我国思维可视化研究回顾与展望

2020-08-04左博文周利君

中国教育信息化·高教职教 2020年7期

左博文周利君

摘要：伴随着中国教育教学改革进入深水区，学生思维能力培养与发展成为核心方向之一。思维可视化通过思维工具将思维过程与思维结果呈现出来，促进学习者观察与反思，受到越来越多的教育工作者和研究人员关注。文章在赵慧臣对2003—2013年我国思维可视化研究回顾与展望的基础上，采用元分析法，梳理中国知网（CNKI）2014—2019年我国思维可视化研究成果，发现我国思维可视化学术与媒体关注度逐年递增;研究对象呈多元化分布，覆盖小学生、中学生和大学生;研究类别相对齐全，包括理论研究、应用研究和交叉研究;研究内容围绕可视化背景，整合思维可视化工具，为学习者提供高效率的学习方法和策略。与此同时，反思我国思维可视化在研究内容、研究对象和研究领域等方面的不足，结合国内思维可视化在界定概念、开发素材和构建未来课堂等研究现状，为后续研究提供应用原则与理论指导，帮助加速我国教育教学改革前进步伐，促进教育工作者更好地参与教学工作。

关键词：思维可视化;元分析法;思维导图;概念图;反思

中图分类号：G40-057 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2020）13-0014-07

一、引言

核心素养背景下，缺少思维工具辅助，看不见思维过程的传统教育方式已不能满足深度学习的要求。如何将学习者大脑中的隐性思维显性化，应用思维可视化工具将思维过程和思维结果呈现出来，促进学习者观察与反思，受到越来越多教育工作者和研究者关注。

赵慧臣、王玥通过梳理思维可视化前期研究成果，发现我国思维可视化研究日益活跃;研究对象包括幼儿、中学生、大学生和企业人员;研究方式覆盖理论研究、实践研究和综合研究;研究问题聚焦应用可视化工具提高学生认知，提出理论与实践深层次结合、密切关注不同阶段学生思维、开展交叉学科思维可视化研究以及对教师群体进行思维可视化培训四方面建议。[1]

本文在此基础上，沿用元分析法对接下来2014—2019年我国思维可视化研究进行回顾与展望，分析我国思维可视化研究特点并探究存在的问题，提出后续研究启示。

二、研究综述

提高学生教育质量，关键在于思维过程、思维方法和思维工具三合一，即思维可视化。思维可视化利用图示形象地表达人们头脑中的概念、知识、思想等，把隐性知识显性化、可视化，方便人们思考、理解、表达并促进交流。[2]

1.理论研究

托尼·布贊（Tony Buzan）提出的思维导图（mind-map），是将大脑中形象思维与抽象思维有机结合、用于信息处理与加工、辅助人们思考复杂问题和表征信息的可视化工具，使用者将信息表征工具，包括图片、图形等，加以组合运用，呈现其思维层级关系，实现思维可视化。

诺瓦克（J.D.Novak）于20世纪60年代初期提出的概念图，是把概念或者命题置于圆圈或者方框中，利用箭头和连接词构成有意义关系的网络结构图，英文为“Concept Map”或“Concept Mapping”。前者强调制图结果即思考结果;后者强调制图过程即思考过程。[3]

思维导图和概念图作为思维可视化代表性工具，最初意图是加强学生记忆能力和认知能力，帮助提高学习效率和水平。随着对思维可视化研究不断加深，发现作用不仅仅局限于此。

Kyvete Shatri和Kastriot Buza认为批判性思维和可视化之间关系密不可分。[4]Aleksandrovna Makarova等提出思维导图和概念图二者借助图式帮助学习者理解学习过程和所获技能;[5]麦吉尼斯在1999年《从思维技能到思维发展型课堂》一书中提及“思维发展型课堂（Thinking Classroom）”：“教师整合常规学科知识，教授思维技能、激发学生思考、培养学生思维能力为始终的课堂，即思维发展型课堂。” [6]

2004年，赵国庆等对“思维导图”和“概念图”两大思维可视化工具从不同方面进行了界定和辨析;[7] 2012年，赵国庆结合两者工具特质和一线教师应用过程中的失误，引发后续研究思考;[8]2019年，赵国庆等基于思维可视化工具教学应用原则，帮助教师掌握发展学生思维能力的着力点。[9]

