运用思维可视化 促进学生学会学习——以高中信息技术《从E-R 模型到关系数据模型的转换》教学为例

陈诗琦

（福鼎市教师进修学校，福建 福鼎 355200）

当下，信息技术正悄然改变学生的行为习惯和思维方式，很多学生喜欢用图像表达自己的想法，喜欢获得及时的反馈信息，思维方式上体现出超文本、跳跃的特点。但在《普通高中信息技术课程标准（2011 年版）》实施情况调查中发现：学生对信息技术课各模块的认识多停留在字面意义上，很少有学生能真正理解各模块内容，更说不上能利用信息技术解决各种深层次的问题。“让学生学会学习”乃是2017 年版课程标准所高举的鲜明旗帜之一。何为“会学”？“会学”的表象特征是指学生具备一定适合自身且行之有效的学习策略，并且能够在自我独立学习或与同伴合作探究中运用相应学习策略，搭建起相关学科的知识体系，最终实现独立解决真实学习问题的目的。“掌握科学有效的学习策略”是“会学”的关键点。但在教学实践中，由于教师多是基于已有经验，对“生之主体”和“师之教学”缺乏辩证的认识，且无法找到行之有效的课改支持策略去迭代升级固有教法，传授给学生新的、科学的学法，导致学生在自主、合作、探究学习活动中，缺乏更为高效的、易掌握的学习支持策略，致使学生对新课改所倡导的“探究式学习”失去兴趣与信心，这在很大程度上阻滞了新课改进程的推进。

“教师如何让学生学会学习”俨然成了新课改的主要问题之一。“思维可视化”则为破解这个难题提供了可能。教师在教学活动中运用思维可视化技术，激发学生积极思考，发展并提升学生的思维能力，引导学生进行探究式学习活动，进而搭建起学科知识系统，生成能够解决学习中遇到的问题的策略模型，达到有效提升学生的思考力、学习力，让学生在合作探究中获得快乐的学习体验。

一、学习图示制作的技术，为“会学”提供支持

刘濯源教授认为：所谓思维可视化（Thinking Visualization）就是把本来看不见的思维结构、方法、路径和策略用图画或几个图画有机组合的方式把它们展现出来，使思维变得清晰可见，也就是说把抽象的思维“画”出来，使之具象化。要实现“思维可视化”的图示技术主要有以下几方面的支持：一是熟悉生成图示的软件，主要是Mindmanager、Mindmapper，［1］二是掌握“思维导图”“鱼骨图”“问题树”等常用图示的制作方法，三是掌握思维可视化运用场景和使用策略。

进行思维可视化教学，一方面，必须要有足够的软、硬件进行支持，需要用到多媒体技术对图画进行创作和展示，这样才能将脑中抽象的思维表现出来。另一方面，在运用多媒体工具时，要充分收集可视化思维学习的相关资料，了解、掌握各项思维可视化技术的使用方法与优缺点，学会站在学生的角度去思考学习过程中的难点，结合“画面语义学”来对能够把思维表现出来的画面进行创作。同时，要注重结合其他思维模式进行创作。例如，发散性思维、递进性思维、转化性思维，把这些思维模式相互进行结合，将多媒体工具的价值发挥至最大。这样才能更好地发挥思维导图等图示的作用，进行比较好的思维可视化教学，真正地引导、帮助学生解决其自身学习中的问题。

那么在教学过程中究竟需要哪些软、硬件支持呢？结合我省实际教学活动经验和情况，教师可利用 MindManager、MindMapper、Freemind、Metafora、Sharemind、XMIND、Mindv、Imindmap 等生成图示的软件技术，去制作、编辑、生成、显示思维类导图；还可运用各类显示呈现技术、触摸类显示技术等图示硬件技术，对思维导图、概念图、流程图、模型图等进行清楚呈现。同时，教师要学习、掌握思维可视化相关图示的制作方法和使用方法。

