思維可視化支架讓教與學(xué)同頻共振

陳修娟 趙統(tǒng)順

摘要：本文從思維可視化的源起、內(nèi)涵、意義、策略四個(gè)方面詳細(xì)闡述了作為課堂神經(jīng)元的可視化思維在初中信息技術(shù)課堂教學(xué)中的應(yīng)用，同時(shí)詮釋了思維可視化教學(xué)手段的作用。

關(guān)鍵詞：思維可視化;信息技術(shù)課堂

中圖分類號(hào)：G434 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?論文編號(hào)：1674-2117（2022）13-0049-04

在信息時(shí)代，適應(yīng)時(shí)代、適應(yīng)學(xué)生的新型教學(xué)方式逐漸被引進(jìn)課堂，思維可視化已經(jīng)成為一種可能。被可視化的“思維”更有利于理解和記憶，合理地運(yùn)用思維可視化教學(xué)方法可以有效提高學(xué)習(xí)效率。因此，筆者從化解難點(diǎn)、構(gòu)建體系、內(nèi)化概念三個(gè)方面整體建構(gòu)初中信息技術(shù)思維可視化教學(xué)范式，努力探尋思維可視化理論與學(xué)科融合之策、思維可視化理論向教學(xué)的轉(zhuǎn)化之法、信息思維向信息素養(yǎng)的遷移之路。

● 追因：思維可視化的教學(xué)缺位

1.重記憶，輕理解

信息技術(shù)核心素養(yǎng)要求教師必須打破傳統(tǒng)的教學(xué)理念，在課堂教學(xué)中積極融入思維可視化的思想，主動(dòng)啟發(fā)學(xué)生思考“為什么”，逐漸把教學(xué)的焦點(diǎn)從記憶轉(zhuǎn)移到理解上，并通過(guò)顯性的方式展示知識(shí)間內(nèi)在的思維邏輯，讓學(xué)生從“學(xué)會(huì)”過(guò)渡到“會(huì)學(xué)”。

2.重表象，輕邏輯

信息技術(shù)學(xué)科緊貼日常生活，雖然知識(shí)點(diǎn)零散、繁雜、涉及面廣，但是在每一章節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)表象的背后，都隱藏著深層次的邏輯關(guān)系。但在教學(xué)中，許多教師把重心更多地放在知識(shí)表象的講授上，沒(méi)有及時(shí)對(duì)各知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行梳理建構(gòu)，致使許多學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)困難重重。

3.重操作，輕思維

在信息技術(shù)教學(xué)中，隱藏在操作能力背后的思維方法是整個(gè)信息技術(shù)教學(xué)的核心。而在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，很多教師只注重學(xué)生的操作能力，認(rèn)為學(xué)習(xí)的重點(diǎn)在于軟件的操作與使用。這樣下去，學(xué)生學(xué)到的只不過(guò)是教師行為的復(fù)制，并沒(méi)有領(lǐng)會(huì)到解題思維的真諦，在遇到情境變化時(shí)，學(xué)生的“死知識(shí)”將無(wú)法解決新問(wèn)題。

● 探策：思維可視化的教學(xué)路徑

1.借助流程圖繪制思維路徑，有效化解難點(diǎn)

可以將思維可視化與程序設(shè)計(jì)教學(xué)相結(jié)合，針對(duì)不同思維水平的教學(xué)對(duì)象，采用借助流程圖繪制思維路徑的手段，把程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的各種難點(diǎn)有序分解，把不可見(jiàn)的程序設(shè)計(jì)思路顯性化，有效化解難點(diǎn)，使知識(shí)容易理解。

①替代自然語(yǔ)言，化解難點(diǎn)。在“算法”的教學(xué)中，“自然語(yǔ)言”適合于描述簡(jiǎn)單的算法。對(duì)于復(fù)雜的算法，如果用自然語(yǔ)言描述會(huì)顯得煩瑣、冗長(zhǎng)、有歧義，不利于學(xué)生對(duì)算法的理解，此時(shí)可以用流程圖替代自然語(yǔ)言來(lái)描述。例如，在蘇科版初中信息技術(shù)八年級(jí)第4章第1節(jié)《算法》教學(xué)中，對(duì)“在1000位同學(xué)數(shù)據(jù)中查找指定同學(xué)的電話號(hào)碼”這一算法問(wèn)題，可采用如圖1所示的流程圖來(lái)描述。