思维训练与思维可视化紧密相连。2012年，赵国庆与赵姝等学者发现，将“隐性思维显性化”置于思维训练第一阶段，思维训练作为有效学习催化剂，与当下思维可视化工具广泛应用在教学领域现状相吻合。[10] 2013年，赵国庆全面分析和比较经典思维教学程序，指出思维教学成功与否取决于思维技能运用的可视化程度。[11]2018年，赵国庆与熊雅雯、王晓玲从理论上建构思维发展型课堂概念，探讨构建思维发展型课堂核心要素。[12]此外，丁紫晴、代建军利用四种不同表征体系阐述思维可视化教学，提倡融合图像、媒介、言语和肢体表征四位一体的新型教学模式。[13]

以上理论研究区别于传统教学模式，从理论上都以教师和学生为主体：充分利用课堂情境，发挥思维可视化工具和思维技能效能，激发学生潜在思考能力，构建思维发展性课堂。

2.应用研究

教育部《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》中呼吁“鼓励学生利用信息手段主动学习、自主学习、合作学习，培养学生利用信息技术学习的良好习惯”。[14]教师在课堂中有意识地借助多媒体等互联网技术实现思维可视化辅助学生学习，这成为一种新趋势。

国外大中小学把思维导图作为教育改革实验推广策略之一。新加坡要求在中小学教育阶段开展思维导图训练。英国把思维导图开设为中小学的一门必修课程。俄罗斯国立托木斯克理工大学应用思维导图对工科学生进行英语课程授课。[15]美国法明代尔州立学院使用思维导图制定写作策略。[16]美国WISE科学探究平台吸引来自全球的25万余名学生利用在线技术体验科学探究活动。[17]

国内大学依托思维导图进行资源设计与整合，在建立融合式思维课堂上有着较大帮助。徐丽华、李兵和张勇构建“在线预习—课堂实验教学—在线复习与提高”三段式实验教学模式。[18]赵佳娜在大学基础英语课中利用思维导图建构“课堂式支架”，重组学生认知结构。[19]刘濯源认为思维可视化运用在具体学科教学后，成为学生、教师和家长减负增效的新支点。[20]概念图随后也被引入课堂教学实践中。赵国庆等使用访谈法、测试法和作品分析法证实概念图能够成为小学数学教师的学科知识评价工具。[21]

软件应用中，目前可视化方法繁多，但真正用于教学的依然有限。孙雨生等学者从实现方法、软件工具等方面梳理国内可视化研究进展，认为思维导图可辅助教师教学、学生主动有意义学习;概念图集中强调思维开放性又注重程序性的具体学科;研究发现，国内思维导图、概念图应用最多，两者相互关联又各有侧重。[22]

思维可视化辅助学习软件有助于实现智慧教学和个性教学。陆丽萍利用思维可视化应用软件实现个性教学，增强课堂互动性和评价客观性。[23]思维可视化辅助“深度学习”上，戴歆紫和王祖浩应用概念图观察学习者知识结构变化和学习过程中新旧知识联系，发现概念图虽然强调新旧知识联系，提升对概念理解，但不一定能够达到预期学习效果。[24]Hay利用概念图区分“深度学习”和“表层学习”，从内容、联系及结构三方面评估学生学习质量。[25]Campelo等人延续Hay的评估方法，在高中地理教学中应用概念图，发现概念图能有效促进学生对相关概念的认识和理解，但是不能达到深度学习效果。[26]

3.交叉研究

少量大中小學从自身实际出发，依托多方资源开展理论与实践交叉研究。江苏省锡东高级中学2013年建成省级“思维可视化”课程基地;2015年自主开发《思维可视化》校本课程，帮助学生了解“思维导图”、“思维可视化”概念，服务教师使用思维可视化工具教学;2016年，成立“云课堂”教室，全力推动“思维训练”等课程体系建设。依托“思维可视化”课程基地，向培养学生思维能力为核心的思维发展型课堂转变。融入思维训练和隐性思维显性化的新型课堂模式受到越来越多的教育专家、学者和一线教师关注。

