思维可视化促进高中生“模型认知”评价

范丽花 福建省南平市松溪县第一中学

随着教育改革的深入推进，高中阶段的教学目标已经从单纯的知识传授进一步转向对学生核心素养的提升，而“模型认知”作为科学素养的重要组成部分对学生的思维拓展和对问题的解决有着至关重要的影响，然而如何有效地评价学生的“模型认知”素养以及如何通过教育评价策略促进学生进一步发展，仍是当前教育领域面临的一大挑战。在当下社会，思维可视化技术在教学领域的应用日益广泛，思维可视化指的是以图示或图示组合的方式把原本不可见的思维路径、结构、方法和策略呈现出来，使其清晰可见的过程。实现思维可视化的图示技术主要包括图示方法和生成图示的软件。思维可视化以可视化为隐性思维过程的显性载体，以思维训练和思维发展为根本目的，它通过图形、图像等视觉手段将抽象的思维过程具象化，有助于学生更好地理解知识和发展思维能力，将思维可视化技术应用于教育评价可以更直观地展现学生的思维过程和认知水平。从本质上看，思维可视化就是让不可见的思维过程显性化、具象化，并通过图示将最终的思维结果分解细化，以更小的思维区间展现思维的过程，同时兼顾思维的过程与结果，从而提高信息处理的效率与教育教学效能。因此，思维可视化可以为教师提供更准确的评价依据和制定更具针对性的教学策略。本文将结合思维可视化的教育评价策略来探讨思维可视化对高中生“模型认知”素养发展的影响，并深入分析思维可视化技术在教育评价中的具体应用及如何促进学生“模型认知”素养的发展等问题，以期为未来的高中教育改革提供有益的价值借鉴和参考。

一、思维可视化教育评价策略的理论基础

（一）思维可视化的概念及其在教学中的应用

思维可视化指通过视觉化的方式呈现思维活动的具体过程及其结果，在实际教学过程中，思维可视化能够通过图表、图像、动画等多种形式将抽象的思维过程具象化，帮助学生更好地理解和掌握所学知识。思维可视化在教学中的应用主要包括概念的可视化、过程的可视化、关系的可视化、数据的可视化等方面。概念的可视化能够将抽象的概念转化为图表或图像来帮助学生更好地理解与记忆知识；过程的可视化则是进一步将思考问题的过程、解决问题的步骤以图表或动画等形式展示，并帮助学生更清晰地了解问题的解决思路；关系的可视化指将知识之间的关系用图表展示并帮助学生理解知识结构及其具体的内在联系。此外，数据的可视化能够帮助学生更直观地理解数据的含义及其内在蕴藏的规律。

（二）教育评价策略的内涵及其对学生发展的影响

教育评价策略指用于评价学生学习及其具体发展情况的方法与工具，其不仅关注学生的知识掌握程度，还会对学生的思维能力、解决问题的能力、合作能力等进行综合评价。教育评价策略对学生发展的影响主要体现在能够通过及时准确的评价和反馈来激发学生的学习兴趣和学习动力，从而更好地指导学生的学习方向。此外，教育评价策略可以帮助教师了解学生在某一阶段具体的学习目标与学习要求，进一步对学生的学习规划进行调整和引导。当然，评价策略也应尊重学生的差异性，帮助其发展自身的特长与潜力。

（三）“模型认知”素养的内涵及其在高中教学中的重要性

“模型认知”素养指学生使用模型来理解与解决问题的能力，其可以是对现实世界的简化和抽象的表达，也可以是符号、图表、图像等形式。在高中教学过程中，培养学生模型认知素养的重要性主要体现在：通过使用适当的模型，可以使学生更好地理解问题的本质与关键性因素，从而大幅提高解决自身问题的能力，同时也可以激发学生的创造力，并帮助他们从新的角度来解决具体问题。由于“模型认知”通常涉及多个学科领域的知识，其可以促使学生将各学科知识进行整合和应用，同时帮助学生实现对知识的观察、归纳、推理等科学思维能力的全面完善。

