具体包括：能够识别各种科学问题、各种技术问题，能够调动思维进行理性思考，参与讨论和辩论等。而在一系列的科学探究活动中，如何能够比较准确地了解学生的思维方法、思维过程及思维途径，以便有针对性的教学，是教师必须要思考的问题。

关键词：思维可视化；思维能力提升；科学素养

实践表明，将思维以图示的形式展现出来是一种非常有效的方法，因为被可视化的“思维”更有利于概念的理解和记忆。概念图、气泡图、模型图、流程图、学科思维导图等是思维可视化的重要表现形式，其中学科思维导图越来越被更多的科学教师应用于课堂教学。这一概念是由华东师范大学刘濯源教授提出，是指运用一系列图示技术把本来不可视的思维呈现出来，使其清晰可见的过程，学科思维导图侧重于在可视化的过程中更强调对思考方法及思考路径的梳理及呈现。理性思考是学生学习能力和思维能力最重要的表征，如何通过可视化的表达方式促进学生的理性思考，有效提高其科学素养，是一个非常有价值并值得研究的问题。

一、 教学初始：巧用概念图，了解学生前概念

苏联心理学家维果茨基将科学前概念称为“自发概念”，是指学生在学习科学之前由长期的日常经验形成的对事物、现象的看法和观念。一个自发概念的发展必须使儿童达到某种水平，以便吸收相关的科学概念，表现在科学学习过程中学生的自发概念大多是肤浅的，还有很多是与科学概念相悖的，对学生正确科学概念的形成有障碍。而概念图以认知心理学的有意义学习理论为理论依据，强调学习是新旧知识的连接，因此概念图可以帮助教师了解学生的前概念，以便针对性地改变教学内容和教学策略，使教学有的放矢。所谓概念图是指在教学中通过连接词并以图解的形式将两个以上概念的关系表述出来的图示。小学科学中常用的概念图有维恩图、气泡图、网状图等，它们的共同特点就是记录与中心词有关的观点和内容，以及中心词与相关内容之间的关系，这样做的目的，一方面是了解学生已有的学习基础，另一方面可以有助于建立已有知识和新知识之间的联系。

认识影响物体沉浮的因素，是教科版五年级下册《沉浮》单元的教学内容，对于小学生来说，有一定的难度。课前，教师通过投影出示苹果、铁块、橡胶块、胡萝卜、大头针、橡皮泥、木块等图片，让学生标示出各种物体在水中的沉浮，很多学生认为这很简单，他们迅速就做出了判断，在“理由”一栏，很多学生认为物体小的就会上浮，物体大的就会下沉。也有的学生认为重的物体就会下沉，物体轻的就会上浮，至于轻重的标准他们只是凭着感觉去判断。根据学生的表现，教师分析得出学生对于沉浮的认识主要体现在以下两方面，即：物体沉浮与大小有关，物体沉浮与轻重有关。知道了学生学习的难点，基于学生已有的认知水平，教师对教材内容合理进行整合，通过引导学生探究相同重量但不同形状的橡皮泥在水中的沉浮，让学生认识到相同物体的沉浮与形状（体积）有关，与重量无关；通过探究不同物体在水中的沉浮，认识不同材料构成的物体的沉浮与自身的重量和体积都有关，如果体积相同，重的物体容易沉；如果重量相同，体积小的物体容易沉。

教科版三年级上册《水》单元的教学，第一课时，让学生以网状图的形式画一画所认识的水，学生可能会从自己所了解的水的特点入手，也可能会展示水的作用，还有的会从水的来源方面考虑。这个活动过程的本身不是考核学生对于水的认识，更重要的意义是让学生以网状图的形式交流过程中，学生那些或肯定或否定的看法，或者为证明自己观点所做的辩护等，在本单元的持续性的探究活动中，学生会不断修正自己关于水的观点和看法。

二、 探究过程：巧用流程图，明晰探究思路

新课标要求培养学生动脑动手学科学，动手之前先动脑。特别是科学探究性实验，制订完整严密的实验计划是完成活动的关键。这一过程中，如果能够指导学生应用流程图展示小组即将进行的探究思路，不仅一目了然，还有助于教师了解学生的真实想法，当然流程图的制作对于学生来说有一定难度，需要教师认真加以指导。几下几种情况，合理使用流程图，可以有效提高教學效果。

1. 技能性的操作训练。如显微镜的使用，临时玻片标本的制作，以及酒精灯的使用等，操作的程序性较强，必须要按照一定的顺序进行，在活动之前，师生合作，制作详细的流程图，明晰操作先后顺序，注意要点等，有助于培养学生规范操作的习惯，促进专业技能提升。

