初中信息科技思維可視化教學(xué)實(shí)踐

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)新課標(biāo)）中指出“在日常學(xué)習(xí)和生活中，能使用數(shù)字化工具收集、組織數(shù)據(jù)，并借用可視化方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，以表達(dá)觀點(diǎn)或預(yù)測(cè)結(jié)果。”要想滿(mǎn)足上述要求，教師應(yīng)設(shè)計(jì)豐富的活動(dòng)，在關(guān)注學(xué)生知識(shí)掌握情況的同時(shí)，側(cè)重對(duì)他們思維的培養(yǎng)。但是在日常教學(xué)中，計(jì)算機(jī)處理問(wèn)題多是通過(guò)后臺(tái)運(yùn)行直接給出結(jié)果，學(xué)生無(wú)法看到運(yùn)行過(guò)程，因此會(huì)感覺(jué)信息科技課程抽象、難以理解，而教師進(jìn)行教學(xué)時(shí)也缺乏有效的思維與過(guò)程呈現(xiàn)手段。對(duì)此，教師應(yīng)在深入解讀思維可視化教學(xué)的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)思維可視化教學(xué)手段的探索。

一、思維可視化概念及教學(xué)意義

（一）思維可視化概念

從信息科技學(xué)科視角出發(fā)，思維可視化通常指的是利用思維導(dǎo)圖、模型構(gòu)建、軟件技術(shù)等工具，將抽象的思維過(guò)程具體化、明確化。從教學(xué)視角出發(fā)，思維可視化強(qiáng)調(diào)對(duì)思維過(guò)程的梳理與分析，即學(xué)生在學(xué)習(xí)信息科技課程時(shí)，通過(guò)可視化的分析和講解，深入理解知識(shí)的核心。此外，通過(guò)可視化教學(xué)，學(xué)生能夠利用直觀的圖表或軟件功能優(yōu)化自己的學(xué)科思維。因此，思維可視化教學(xué)不僅有助于學(xué)生鞏固知識(shí)，還能讓教師及時(shí)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，并及時(shí)糾正學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)知，幫助學(xué)生理清知識(shí)的內(nèi)在邏輯，建立一個(gè)較為完整的思維框架，從而確保教學(xué)的精確性、及時(shí)性和有效性。

（二）思維可視化教學(xué)的意義

在初中信息科技課程中，合理開(kāi)展思維可視化教學(xué)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)和能力發(fā)展均有著重要意義。第一，加深概念理解。Scratch、流程圖等都屬于思維可視化工具，在講解抽象的知識(shí)時(shí)，直觀的圖形能夠降低知識(shí)的復(fù)雜程度，加深學(xué)生的印象，為提高相應(yīng)的知識(shí)技能奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。第二，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和問(wèn)題解決能力。在信息科技課堂中，學(xué)生可以在教師的指導(dǎo)下，利用思維可視化工具解決問(wèn)題，以此來(lái)培養(yǎng)創(chuàng)造性思維，進(jìn)而不斷提高自身的創(chuàng)造力。信息科技課程中包含很多抽象性較強(qiáng)的知識(shí)，學(xué)生在學(xué)習(xí)中自然會(huì)遇到很多困難，例如在學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)知識(shí)時(shí)，需要理清物聯(lián)網(wǎng)的工作原理、結(jié)構(gòu)等，而思維可視化教學(xué)能夠呈現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、執(zhí)行命令的具體過(guò)程，從而幫助學(xué)生解決問(wèn)題。第三，提高學(xué)生的信息素養(yǎng)。通過(guò)思維可視化教學(xué)，學(xué)生能夠?qū)π畔⒖萍及踩c風(fēng)險(xiǎn)有更深人的了解，懂得如何保護(hù)自己的安全與隱私，從而獲得信息素養(yǎng)的發(fā)展。因此，教師要重視信息科技課程中思維可視化教學(xué)的開(kāi)展，在降低學(xué)生學(xué)習(xí)難度的同時(shí)，幫助其掌握更多有用的技能。

