思维可视化工具在高中信息技术课程中的应用探究

聂赵育

（渤海大学 教育科学学院，辽宁 锦州 121013）

一、引言

当前高中信息技术课程存在着学生兴趣不高、学习效率差、难以开展自主合作学习和教学方法落后等问题[1]。这是由于我国传统课堂过于重视知识传授，忽略了学生思维能力的培养。改变传统教育观念，更新教学模式，让高中信息技术课堂摒弃单调、乏味、说教式的陈旧教学方法，是我们目前必须面对的现实和急需解决的问题。信息技术的快速发展推动了中小学信息技术课程的改革，高中信息技术课程要培养学生适应终身发展和社会发展需要的必备品格和高阶思维能力。《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》中提出了信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四大学科核心素养[2]。从信息素养到核心素养的提出，我们意识到信息技术课的重大责任和艰巨任务。《教育信息化十年发展规划（2011-2020）》中指出：“运用信息技术提高基础教育教学质量，充分利用学科教学工具、协作交流工具和知识可视化工具，丰富生成性教学资源，促进教学的个性化。”[3]新课标也提出“帮助学生有效利用信息、媒体、工具，优化他们的学习和生活，并提高他们为社会服务的能力”。[4]思维可视化工具有效地协助教师将教学重点从“知识传授”转移到“思维培养”。笔者认为将思维可视化工具融入高中信息技术课程具有明显的教学效果，是值得重点研究的课题。

二、思维可视化工具概述

（一）思维可视化工具定义

思维可视化是一种基于数据可视化、计算可视化和信息可视化，促进知识的传播和创新的技术。思维可视化工具有效地促进了学生思维能力的培养。常见的思维可视化工具有概念图、思维导图、思维地图、鱼骨刺图等。每个思维可视化工具都有自己的特点。概念图是使用节点表示概念，连线代表概念间关系的图示法，形象化地表示概念间的关系，深层构建认知结构，促进知识的迁移[5]。思维导图强调使用文本和图形并重的方式，把各级主题的关系用相互隶属与相关的层级图表现出来，帮助理清对于知识的理解、问题解决的思路或是辩证的思考[6]。常见的思维导图软件工具有XMind、MindMapper、Freemind、MindManager等。思维地图有八种类型，分别对应人在思考时的八种思维过程，每种都有各自的适用范围，主要用于对比和描述。鱼骨刺图将宏观问题分解为许多特定的微观问题，使问题更容易解决，并且还包含了反向思维的思维策略。思维可视化工具是利用信息化手段提升教学效果的有效工具，对学生思维能力的发展具有重要意义[7]。思维可视化工具具有以下教学特点：第一，思维过程显性化。思维是看不见摸不着的，人的思维过程具有内隐性和独立性，利用思维可视化工具将思维过程书面化、清晰化，将学习的思考过程和轨迹通过图示呈现出来，是学生思考的直观映射；第二，深化理解。高中信息技术课程内容多、难、杂。学生在学习过程中通常会出现死记硬背、不能灵活运用所学知识、只会答题不会实际应用等现象。思维可视化工具能够帮助学生利用图示方式对学习内容进行深度理解；第三，同化、顺应新知识。学生在学习新知识时需要在已有的知识基础上进行意义建构，利用图示将新知识与旧知识进行区分与联系，将学到的知识进行有序的整理。

（二）思维可视化工具的研究现状

在国外，思维可视化工具应用于教学中的研究已成熟。有学者认为，以思维导图为首的思维可视化工具不仅有助于提升学生的思维能力，而且对学生的学习能力和教师的教学能力具有很大帮助[8]。在国外发达国家，思维可视化工具是其中小学教学中的必修课。虽然我国关于思维可视化工具的研究晚于国外，但其在数学、物理、化学、科学等学科已有了一定的实践与研究。张惠芳（2013）在《思维可视化技术在小学品德与社会学科教学中的运用》中指出运用思维可视化技术，改变小学品德与社会学科中存在的问题，使教师的教学目标更清晰、学生的学习方法更开放、课堂的实效性更彰显[9]。孙婷（2014）在《思维导图在初中化学教学中的应用研究》中结合初中化学学科特点，指出思维导图对教师专业水平提升、学生自主学习能力提升以及思维水平提升有一定的意义[10]。石国辉（2016）在《思维可视化在中学物理教学中的应用》中认为基于思维可视化的教学模式对学习具有促进作用，并根据不同的教学内容，提出了新授课模式、习题课模式、复习课模式三种教学模式[11]。高淼（2017）在《思维可视化在初中数学教学中的应用研究》中从思维可视化对学生数学能力培养的作用、在初中数学课堂教学方面的应用、在复习过程中的应用和在教师教案编写的应用这四方面都分别进行了论述。并指出在初中数学教学中充分利用思维可视化可以使学习过程更加精炼、逐步提升学生的思维能力[12]。借鉴思维可视化工具在其他学科的运用经验，在高中信息技术学科教学中合理运用思维可视化工具，可以转变教师的教学理念，活跃课堂的学习氛围，提高学生的思维能力和学习能力，从而提高学生的核心素养。

