思维可视化支架让教与学同频共振

摘要：本文从思维可视化的源起、内涵、意义、策略四个方面详细阐述了作为课堂神经元的可视化思维在初中信息技术课堂教学中的应用，同时诠释了思维可视化教学手段的作用。

关键词：思维可视化;信息技术课堂

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）13-0049-04

在信息时代，适应时代、适应学生的新型教学方式逐渐被引进课堂，思维可视化已经成为一种可能。被可视化的“思维”更有利于理解和记忆，合理地运用思维可视化教学方法可以有效提高学习效率。因此，笔者从化解难点、构建体系、内化概念三个方面整体建构初中信息技术思维可视化教学范式，努力探寻思维可视化理论与学科融合之策、思维可视化理论向教学的转化之法、信息思维向信息素养的迁移之路。

● 追因：思维可视化的教学缺位

1.重记忆，轻理解

信息技术核心素养要求教师必须打破传统的教学理念，在课堂教学中积极融入思维可视化的思想，主动启发学生思考“为什么”，逐渐把教学的焦点从记忆转移到理解上，并通过显性的方式展示知识间内在的思维逻辑，让学生从“学会”过渡到“会学”。

2.重表象，轻逻辑

信息技术学科紧贴日常生活，虽然知识点零散、繁杂、涉及面广，但是在每一章节内容学习表象的背后，都隐藏着深层次的逻辑关系。但在教学中，许多教师把重心更多地放在知识表象的讲授上，没有及时对各知识点之间的逻辑关系进行梳理建构，致使许多学生学习起来困难重重。

3.重操作，轻思维

在信息技术教学中，隐藏在操作能力背后的思维方法是整个信息技术教学的核心。而在实际的教学过程中，很多教师只注重学生的操作能力，认为学习的重点在于软件的操作与使用。这样下去，学生学到的只不过是教师行为的复制，并没有领会到解题思维的真谛，在遇到情境变化时，学生的“死知识”将无法解决新问题。

● 探策：思维可视化的教学路径

1.借助流程图绘制思维路径，有效化解难点

可以将思维可视化与程序设计教学相结合，针对不同思维水平的教学对象，采用借助流程图绘制思维路径的手段，把程序设计教学中的各种难点有序分解，把不可见的程序设计思路显性化，有效化解难点，使知识容易理解。

①替代自然语言，化解难点。在“算法”的教学中，“自然语言”适合于描述简单的算法。对于复杂的算法，如果用自然语言描述会显得烦琐、冗长、有歧义，不利于学生对算法的理解，此时可以用流程图替代自然语言来描述。例如，在苏科版初中信息技术八年级第4章第1节《算法》教学中，对“在1000位同学数据中查找指定同学的电话号码”这一算法问题，可采用如图1所示的流程图来描述。

算法是程序和软件的灵魂，算法的学习效率关系到整章内容的学习。此处的算法较为复杂，适合运用流程图来描述。上述流程图直观、清晰、简洁、易懂，将算法的逻辑关系表达得淋漓尽致，从而将学习难点顺利化解。

②替代函数表达式，化解难点。计算机程序的求解过程和传统的笔算求解过程不同，具有很强的机器独特性，除了需要入口（输入）和出口（输出）外，还需要将数学表达式转换为计算机可识别的计算步骤，学生理解起来有一定的难度。此时可以将函数表达式转换为可视化的流程图，便于学生理解。例如，在苏科版初中信息技术八年级第4章第2节《3.1 算法实例——解析法》的教学中，针对“古代名题——鸡兔同笼”问题，首先进行小组探究，在讨论出数学模型（数学表达式）的基础上，引导学生用“画程”软件绘制出流程图并编译，从而体验算法由数学表达式转为计算机程序执行的过程。图2所示为用“画程”软件绘制流程图及编译运行的过程。

在上述的教学案例中在找出函数表达式后，首先引导学生利用“画程”软件制作该函数表达式的流程图，巧妙地将解决问题的思维方法由枯燥的表达式转换为可视化的流程图，学生可以直观地看到数学表达式在计算机中执行的流程;其次用“画程”软件进行“编译”，将流程图中的内容转变为可视化的机器语言，学生可以直接看到程序代码（以VB编程软件为例），真切地感受到思维在后台运行的方法;最后通过“画程”中的“运行”命令，让学生和计算机进行交互，使其体验计算机实时的思维反馈，从而更深入地理解解析算法的含义。此教学过程把抽象的思维从后台转移到前台，并将其层层分化，直观地展现在学生眼前，有效攻克了教学难点。

2.借助逻辑图梳理思维路线，构建知识体系

学生不断学习的过程就是基于先前知识经验对事物做出相应的假设和解释的过程，所以教师在教学中应在把握好学生先前知识经验的基础上，把学生的先前知识经验当成新知识的生长节点，引导学生边学习边主动构建知识体系，及时将各学习板块的知识进行整理归纳，建立思维模型。

