讓學程因可視而精彩

【摘 要】基于可視化思維的教學是指把可視化技術引入教育教學領域，將其作為思考、分析、改進教育教學的策略性工具。基于可視化思維的教學應該把可視化技術融入課前、課中、課后全時空，貫穿教、學、評、測、輔全環節，觀照智力、非智力、認知、元認知、內容、動機和互動等事關學習的全要素，實現技術與教學的深度融合，收獲學程的精彩，成就學生的精彩。

【關鍵詞】可視化思維；可視化技術；小學數學教學；學科核心素養

【中圖分類號】G623.5 【文獻標志碼】A 【文章編號】1005-6009（2018）01-0035-04

【作者簡介】張超，江蘇省南通高新區小學（江蘇南通，226300）副校長，高級教師。

隨著多媒體技術、數字化終端的普及，“可視化”成為信息傳播的一個重要趨勢。當“可視化”與日常教學激情相遇，又會成就怎樣的精彩呢？

一、概念界定：可視化的前世今生

“可視化”這個詞作為專業術語最早于20世紀80年代出現在信息技術領域，后來演化為“數據可視化”和“信息可視化”。隨著大數據時代的到來，為了挖掘和放大數據信息價值，對于可視化的研究越發炙熱。

近年來，可視化概念被引入認知領域，人們相繼提出“知識可視化”“思維可視化”的概念。知識可視化是指通過人的智慧參與繪制圖形圖像，體現人對于所表現的知識的理解、意見等，目的是促進群體間知識的傳播和創新。思維可視化是指把看不見的思維過程以可視化的形式清晰地呈現出來。思維可視化與知識可視化是相互交叉的。D.H.喬納森在《什么是認知工具？》一文中概括出了認知工具的五種常用可視化方法：概念圖、思維導圖、認知地圖、語義網絡、思維地圖。

本文的“可視化思維”可以理解為可視化技術在教育教學領域的新發展，即把其作為思考、分析、改進教育教學的策略性工具。在可視化思維視域下，服務認知學習的不僅僅是傳統意義上的“知識可視化”“思維可視化”，還應該把其作為個體認知精加工策略、問題解決輔助策略、群體互動增強策略、學習動機激發和維持策略等的優選手段；可視化工具也應該超越概念圖、思維導圖等經典工具，擴展至基于傳統紙筆、現代信息技術、移動終端的一切圖形、影像記錄、儲存、分享的技術和手段。教學應該把可視化技術融入課前、課中、課后全時空，貫穿教、學、評、測、輔全環節，觀照智力、非智力、認知、元認知、內容、動機和互動等事關學習的全要素，從而實現技術與教學的深度融合。

二、價值分析：可視化思維——素養落地的當為之策

課程改革進入核心素養時代，學科教學也應該既服務于學科素養的培養，又指向綜合核心素養的發展。特級教師曹培英認為：抽象、推理和模型思想構成了數學學科第一層次的核心素養，它又能生成思維、交流與問題解決三個基本的素養。在可視化思維視域下，技術可以助力學科核心素養生根，也可以承接“自主發展—學會學習”以及“健全人格、自我管理、問題解決、技術運用”等核心素養的基本點，讓學生核心素養的發展落地生根。

1.可視化技術能有效調節認知負荷，讓學生成為自信的學習者。可視化順應人類認知的天然方式，將知識以圖解的方式表示出來，契合雙重編碼理論中的“同時以視覺形式和語言形式呈現信息能夠增強記憶和識別”這一重要原則，為基于語言的理解提供了很好的輔助和補充，可以大大降低語言文字通道的認知負荷，加速知識技能的獲取。需要注意的是，可視化技術的使用并非一味地追求降低認知負荷，片面強調知識獲取，忽略思維及認知能力的提升。在具體教學中，更多地是讓學生先學習、先探索，再自主進行可視化表達，而非一味地直接給予。