重庆第二师范学院外国语言文学学院自2012年起开设《英语学习策略与思维训练》课程，构建学习策略与思维训练双融入特色课程群，通过多门基础语言类课程和专业方向类课程的协同，应用思维可视化工具辅助英语师范生显性思维过程，促进思维发展。

4.问题提出

国内学者在思维可视化研究中都提到“思维导图”和“概念图”两大代表性思维工具概念，但理解不尽相同，认识呈差异分布。具体有三种理解：部分学者指出两者为同一概念，“思维导图”是“概念图”的别称，是广义概念图;更多的学者认为两者之间既有相同，也有不同，应求同存异，两种思维可视化代表工具结合使用。少量学者提出两者在多方面存在不同，为异同论。[27]

思维可视化工具概念混淆现象、思维可视化工具应用误区现象，是思维可视化研究的“先天缺陷”。孙雨生等提出当前教育领域思维可视化应用较广但深度不够。[22]赵国庆等认为思维可视化目前在我国处于活跃状态，但从理论与应用来看“创新水平匮乏，学生参与欠缺，应用价值处于表层，教师理解力度不够”为当下思维可视化研究短板。[9]要想有效解决问题，用对工具是关键，精准认识思维可视化工具的作用原理与本质特征为当下首要任务。

因此，笔者着重梳理和分析我国思维可视化研究阶段性成果，为广大学者提供后续思维可视化研究依据，指明后续研究思路与方向。

三、研究过程与方法

1.研究方法

元分析法能精准统计、准确分析，真实地反映研究状况，本文采用已在教育领域普遍使用的元分析法，系统地归纳研究发展趋势和结果。在学者赵慧臣《我国思维可视化研究的回顾与展望》研究基础上，对2014—2019年中国知网上“思维可视化”搜索论文进行筛选、统计、分析和综合。[1]

2.数据来源

以中国知网（CNKI）为主要来源，输入关键词“思维可视化”、“知识可视化”、“思维导图”、“概念图”、“思维地图”等，搜索到2014年1月到2019年12月几年内相关核心期刊文献共计257篇，剔除与主题不相符合的文献207篇，将目标文献共计50篇转入Excel表中处理。

四、研究结果与发现

从研究时间、研究内容、研究对象和研究问题等方面，对筛选出来的50篇核心期刊文献进行综合与分析，发现2014—2019年期间我国思维可视化研究主要特点如下：

1.研究热度持续：从上下浮动到良好平稳

通过论文梳理和Excel数据得到我国思维可视化2014—2019论文分析折线图。图1显示思维可视化研究持续活跃，不同年份发表的核心期刊文章都在5篇以上，整体呈平缓发展趋势。图2通过综合两个时间段的研究趋势，显示2003—2013年我国思维可视化研究探索时期研究活跃程度上升和下降幅度巨大不同，2014—2019年期间，2014年的论文数量占总数18%，2016—2019年期间逐渐出现良好的平缓上升状态。2003—2019年期间我国思维可视化研究论文数量从最初低于5篇到最高超过9篇，曲折上升到良好发展的平缓趋势，反映我国思维可视化研究进入一个新阶段。图3为我国2009—2019年近10年思维可视化研究学术关注度。不难看出，2014—2019年6年间思维可视化在我国的研究持续上升。由此可见，思维可视化在我国的学术研究受到越来越多的专家和学者青睐，研究热度依然保持。

2.研究内容探索：从理论价值到教学策略

根据研究内容分类，可以将筛选的50篇核心期刊论文分为两类：一类是继续探讨思维可视化理论价值，提高学生认知发展水平，共18篇，占总数的36%;另一类则是研究思维可视化应用价值，帮助教师和学生开展相关教学活动，推进教学改革和质量提升，共32篇，占总数的64%。研究内容涵盖多个具体领域和学科，包括语文、数学、英语、生物、化学、物理、地理、护理、交际和软件应用。整体而言，思维可视化应用在文科和理科约各占一半，大多是借助思维可视化工具开展课堂教学活动和激发学生学习与思考。

赵慧臣和王玥介绍了思维可视化工具教学集中于理工类学科的现象。[1]2014年始，思维可视化开始在文科类学科受到重视，教师根据学生思维发展和记忆水平，注重探索以发展学生思维能力为首的教学策略。如图4所示，应用英语学科教学共5篇，占总数的16%。殷翠芳、张湘从使用思维可视化工具辅助英语词汇和阅读学习角度出发，制定优化学习者学习策略，利用图示化创造交互式课堂，帮助学习者提升思辨能力并创新当前外语教育学科新模式。[28] [29]