二、思维可视化教育评价促进高中生“模型认知”素养的意义

（一）帮助学生构建清晰的模型认知框架

以高中数学学习为例。学生需要掌握大量的知识点和概念，而这些知识点和概念之间往往存在着复杂的联系。通过概念图、思维导图等思维可视化工具，学生可以将这些知识点和概念有机地整合在一起，形成一个清晰、系统的模型认知框架，不仅有助于学生理解和记忆知识，还能够提升学生运用模型解决问题的能力。思维可视化教育评价通过直观、形象的方式展现学生的思维过程，对帮助学生构建清晰的模型认知框架具有显著作用，具体表现在以下几个方面：第一，在数学等科学学科中，学生需要掌握大量概念和原理。思维可视化工具可以帮助学生将这些概念进行分类、梳理和整合，形成一个层次清晰、关联明确的知识网络，这样的网络结构有助于学生更好地理解和记忆相关概念，同时也为后续的模型构建提供了坚实的基础。第二，思维可视化工具不仅可以用于展现已有的知识，还可以用于辅助学生构建新的认知模型。通过图形、图像等直观形式，学生可以更加清晰地理解模型结构、功能和运行机制，而且思维可视化工具还可以帮助学生将抽象的模型具体化、形象化，从而降低认知难度，提升学习效果。第三，在模型认知过程中，学生需要经历观察、分析、归纳、推理等一系列思维活动。思维可视化教育评价可以实时展现学生的这些思维过程，帮助学生及时发现并纠正自己的认知偏差和思维误区；教师也可以通过观察学生的思维过程，了解其学习状况和困难，从而提供更有针对性的指导和帮助。第四，思维可视化工具还可以作为学生之间、师生之间的交流媒介。通过展示自己的思维过程和认知模型，学生可以与他人进行深入的讨论和交流，拓宽自己的视野，丰富自己的认知。这种互动式的学习方式不仅可以提升学生的模型认知能力，还可以培养学生的团队协作能力和沟通能力。

（二）可以揭示学生的模型认知过程

在传统的教学评价中，教师往往只关注学生的答案是否正确，而忽略了学生的思维过程。思维可视化教育评价是一种独特的教学评价方法，它可以通过图形、图表、思维导图等视觉工具将学生的思维过程和认知结构以直观的方式呈现出来。在模型认知的过程中，这种评价方式能够深入揭示学生对模型的理解、构建和应用过程，为教师提供学生模型认知的丰富信息，帮助教师更好地指导学生的学习。思维可视化教育评价能够清晰地展现学生对模型概念的理解过程。在数学、物理等理科学科中，模型往往用来描述和解释复杂的现象和过程。通过思维可视化工具，教师可以观察学生是如何将这些抽象的概念和现象与具体的模型联系起来的，从而判断学生对模型概念的掌握程度。当然，在模型认知过程中，学生不仅需要理解模型的概念，还需要学会如何构建和应用模型，而思维可视化工具可以帮助学生将构建模型的过程以图形化的方式表达出来，使教师能够清晰地看到学生在构建模型时的思维路径和方法。此外，思维可视化教育评价还能够展示学生应用模型解决问题的能力。通过让学生将问题解决的过程以思维导图或流程图的形式呈现出来，教师可以直观地看到学生是如何运用所学知识和模型去分析和解决问题的，从而评估学生的模型应用能力和问题解决能力。通过观察学生的思维可视化成果，教师可以发现学生在理解、构建和应用模型时可能存在的问题与偏差，从而及时进行干预和指导，帮助学生纠正错误的认识和思维方式。