算法是程序和軟件的靈魂，算法的學(xué)習(xí)效率關(guān)系到整章內(nèi)容的學(xué)習(xí)。此處的算法較為復(fù)雜，適合運(yùn)用流程圖來(lái)描述。上述流程圖直觀、清晰、簡(jiǎn)潔、易懂，將算法的邏輯關(guān)系表達(dá)得淋漓盡致，從而將學(xué)習(xí)難點(diǎn)順利化解。

②替代函數(shù)表達(dá)式，化解難點(diǎn)。計(jì)算機(jī)程序的求解過(guò)程和傳統(tǒng)的筆算求解過(guò)程不同，具有很強(qiáng)的機(jī)器獨(dú)特性，除了需要入口（輸入）和出口（輸出）外，還需要將數(shù)學(xué)表達(dá)式轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的計(jì)算步驟，學(xué)生理解起來(lái)有一定的難度。此時(shí)可以將函數(shù)表達(dá)式轉(zhuǎn)換為可視化的流程圖，便于學(xué)生理解。例如，在蘇科版初中信息技術(shù)八年級(jí)第4章第2節(jié)《3.1 算法實(shí)例——解析法》的教學(xué)中，針對(duì)“古代名題——雞兔同籠”問(wèn)題，首先進(jìn)行小組探究，在討論出數(shù)學(xué)模型（數(shù)學(xué)表達(dá)式）的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生用“畫程”軟件繪制出流程圖并編譯，從而體驗(yàn)算法由數(shù)學(xué)表達(dá)式轉(zhuǎn)為計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行的過(guò)程。圖2所示為用“畫程”軟件繪制流程圖及編譯運(yùn)行的過(guò)程。

在上述的教學(xué)案例中在找出函數(shù)表達(dá)式后，首先引導(dǎo)學(xué)生利用“畫程”軟件制作該函數(shù)表達(dá)式的流程圖，巧妙地將解決問(wèn)題的思維方法由枯燥的表達(dá)式轉(zhuǎn)換為可視化的流程圖，學(xué)生可以直觀地看到數(shù)學(xué)表達(dá)式在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行的流程;其次用“畫程”軟件進(jìn)行“編譯”，將流程圖中的內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢暬臋C(jī)器語(yǔ)言，學(xué)生可以直接看到程序代碼（以VB編程軟件為例），真切地感受到思維在后臺(tái)運(yùn)行的方法;最后通過(guò)“畫程”中的“運(yùn)行”命令，讓學(xué)生和計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互，使其體驗(yàn)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)的思維反饋，從而更深入地理解解析算法的含義。此教學(xué)過(guò)程把抽象的思維從后臺(tái)轉(zhuǎn)移到前臺(tái)，并將其層層分化，直觀地展現(xiàn)在學(xué)生眼前，有效攻克了教學(xué)難點(diǎn)。

2.借助邏輯圖梳理思維路線，構(gòu)建知識(shí)體系

學(xué)生不斷學(xué)習(xí)的過(guò)程就是基于先前知識(shí)經(jīng)驗(yàn)對(duì)事物做出相應(yīng)的假設(shè)和解釋的過(guò)程，所以教師在教學(xué)中應(yīng)在把握好學(xué)生先前知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，把學(xué)生的先前知識(shí)經(jīng)驗(yàn)當(dāng)成新知識(shí)的生長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生邊學(xué)習(xí)邊主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)體系，及時(shí)將各學(xué)習(xí)板塊的知識(shí)進(jìn)行整理歸納，建立思維模型。

