基于思维可视化理念的结构化板书

单世乾 耿秀梅

摘要：思维可视化是发展关键能力的关键路径。板书作为一种可视化语言，可用契合教学需要的结构化知识脉络图呈现知识思维结构化过程。常见的知识思维结构图有概念比较的双气泡图、元素化合物价类二维图、问题解决鱼骨图、元素周期律锚图等。基于知识思维结构图板书的教学有三个程序：根据教学内容特点和教学目标匹配合适的思维结构图；呈现解决问题的关键思维要素，设计“情境—证据—因果”的思维路径；基于真实问题建构思维模型。

关键词：关键能力；思维可视化；结构化板书；结构图

文章编号：10056629（2022）12003605

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

培养学生思维能力是提升学生关键能力的重要途径。心理学家林崇德曾高度评价“思维”的价值与意义，他指出：不管是智力还是能力，其核心成分都是思维^［1］。从这个意义上讲，思维是组成关键能力的基本单元。化学思维能力是化学学科关键能力的基础，杨季冬从思维角度给出关键能力的构成要素，包括抽象思维、概括思维、推理思维、模型思维等^［2］。当学生的思维水平与素养目标不一致的时候，他们所学的知识常常是零散的、碎片化的，难以形成系统连贯的体系，导致在元素化合物、概念、原理、实验等模块内容的学习中困难重重，更无法在真实情境中进行判断与决策。因此，化学教学呼唤思维教学，而思维本身是抽象不可视的，在实际教学中，应借助工具将内隐思维外显，建构思维逻辑，提升思维品质，以培养指向未来的关键能力。

1 思维可视化的板书设计

1.1 思维可视化

思维可视化是指运用一系列图示技术把本来不可见的思维（思考方法和思考路径）呈现出来，使其清晰可见的过程^［3］。通过不同呈现方式，将概念系统中知识整合和解决问题的思维过程以各种直观形象的结构图示表现出来，形成促进思维发展的引导框架和网络^［4］。

华东师范大学现代教育技术研究所“思维可视化教学体系”研究团队提出了“学科思维导图”的概念，使其成为“思维可视化教学体系”中一个比较重要的教学工具。学科思维导图指以图示（以层级结构为主）或图示组合的方式对学科知识体系进行结构化表征（解构、建构、重构）的过程。学科思维导图的结构化思维强调概念与概念之间必须有清晰明确的逻辑关系，必须按学科本身的结构、规律、特点进行严谨、规范、科学的绘制，对绘制者的逻辑思维能力及学科功底有较高的要求^［5］。

利用思维导图的绘制过程与教学环节相融合，构建思维教学与思维可视化共同体。绘制学科思维导图，要求提取与整合众多信息的关键要素，找出其逻辑关系、将信息关联并呈现出结构化的知识脉络和概念应用的思维逻辑，同时在学习过程中建立思维模型，形成解决问题的策略化思维，这一创建“知识思维结构化”板书的过程，正是学生关键能力发生、发展的过程。

1.2 知识思维结构化板书

板书是基本的教学媒介，是一种可视语言。精心设计的板书具有“提纲挈领、画龙点睛、聚焦思维、示范引导”的作用，促进教学目的的实现和教学任务的完成，即使在现代教育技术日趋成熟且多样化的今天，也依然有着不可取代的地位。传统的板书设计重视重难点知识的呈现和例题的示范解答，对于观念、概念的逻辑关系少有精心布局，且忽视学生思维的探索。结构化板书能够基于学习目标，围绕主题内容，将学科的核心知识、核心概念及构建的思维方式等，以结构化图示形式呈现在黑板上。可以看出，结构化板书契合教学需要，明晰教学的过程结构，是思维可视化教学的重要手段之一。郑维恩在政治教学中概括了“线式、辐射式、鱼骨式”思维导图，以突出内容逻辑和学生思维的板书^［6］。李云主张“以图赋能，重构知识架构”，强调围绕核心概念建构知识网络，突出事实逻辑和问题本身的邏辑、打通学生思维障碍，关注问题的场景转换并把握问题的关联性，提升思维品质，拓展学科思维容量^［7］。杨小亮认为，层级图生物教学板书，具有“聚焦核心内容，构建知识主体框架；聚焦内在逻辑，展现知识基本脉络；聚焦问题探究，提高学生课堂参与；聚焦类似知识，培养学生对比能力”的功能^［8］。以上教学实践探索无一不是突出知识思维结构图设计。从学理角度，利用板书在教学活动过程中将知识结构图按照思维逻辑有序绘制出来，是关键能力教学中必要且有效的实践，在化学教学中，可以依据不同的内容特点及教学要求，设计并建构不同类型的结构图。

