思維可視化

摘 要：《科學課程標準（3—6年級）》（2016版）明確提出學生學習能力、思維能力的培養是學生科學素養的重要指標，具體包括：能夠識別各種科學問題、各種技術問題，能夠調動思維進行理性思考，參與討論和辯論等。而在一系列的科學探究活動中，如何能夠比較準確地了解學生的思維方法、思維過程及思維途徑，以便有針對性的教學，是教師必須要思考的問題。

關鍵詞：思維可視化；思維能力提升；科學素養

實踐表明，將思維以圖示的形式展現出來是一種非常有效的方法，因為被可視化的“思維”更有利于概念的理解和記憶。概念圖、氣泡圖、模型圖、流程圖、學科思維導圖等是思維可視化的重要表現形式，其中學科思維導圖越來越被更多的科學教師應用于課堂教學。這一概念是由華東師范大學劉濯源教授提出，是指運用一系列圖示技術把本來不可視的思維呈現出來，使其清晰可見的過程，學科思維導圖側重于在可視化的過程中更強調對思考方法及思考路徑的梳理及呈現。理性思考是學生學習能力和思維能力最重要的表征，如何通過可視化的表達方式促進學生的理性思考，有效提高其科學素養，是一個非常有價值并值得研究的問題。

一、 教學初始：巧用概念圖，了解學生前概念

蘇聯心理學家維果茨基將科學前概念稱為“自發概念”，是指學生在學習科學之前由長期的日常經驗形成的對事物、現象的看法和觀念。一個自發概念的發展必須使兒童達到某種水平，以便吸收相關的科學概念，表現在科學學習過程中學生的自發概念大多是膚淺的，還有很多是與科學概念相悖的，對學生正確科學概念的形成有障礙。而概念圖以認知心理學的有意義學習理論為理論依據，強調學習是新舊知識的連接，因此概念圖可以幫助教師了解學生的前概念，以便針對性地改變教學內容和教學策略，使教學有的放矢。所謂概念圖是指在教學中通過連接詞并以圖解的形式將兩個以上概念的關系表述出來的圖示。小學科學中常用的概念圖有維恩圖、氣泡圖、網狀圖等，它們的共同特點就是記錄與中心詞有關的觀點和內容，以及中心詞與相關內容之間的關系，這樣做的目的，一方面是了解學生已有的學習基礎，另一方面可以有助于建立已有知識和新知識之間的聯系。

認識影響物體沉浮的因素，是教科版五年級下冊《沉浮》單元的教學內容，對于小學生來說，有一定的難度。課前，教師通過投影出示蘋果、鐵塊、橡膠塊、胡蘿卜、大頭針、橡皮泥、木塊等圖片，讓學生標示出各種物體在水中的沉浮，很多學生認為這很簡單，他們迅速就做出了判斷，在“理由”一欄，很多學生認為物體小的就會上浮，物體大的就會下沉。也有的學生認為重的物體就會下沉，物體輕的就會上浮，至于輕重的標準他們只是憑著感覺去判斷。根據學生的表現，教師分析得出學生對于沉浮的認識主要體現在以下兩方面，即：物體沉浮與大小有關，物體沉浮與輕重有關。知道了學生學習的難點，基于學生已有的認知水平，教師對教材內容合理進行整合，通過引導學生探究相同重量但不同形狀的橡皮泥在水中的沉浮，讓學生認識到相同物體的沉浮與形狀（體積）有關，與重量無關；通過探究不同物體在水中的沉浮，認識不同材料構成的物體的沉浮與自身的重量和體積都有關，如果體積相同，重的物體容易沉；如果重量相同，體積小的物體容易沉。

教科版三年級上冊《水》單元的教學，第一課時，讓學生以網狀圖的形式畫一畫所認識的水，學生可能會從自己所了解的水的特點入手，也可能會展示水的作用，還有的會從水的來源方面考慮。這個活動過程的本身不是考核學生對于水的認識，更重要的意義是讓學生以網狀圖的形式交流過程中，學生那些或肯定或否定的看法，或者為證明自己觀點所做的辯護等，在本單元的持續性的探究活動中，學生會不斷修正自己關于水的觀點和看法。

二、 探究過程：巧用流程圖，明晰探究思路

新課標要求培養學生動腦動手學科學，動手之前先動腦。特別是科學探究性實驗，制訂完整嚴密的實驗計劃是完成活動的關鍵。這一過程中，如果能夠指導學生應用流程圖展示小組即將進行的探究思路，不僅一目了然，還有助于教師了解學生的真實想法，當然流程圖的制作對于學生來說有一定難度，需要教師認真加以指導。幾下幾種情況，合理使用流程圖，可以有效提高教學效果。

1. 技能性的操作訓練。如顯微鏡的使用，臨時玻片標本的制作，以及酒精燈的使用等，操作的程序性較強，必須要按照一定的順序進行，在活動之前，師生合作，制作詳細的流程圖，明晰操作先后順序，注意要點等，有助于培養學生規范操作的習慣，促進專業技能提升。