2.可視化技術能有效增進互動交流，讓學生成為自主的學習者。瑞士日內瓦大學教授安德烈·焦爾當在《學習的本質》一書中指出：“學習是一種意義煉制的活動。”這一煉制過程需要和他人“對質”，也就是在交往互動中進行意義的建構。圖示化理論告訴我們：圖示化是把一系列信息具體化，對其加以總結概括，要讀懂一張圖示或者地圖，對于外行人來說是極為困難的。所以，圖示化過程需要符合學習者的發展軌跡，學習者必須學會自己繪圖，然后和同伴畫的圖進行比照。在相互比照的過程中，讀懂他人的表達，解釋自己的表達，在交流與“對質”的過程中實現自主與合作、獲取知識和提升能力的和諧統一。

3.可視化技術能有效提升元認知能力，讓學生成為自省的學習者。可視化表達本身就是對知識進行精加工的過程，這一過程不僅有對量的檢視，更有對結構和關系的審察，進而幫助學生獲得認知監控經驗，豐富認知策略。可視化表達的作品一經形成就具有了二重性，它既是學生內在主觀體驗、感受、認知的表達，又是外在的客觀實體，借助它能有效地幫助學生達成反省認知。

4.可視化技術能有效放大激勵效應，讓學生成為自動的學習者。法國教育家盧梭在《愛彌爾》一書中指出：“讓兒童產生學習欲望，那么一切方法都會是好方法。”行為主義認為，動機來源于外部刺激。人本主義認為，動機的真正來源是人的內在需求。建構主義認為，動機存在于學生及其所屬環境的互動關系中。利用可視化技術建立一套積分、獎章、闖關升級等可視的激勵系統，能有效激發學生的外部動機。呈現在現實學習環境或虛擬環境中的可視化作品，可以讓學生經常性地看到自己的成果，他們在縱向比較中還可以意識到自己的增量變化，進而產生持久的激勵效應，放大評價激勵功效。

三、實踐反思：可視化思維——改善學習的可為之術

作為改善學習的一種新理念，可視化思維需要實踐的檢驗，從理念到實踐的跨越需要在實踐和反思中經歷時間的打磨，以完善技術、形成工藝。

（一）靈活選用，利其“器”以善工

在具體教學中應用可視化思維的首要任務，是大膽選擇、靈活使用可視化工具。

1.概念圖。概念圖不是概念的簡單羅列，它重在呈現概念間的關系，通過表示概念與概念之間關系的圖示來組織和結構化知識，從而幫助學生深入理解和學習知識。endprint

2.思維導圖。思維導圖也稱心智圖，是一種利用圖像來輔助思維的手段。思維導圖可以用專門的軟件制作，也可以手工繪制。對小學生來說，手工繪制更易掌握，可以通過移動終端拍照分享，也可以在教室空間里粘貼展示。

3.示意圖（線段圖）。在某種意義上，數學學習就是數學問題解決的學習。借助示意圖（線段圖），有助于學生形成正確的問題表征，使他們清晰地感知條件和問題間的操作空間，借助數量關系和分析方法解決問題。教學蘇教版四下《解決復雜的行程問題》時，會涉及運動的起點、方向、時間、結果等非數據條件，單憑文字學生很難準確把握，可要求他們先“演動畫片”（手勢比劃運動情形），再“拍照片”（畫出線段圖），然后分析數量關系，這么做能有效提升學生表征復雜行程問題的能力。

還有一種由情境“半抽象”形成的示意圖，能有效地幫助學生理解和建模，但常常被忽視。蘇教版四下“乘法分配律”是公認的教學難點，多是由于教材直接從生活情境中抽象出相關等式，中間少了“半抽象”的過程。筆者教學時從點陣引入，先回顧乘法、加法的意義，再為乘法分配律建模提供活動經驗，最后回歸生活發現原型。