二、合理利用思维可视化，提高“教”与“学”效能

运用思维可视化技术开展教学活动，教师经常会遇到这样的问题：图示用得不好，因为不知道如何与具体教学活动相结合，有时还会因指导学生制作图示而耽误了课堂教学时间，教学效果不够理想。究其原因，除了教师对教材缺乏深入解读，没有读懂读透教材外，往往是在教学设计上出了问题：有的教师只是把思维导图等图示用来呈现课堂教学目标；有的教师为了节省时间，直接把教师自己制作的图示用PPT 呈现给学生，一带而过；有的教师没有把教学重心放在“思维训练”上，忽视了制作图示的过程，让学生去机械记忆……这些现象都大大影响了思维可视化的教学效果。

事实上，教师可以采取“多环节助力，全程化贯通”的方式，科学地将思维可视化技术运用到“教”与“学”的全过程中，与学科教学深度融合，即可有效地提高教与学的效能。“教”的过程主要包括：备课时，教师可以运用思维可视化技术进行课程资料处理、课堂教学设计、教学课件制作和学生作业设计等；［2］授课时，教师可开展与思维可视化相关的教学活动，运用思维可视化课件来提高教学效率与教学品质。如：在高中信息技术《建立关系数据模型》的教学设计时，教师可采用“教学流程图”替代传统教学结构设计中常用的“条目式”“表格式”“师问生答式”等形式的表述，直观地显示课堂中各要素之间的关系，突出呈现教学目标达成和重难点突破，简明扼要体现教学过程设计的逻辑性与层次性。这种易于阅读理解和实施操作的流程图能将教学的主要内容、活动环节及活动目标等清晰明确地展现出来，让教师备课有的放矢，也便于教师反思、修正自己的教学设计。在课堂实施中，教师可以依据流程图准确有效地把握各个环节的教学活动，引导学生充分参与整个课堂，提高了教学设计与课堂实施的一致性，从而提升课堂教学的效率和质量，实现教师的“教”就是为了学生的“学”之目的。

“学”的应用过程包括：课前，学生尝试运用一些方法（如绘制思维导图）进行课前预习，把握课程内容，明晰自己的学习困难点和薄弱点，为课堂学习做准备；课中，学生可以在教师的指导下运用思维可视化技术做课堂笔记，训练解决问题的思考能力，明晰解决问题的思路，掌握解决问题的方法和策略；课后，学生可用思维可视化方法进行知识梳理，建构学科知识体系，开展高效能的复习或能力训练。例如，“为什么要把E-R 模型（Entity-Relationship Model，也称作实体-联系模型）转换成关系数据模型？”“转换的目的意义何在？”面对这相对抽象的理论性问题，学生理解起来确实比较困难。预习时，教师可引导学生利用之前所学知识绘制“中小学信息技术大赛”的E-R 概念图。课中，师生可以围绕“数据抽象转换过程”流程图（如图1 所示）展开讨论，理解了E-R 模型虽然描述了数据库所存储的数据，明确了实体与实体之间、实体内部属性与属性之间的数据关联，有效地模拟现实世界，但E-R 模型从用户观点看只是数据的概念模型，在使用计算机进行数据管理时，需要把概念模型转换成适合机器存储的形式，并把存储方式的逻辑结构表示出来，这种描绘机器中数据存储结构的逻辑模型就是数据模型，是信息管理系统开发中数据库设计的关键所在。这样，学生在学习过程中通过图示将具体的实践活动与理论建构联系起来，较好地理解E-R 模型转换成关系数据模型的意义之所在，达到同化顺应、建构新知的目的。当然，在引导学生运用思维导图等图示进行学习时，教师切记不可泛泛地要求学生画图和记图，而忽视了图示的生成过程，忽视了对图示的评价与改进。

