思維可視化研究之目的與技術(shù)支撐

編者按：“未來課堂”項(xiàng)目是華東師范大學(xué)“985工程”《教師教育創(chuàng)新基地和優(yōu)勢學(xué)科平臺建設(shè)》子項(xiàng)目“教師實(shí)踐創(chuàng)新的主陣地”研究內(nèi)容之一。該項(xiàng)目由華東師范大學(xué)張際平教授領(lǐng)銜，帶領(lǐng)強(qiáng)大的研究團(tuán)隊(duì)，并與多家科技企業(yè)緊密合作，經(jīng)過兩年左右時間的研究，在課堂的理論研究、物理空間的設(shè)計(jì)、新技術(shù)新媒體的運(yùn)用、多種互動形式的實(shí)現(xiàn)、學(xué)生座位的形態(tài)組合、教學(xué)平臺的設(shè)計(jì)開發(fā)、新型教學(xué)模式的創(chuàng)建及教學(xué)實(shí)踐的探索等方面均取得了很大成果，引起了社會各類教學(xué)機(jī)構(gòu)和部門的極大關(guān)注。本文為專欄系列文章的第九篇。

對教學(xué)過程而言，“思維可視化”是指將原本不可見的思維路徑、方式、規(guī)律運(yùn)用圖示或圖示組合的方式呈現(xiàn)出來，以期實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)記憶及加深理解的效果。其本質(zhì)也就是隱性思維顯性化的過程。本研究從主體目標(biāo)來說是希望：①基于未來課堂環(huán)境，構(gòu)建基于思維可視化技術(shù)的學(xué)科教學(xué)模式。重點(diǎn)通過讓教師掌握各項(xiàng)思維可視化技術(shù)并將其運(yùn)用到教學(xué)實(shí)踐中，提高課堂教學(xué)效能，同時促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展。②探討技術(shù)環(huán)境下的可視化學(xué)科教學(xué)實(shí)踐，形成思維可視化技術(shù)進(jìn)行學(xué)科教學(xué)的理論體系。（備注：在相關(guān)研究中，很多機(jī)構(gòu)使用了“知識可視化”的概念，而我們使用的是“思維可視化”概念，這兩者有何區(qū)別？我們認(rèn)為“知識”這個概念比較表層化，不是本質(zhì)，知識背后的規(guī)律以及加工知識的過程即思考過程才是本質(zhì)，所以用“思維可視化”這一概念更能體現(xiàn)這個過程的本質(zhì)。）

● 研究之目的

1.實(shí)現(xiàn)教學(xué)效能倍增

教學(xué)是教育的核心之一，好的教育必須要有好的教學(xué)，那么什么是“好的教學(xué)”？結(jié)合新課改的三維教學(xué)目標(biāo)（知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三個維度），可以基本得出三項(xiàng)評價指標(biāo)：第一，學(xué)生的學(xué)業(yè)水平（成績）要好；第二，學(xué)生解決問題的能力（主要是思維能力）要強(qiáng)；第三，學(xué)生要有積極健康的人格。那么，能更好地實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)的教學(xué)就是“好的教學(xué)”，也可稱之為“高效能教學(xué)”；反之，則是“差的教學(xué)”，稱之為“低效能教學(xué)”或“負(fù)效能教學(xué)”。那么當(dāng)前在基礎(chǔ)教育階段，學(xué)校的“教學(xué)效能”是高、是低、還是負(fù)的呢？這個現(xiàn)狀大家都很清楚：教師教得累，學(xué)生6GAfEtmWY09x09DaftpgFAwQKhUuMuVWyrhnjdMFwiU=學(xué)得苦，然而學(xué)生的整體學(xué)業(yè)水平并不理想，成績優(yōu)秀者并不多，兩極分化和大面積不及格現(xiàn)象非常嚴(yán)重。另外，厭學(xué)情緒在中小學(xué)生群體中不斷蔓延，據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前有近70%的學(xué)生具有不同程度的厭學(xué)心理，而至于“能力”這一項(xiàng)，顯然比前兩項(xiàng)的情況更糟糕。由此可見，“教學(xué)效能”的整體水平是很低的。那么原因在哪里？