后續跟蹤研究表明，這種“半抽象”示意圖在教學中就如同概念教學中的“表象”一樣重要，它是溝通情境與抽象數學知識的橋梁，也是數學模型建構的必要基石。

4.動圖。以GIF為代表的動態圖，因其動態變化、反復呈現的特點而成為一種有效的“知識封裝”工具，有助于突出教學重點、化解教學難點。教學蘇教版五下《圓的面積計算公式》時，學生完成探究后，筆者把推導過程濃縮為一張GIF動態圖，反復呈現，配合引導學生回顧反思，依托動圖的反復刺激，學生留下的印象深刻而持久，如下圖1所示。

動圖可以用幾何畫板制作，用GifCam軟件進行錄制。在教學中，一般在總結概括階段呈現動圖效果更明顯，學生解讀的內涵更豐富，價值更大。

5.其他可用技術。實物模型、可視化評價圖表榜單等也是重要的可視化工具。基于智能終端的小視頻也是很好的可視化工具。教師可以用來錄制微課，開展“翻轉”教學。學生可以用來講述解題過程，進行分享交流，有助于他們理清解題思路，增加表述機會。

（二）應時推動，順其“勢”而有為

可視化技術可以用于課前、課中、課后。在不同的情境中，需求不一樣，用法也不一樣，需要應時而用。

1.課前輔助預學反饋。預學可以培養學生自主學習的能力和習慣，激活其已有經驗，讓學生有備而學，讓教師有備而教。可視化技術可以給學生提供預習框架，也可用于學生展示預學成果。

2.課中輔助學習總結。形象直觀的教學課件、結構良好的板書、學習新知識的操作探究和互動演示、解決問題過程中的畫圖和列表等策略的使用，都是可視化思維的教學體現。

3.課后輔助整理運用。整理學習所得，形成概念圖或思維導圖、對比圖。練習運用時可以通過示意圖、線段圖輔助分析問題，展現解題思路。錄制“好題分享”“糾正講題”等小視頻，有助于學生整理、分享自己的解題思路，評價他人的解題思路。

（三）節點融合，重其“要”以成效

教學活動環節眾多，用可視化思維指導教學時，重在領悟和把握各環節的使用要點，以實效為先。

1.教的環節。主要表現在優化教學媒體設計，增強傳播效果。優化課堂活動設計，把可視化表達融入其中。融入的重點在“備”，要點在“整”，要整體設計教學流程，整體分析教學內容，整體把握教學目標。這種備課的整體性可以借助思維導圖抵達。

2.學的環節。可視化操作、可視化探究、可視化驗證、可視化整理與反饋等可以讓可視化技術與學習過程無縫對接。要點在于貼合學習過程，貼近學生實際，讓學生接納、理解、運用、交流互評可視化表達，并合理安排呈現的時機，防止直觀呈現替代、弱化思維。

3.評的環節。一是要重視學生的可視化表達，把它作為評價的依據。二是用可視化技術呈現評價結果，讓評價更具激勵性。要點在于借助可視化技術的優勢實現多方互動、多元評價、正面激勵。

4.測的環節。評測過程重視思維過程的可視化，對錯誤進行準確歸因。應用大數據技術，形成完備的學業檔案，并可視化呈現，既可以宏觀檢視，又可以個體分析，縱向比較。

5.輔的環節。把學生存在的問題以可視化的方式呈現出來，可以讓輔導更具針對性。錯題記錄本、大數據形成的知識點圖譜、能力圖譜等都能助力個性化教學。

（四）要素觀照，盡其“用”以增效

可視化技術對學生學習的其他要素也有著不可估量的作用，如幫助他們形成良好的學習習慣，培養其自我反省的能力，實現對自己認知過程的自我監控和調節。把這些相關因素納入我們關注的范圍，可以給上述可視化過程增添更多的教育附加值。

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注：本文獲2017“教海探航”征文競賽一等獎，有刪改。endprint