◇鄭思齊（江蘇：南京市棲霞區(qū)龍?zhí)吨行男W(xué)江畔人家校區(qū)）

思維可視化（Thinking visualization）是指通過(guò)可視化的圖示或圖示組合的方式，把原本不可視的思維結(jié)構(gòu)及規(guī)律、思考路徑及方法呈現(xiàn)出來(lái)，使其清晰可見(jiàn)的過(guò)程，它包含“視覺(jué)思維”和“有聲思維”兩種形式。思維可視化工具包括兩類，一類是圖示方法，包括概念圖、思維導(dǎo)圖、思維地圖等，另一類是生成圖示的軟件技術(shù)，包括imindmap，Mind manager，XMIND 等，可將抽象思維具體形象化、隱性思維顯性化，從而提高信息加工和信息傳遞的效率?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，科學(xué)思維是從科學(xué)的視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式，主要包括模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維等。經(jīng)過(guò)科學(xué)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生需要掌握基本的思維方法，具有初步的科學(xué)思維能力。

基于前人對(duì)于思維可視化的相關(guān)研究、信息加工理論、小學(xué)生認(rèn)知發(fā)展階段性特點(diǎn)和科學(xué)學(xué)科特點(diǎn)，筆者認(rèn)為：通過(guò)利用可視化工具，將學(xué)生大腦中原本看不見(jiàn)的思維呈現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)借助學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)將原本抽象的思維顯現(xiàn)出來(lái)，將思維可視化運(yùn)用到小學(xué)科學(xué)學(xué)科教學(xué)中，能幫助教師更加清楚地了解學(xué)生前概念，從而更好地確定教學(xué)起點(diǎn)和認(rèn)知難點(diǎn)；能夠激發(fā)學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)知識(shí)體系的建構(gòu)、思維能力的發(fā)展、認(rèn)知水平的提高、科學(xué)素養(yǎng)的提升；能夠豐富評(píng)價(jià)方式，多維度測(cè)評(píng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)效能和教學(xué)效能的雙向提高。因此，在科學(xué)教學(xué)過(guò)程中，教師需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)的探究情境、選用合適的思維可視化教學(xué)策略，讓師生共同“看見(jiàn)”思維的發(fā)生、發(fā)展的過(guò)程。

一、找準(zhǔn)教學(xué)起點(diǎn)和認(rèn)知難點(diǎn)

“思維從何而來(lái)”，指向思維的發(fā)生過(guò)程。杜威認(rèn)為，思維不會(huì)憑空而生，我們的思維都起源于直接經(jīng)驗(yàn)的情境。當(dāng)學(xué)生處于問(wèn)題情境時(shí)，就會(huì)憑借他們以往的經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)的知識(shí)儲(chǔ)備來(lái)思考和解決問(wèn)題，即實(shí)際問(wèn)題是思維的出發(fā)點(diǎn)。教師在教學(xué)過(guò)程中，在創(chuàng)設(shè)情境時(shí)需要考慮學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，基于日常生活經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情境，以此引發(fā)認(rèn)知沖突，利用工具讓思維沖突可視化，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

例如，在蘇教版小學(xué)科學(xué)三年級(jí)上冊(cè)《食物的旅行》這一課教學(xué)之前，教師可以通過(guò)科學(xué)學(xué)習(xí)記錄單的形式，讓學(xué)生提前畫(huà)出食物在人體中消化的路徑，標(biāo)出經(jīng)過(guò)部位的名稱及食物狀態(tài)。經(jīng)過(guò)前概念調(diào)查筆者發(fā)現(xiàn)，幾乎所有學(xué)生都知道食物從嘴巴（口腔）進(jìn)入人體，在胃部進(jìn)行消化，經(jīng)過(guò)腸子，從屁股（肛門）排出體外，但是對(duì)于消化道中消化器官的位置、形態(tài)及功能、消化道的順序，學(xué)生畫(huà)得并不相同。其中還有一些學(xué)生認(rèn)為，因?yàn)榇竽X和心臟是人體非常重要的器官，沒(méi)有它們?nèi)司筒荒芑?，因此它們也參與食物的消化。經(jīng)過(guò)分析學(xué)生的前概念圖和訪談發(fā)現(xiàn)：嘴巴和屁股是學(xué)生能夠直接接觸到的器官，他們對(duì)這兩個(gè)器官比較熟悉，只需在科學(xué)名稱的表達(dá)上加以規(guī)范即可；學(xué)生或多或少都有自己胃部不舒服或者看見(jiàn)別人胃不舒服的經(jīng)歷，生活中也常聽(tīng)到家人或老師對(duì)于“吃飽了不能跑跳，不然容易胃疼”的提醒，知道從胃到肛門有腸子連接，但是對(duì)于胃和腸的大小形態(tài)、位置、功能并不清晰。教師通過(guò)畫(huà)圖的方式讓學(xué)生看見(jiàn)自己思維發(fā)生的過(guò)程，這樣不僅可以幫助教師了解學(xué)生對(duì)于人體消化的前概念，找準(zhǔn)教學(xué)起點(diǎn)和認(rèn)知難點(diǎn)，還可以通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生在觀察、比較中了解自己的已有認(rèn)知，開(kāi)啟后續(xù)的有針對(duì)性的學(xué)習(xí)，進(jìn)而提升學(xué)生自身的元認(rèn)知能力。