图1 “数据抽象转换过程”流程图

三、图示建构知识体系，引导学生深度学习

思维可视化强调的是将学科的各知识要素依据一定关系组成层次清晰的、直观明了的结构图示来呈现抽象的思维。在编制学科思维导图、思路鱼骨刺图、解题策略图、关系示意图等图示时，要求学习者能够在深刻透彻地理解相关知识的基础上提取知识要素，梳理知识点之间的关系，以图示或图示组合的方式建构起相关的学科知识体系，培养发展高阶思维，让学习者能够独立地、更好地解决学习中遇到的问题。这与深度学习所倡导的核心观点不谋而合，可以说思维可视化特性决定着思维可视化教学应当聚焦于深度学习。因此，教师进行思维可视化教学要立足学生的学习主体性，时刻关注学情特点，应考虑不同学段学生的心智发展特点，关注本学科所特有的思维本质和发展规律，并将其与思维可视化教学策略有机融合起来，引导学生开展深度学习，提升学生解决真实问题的能力。

例如：在《从E-R 模型到关系数据模型的转换》学习中，“如何把联系转换为二维表”是个难点。为突破这个难点，教师可以引导学生书写关系数据模型，层层深入地探究E-R 图到关系数据模型的转换的规则及其核心思想。首先，引导学生绘制补充关系数据模型图（如图2 所示），明确把联系本身转换为一个独立的二维表是最简单最直接的方法。该表包含联系本身的属性和相关实体中的关键字属性，其作用是通过这些表格把相应的实体关联起来。但是，如果直接使用一个新的二维表格去直接转换所有的联系，就会出现表格数量增多的现象，这样会造成数据查询难于操作。基于有些表格是可以通过合并到相关实体集的二维表格中，以精减表格数目，是否可以考虑将所有联系都合并到实体集的二维表格中？

图2 关系数据模型图

其次，引导学生结合“联系R”有“1:1、1:n、m:n”(注：A=A1,A2,A3,…Ai,…An，i=1，2，…，n，其中，R 为关系名，Ai 为关系的属性名）三种不同联系类型的转换进行思考,讨论绘制合并精减后的关系数据模型图（如图3 所示）。

依据以上思维可视化图示，学生可以明晰以下几点：对于1:1 的联系类型，可以把联系合并到其中任意一个实体集的二维表格中；对于1:n 的联系类型，则在n 端实体集的二维表格中添加1 端实体集的关键字，如果联系本身有属性也添加进来。标识1 的一方作为主表，标识n 的一方作为从表；只有当联系R 为m:n 联系时，才有必要建立新的关系模式，否则会出现大量的数据冗余。

图3 三个“联系”的关系模式

最后，在上述学习的基础上，教师引导学生总结E-R 图到关系数据模型的转换规则（如表1 所示）。图表以更加直观的方式建构起从E-R 图到关系数据模型的转换规则：（1）用一个二维表转换每个实体集；（2）用一个二维表转换实体集之间的联系，其目的是把实体集以及实体集间的联系都存储并体现在二维表格中。这为今后进行诸如“学校与教师”“学生与课程”“图书借阅”等E-R 图转换的实践活动提供帮助。

表1 三种不同联系类型的转换规则

基于当下的教学现状，高中信息技术课堂开展思维可视化教学既要在之前所学的思路图、气泡图、树状图等基础上，训练学生运用概念图、思维导图、逻辑推理图等进行思维训练，开展深度学习；又要结合高中学业水平考试的需要，增加解题策略模型图等图示方法，让学生学会梳理解题思路，学会归纳总结、学会举一反三，尽快脱离“题海”之负累。另外，在信息技术学科教学实践中，运用思维可视化进行教学还应借鉴考虑其他学科的不同特点。借鉴数学科教学中发展学生的“长链条推理”能力，侧重使用“学科鱼骨刺图”和“数理逻辑推演图”；借鉴语文科教学中培养学生“多层级精准概括”能力，侧重使用“学科思维导图”和“解题策略建模”。