1.2.1 “概念对比”型知识思维结构化板书

概念本身就是对事物的抽象概括，化学概念不仅是基础知识的组成部分，还承载着发展学生思维能力的功能。化学概念的形成与应用，对学生的抽象思维、概括思维、推理思维具有举足轻重的作用。学习化学概念需要有两个认知过程：概括过程和辨别过程。概括和辨别实际上是知识构建的过程，在概念的建构中为了避免出现泛化或窄化，在教学中一般不会孤立地讲授某单一概念，而会是一组概念的教学。因此，教师在讲授概念的同时，还要引导学生将新授概念和自己原有概念进行整合、对比，建构起具有一定层次结构的概念网络^［9］。

以化学平衡为例，作为化学平衡的核心概念，平衡常数和勒夏特列原理各有特点又相辅相成，可利用双气泡图板书（如图1）展示二者的异同，促使学生通过结构化思维发展关键能力。

1.2.2 “元素化合物”型知识思维结构化板书

元素化合物是高中化学必修课程的核心内容，看似繁杂无序的物质性质与应用向来是学生学习的难点，需要在学习中建立基于物质类别、元素价态和原子结构预测及检验物质性质的认识模型，发展物质性质和物质用途关联、化学物质及其变化的社会价值的认识水平，尤其在环境保护、食品安全、资源可持续开发与利用等方面，体现了关键能力的应用意识與发展水平，其中，预测性质及变化、设计方案、基于证据推理等特有的化学思维活动，明确指向概括思维、推理思维和模型思维，可利用价类二维图板书（如图2）展示物质的转化类型及应用原理。

1.2.3 “制备实验”型知识思维结构化板书

化学实验学习是培养学生感性认知的重要方式。利用化学实验获取实践探索的证据，并以此为基础进行推理、论证、得出结论，其设计与实践过程中体现的思维的逻辑，对于学生关键能力的发展起着关键作用。围绕物质性质与反应规律的研究、物质制备、物质分离与提纯等设计实验，在知识结构化过程中解决实际问题。在教学中可利用物质制备鱼骨图（鱼头向左）板书（如图3），认识解决实验任务的一般思路和方法，建立推理思维模型；如果实验不成功，分析原因鱼骨图（鱼头向右）板书，形成实验失败归因的一般思路和方法，同样建立推理思维模型。

2 知识思维结构化板书的教学组织

关键能力教学崇尚结构化学习，在教师示范知识从“零散”走向“群组”的过程中，学生能够对知识的层次进行概括、关联、整合，说明、论证、推导等；在后续类似的真实情境之中，学生将再度凭借思维能力，连结更多跨越情境的知识网络与体系^［10］。知识思维结构化板书是呈现知识逻辑和思维逻辑的图文资源，在建构知识思维结构化板书时，首先应依据教学内容寻找合适的思维结构图，能够体现知识和思维结构化，注重师生互动过程中的学生参与，在这一过程中建构结构化思维模型，以及应用思维模型解决生产、生活中的化学问题的过程。这一历程展示并规范了思考方法和思考路径，融合了化学观念、化学思维和化学价值，是学生发展化学关键能力的应然选择。

2.1 适配结构图

知识思维结构化板书教学的第一步，是教师根据教学内容特点和教学目标匹配合适的思维结构图。依据高中化学内容特点与思维要求，可分类选择合适的结构图。例如，化工生产中从原料到产品的加工路径可用流程图展示；实验室及生活生产中问题解决的方案设计和归因判断，需要分类分析原理并搞清逻辑结构，可用鱼骨图表达；无机物与有机物中各物质的类属关系，利用树状层级图脉络清晰；元素周期律学习中，要结合周期表大致结构图、位构性变化规律、文字，可设计锚图^［11］；多变价的非金属元素及其化合物，利用价类二维图，使得不同类别物质的转化原理有章可循；展示物质“类别、性质、应用、获取与保存”间逻辑关系的知识网络图，蕴含着人类认识和探索客观世界的思维逻辑，既是概括思维，也建构了分析与解决问题的思维模型。