本研究認(rèn)為問題的根源在現(xiàn)行的教學(xué)方式和方法——教師為了提高學(xué)生成績，擠、搶、霸占時間，大量、重復(fù)、機(jī)械地向?qū)W生灌輸知識；學(xué)生則長期陷入“死記硬背”和“題海戰(zhàn)術(shù)”之中，身心疲憊，暈頭轉(zhuǎn)向。關(guān)注“成績”沒有錯，我們一直認(rèn)為“不出成績的教學(xué)”一定算不上“好的教學(xué)”，讓學(xué)生取得好成績，無可厚非。但問題出在大多數(shù)教師根本沒搞清楚“好成績到底是從哪來的”。其實(shí)，學(xué)生的成績（尤其是初高中學(xué)生）并不是來自于教師們常掛在嘴邊上的“四多”（多讀、多寫、多背、多做題），而是思維能力。因?yàn)榻裉斓闹懈呖迹嫉牟⒉皇撬乐R——基于對中高考試題的深入分析，我們證實(shí)中考題中有50%是考學(xué)生思維能力的，而高考題有80%是在考學(xué)生思維能力。因此，思維能力的強(qiáng)弱才是決定成績優(yōu)劣的關(guān)鍵因素。然而，傳統(tǒng)教學(xué)模式過度關(guān)注“知識”卻忽視知識背后的“思維”，使學(xué)生長期處于“淺思考”甚至“不思考”狀態(tài)，從而導(dǎo)致學(xué)生的思維能力發(fā)展受阻。所以，年級越高，學(xué)生“掉隊(duì)”的越多，兩極分化和大面積不及格現(xiàn)象越嚴(yán)重。

本研究的主要目的之一是希望通過思維可視化技術(shù)的運(yùn)用，引領(lǐng)教師把教學(xué)關(guān)注點(diǎn)從“知識”轉(zhuǎn)移到“思維”，從而持續(xù)提升學(xué)生的思維能力，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效能的倍增。

2.讓自主探究學(xué)習(xí)“落地”

新課程改革要求教師培養(yǎng)學(xué)生自主、合作、探究的學(xué)習(xí)方式，使教學(xué)從“以教師為中心”轉(zhuǎn)向“以學(xué)生為中心”。為積極響應(yīng)教改計(jì)劃，各地學(xué)校進(jìn)行了大量的、有益的探索，如小組合作式學(xué)習(xí)、生命課堂、學(xué)本教育、生本教育等，但經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有不少學(xué)校，由于課堂沒有教師主導(dǎo)又缺少具體、有效的方法支持，課堂秩序無法保證，學(xué)生一盤散沙，好動的靜不下來，好靜的不愿參與，結(jié)果遭到教師、家長、學(xué)生的一致抵制，難以繼續(xù)推進(jìn)。究其根源，在方向不清，定位不準(zhǔn)，又缺少方法和技術(shù)支持的情況下，硬著頭皮改變課堂教學(xué)模式，其教學(xué)效能必然大打折扣。推廣自主探究式學(xué)習(xí)的前提是要提供行之有效的方法，讓教師和學(xué)生都嘗到“甜頭”（效能的提高），然后逐步培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識，在“愛學(xué)習(xí)”和“會學(xué)習(xí)”的條件下實(shí)施，而其中“會學(xué)習(xí)”是自主探究式學(xué)習(xí)取得效果的關(guān)鍵因素，其核心是教會學(xué)生應(yīng)如何思考，而這正是本研究的主要目的與價值之一。

3.實(shí)現(xiàn)“素質(zhì)”與“應(yīng)試”教育的統(tǒng)一

我國從1983年提出素質(zhì)教育的方針以來，很多人便誤認(rèn)為“素質(zhì)”和“知識”是對立的，始終將“素質(zhì)教育”無法落實(shí)的根源歸罪于“應(yīng)試教育”，把矛頭指向中高考。然而考試是一種相對公平的教育資源分配和人才選拔制度，是保證公平的有效方式，不會也不能被取消，所以“考試”并不是問題的真正所在。另外，不少人還錯誤地把學(xué)鋼琴、學(xué)跳舞、學(xué)畫畫等當(dāng)成“素質(zhì)教育”，其實(shí)這并不是人的“核心素質(zhì)”，而是一項(xiàng)技能、一種特長。人的“核心素質(zhì)”是心智模式——思維能力（系統(tǒng)思考能力）和心理能力（積極健康的心理狀態(tài)）。本研究將日常教學(xué)聚焦在“發(fā)展學(xué)生思維能力”上，使學(xué)生“會學(xué)”，同時帶動學(xué)生“愛學(xué)”和“樂學(xué)”的積極心態(tài)，最終使學(xué)生獲得好成績。這樣我們便能將“素質(zhì)教育”和“應(yīng)試教育”統(tǒng)一起來，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效能的最大化。