二、初中信息科技思維可視化教學(xué)策略

（一創(chuàng)設(shè)可視化情境，激活學(xué)生思維

思維可視化教學(xué)的起點(diǎn)應(yīng)是激活學(xué)生的思維，通過(guò)制造沖突或矛盾，使學(xué)生順其自然地完成思考。傳統(tǒng)信息科技課程使用的“灌輸式”教學(xué)手段未給予學(xué)生探索的空間，學(xué)生自然缺乏探究熱情，很難進(jìn)行深度思考。而教師應(yīng)用圖片、影像資源創(chuàng)設(shè)可視化情境，更容易激活學(xué)生思維，從而為可視化教學(xué)的開(kāi)展奠定良好的基礎(chǔ)。

1.生活化情境，調(diào)動(dòng)學(xué)生真實(shí)經(jīng)驗(yàn)

初中階段的學(xué)生已經(jīng)積累了一定的生活經(jīng)驗(yàn)，生活化情境的應(yīng)用可以有效激活學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生從熟悉的場(chǎng)景或案例出發(fā)，對(duì)信息科技知識(shí)展開(kāi)深度思考。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)緊密?chē)@教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，挑選具有代表性的日常生活場(chǎng)景，并通過(guò)語(yǔ)言描述、圖片展示等手段，構(gòu)建貼近生活的教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生利用個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行思考，從而深刻體驗(yàn)信息科技知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)思維能力和解決問(wèn)題能力的發(fā)展。

以義務(wù)教育信息科技教學(xué)指南物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索八年級(jí)全一冊(cè)“開(kāi)啟物聯(lián)網(wǎng)之門(mén)”為例，由于學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)知之甚少，教師應(yīng)通過(guò)創(chuàng)設(shè)生活化情境的方式，指導(dǎo)學(xué)生了解物聯(lián)網(wǎng)的概念和應(yīng)用領(lǐng)域。首先，向?qū)W生展示智能門(mén)鎖的使用圖片和說(shuō)明書(shū)，并聯(lián)系實(shí)際生活講一個(gè)故事：小張的性格比較馬虎，外出經(jīng)常忘記帶鑰匙，需要開(kāi)鎖師傅上門(mén)開(kāi)鎖，不僅浪費(fèi)了時(shí)間，還要支付較高的費(fèi)用。而自從換了智能門(mén)鎖后，他忘記帶鑰匙時(shí)，智能門(mén)鎖可以自動(dòng)識(shí)別主人開(kāi)門(mén)。由此，學(xué)生能夠感知到物聯(lián)網(wǎng)的魅力，從而激發(fā)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的探究興趣。其次，教師提出問(wèn)題：“智能門(mén)鎖是如何自動(dòng)識(shí)別主人的？”學(xué)生根據(jù)所見(jiàn)所聞分享自己的觀點(diǎn)，并主動(dòng)思考：“智能門(mén)鎖是如何實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的呢？”由此，學(xué)生的探究思維被充分激活，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。通過(guò)創(chuàng)設(shè)生活化情境的方式直觀呈現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在生活中的應(yīng)用，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激活了學(xué)生的思維，為高效可視化教學(xué)做好了鋪墊。

2.音像類(lèi)情境，構(gòu)建趣味信息課堂

隨著“互聯(lián)網(wǎng) + 教育”理念的普及，各學(xué)科教學(xué)倡導(dǎo)積極利用現(xiàn)代化教學(xué)手段構(gòu)建更高效的課堂，而信息科技課程本就是由互聯(lián)網(wǎng)以及計(jì)算機(jī)組成的，因而，應(yīng)用現(xiàn)代化教學(xué)工具更能凸顯其優(yōu)勢(shì)。教師可以構(gòu)建圖文并茂或視聽(tīng)結(jié)合的情境，為課堂增添趣味性，避免學(xué)習(xí)過(guò)程變得單調(diào)、乏味。同時(shí)，這種教學(xué)方式為學(xué)生的思維發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。因此，教師應(yīng)結(jié)合教學(xué)主題搜集豐富的音像類(lèi)資料，并在課堂上引導(dǎo)學(xué)生觀看，調(diào)動(dòng)學(xué)生的多重感官，進(jìn)而順利激活學(xué)生的探究思維。