2.2 设计思维路径

学科知识是学科能力和素养的基础，知识转化为素养的前提是在教学中挖掘和外显学科知识蕴含的思维角度和思维路径^［12］，并应用于解决实际问题，体现了知识→思维→模型→应用的路径。在建构结构化板书时，要以“真实问题”为知识建构的逻辑主线，从思维构成出发，通过抽象→概括→推理→模型，呈现解决问题的几个关键思维要素和思维逻辑^［13］。如氮气与氧气、氢气反应为什么需要这么苛刻的条件，与氮元素的非金属性较强有无矛盾？这一问题有效串联了“结构决定性质”的化学观念，推进了“含氮污染物治理的理想产物与所需试剂、工业合成氨改进路径”等学科价值与社会责任的生成与内化，也同时可以进一步激发疑问“雷雨发庄稼、硝酸型酸雨、硝酸工业的同与异”，并且经历哲学思辨获得理性认知。在结构化板书设计中要体现解决问题的关键节点，根据知识空间理论，这些节点都是思维的转折点，是驱动学生思考和培养学生思维品质的关键点。生产、生活情境中的化学归因评价问题，因其具有多因素、多变量、多结论以及学科性、复杂性、综合性，是评价、考查化学关键能力的经典原型。需在教学中利用结构化板书（如图4），引导学生建构以下思维路径“分析实验原理→研究实验变量→获取相关证据→解释出现现象”，使思维逻辑可视化，从而深刻理解化学反应的调控在生产生活中的应用。

2.3 建构思维模型

因课堂教学的具体内容不同、学生学情不同等，在建构结构化板书时所用的方法及侧重点也会不同。如在概念教学中，由于抽象与概括的要超出学生的现有水平，一般由教师主体建构，学生在理解中欣赏，在领悟中适应，在应用中创造；元素化合物教学，深入生产生活实际，可在教师引导下学生主体建构，尤其在物质制备、化学品应用、污染治理等生活问题的分析解决时，学生经由小组合作补充完善，形成结构化板书，这种基于证据的实践创新和团队合作的探索活动，建构模型也是应用模型解决问题，正是发展关键能力重要且必要的经历。同时，针对新情境下问题的解决，引导学生学会从“必备知识、信息设置、关键能力”三个维度概括提炼；针对学科问题的解答，善于从“核心概念理解、思维品质、思维模型、规范表达”四个层次反思提升，真正做到教学评的一致性。知识→思维→模型→应用，学生获得的多维立体的结构图，这一过程，是认知过程，也是合作过程和创造过程，是关键能力自然发生、发展的过程。

3 小结

第一，作为基本的思维可视化工具，知识思维结构化板书的功能起点在于激发兴趣、督促学生形成优化思维的自觉，板书设计要带给学生科学美学的视觉和思维刺激，必须遵循简约美、规范美、艺术美、应用美，实验装置简笔画要生动形象，文字与图片、线条清晰有序、错落有致，这都需要在课前充分预设和合理布局。

第二，思维可视化工具要坚持课堂活动与思维工具的“学习者控制”“主动参与”“创造生成”等特征^［14］。知识思维结构化学习最终呈现的是结构化的学科思维导图，但不是一个静态的图片，板书作为思维导图，具有思维导向、聚焦思维的基本功能，学生中心、学习中心的学习特征，决定了知识思维结构图的学生参与性和动态生成性。

第三，关键能力的本质是真实问题的解决能力，因此，知识思维结构化板书的终极价值是功能模型化。即以知识结构化为载体，以逻辑思维为工具，在问題解决过程中完成思维模型建构。这一过程还要关注评价及评价示范。例如，物质生产的工业设计评价要素，除了化学原理、科学技术还有科学伦理；污染物的去除要从反应原理出发，考虑特定条件下的转化愿景（三等级：无害化、价值化、全转化）；物质制备问题的分析有四个要素，同时又存在因果关系，即考虑性质（防氧化、防分解、防挥发）→研究原理（反应类型、反应条件、分离提纯）→选择仪器（发生、除杂、尾气）→规范操作（促转化、促分离、保安全）；对于定量实验方案，其评价标准在于是否“全转化、全吸收、无干扰”等。学生在应用模型时可基于问题解决的程度评价其有效性，也会反思其预定的评价标准的效度，经历实践应用和反思后再改进模型和评价标准。

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