4.為教育信息化開辟新的發(fā)展道路

從1946年美國教育家戴爾提出“視聽教學(xué)法”開始，教育技術(shù)便作為輔助教學(xué)的重要手段發(fā)展起來。其后隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)的教育應(yīng)用也得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。進(jìn)入數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化時代，信息的傳播打破了時間、空間和對象數(shù)量的限制，如基于“云計(jì)算”的教育平臺可以使教育資源在更大的范圍進(jìn)行共享，使學(xué)習(xí)者獲取信息更為便捷。然而，對于個體學(xué)習(xí)者而言，下一步他們需要的是什么？是更快的網(wǎng)速、更大的信息量，還是更“酷”的用戶體驗(yàn)？也許都要，但這些絕不是最重要的。最重要的是“效能”，學(xué)得更快、更清晰、更深入，同時還鍛煉了思考能力，啟發(fā)了智慧，這才是效能的真正體現(xiàn)。

然而，當(dāng)前國內(nèi)關(guān)于教育信息化的研究大多是集中在網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)、信息環(huán)境優(yōu)化、終端開發(fā)（如電子書包、智能手機(jī)、電子白板等）領(lǐng)域，很少有從事教學(xué)內(nèi)容（當(dāng)然是指能夠提高教學(xué)效能的內(nèi)容形式）開發(fā)的。即使有做內(nèi)容開發(fā)的，也多是以題庫、教學(xué)視頻、動漫等形式呈現(xiàn)的，并不能幫助學(xué)生建立系統(tǒng)的知識架構(gòu)并同時發(fā)展其思維能力，是信息和知識的可視化而非思維的可視化，對提高教學(xué)效能沒多少幫助，甚至?xí)?qiáng)化學(xué)生“被動學(xué)習(xí)，不愛思考”的習(xí)慣，所以這些并不是高效教學(xué)資源的開發(fā)方向。而本研究就是要運(yùn)用思維可視化技術(shù)開發(fā)出具有“思維可視”特點(diǎn)的新形式教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)“教”與“學(xué)”的效能倍增。

綜上所述，讓更多教師掌握和運(yùn)用思維可視化技術(shù)，創(chuàng)建思維型課堂，開發(fā)思維可視化教學(xué)資源，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中實(shí)現(xiàn)一舉多得——建立清晰的知識體系，發(fā)展系統(tǒng)思考能力，同時獲得良好的學(xué)習(xí)成績，是我們推進(jìn)教學(xué)改革，提高教學(xué)水平的唯一正確途徑，是勢在必行、刻不容緩的事情，也是教育信息化發(fā)展的新方向、新領(lǐng)域、新天地。

● 技術(shù)支撐

由于“思維可視化”的本質(zhì)是隱性思維顯性化的過程，也就是將不可見的思維路徑、方式、規(guī)律運(yùn)用圖示或圖示組合的方式呈現(xiàn)出來，所以各類技術(shù)支撐就顯得尤為重要。本研究中的未來課堂建設(shè)，就是為了充分利用現(xiàn)有各種新技術(shù)來支撐教育信息的有效呈現(xiàn)與互動。歸結(jié)起來，思維可視化的技術(shù)支撐主要是：

1.圖示技術(shù)