3.研究对象多元：关注不同年龄阶段思维发展

我国思维可视化研究对象分布广泛，包括学前儿童、小学生、中学生（初高中）和大学生，具体分布如图5所示：选取文献中共29篇论文以不同年龄阶段人群为研究对象，其中，学前儿童为研究对象论文共1篇，占选取论文总数的3%;小学生为研究对象论文共8篇，占选取论文总数的28%;中学生（初高中）为研究对象论文17篇，占选取论文总数的59%;大学生为研究对象论文共3篇，占选取论文总数的10%。因此，研究对象主要集中于中学生（初高中），缺乏以学前儿童、小学生和大学生为对象的思维可视化研究。

赵慧臣和王玥把皮亚杰认知发展理论当成思维可视化研究集中于中学生（初高中）相对较多的原因，即中学生（初高中）处于皮亚杰认知发展理论中的形式运算阶段，论证青年初期能够运用可视化技术将大脑中隐性思维显性化。[1]因此，我国思维可视化研究者较多地选取处于形式运算阶段的中学生。将小学生作为研究对象的可视化研究相对较少。

然而也不能证明小学生不能进行思维可视化训练。小学生知识储备不多，但形象思維较强，喜爱图形。高斯涛和陈容发现运用思维导图能够提高学生学习生字词兴趣和积极性，帮助学生理清文章脉络和建立知识框架体系。[30]宋宜秀认为思维可视化理论能够重建小学数学课堂，锻炼小学生逻辑思考能力，促进新型思维课堂构建。[31]周信东提出小学生知觉经验以形象化为主，随着年龄不断增长，理解思维过程由具象逐渐向抽象过渡，在此阶段适合他们的信息表征为符号、图片等显性化图示。[32]

我国思维可视化研究对象呈多元化，以服务不同阶段学生的思考能力和思辨能力为核心。研究对象虽大多为中学生（初高中），但也有3篇针对大学生进行思维可视化研究。杨艳霞和任静生借助可视化工具分析我国2000—2015年外语类CSSCI期刊批判性思维文献。[33]覃予和李宗彦认为思维可视化工具应用在会计教学中，不但能梳理会计学科中主要知识点与内容，还能帮助学生发展记忆、归纳能力等高阶思维技能，有效地促进教师教学思维改革。[34]

4.研究问题转向：从教学工具到评价工具

国内思维可视化研究基本集中在教学应用，探讨思维可视化工具如何有效帮助教师开展课堂活动。近年来，研究方向逐渐从教学转向挖掘工具本身蕴藏价值和评估作用，如何利用可视化工具帮助教学改革和专家评估学校教师知识掌握情况，成为新型研究问题。相关论文分为三类，各类论述所占比例如图6所示：

研究问题不再局限于教学，转向探讨工具自身价值和其他领域发展。由图7得知，近年来，可视化工具作为教学改革中评估教师学科实力的评价工具论文趋势呈上升状态，此类论文共4篇，占论文总数的8%。张轶斌借助可视化软件对在线教师课程设计进行分析与评估，反馈教学设计不足，有效地提高教学课程设计。[35]融入思维训练和思维过程显性化、培养学习者思维能力为核心作为建构新型课堂模式的思维发展工具也在持续研究中，此类论文数量共有8篇，占论文总数的18%。刘灈源总结思维可视化与学科整合的理论和实践研究，为减负增效找到新支点。[20]李玉等采用元分析法调取样本数据，探讨思维可视化工具对学生学业成就的影响。[36]