以義務(wù)教育信息科技教學(xué)指南物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索八年級(jí)全一冊(cè)“物物相連有價(jià)值”為例，為了讓學(xué)生了解物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)的重要作用，并明確物聯(lián)網(wǎng)為社會(huì)發(fā)展所做的貢獻(xiàn)，教師應(yīng)搜集豐富的音像類(lèi)資料并創(chuàng)設(shè)趣味情境。首先，借助問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考：“你能想象嗎？你家的冰箱與購(gòu)物網(wǎng)站‘聯(lián)手’，當(dāng)冰箱食物存貨低于一定水平后，它就會(huì)在你的購(gòu)物車(chē)中添加相應(yīng)的食物。你手上戴的物聯(lián)手表，還會(huì)與家里的熱水器、空調(diào)組成‘服務(wù)聯(lián)盟’，當(dāng)你快到家時(shí)，物聯(lián)手表就會(huì)向空調(diào)和熱水器發(fā)送指令，讓空調(diào)制冷，讓熱水器開(kāi)始燒水。”學(xué)生會(huì)對(duì)教師所闡述的內(nèi)容感興趣，并認(rèn)為上述例子中的家用電器仿若有了智慧，變得更加貼近，能夠更好地滿(mǎn)足人們的日常生活需求。但也有部分學(xué)生質(zhì)疑：“這種情況真的會(huì)出現(xiàn)嗎？背后蘊(yùn)含著怎樣的技術(shù)和原理呢？”其次，教師呈現(xiàn)提前搜集的視頻資料，如以樹(shù)狀圖的方式直觀呈現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)與各種電器之間的連接，并利用動(dòng)畫(huà)視頻模擬冰箱向購(gòu)物車(chē)傳送數(shù)據(jù)的過(guò)程，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到即時(shí)數(shù)據(jù)的作用和重要性。最后，教師利用虛擬實(shí)驗(yàn)軟件演示手機(jī)遠(yuǎn)程控制家用電器的過(guò)程，并對(duì)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行可視化處理，在滿(mǎn)足學(xué)生好奇心的同時(shí)，讓他們初步認(rèn)識(shí)到物與物之間是通過(guò)“云端”連接并傳輸數(shù)據(jù)的，從而為后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)的深入探究奠定良好的基礎(chǔ)。

（二）設(shè)計(jì)可視化問(wèn)題鏈，形成思維鏈條

問(wèn)題是學(xué)生思考的開(kāi)端，也是鍛煉學(xué)生思維的有效載體。教師結(jié)合教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)難易程度不同的問(wèn)題，并由易到難依次提出，能夠讓學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中呈現(xiàn)清晰的思維過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)思維的可視化。問(wèn)題鏈作為將獨(dú)立思維節(jié)點(diǎn)整合在一起的“黏合劑”，不僅能夠幫助學(xué)生系統(tǒng)掌握知識(shí)結(jié)構(gòu)，還能助力其形成連貫的思維鏈條。對(duì)此，教師應(yīng)在實(shí)際教學(xué)中緊扣教學(xué)主題設(shè)計(jì)核心問(wèn)題，并根據(jù)學(xué)生的思維能力，將核心問(wèn)題分解為多個(gè)子問(wèn)題，構(gòu)建邏輯緊密的問(wèn)題鏈，讓學(xué)生在分析和解決問(wèn)題的過(guò)程中逐步拓展思考的深度，獲得思維的發(fā)展。