二、讓學(xué)生多感官參與思維的展現(xiàn)過(guò)程

“思維怎么來(lái)”，指向思維的展現(xiàn)過(guò)程。解決問(wèn)題是思維發(fā)展的關(guān)鍵，可以指引思維發(fā)展的方向。學(xué)生在問(wèn)題解決的過(guò)程中，認(rèn)知系統(tǒng)處于不平衡、不協(xié)調(diào)的狀態(tài)，這使其思維需要不斷運(yùn)動(dòng)，或是同化，或是順應(yīng)，努力將新接觸的知識(shí)與已有的思維結(jié)構(gòu)進(jìn)行整合，通過(guò)這一過(guò)程不斷完善自己的思維結(jié)構(gòu)與認(rèn)知系統(tǒng)。因此，教師在教學(xué)過(guò)程中，可以充分利用思維可視化工具，讓學(xué)生多感官參與思維的展現(xiàn)過(guò)程。

（一）優(yōu)化教學(xué)課件，促進(jìn)思維展現(xiàn)順序可視化

根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展階段論可知，小學(xué)生的思維還處于以具體形象思維為主的階段，相較于文字和教師語(yǔ)言表達(dá)，視頻、動(dòng)圖、實(shí)物更能吸引他們的注意力。因此教師在課件制作的過(guò)程中需要考慮處于不同年齡段學(xué)生的年齡特點(diǎn)，選用適切的思維可視化工具，幫助學(xué)生在科學(xué)探究前明確探究目的、步驟、結(jié)論等，以防影響學(xué)習(xí)效果。例如，在實(shí)驗(yàn)步驟的教學(xué)中，對(duì)于3～4 年級(jí)學(xué)生，教師可以自己或請(qǐng)學(xué)生拍攝實(shí)驗(yàn)操作視頻，然后配以字幕播放；也可以呈現(xiàn)實(shí)物，請(qǐng)學(xué)生一邊操作一邊講解以核對(duì)其是否明確操作步驟；對(duì)于5～6 年級(jí)學(xué)生，教師可以選用魚(yú)骨圖、流程圖的方式逐條呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)步驟。對(duì)于一些實(shí)驗(yàn)器材或者工具的使用，教師可以拍攝動(dòng)圖（可根據(jù)需要放大細(xì)節(jié)）進(jìn)行反復(fù)播放。對(duì)3～4 年級(jí)學(xué)生，教師可以提供一定的表達(dá)示例，引導(dǎo)學(xué)生條理清晰地去表達(dá)；對(duì)于1～2 年級(jí)學(xué)生，如蘇教版小學(xué)科學(xué)一年級(jí)下冊(cè)《形形色色的動(dòng)物》這樣的課，教師還可以引導(dǎo)他們用動(dòng)作、聲音等方式進(jìn)行表達(dá)。根據(jù)學(xué)生的理解能力選擇恰當(dāng)?shù)乃季S可視化工具進(jìn)行課件制作，能夠幫助學(xué)生提升科學(xué)思維的邏輯能力。