圖示技術(shù)（是指能幫我們理清概念之間的邏輯關(guān)系并將其中的思考方法及思維路徑以視覺信息呈現(xiàn)出來的圖示或圖示組合）是實(shí)現(xiàn)思維可視化的基礎(chǔ)。最初，技術(shù)教育應(yīng)用發(fā)端于視聽技術(shù)，主要以錄音、圖像、電影等視聽信息來輔助教學(xué)。依據(jù)1946年美國試聽教育家戴爾提出的“經(jīng)驗(yàn)之塔”理論，這些“視聽信息”比其上層的言語和視覺符號更具體、更形象，所以更容易激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，也更好理解和記憶。然而，這些“視聽信息”刺激的主要是人的感知記憶層，并不能將人的“知識加工”過程即“思考過程”呈現(xiàn)出來，所以無法實(shí)現(xiàn)思維可視化。自上世紀(jì)60年代開始，各種能呈現(xiàn)思考方法及思維路徑的圖示技術(shù)開始發(fā)展起來，如英國人東尼·博贊（Tony Buzan）發(fā)明的思維導(dǎo)圖（mind map）、心理學(xué)家及教育技術(shù)學(xué)家諾瓦克于1970年在康奈爾大學(xué)提出的概念圖（concept map）技術(shù)、日本管理大師石川馨先生發(fā)明的魚骨圖（因果圖）技術(shù)等。這些圖示技術(shù)被逐漸運(yùn)用到高等教育、企業(yè)培訓(xùn)和基礎(chǔ)教育等領(lǐng)域，都產(chǎn)生了較大的影響力，使知識可視化、思維可視化、讀圖時代、可視化思考等新學(xué)習(xí)模式逐漸流行開來。相對于國外，國內(nèi)在這方面的研究主要體現(xiàn)為理論的提出及單一技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐。例如，北京師范大學(xué)林崇德教授提出的“思維型課堂”概念和基本模式；北京師范大學(xué)知識工程研究中心提出的較為完整的“知識可視化”理論，并且開發(fā)了“易思——認(rèn)知助手”軟件。據(jù)了解，開展相關(guān)研究工作的還有南京師范大學(xué)、河南師范大學(xué)、廣西師范學(xué)院、陜西師范大學(xué)等，但至今尚未有與基礎(chǔ)教育階段各學(xué)科教學(xué)進(jìn)行整合的思維可視化成果發(fā)布。目前，只有華東師范大學(xué)現(xiàn)代教育研究所在這一領(lǐng)域進(jìn)行了比較深入的、系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作并取得了一系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)和教師培訓(xùn)的成功。

2.繪圖軟件

隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)軟件可以幫助沒有任何繪畫基礎(chǔ)的人將各種圖示清晰、規(guī)范地繪制出來，這是保證每位教師都可以開發(fā)“思維可視化教學(xué)資源”的工具性前提。目前，這類軟件有很多，學(xué)習(xí)和操作起來也比較簡便，易學(xué)易用。例如，用來繪制思維導(dǎo)圖的軟件就有Mindmanager、mindmapper、FreeMind、Sharemind、XMIND、Linux、MindV、imindmap等。這些繪圖軟件不但可以繪圖，而且還可以將圖示以動態(tài)的形式分步呈現(xiàn)出來，使內(nèi)容開發(fā)者或?qū)W習(xí)者的思路更清晰。

3.交互軟件技術(shù)

有效的教學(xué)是離不開交互活動的。從廣義上講，本研究的“思維可視化技術(shù)”并不僅僅指思維圖示的繪制技術(shù)，還包括思維圖示的呈現(xiàn)、傳播、存儲、交互、共享、修改等一系列技術(shù)。隨著研究的深入，可將課題中產(chǎn)生的各種可視化的教學(xué)資源與軟件開發(fā)技術(shù)結(jié)合起來，開發(fā)出一系列具有“思維可視化”特性的教學(xué)軟件，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)資源、學(xué)生與教師、學(xué)生與學(xué)生的各種雙向互動。

4.網(wǎng)絡(luò)信息平臺

隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，包括各類有線與無線傳送技術(shù)，特別是“云計(jì)算”的廣泛應(yīng)用，可將我們的可視化教學(xué)資源利用網(wǎng)絡(luò)信息平臺進(jìn)行共享，突破時間、空間和學(xué)習(xí)者數(shù)量的限制，使學(xué)習(xí)資源的獲取更加便捷，成本（經(jīng)濟(jì)成本和時間成本）更低。

5.通用技術(shù)

隨著技術(shù)的迅速發(fā)展，各類常用的通用技術(shù)工具越來越多，如平板電腦、投影儀、交互式電子白板、電子書包、觸摸一體機(jī)等，這些通用技術(shù)可將思維可視化教學(xué)資源直接呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者和實(shí)現(xiàn)互動。

綜上所述，各種技術(shù)的發(fā)展為我們實(shí)現(xiàn)思維可視化教學(xué)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本研究主要任務(wù)之一是對這些技術(shù)進(jìn)行有效整合，并使之與學(xué)科教學(xué)應(yīng)用及思維可視化教學(xué)資源開發(fā)相匹配，從而實(shí)現(xiàn)提高教與學(xué)效能的目標(biāo)。