2. 教學內容相對簡單。有些教學內容，操作起來較為簡單，因此可以將教學目標定位為“學生思維能力的訓練”，如：教學液體的熱脹冷縮，實驗本身很簡單，實驗材料就是帶有玻璃管的橡膠塞和平底燒瓶及冷熱水等，教師如果出示了實驗操作方法，提出實驗要求，基本上所有學生都可以在短時間內完成，這種背景下，學生感興趣的可能只是表面現象，不能夠深入思考表象背后所隱藏的本質，而如果教師只是提供給學生一些器材的圖片，讓學生討論，如何設計實驗、如何進行操作，并以流程圖的形式展示實驗方案，這樣學生就會關注更多的細節，面對實驗現象會有更多的思考，更利于目標的達成。

3. 較為抽象性的教學內容。如：地球單元的教學內容，特別是晝夜的交替、四季的形成、極晝極夜現象等，這些現象與我們的生活聯系雖然比較密切，但是對于小學生來說畢竟還是很抽象的。教學中采用較多的方法就是模擬實驗法，在模擬探究活動前，引導學生說一說模擬對象是什么、怎樣模擬、如何操作，畫一畫流程圖等，讓學生有一個思考的過程，水到渠成了，便于學生更好的完成實驗。

三、 鞏固拓展：巧用思維導圖，舉一反三

思維導圖以神經心理學為依據，認為思維是神經元及神經元之間的連接，多注重顏色、線條、聯想、想像的應用，常用節點、分枝、顏色、圖標、代碼等進行描述。多年的實踐表明，利用思維導圖來復習、鞏固和評價，能夠有效提高教學效果。它能改進學生學習能力和清晰的思維方式及改善人的行為表現，訓練學生分析問題的全面性和推理的嚴密性，培養學生科學思維發展最行之有效的途徑。endprint

1. 復習鞏固。復習鞏固環節，是學生再一次對知識建構的過程，如果用思維導圖來復習，更有利于學生對知識整體結構的把握。同時學生在繪制思維導圖的過程中，要考慮各個概念之間的上下位關系，以及如何組合排列這些關系，這更有利于學生對知識深層次的理解。思維導圖還可以作為一種元認知策略，提高學生的自學能力、思維能力和自我反思能力，同時更有利于學生核心大概念的形成，最終形成并豐富學生的認知，發展了學生的思維。學生在畫思維導圖的過程中體會、觀察知識間的關系，對自己所學過的概念加以組織及整理，而使自己的知識結構更加完整，甚至發現自己從來沒有注意和意識到的各個知識間的關系，從而產生一些具有創新性的理解。在教學教科版六年級下冊《物質》單元后，以思維導圖的形式指導學生復習，每位學生先以個體的形式、再以組內集體的形式進行交流繪制思維導圖，然后選出組內最好的思維導圖在全班進行交流，在反復交流的過程中，學生掌握的不僅僅是本單元的知識結構，還觸類旁通，涉及其他知識，更重要的是培養了一種思維的方法和習慣。

2. 課后拓展。小學科學最大的特點就是需要較多的探究活動空間和時間，很多活動僅憑課堂40分鐘時間是無法完成的，因此鼓勵學生課后探究。為了保證課外探究的深度和效果，先指導學生利用思維導圖明晰活動目標、要求及實施過程，做到“心中有數”，能夠更好地提高課外探究的效果。如：教科版六年級上冊《形狀和結構》單元，有造一座橋的拓展活動，如果只是簡單地布置學生課后去造一座橋，很可能就會流于形式，因為學生不明白用什么材料造、怎么造，要求是什么，又怎么會感興趣呢？因此，可以在課堂上指導學生以思維導圖的形式，明確造橋的材料、橋的形狀、橋的跨度及承重要求，有了“藍圖”指引，學生在課后操作起來才會得心應手。

3. 教學評價。傳統的評價，往往是以練習題或作業題的形式展開，常常只能考查學生的基礎知識，因此評價往往具有很大的局限性。利用思維導圖，還可以考查出學生的知識結構及對已掌握的知識間相互關系的理解，有效反映出學生的思維水平。同時利用思維導圖反饋信息，學生能夠看清自己有沒有關鍵的概念或概念之間的關系被遺漏，以此來檢查自己對學習的大概念掌握情況，這樣就會激勵他去努力彌補不足，養成良好的學習習慣，同時，還能夠實現知識之間的遷移，在新知識和舊知識之間搭建橋梁。

評價階段的思維導圖，還可以幫助教師及時了解學生學習的進展與診斷學生的問題，從而改變教學策略，為下一步的教學提供基礎。

總之，隨著教學與學習變革的逐步深入，概念圖和思維導圖在教育教學中的應用將越來越廣闊。這些多種多樣的可視化思維呈現方式，將使小學科學教學內容日趨多樣化、生活化，給學生充分的思維探究空間。

作者簡介：

王云，江蘇省宿遷市宿豫張家港實驗小學。endprint