①指引思考，相向建构知识体系。认知理论指出，整个世界都是由概念与概念间复杂有序的结构系统构成的。思维可视化就是将各知识点之间的关系以结构化的形式表现出来，使传统的机械性学习变成有意义的思维建构。在教学中可以先按照不同的主线相向建立对应的思维逻辑树，在此基础上通过二次关联将章节中的各个知识点串联起来，最终形成图状逻辑思维模型，进而建构章节知识体系。例如，对于苏科版初中信息技术八年级《设计与制作动画》一章，在教学过程中可以引导学生相向构建如图3所示的思维模型。

本章思维模型是以动画制作软件和动画制作作品作为首尾端，相向进行建构。首先，从首端将本章的知识点按时间和空间两条主线进行树状分类延伸，形成动画软件的思维逻辑树;其次，从尾端将本章的知识点以补间类型（动画补间和形状补间）为主线进行树状枝节延伸，形成动画作品的思维逻辑树;最后，将这两种逻辑树之间的交集部分进行关联，形成“Flash制作”的图状逻辑思维模型。此思维模型将整章内容有层次、有条理地融合到一起，形成整章思维体系，既能有效地反映出各知识点之间的隶属关系，又能从多角度联视本章内容。

②创新思考，逻辑建构知识体系。初中信息技术核心素养明确指出，在教学中要培养学生的创新思维。这就要求教师在教学中引导学生进行创新实践活动，要让学生站在当前的认知基础上，通过思维可视化快速穿越发展区，达到高阶思维状态。例如，在苏科版初中信息技术八年级《构建身边的网络》一节的教学中，需要学生动手实践组建家庭网络，但是由于网络结构的特殊性和复杂性，如不配以脉络清晰的图示，学生将很难完成组建的任务，更谈不上思维创新。笔者根据教材内容及自身多年的实践经验，绘制了家庭网络组织结构图，并在本章教学中使用。家庭网络组织结构图如图4所示。

图4的思维图示，使学生在动手组建网络的同时，既能明确单用户、多用户、有线网、无线网、子路由、网中网等深层次的概念，又能理解调制解调器、无线路由器、网络交换机、各使用终端的作用以及它们之间的逻辑关系。以上实例把思维可视化思想与本章的教学实际紧密结合，对家庭网络的整体布局及各设备的走向连接进行精细表达，使课本上无序的网络知识逻辑化、零散的网络知识结构化、模糊的网络知识精细化。学生以此图为抓手，打破传统的思维定式，充分发挥自己的想象力，组建个性的家庭网络，从而实现思维的创新。

3.借助概念图图示思维过程，实现概念内化

有意义学习理论认为，学习的过程就是将新知识融合进已有的知识结构中，用已经形成的知识结构来同化新知识的一种思维活动。思维可视化可以将各个概念及其关系进行梳理、概括、加工、罗列，并将学生在学习过程中的思维过程和思维方法用图示的形式表达出来，促进新旧知识的融合。

①有序分类，在概念图的对比中内化概念。概念图可以将繁杂的概念有序分类，可以将易混淆的概念对比呈现，可以提高学生的思辨能力，是学生学习的重要抓手及有力支架。例如，在执教苏科版初中信息技术七年级《计算机硬件》一课时，为了使学生能够清晰地掌握存储器的种类和概念，笔者设计了如下页图5所示的概念图。

概念图紧紧围绕存储器这个核心概念，牢牢抓住存储器的内涵和特点，有条有理地罗列了存储器的种类，深度诠释了存储器的内涵，清晰地展现了存储器的应用，促进了学生对存储器概念的内化。

②逻辑建构，在概念图的衍生中内化概念。程序设计是一个大概念，涉及的知识范围广，教学过程比较零散。学生在学习过程中缺乏整体意识，容易钻进死胡同，找不到方向。思维概念图能将一章中各个概念的形成及走向呈现出来，能将各个概念之间的逻辑关系深挖出来，能将各个概念的深层含义表达出来。引导学生构建思维概念图，可以抓住概念的本质，促进概念的内化，形成稳定的认知结构。例如，在苏科版初中信息技术教材八年级第4章《程序设计》的教学中，可以引导学生设计如图6所示的思维概念图。

该思维概念图是在吃透教材的前提下，认真分析本章各部分章节的内容架构，充分厘清各知识点之间的逻辑关系，对“程序”的含义进行思维分解。首先从表现形式、核心内涵、结构分类三个方面对“程序”进行逻辑分类，然后对各个子节点的各种特征及含义进行逻辑分析，将零散的小概念进行有机整合，最后形成可视化的“程序”思维概念图，将本章的学习内容及其逻辑结构清晰地表征出来，极大地扩充了学生的思维视野，提高了学生掌控知识脉络的能力，促进了对知识概念的理解。

一图胜千字，一图胜万语。运用思维可视化可以将零散知识结构化、无序思路逻辑化、隐性思维显性化、抽象思维具体化、低阶思维高阶化、普通思维创新化。它既可以帮助教师优化教学，又可以帮助学生梳理思路;既可以提高教师教学水平，又可以提高学生对知识的理解深度;既可以有效化解学习难点，又可以转变学生思维方式;既可以培养学生的创新能力，又可以实现知识、思维、素养的全面发展。

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本文为江苏省教育科学“十四五”规划2021年度课题“初中信息技术支架式教学的行动研究”（批准号为：D/2021/02/294）的主要研究成果。