知識可視化工具在小學數學教學中的應用探究

■甘肅省張掖市甘州區西街小學 李 愛

一、知識可視化工具的相關內容概述

（一）知識可視化工具的內容

所謂知識可視化，即在科學計算、數據或信息等方面的可視化研究之后，這一形態應用于知識教學中，而國內外的學者依據自身的理解，對這一概念也作出了不同的解讀。

（二）知識可視化工具的類型見解

1.思維導圖

思維導圖最早由英國人Tony Buzan 開發，最初Tony Buzan 只是將思維導圖作為記筆記的方法，逐漸發現其可視化的優勢，并將其發展為思維展現的工具。構建思維導圖時，需要先將圖像的中心點處描繪一個主題概念，再由中心向四周呈“發散狀”部署樹狀的分支概念，可利用彩色圖案或線條、符號等，使原本單調的信息更為直觀、清晰，而思維導圖的方法能夠有效提升記憶力和創造力，與人類的大腦思維模式相似。其中，“中心概念”是思維導圖較為明顯的特征，由中心概念向周圍散發的概念主題，再由一級主體發散二級主題，層次類推最終形成“樹狀”的結構圖。現如今隨著網絡技術的發達，人們可以使用計算機的形式構建思維導圖，常用的制圖軟件有X Mind及Inspiration等。

2.概念圖

概念圖是由J.D.Noysk 博士等人發明，以教育心理學為基礎，結合圖示理論及概念網絡理論，概念圖凸顯出明顯的教育作用，作為一種輔助教學技術，概念圖能夠更加清晰地呈現出知識體系。一般來說，概念圖主要由概念、箭頭等元素組成，其中最為主要的命題置于圓圈中，再以箭頭或線條的方式將概念命題聯系在一起，使概念之間的關系能夠通過這種方式組成層次化的結構。概念圖的知識可視化特點較為明顯，可凸顯出知識體系的層次化結構，常用的制圖軟件有Inspiration等。

3.思維地圖

思維地圖是由David Hyerle 博士發明，其本質是語義學及認知心理學的原理，屬于一種模擬思維的工具，能夠幫助使用者構建出完整的知識體系，常見的思維地圖有圓圈圖及雙氣泡圖等八種形式，由此可以看出，思維地圖的形式較多，與思維導圖存在明顯的不同，而思維地圖的每種形式都有各自的功能，也對應著人類大腦處于思考過程中時對應的八種思維形態，思維地圖的應用可提升學生對知識信息的分析及比較能力，使學生具備構建知識體系的素養。

4.韋恩圖

韋恩圖主要應用于兩個或多個元素的可視化現象中，如兩種事物的特征較為鮮明，教師就可構建兩個相互交錯的大圓，將事物的共同特征填于大圓中的重疊部分，使各自的特點與各自的區域對應，而不同的特點可寫在不重疊之處。韋恩圖具有比對差異的明顯優勢，在事物的特性對比方面給人以更加直觀的視覺顯現。

二、知識可視化工具在小學數學教學中的必然性

（一）小學數學教學的現狀分析

在當代小學數學的課堂教學中，教師通常采用“內容引入-知識梳理-難點教學-訓練總結”的方式進行知識教學，由于小學生的認知能力有限，自身對知識體系的梳理能力并不強，若教師未能在“知識梳理”環節中采用直觀性更強的展現方式，學生對知識的認知必然會存在誤區，長此以往，學生也會對小學數學的學習喪失興趣。究其原因，是教師采用的知識梳理方法不當，現代教育體系講求科學的教育形式，知識可視化工具在小學數學教學中的應用是十分必要的，對此，教師要積極改變當下的知識梳理方式，采用多種可視化工具的形式，帶領學生在數學的學習中形成完善的知識體系，以提升學生的學習思維活躍度，避免學生因單一重復的思維發展模式而導致思維固化，將圖形與知識相結合，可重新啟發學生的學習興趣，提升小學數學課堂教學的效率。