①指引思考，相向建構(gòu)知識(shí)體系。認(rèn)知理論指出，整個(gè)世界都是由概念與概念間復(fù)雜有序的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)構(gòu)成的。思維可視化就是將各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系以結(jié)構(gòu)化的形式表現(xiàn)出來(lái)，使傳統(tǒng)的機(jī)械性學(xué)習(xí)變成有意義的思維建構(gòu)。在教學(xué)中可以先按照不同的主線相向建立對(duì)應(yīng)的思維邏輯樹(shù)，在此基礎(chǔ)上通過(guò)二次關(guān)聯(lián)將章節(jié)中的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，最終形成圖狀邏輯思維模型，進(jìn)而建構(gòu)章節(jié)知識(shí)體系。例如，對(duì)于蘇科版初中信息技術(shù)八年級(jí)《設(shè)計(jì)與制作動(dòng)畫》一章，在教學(xué)過(guò)程中可以引導(dǎo)學(xué)生相向構(gòu)建如圖3所示的思維模型。

本章思維模型是以動(dòng)畫制作軟件和動(dòng)畫制作作品作為首尾端，相向進(jìn)行建構(gòu)。首先，從首端將本章的知識(shí)點(diǎn)按時(shí)間和空間兩條主線進(jìn)行樹(shù)狀分類延伸，形成動(dòng)畫軟件的思維邏輯樹(shù);其次，從尾端將本章的知識(shí)點(diǎn)以補(bǔ)間類型（動(dòng)畫補(bǔ)間和形狀補(bǔ)間）為主線進(jìn)行樹(shù)狀枝節(jié)延伸，形成動(dòng)畫作品的思維邏輯樹(shù);最后，將這兩種邏輯樹(shù)之間的交集部分進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成“Flash制作”的圖狀邏輯思維模型。此思維模型將整章內(nèi)容有層次、有條理地融合到一起，形成整章思維體系，既能有效地反映出各知識(shí)點(diǎn)之間的隸屬關(guān)系，又能從多角度聯(lián)視本章內(nèi)容。

②創(chuàng)新思考，邏輯建構(gòu)知識(shí)體系。初中信息技術(shù)核心素養(yǎng)明確指出，在教學(xué)中要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。這就要求教師在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，要讓學(xué)生站在當(dāng)前的認(rèn)知基礎(chǔ)上，通過(guò)思維可視化快速穿越發(fā)展區(qū)，達(dá)到高階思維狀態(tài)。例如，在蘇科版初中信息技術(shù)八年級(jí)《構(gòu)建身邊的網(wǎng)絡(luò)》一節(jié)的教學(xué)中，需要學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐組建家庭網(wǎng)絡(luò)，但是由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特殊性和復(fù)雜性，如不配以脈絡(luò)清晰的圖示，學(xué)生將很難完成組建的任務(wù)，更談不上思維創(chuàng)新。筆者根據(jù)教材內(nèi)容及自身多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，繪制了家庭網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)圖，并在本章教學(xué)中使用。家庭網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4的思維圖示，使學(xué)生在動(dòng)手組建網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，既能明確單用戶、多用戶、有線網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)、子路由、網(wǎng)中網(wǎng)等深層次的概念，又能理解調(diào)制解調(diào)器、無(wú)線路由器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、各使用終端的作用以及它們之間的邏輯關(guān)系。以上實(shí)例把思維可視化思想與本章的教學(xué)實(shí)際緊密結(jié)合，對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)的整體布局及各設(shè)備的走向連接進(jìn)行精細(xì)表達(dá)，使課本上無(wú)序的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)邏輯化、零散的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)結(jié)構(gòu)化、模糊的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)精細(xì)化。學(xué)生以此圖為抓手，打破傳統(tǒng)的思維定式，充分發(fā)揮自己的想象力，組建個(gè)性的家庭網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)思維的創(chuàng)新。

3.借助概念圖圖示思維過(guò)程，實(shí)現(xiàn)概念內(nèi)化

有意義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)的過(guò)程就是將新知識(shí)融合進(jìn)已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)中，用已經(jīng)形成的知識(shí)結(jié)構(gòu)來(lái)同化新知識(shí)的一種思維活動(dòng)。思維可視化可以將各個(gè)概念及其關(guān)系進(jìn)行梳理、概括、加工、羅列，并將學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的思維過(guò)程和思維方法用圖示的形式表達(dá)出來(lái)，促進(jìn)新舊知識(shí)的融合。