2. 教学内容相对简单。有些教学内容，操作起来较为简单，因此可以将教学目标定位为“学生思维能力的训练”，如：教学液体的热胀冷缩，实验本身很简单，实验材料就是带有玻璃管的橡胶塞和平底烧瓶及冷热水等，教师如果出示了实验操作方法，提出实验要求，基本上所有学生都可以在短时间内完成，这种背景下，学生感兴趣的可能只是表面现象，不能够深入思考表象背后所隐藏的本质，而如果教师只是提供给学生一些器材的图片，让学生讨论，如何设计实验、如何进行操作，并以流程图的形式展示实验方案，这样学生就会关注更多的细节，面对实验现象会有更多的思考，更利于目标的达成。

3. 较为抽象性的教学内容。如：地球单元的教学内容，特别是昼夜的交替、四季的形成、极昼极夜现象等，这些现象与我们的生活联系虽然比较密切，但是对于小学生来说毕竟还是很抽象的。教学中采用较多的方法就是模拟实验法，在模拟探究活动前，引导学生说一说模拟对象是什么、怎样模拟、如何操作，画一画流程图等，让学生有一个思考的过程，水到渠成了，便于学生更好的完成实验。

三、 巩固拓展：巧用思维导图，举一反三

思维导图以神经心理学为依据，认为思维是神经元及神经元之间的连接，多注重颜色、线条、联想、想像的应用，常用节点、分枝、颜色、图标、代码等进行描述。多年的实践表明，利用思维导图来复习、巩固和评价，能够有效提高教学效果。它能改进学生学习能力和清晰的思维方式及改善人的行为表现，训练学生分析问题的全面性和推理的严密性，培养学生科学思维发展最行之有效的途径。endprint

1. 复习巩固。复习巩固环节，是学生再一次对知识建构的过程，如果用思维导图来复习，更有利于学生对知识整体结构的把握。同时学生在绘制思维导图的过程中，要考虑各个概念之间的上下位关系，以及如何组合排列这些关系，这更有利于学生对知识深层次的理解。思维导图还可以作为一种元认知策略，提高学生的自学能力、思维能力和自我反思能力，同时更有利于学生核心大概念的形成，最终形成并丰富学生的认知，发展了学生的思维。学生在画思维导图的过程中体会、观察知识间的关系，对自己所学过的概念加以组织及整理，而使自己的知识结构更加完整，甚至发现自己从来没有注意和意识到的各个知识间的关系，从而产生一些具有创新性的理解。在教学教科版六年级下册《物质》单元后，以思维导图的形式指导学生复习，每位学生先以个体的形式、再以组内集体的形式进行交流绘制思维导图，然后选出组内最好的思维导图在全班进行交流，在反复交流的过程中，学生掌握的不仅仅是本单元的知识结构，还触类旁通，涉及其他知识，更重要的是培养了一种思维的方法和习惯。

2. 课后拓展。小学科学最大的特点就是需要较多的探究活动空间和时间，很多活动仅凭课堂40分钟时间是无法完成的，因此鼓励学生课后探究。为了保证课外探究的深度和效果，先指导学生利用思维导图明晰活动目标、要求及实施过程，做到“心中有数”，能够更好地提高课外探究的效果。如：教科版六年级上册《形状和结构》单元，有造一座桥的拓展活动，如果只是簡单地布置学生课后去造一座桥，很可能就会流于形式，因为学生不明白用什么材料造、怎么造，要求是什么，又怎么会感兴趣呢？因此，可以在课堂上指导学生以思维导图的形式，明确造桥的材料、桥的形状、桥的跨度及承重要求，有了“蓝图”指引，学生在课后操作起来才会得心应手。

3. 教学评价。传统的评价，往往是以练习题或作业题的形式展开，常常只能考查学生的基础知识，因此评价往往具有很大的局限性。利用思维导图，还可以考查出学生的知识结构及对已掌握的知识间相互关系的理解，有效反映出学生的思维水平。同时利用思维导图反馈信息，学生能够看清自己有没有关键的概念或概念之间的关系被遗漏，以此来检查自己对学习的大概念掌握情况，这样就会激励他去努力弥补不足，养成良好的学习习惯，同时，还能够实现知识之间的迁移，在新知识和旧知识之间搭建桥梁。

评价阶段的思维导图，还可以帮助教师及时了解学生学习的进展与诊断学生的问题，从而改变教学策略，为下一步的教学提供基础。

总之，随着教学与学习变革的逐步深入，概念图和思维导图在教育教学中的应用将越来越广阔。这些多种多样的可视化思维呈现方式，将使小学科学教学内容日趋多样化、生活化，给学生充分的思维探究空间。

作者简介：

王云，江苏省宿迁市宿豫张家港实验小学。endprint