（二）知識可視化工具在小學數學教學中的必然性

1.知識可視化工具與學生思維發展特征相似

小學生的年齡階段較小，其思維形式主要以形象化思維為主，在面對一些較為抽象的數學知識時，學生的理解能力就會稍顯不足，這些并非智力方面的問題，而是思維方式的差異，是必然存在的客觀事實。故對于小學生的數學教育需要從形象化思維的特征入手，立足學生的思維模式，對學生進行針對性的數學知識教學，化抽象為形象，才能提升學生對數學知識的理解能力，幫助學生構建完整的數學知識體系，正確辨別知識之間的聯系性與差異性，推進學生的主觀能動性與學習活動相結合。知識可視化工具在小學數學教學的應用中，教師應熟練掌握各種可視化工具的應用方法，通過對學生思維方式的研究，正確運用各類可視化工具，將各類可視化工具的優勢充分發揮出來，促進學生對數學知識的理解程度更為深入，切實提升小學數學課堂教學的效率和質量。

2.知識可視化工具與學生學習進程相互適應

數學教育在小學教育體系中十分重要，關系到學生整體學習水平的提升，對小學數學的知識進行梳理是十分必要的，構建完善的知識系統可有效培養學生的數學思維，幫助學生熟練應用數學知識，并形成技能化的學習狀態，提升學生對數學問題的解決效率。從本質上說，教師帶領學生在學習中應用知識可視化工具，也等同于從練習中逐步提升學生的數學素養。在課堂教學中運用知識可視化工具，能夠提升學生的組織記憶力，使學生對知識更易理解。教師也可將一些典型例題融入教學中，使用可視化的方法逐步呈現出知識梳理的過程或計算的過程，在這個過程中，教師也可對重點予以特殊標記，以凸顯其重要性。而教師對知識可視化工具的使用與學生的學習進程是可以相互適應的，依據不同階段學生對知識學習的不同需求，教師可以采用不同類型的可視化方法來梳理知識，并獲得理想的教學效果。

三、知識可視化工具在小學數學教學中的應用研究

（一）思維導圖梳理知識結構

在小學數學的教學中，每一章節的知識之間都具有科學性的布局和結構，對章節的知識進行梳理，可對全局起到統領的作用。思維導圖的在小學數學的教學中的應用，應先設定一個中心主題，并圍繞這一中心逐步向外發散，構建總結性的知識思維導圖，以全冊教材目錄為“樹枝”，將“葉”落實到每一章節的知識內容中。在教師教學思路的引領下，學生可以通過合作完成對思維導圖的繪制，自主梳理知識結構，并對畫圖過程中的收獲進行交流和分析，再由教師對思維導圖繪制過程中的難點和疑點進行解答。教師帶領學生完成了圖中所示的知識梳理，并以此為模板，讓學生進行深入的研究和拓展，豐富這一知識可視化的思維導圖。

（二）流程視圖復習算法思路

在有關于數的算法知識中，教師要先對算法的步驟及思考流程進行梳理，此時使用流程視圖的方法最為適宜，在小學三年級的數學教學中，關于“兩位數的乘法”教學部分，豎式是較為重要的知識點，教師要通過流程視圖的方法，將其計算流程逐步勾畫出來，并使其中的算法更為清晰，學生對這部分知識的理解也會更加深入。

（三）橋形示圖整理面積公式

在思維地圖的八種類型圖中，橋形示圖是其中之一，其優勢在于能夠將相似的元素進行比較和推導，通過橋狀圖的對比，這些相似元素的差異性會更為明顯。繪制橋形示圖的方法為：先將需要比較的事物或元素寫在“橋”的左側，將類推的相關事物寫作“橋”的右側。

（四）韋恩圖比較圖形的差異

韋恩圖在知識可視化工具中最為常用，能夠對事物之間的相同性予以重疊化明示，其優勢也在于可以通過重疊顯示出事物之間的特性。關于韋恩圖的畫法為：先畫出兩個存在相交的圓形，這兩個圓形代表被比對的兩個事物，而事物中的共同點則屬于重疊的區域，不同點則在于不重疊的部分。在比對長方形與正方形的差異時，教師采用韋恩圖的方法，將二者的共同特征與不同點清晰地展示了出來，這一種整理的方法為學生在數學知識學習中打開了思路，促使學生對已學的知識進行深入的思考，教師所勾畫出的韋恩圖也可作為學生自我復習時的使用工具。

四、結語

知識可視化工具是小學數學教學的一種新型的手段，在實際的教學中仍需要教師進行實踐和探究，開發出更多的應用路徑，優化教學效果。教師要根據教學的實際情況選擇適宜的教學工具，歸納知識點，通過多樣的教學形式構建視圖，而教師可以在教學中邊畫邊講，助力學生深入理解數學知識。