①有序分類，在概念圖的對(duì)比中內(nèi)化概念。概念圖可以將繁雜的概念有序分類，可以將易混淆的概念對(duì)比呈現(xiàn)，可以提高學(xué)生的思辨能力，是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要抓手及有力支架。例如，在執(zhí)教蘇科版初中信息技術(shù)七年級(jí)《計(jì)算機(jī)硬件》一課時(shí)，為了使學(xué)生能夠清晰地掌握存儲(chǔ)器的種類和概念，筆者設(shè)計(jì)了如下頁(yè)圖5所示的概念圖。

概念圖緊緊圍繞存儲(chǔ)器這個(gè)核心概念，牢牢抓住存儲(chǔ)器的內(nèi)涵和特點(diǎn)，有條有理地羅列了存儲(chǔ)器的種類，深度詮釋了存儲(chǔ)器的內(nèi)涵，清晰地展現(xiàn)了存儲(chǔ)器的應(yīng)用，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)存儲(chǔ)器概念的內(nèi)化。

②邏輯建構(gòu)，在概念圖的衍生中內(nèi)化概念。程序設(shè)計(jì)是一個(gè)大概念，涉及的知識(shí)范圍廣，教學(xué)過(guò)程比較零散。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中缺乏整體意識(shí)，容易鉆進(jìn)死胡同，找不到方向。思維概念圖能將一章中各個(gè)概念的形成及走向呈現(xiàn)出來(lái)，能將各個(gè)概念之間的邏輯關(guān)系深挖出來(lái)，能將各個(gè)概念的深層含義表達(dá)出來(lái)。引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建思維概念圖，可以抓住概念的本質(zhì)，促進(jìn)概念的內(nèi)化，形成穩(wěn)定的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。例如，在蘇科版初中信息技術(shù)教材八年級(jí)第4章《程序設(shè)計(jì)》的教學(xué)中，可以引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)如圖6所示的思維概念圖。

該思維概念圖是在吃透教材的前提下，認(rèn)真分析本章各部分章節(jié)的內(nèi)容架構(gòu)，充分厘清各知識(shí)點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系，對(duì)“程序”的含義進(jìn)行思維分解。首先從表現(xiàn)形式、核心內(nèi)涵、結(jié)構(gòu)分類三個(gè)方面對(duì)“程序”進(jìn)行邏輯分類，然后對(duì)各個(gè)子節(jié)點(diǎn)的各種特征及含義進(jìn)行邏輯分析，將零散的小概念進(jìn)行有機(jī)整合，最后形成可視化的“程序”思維概念圖，將本章的學(xué)習(xí)內(nèi)容及其邏輯結(jié)構(gòu)清晰地表征出來(lái)，極大地?cái)U(kuò)充了學(xué)生的思維視野，提高了學(xué)生掌控知識(shí)脈絡(luò)的能力，促進(jìn)了對(duì)知識(shí)概念的理解。

一圖勝千字，一圖勝萬(wàn)語(yǔ)。運(yùn)用思維可視化可以將零散知識(shí)結(jié)構(gòu)化、無(wú)序思路邏輯化、隱性思維顯性化、抽象思維具體化、低階思維高階化、普通思維創(chuàng)新化。它既可以幫助教師優(yōu)化教學(xué)，又可以幫助學(xué)生梳理思路;既可以提高教師教學(xué)水平，又可以提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解深度;既可以有效化解學(xué)習(xí)難點(diǎn)，又可以轉(zhuǎn)變學(xué)生思維方式;既可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，又可以實(shí)現(xiàn)知識(shí)、思維、素養(yǎng)的全面發(fā)展。

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本文為江蘇省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度課題“初中信息技術(shù)支架式教學(xué)的行動(dòng)研究”（批準(zhǔn)號(hào)為：D/2021/02/294）的主要研究成果。