五、研究反思与启示

尽管思维可视化研究在国内发展已为时不短，热度持续，趋于成熟，但仍然存在认知、应用和支持等多方面的不足，需要在后续研究中予以重点关注、应用和开发。

1.概念界定模糊，急需专业培训

一方面是因为我国研究思维可视化起步晚，在思维可视化概念界定上存在界定模糊等问题。另一方面，教师自身也在寻求提高思维方面的教学技能，热切希望在教学过程中应用思维可视化工具。然而，基于认知模糊等问题错误地使用思维可视化工具现象普遍存在，在多数文献中，“思维导图”、“概念图”和“思考图”交叉应用，表达了错误认识。例如，杨丽提到思维导图种类繁多，共性特征是用思考图、逻辑图等图示将文字内容或时间过程分析清楚。[37]实际上思维导图有且只有一种，而思考图共有八种，分别为圆圈图、气泡图、双气泡图、树型图、括号图、流程图、复流程图和桥型图。赵国庆等指出教师使用思维可视化工具存在认知差异，导致难以精确掌握发展学生思维能力的着力点。[9]因此，清晰界定思维可视化工具概念、准确认识思维可视化工具本质特征与应用原则、接受思维可视化专业知识培训为当务之急。要求专家学者、一线教师和学生形成“三位一体”联系链;学校邀请思维大家提供学术指导，教师接受理论培训，并坚持学生为主体，结合自身教学实践经验。在教学过程中规范化、创新化应用思维可视化工具，满足多层次思维可视化教学需求。

2.应用价值表层，有待持续挖掘

在选取论文中，占比74%为思维可视化教学工具，18%为思维可视化思维发展工具，目前思维可视化研究已经突破原有教学辅助工具的定位，从具体学科至宏观思维型课堂进行建构。研究现状表明：大部分学者仍关注可视化工具的直接作用，忽视探讨可视化工具的深层效果;出现课堂氛围看似活跃，但缺少发展思维能力，侧重可视化工具颜色、线条等美术制作，忽视工具本质特征等现象。近年来，赵国庆、熊雅雯和胡卫平提出“思维型课堂”是以“发展学生思维能力”为核心的课堂模式;赵国庆等从三大概念界定、四大核心要素和五大实施路径创新建构“思维发展型课堂”;[12]明确提出应用可视化图示发展思维能力和整合学科知识双进阶式目的。可视化工具被不少学者、教师逐步引入推动教与学两元素创新发展，积极探讨可视化理论与实践潜在价值。王志军等利用数字软件简化思维可视化工具制作步骤，重视其应用着力点;提出思维可视化课堂本质在于由可视化技术担负载体创造师生之间高效思维活动;发现教与学定位正在发生转变：教师主动传授陈述性知识、学生被动接受的教学模式变为，教师主动引导学生学习、学生主动参与思考的新型教学模式。[38]

因此，建构“思维发展型课堂”需特别关注可视化工具教学应用现状。推动教师的教与学生的学创新联动，在学科教学中加强使用思维可视化数字资源，整合思维可视化资源融入课堂中的有利因素，最终达到促进学习者思考和学习的目标。

3.训练素材匮乏，急需资源开发

目前，我国思维可视化应用处于火热状态，但创新程度不够高，学生参与度较低。教师和学生双方产生压力：教师为了达到培养思维能力的教学目标、彰显思维品质的教学效果，需要花费大量时间设计思维可视化工具辅助日常教学;学生必须充分理解教师所呈现的图示，课后按照教师所给图示进行效仿以便应用于日常学习中。然而，不同教师对思维可视化工具的绘制水平和理解水平呈个体化特征，无法达到实践标准，导致学生理解水平呈差异分布。近年来，重庆第二师范学院外国语言文学学院“融思促学”团队依托多方平台，全方位开展英语专业特色课程群构建与创新实践研究，致力于思维训练与思维可视化素材开发，并将“融入思维训练校级一流课程《英语学习策略与思维训练》”实现线上资源共享。方许武探讨新加坡《剑桥O-Level初中生物学》教材的编写特色，借鉴国外优秀思维可视化教材资源，反思国内生物教材编写体系。[39]戴菊杰基于英语阅读学习策略分析思维导图应用于中学英语辅助教材可行性，发现思维导图帮助学生提高阅读策略，促进思维能力和跨文化能力发展。[40]

目前，市面上缺乏融入思维训练和思维可视化资源教辅材料方面的应用。总结各学科发展规律，根据不同学科特点，开发我国思維可视化素材和出版逻辑严密的辅助教材，提高学生学科兴趣，贯彻我国教育教学改革目标，落实发展“思维型人才”培养方案。满足思维可视化研究、市场需要，为思维可视化后续发展提供创新指导。

参考文献：

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