三、思维可视化工具应用于高中信息技术课中的教学探究

（一）思维可视化工具应用于高中信息技术课的教学设计原则

首先，充分发挥学生的自主性。传统信息技术课堂存在课时紧、任务重的现象。为了应对升学考试，教师采取满堂灌的授课方式，学生被动接受。教师或者教辅材料直接整理好的学习资料，虽然具有系统性、完整性，但缺少学生积极主动参与的过程。思维可视化工具强调学生个人对于知识的理解与认识。学生学习概念、区分知识点间的区别与联系、在不断的尝试过程中完善自己头脑中的知识图谱。充分有效地调动学生学习的积极性和主动性，激发学生的学习兴趣。

其次，培养学生的思维能力。中国的基础教育长期以来因其“机械灌输”，“知识中心”和“忽视学生思维发展”而受到批评。我国的学生一直以来被认为缺乏创造性、独立思考的能力。传统的教学方法过于注重学习结果，忽视了产生结果的重要过程。这个过程正是培养学生思维能力的关键。高中信息技术课的教学目标是培养学生的核心素养，本质上是基于思维的培养，培养学生辨别信息真伪、获取信息、应用信息、评价信息的能力。

最后，强调学生的主体地位。新课程标准要求教学以学生为主体，教师为主导。教师在课堂中属于辅助者，应给学生留出充足的自主探究时间。培养学生的自主探究能力和创新意识是信息技术课的教学目标。由于信息技术课是一门实践性较强的课程，需要学生动手实际操作，所以合理的教学安排有助于更好地发挥学生的主体性。

（二）思维可视化工具在高中信息技术课中的教学模式构建

2017年新课程标准指出高中信息技术课程内容包含必修、选择性必修、选修三大类型共10个模块，既有全面提升高中学生信息素养的基础内容，也有专业化、个性化提升内容[13]。高中信息技术课程具有理论与实践相结合的学科特点，转变传统的知识传授教学模式，将思维可视化工具应用于高中信息技术课中，有效发挥高中信息技术课程培养学生思维能力和问题解决能力的学科特色。笔者认为将思维可视化工具应用于高中信息技术课的基本教学模式应由课前准备、课上应用、课后复习三大环节组成。

1.课前准备

教师利用思维可视化工具进行备课，内容包含教学目标分析、学习者分析、教学内容分析、教学策略分析、教学方法分析和学习环境分析等（如图1所示）。这种备课方式便于教师更加清晰的掌握整个教学过程。将各节课的教学目标分析融合在一起，有利于教师掌握整门课程的教学目标。学生将头脑里已有的知识和在预习过程中获得的新知识用思维可视化工具进行梳理，将知识可视化后，知道自己的掌握情况以及了解新课的重难点。学生带着整理好的认知结构图以及问题进入新课的学习，使新课的学习更加高效和有针对性。在学习过程中，逐步完善已绘制的图表。利用思维可视化工具进行预习，能使学生对预习产生兴趣，逐渐提升学生的自学能力。

图1 教师课前准备的思维可视图

2.课上应用

课上教学分为四个步骤进行。第一步，展示思维可视图。学生展示预习时画的思维可视图，教师可以从中看出学生对旧知识的掌握以及新课预习的情况。传统教学模式下教师难以快速熟知学生对知识的理解程度，这种方式便于教师快捷了解学生的认知水平，可节省大量时间。思维可视化工具将学生的问题及时反映出来，为新课传授扫除障碍。第二步，新旧知识间建立联系。教师在绘制思维导图的同时，向学生提问，启发学生思维，帮助学生将旧有知识与新知识建立联系，遇到难以同化的知识点时需要教师的进一步指导。这个过程可以快速的发现问题并解决问题。第三步，小组合作学习。小组合作学习是激发学生学习热情、促进学生共同进步的关键一环。首先各小组观摩组内成员的作品，讨论其优点与缺点。然后，小组成员共同绘制一幅思维可视图，小组成员之间的思维碰撞能激起更多的灵感与思路。核心主题放置在中间最显眼的位置，学生们可以使用不同颜色进行绘制，教师根据观点的颜色、位置以及延伸的长度判断这一问题的重要性和讨论的方向。小组讨论结束后，学生们对本节课的内容又会有了新的认识。第四步，归纳总结。一堂课最后的总结是点睛之笔，学生重新利用思维可视化工具进行作图。学生再次画图时，会将新学到的知识融入到先前的知识结构图中，头脑中的认知结构已经在本节课中学习完善。将前后两幅思维可视图进行对比分析，学生对于本节课的掌握程度显而易见。

3.课后复习

课后复习是对新学到的知识的及时巩固。教师应对本节课的教学过程进行及时的反思，对自己和学生的思维可视图进行总结和评价。评价倡导多元化评价，即师生互评、生生互评和学生自评等。教师布置适当的作业来检验学生的学习效果。传统教学模式训练学生解题过程的规范化与步骤化，甚至在升学压力的驱使下，学习过程趋向僵化。利用思维可视化工具进行解题，可以训练学生的思维能力和问题解决能力。学生在练习过程中要利用思维可视化工具把思考过程、解题思路写出来。一方面，对于学生来说，解决问题的思路更加清晰、连续。另一方面，便于教师准确高效地对学生进行指导，将关注重点从结果转向过程。

四、总结

希望本文能给一线教师提供理论支持，改善高中信息技术课的现状。本文倡导一线教师将思维可视化工具运用到高中信息技术课堂中去，逐步提升学生的思维能力和学习能力。本文的研究也具有一定的局限性，运用该模式进行实证研究是接下来的重点研究问题。