以義務(wù)教育信息科技教學(xué)指南物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索八年級(jí)全一冊(cè)“物聯(lián)網(wǎng)功能細(xì)分解”為例，學(xué)生雖然在日常生活中對(duì)物聯(lián)網(wǎng)有一定的接觸和感受，但是對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的具體概念、結(jié)構(gòu)和功能缺乏系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，教師應(yīng)利用問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考，以?xún)?nèi)化新知識(shí)。首先，教師向?qū)W生展示物聯(lián)系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景圖片，如智能家電、智能醫(yī)療等，并提出核心問(wèn)題：“物聯(lián)系統(tǒng)是如何工作的？又是由哪些部分組成的？”這一問(wèn)題難度較大，學(xué)生無(wú)法利用現(xiàn)有知識(shí)來(lái)解答。其次，教師將核心問(wèn)題拆分為多個(gè)子問(wèn)題，指導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)地展開(kāi)探究。問(wèn)題1：（展示傳感器和設(shè)備采集數(shù)據(jù)的示意圖）請(qǐng)問(wèn)數(shù)據(jù)采集對(duì)物聯(lián)系統(tǒng)工作有什么影響？為什么要采集數(shù)據(jù)呢？問(wèn)題2：（展示數(shù)據(jù)在物聯(lián)系統(tǒng)中的傳輸示意圖）采集數(shù)據(jù)后如何處理這些數(shù)據(jù)？數(shù)據(jù)傳輸需要什么條件？問(wèn)題3：（展示數(shù)據(jù)處理的流程圖）數(shù)據(jù)處理的過(guò)程和方法是什么？問(wèn)題4：（展示控制執(zhí)行的示意圖）控制執(zhí)行的方法是什么？需要經(jīng)歷哪些過(guò)程？由此，利用具有梯度性和層次性的問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生逐步掌握物聯(lián)系統(tǒng)的工作原理和組成部分。教師充分考慮學(xué)生認(rèn)知與思維發(fā)展的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)具有梯度化和層次性的問(wèn)題，能夠助力學(xué)生深人理解信息科技相關(guān)知識(shí)。

（三）開(kāi)展可視化活動(dòng)，構(gòu)建思維網(wǎng)絡(luò)

問(wèn)題鏈的設(shè)計(jì)和應(yīng)用有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)形成線(xiàn)性理解，但卻不利于知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。而在可視化活動(dòng)的開(kāi)展過(guò)程中，教師可以從橫縱兩個(gè)方面擴(kuò)展學(xué)生的思維鏈條，助力結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)思維的形成。在實(shí)際教學(xué)中，指導(dǎo)學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)后，教師應(yīng)及時(shí)開(kāi)展探究活動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，并在獨(dú)立探究和合作交流中深入理解知識(shí)，從而形成系統(tǒng)、完善的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

以義務(wù)教育信息科技教學(xué)指南物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索八年級(jí)全一冊(cè)“電子標(biāo)簽我揭秘”為例，在講解完“電子標(biāo)簽”相關(guān)理論知識(shí)后，教師可以設(shè)計(jì)以“制作個(gè)人電子標(biāo)簽”為主題的項(xiàng)目任務(wù)，要求學(xué)生以小組為單位制作電子標(biāo)簽。首先，教師根據(jù)學(xué)生的能力和認(rèn)知水平進(jìn)行合理分組，并鼓勵(lì)他們通過(guò)組內(nèi)討論確定電子標(biāo)簽的制作主題，包括電子標(biāo)簽的呈現(xiàn)形式、應(yīng)用領(lǐng)域等。其次，教師為學(xué)生提供電子標(biāo)簽軟件，要求小組成員深入交流，達(dá)成一致意見(jiàn)后，設(shè)計(jì)方案，明確每個(gè)人的職責(zé)，確保每個(gè)學(xué)生都能參與活動(dòng)。例如，某小組共四名成員，動(dòng)手能力較強(qiáng)的學(xué)生可以與動(dòng)手能力較弱的學(xué)生合力完成電子標(biāo)簽的讀寫(xiě)實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)意識(shí)較強(qiáng)的學(xué)生可以認(rèn)真記錄讀寫(xiě)實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)，再由分析能力較強(qiáng)的學(xué)生分析電子標(biāo)簽的工作原理以及適用場(chǎng)景。由此，各小組成員可以按照既定計(jì)劃制作電子標(biāo)簽。最后，各小組完成電子標(biāo)簽制作后，展示自己的作品并分享制作感悟，以加深對(duì)電子標(biāo)簽相關(guān)知識(shí)的理解。在可視化思維活動(dòng)中，學(xué)生經(jīng)歷了提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題等完整的學(xué)習(xí)過(guò)程，提高了動(dòng)手實(shí)踐能力，獲得了思維的發(fā)展。

（四）應(yīng)用可視化工具，強(qiáng)化思維培養(yǎng)