（三）可以提升学生的模型创新能力

通过思维可视化工具，学生可以将自己的创新想法以直观的形式展现出来，与教师和同学进行交流和讨论，这样不仅可以激发学生的创新灵感，还能够提升学生的模型创新能力和科学素养。思维可视化教育评价在提升学生的模型创新能力方面发挥着重要作用，这种评价方式通过图形、图表、思维导图等视觉工具，将学生的思维过程和认知结构直观地呈现出来，从而激发学生的创新思维，提升学生的模型构建和创新能力。首先，思维可视化教育评价鼓励学生进行自由联想和想象，打破传统思维模式的束缚。在可视化工具的辅助下，学生可以更直观地看到知识之间的联系和规律，发现新的问题和解决方案，这种自由联想和想象的过程有助于培养学生的创新思维和模型构建能力。其次，思维可视化教育评价提供了丰富的视觉元素和认知工具，如流程图、概念图、鱼骨图等，这些工具不仅可以帮助学生整理和表达知识，还可以引导学生从不同角度思考问题，拓展思维空间。通过使用这些工具，学生可以更深入地理解模型的结构和功能，提出更具创新性的模型改进方案。最后，思维可视化教育评价还注重培养学生的批判性思维和问题解决能力。在评价过程中，教师鼓励学生对自己的思维过程和模型进行反思和质疑，发现其中的不足和问题并提出改进意见，这种批判性思维的培养有助于学生在模型创新过程中保持谨慎和开放的态度，不断完善和优化自己的模型。最后，思维可视化教育评价还为学生提供了展示和交流的平台。学生可以将自己的创新模型和思维过程以可视化的形式展示出来，与他人进行分享和讨论，这种展示和交流的过程不仅可以激发学生的创新灵感，还可以促进他们之间的相互学习和合作并进一步提升其模型创新能力。

三、思维可视化教育评价策略的实施过程

（一）设计富有针对性的思维可视化教学方案

在教学目标设置方面，思维可视化教育评价策略旨在培养学生的思维能力、创新能力和模型认知素养，这就要求教师能够明确教学目标，将其划分为学科知识、思维能力、模型认知三个层面，并进一步为每个层面设定具体的教学目标。在设计思维可视化教学方案过程中，教师应考虑如何将学生学科知识学习与培育思维能力进行高效结合；而且，教师的教学方案也需要明确具体的教学内容、教学方法和所需的教学资源，同时还要注意相应的思维可视化工具的实际运用。在教学活动设计方面，教师需根据教学方案来设计不同类型的教学活动，如案例分析、实验探究、小组讨论、项目研究等来提高学生的思维能力和创新能力；在设计活动过程中，教师还应合理运用思维可视化工具使学生能够更为直观地理解与运用知识。当然，教师也应及时为学生提供与思维可视化工具相关的实例和对应的练习内容。

（二）思维可视化教育评价策略的实施步骤

在教学过程中，教师通过引入思维可视化工具进行示范或解释，可以帮助学生更为直观地了解如何消化理解相关知识内容。例如，教师可以借助投影仪或电子白板等设备来展示图表、图像、模型，以激发学生的兴趣，活跃学生的思维。此外，教师还可以设计一系列互动式教学活动来鼓励学生运用思维可视化工具进行思考、讨论和解决问题。例如，课堂上可以采用小组讨论的方法使学生全身心参与活动，并通过使用图表或模型的路径共同探讨和解决问题。针对学生的学习差异，教师可以提供更为个性化的学习支持，如对于思维能力较弱的学生，需要提供额外的指导或练习，这样具有较强针对性的教学方式可以帮助学生更好地理解与应用思维可视化工具。当然，对于思维能力较强的学生，可以提供较为复杂的问题来促进他们深度思维和创新能力的突破。最后，学生可以分享他们在思考过程中想到的不同解决方案并及时接受教师和其他同学的评价与建议，教师也要注意鼓励学生并对学习过程进行反思与总结。

（三）制定有效的评价标准和评估策略

教师可以设计基于高中各学科知识的评价任务或考试来测试学生对知识的掌握程度，并通过观察、听取、记录等方式的综合运用，评估学生思考的深度与逻辑性、问题解决能力和创新思维能力等方面的具体表现。此外，教师还可以鼓励学生进行自我评价，并与同学进行互评，让学生主动评价自己的思维能力和自身模型认知素养的发展。最后，教师可以结合评价结果指导学生如何改进与思维可视化有关的策略，并进一步提升教学质量，推动教学改革。

总的来说，思维可视化在促进高中生模型认知能力发展方面具有显著作用。通过将抽象的思维过程和知识结构以图形、图像、动画等形式呈现出来，学生能够更直观地理解知识本质及其内在联系，更好地建立知识模型，提高解决实际问题的能力。因此，教师在教学中应积极采用思维可视化教学策略，注重培养学生的自主学习能力和合作探究能力，关注学生的思维过程和认知发展，为学生的全面发展奠定坚实的基础。此外，教师需要进一步深化教育改革，加强思维可视化和模型认知的理论和实践研究，不断完善和优化教学策略和方法，为培养具有创新精神和实践能力的人才贡献力量。