將思維可視化工具應(yīng)用在初中信息科技教學(xué)中，鼓勵(lì)學(xué)生使用工具來(lái)解決學(xué)習(xí)中的問(wèn)題，能夠促進(jìn)其創(chuàng)造性思維的發(fā)展。而在應(yīng)用思維可視化工具的過(guò)程中，學(xué)生不僅可以深人理解信息科技概念，還能將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為實(shí)際項(xiàng)目，并在積極探索解決方案的過(guò)程中提高問(wèn)題解決能力。因此，在實(shí)際教學(xué)中，教師應(yīng)結(jié)合教學(xué)內(nèi)容布置具體的任務(wù)，要求學(xué)生使用思維可視化工具來(lái)解決問(wèn)題，以強(qiáng)化學(xué)生的思維能力和責(zé)任感。

以義務(wù)教育信息科技教學(xué)指南物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索八年級(jí)全一冊(cè)“安全事件與風(fēng)險(xiǎn)”為例，為了幫助學(xué)生識(shí)別常見(jiàn)的物聯(lián)網(wǎng)安全事件類(lèi)型及特點(diǎn)，教師應(yīng)通過(guò)布置任務(wù)的方式展開(kāi)教學(xué)，并鼓勵(lì)學(xué)生在完成任務(wù)的過(guò)程中，利用思維可視化工具來(lái)整理和呈現(xiàn)信息。首先，教師引導(dǎo)學(xué)生利用思維導(dǎo)圖工具來(lái)構(gòu)建“物聯(lián)網(wǎng)安全事件”信息圖譜，要求以“物聯(lián)網(wǎng)安全”為中心節(jié)點(diǎn)，延伸出多個(gè)分支，分支下的內(nèi)容代表不同的物聯(lián)網(wǎng)安全事件類(lèi)型，如“物理攻擊類(lèi)安全事件”“漏洞攻擊類(lèi)安全事件”“拒絕服務(wù)攻擊類(lèi)安全事件”“隱私數(shù)據(jù)泄露類(lèi)安全事件”等。教師可以要求學(xué)生細(xì)化思維導(dǎo)圖的各個(gè)分支，包括關(guān)鍵詞、定義、示例等，以輔助理解物聯(lián)網(wǎng)安全事件類(lèi)型。其次，教師可以指導(dǎo)學(xué)生使用圖像、符號(hào)等，來(lái)提高思維導(dǎo)圖的可視化程度，如在“物理攻擊類(lèi)安全事件”中添加共享單車(chē)、攝像頭損壞的圖片，表示此類(lèi)事件是直接破壞終端設(shè)備的行為，并利用線(xiàn)條和箭頭引出此類(lèi)安全事件所造成的后果，以顯示它們之間的因果關(guān)系。再次，教師將學(xué)生分成多個(gè)學(xué)習(xí)小組，讓他們選擇一種物聯(lián)網(wǎng)安全事件類(lèi)型，并利用Canva等多媒體編輯工具來(lái)制作數(shù)字海報(bào)，以直觀呈現(xiàn)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。最后，設(shè)計(jì)小組交流活動(dòng)，讓學(xué)生分享海報(bào)設(shè)計(jì)思路、解釋設(shè)計(jì)內(nèi)容以及思考過(guò)程，從而提高學(xué)生的信息整理能力和可視化處理能力。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)教學(xué)實(shí)踐和案例分析可知，思維可視化教學(xué)的實(shí)施對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力和建模能力有著積極的促進(jìn)作用。特別是在初中階段的信息科技課程中，教師通過(guò)合理指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維可視化探索，借助創(chuàng)設(shè)可視化的情境、設(shè)計(jì)具有可視化特點(diǎn)的問(wèn)題、組織各種形式的可視化活動(dòng)，以及運(yùn)用各種可視化工具等教學(xué)方法，不僅能夠幫助學(xué)生更加高效地掌握信息科技相關(guān)知識(shí)，而且能夠有效鍛煉他們的思維能力。這種教學(xué)方式無(wú)疑為推動(dòng)信息科技課堂教學(xué)的改革提供了有力支持。

注：本文系泉州市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃（第一批）立項(xiàng)課題“初中信息技術(shù)課堂學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的實(shí)踐研究”（立項(xiàng)批準(zhǔn)號(hào)：QG1451-312）的研究成果。

（焦佳）