（二）基于科學(xué)記錄，促進(jìn)思維展現(xiàn)內(nèi)容可視化

教師想要通過(guò)教學(xué)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)學(xué)生科學(xué)思維能力的提升，促進(jìn)學(xué)生從具體形象思維向抽象邏輯思維的發(fā)展，就需要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)將隱性思維轉(zhuǎn)化為顯性思維，這個(gè)過(guò)程離不開(kāi)科學(xué)記錄?？茖W(xué)記錄的方式有很多，可以根據(jù)學(xué)生和課程不同進(jìn)行選擇，例如，1～2 年級(jí)的學(xué)生識(shí)字較少、寫(xiě)字較慢，教師引導(dǎo)學(xué)生用打鉤、畫(huà)圈等方式進(jìn)行比較，用粘貼等方式進(jìn)行分類，用畫(huà)圖等方式突破思維定式進(jìn)行想象，等等；對(duì)于5～6 年級(jí)的學(xué)生，可以選用圖文結(jié)合、數(shù)據(jù)分析、圖表等方式提升推理與論證能力，選擇材料制作模型的方式提升模型建構(gòu)能力，選擇繪制思維導(dǎo)圖、概念圖等方式提升抽象概括能力，選擇氣泡圖來(lái)提升發(fā)散性思維能力，等等。豐富多樣的科學(xué)記錄方式都是在記錄學(xué)生的思維過(guò)程和內(nèi)容，當(dāng)學(xué)生能夠自如地選用思維可視化方式進(jìn)行記錄并經(jīng)由語(yǔ)言表達(dá)進(jìn)行交流與分享時(shí)，其科學(xué)思維能力一定得到了發(fā)展與提升。

三、評(píng)測(cè)科學(xué)思維培養(yǎng)效果

“思維如何再現(xiàn)”指向思維的再現(xiàn)過(guò)程。何時(shí)會(huì)思維再現(xiàn)？除了解決問(wèn)題，就屬反思評(píng)價(jià)了。教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)自己的學(xué)習(xí)和思維過(guò)程進(jìn)行反思評(píng)價(jià)，關(guān)注學(xué)生的反思評(píng)價(jià)情況是否及時(shí)、準(zhǔn)確、全面，并將自己的觀察反饋給學(xué)生。與此同時(shí)，在學(xué)生需要時(shí)教師應(yīng)提供腳手架，鼓勵(lì)學(xué)生將自己在學(xué)習(xí)和反思過(guò)程中所產(chǎn)生的疑問(wèn)、想法，形成的思考方式、策略以及最終掌握的知識(shí)情況等，運(yùn)用適合的和自己擅長(zhǎng)的可視化方式記錄下來(lái)，從而讓自己看到自己的思維過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生深度思維的發(fā)展。這種方式有利于構(gòu)建一個(gè)更加具體形象、不斷完善的科學(xué)認(rèn)知系統(tǒng)，知識(shí)的記憶、加工和提取也更加方便。

（一）采用圖示工具進(jìn)行反思評(píng)價(jià)

圖示表征是指人們對(duì)概念知識(shí)的獲得、提取及輸出，是知識(shí)在人大腦中的圖示表現(xiàn)。學(xué)生采用思維可視化方式進(jìn)行知識(shí)表征，既可以讓原本抽象的科學(xué)概念更加具體形象、直觀可感，降低科學(xué)概念的理解難度，又有利于教師了解學(xué)生對(duì)于科學(xué)概念的掌握情況。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)過(guò)程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生使用氣泡圖、概念圖、思維導(dǎo)圖等思維可視化工具進(jìn)行反思評(píng)價(jià)，進(jìn)而幫助學(xué)生突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)，提升科學(xué)思維能力，進(jìn)而提高科學(xué)學(xué)習(xí)效率。

例如，在學(xué)生學(xué)完蘇教版小學(xué)科學(xué)五年級(jí)下冊(cè)“簡(jiǎn)單機(jī)械”單元后，教師可以指導(dǎo)學(xué)生畫(huà)一幅單元思維導(dǎo)圖。學(xué)生在繪制的過(guò)程中會(huì)再現(xiàn)自己的學(xué)習(xí)過(guò)程，反思自己學(xué)習(xí)前的困惑是否解決、是否產(chǎn)生新的疑問(wèn)。這樣不僅完善了學(xué)生自己原有的科學(xué)知識(shí)體系，還發(fā)展了自身的歸納、概括、推理、分析等科學(xué)思維能力，同時(shí)也提升了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提升了后續(xù)的科學(xué)學(xué)習(xí)的積極性，加強(qiáng)了科學(xué)與生活的聯(lián)系。又如，在學(xué)生學(xué)完蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級(jí)下冊(cè)“生物與環(huán)境”單元后，教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)一張宣傳海報(bào)，呼吁人們保護(hù)環(huán)境，努力實(shí)現(xiàn)人與自然和諧相處。這時(shí)學(xué)生就需要綜合考慮各種因素：一張畫(huà)紙，既要包含生物與非生物因素，又要凸顯人類行為的影響力；內(nèi)容既要老少皆宜，又要發(fā)人深??；既要體現(xiàn)危機(jī)意識(shí)，又不能引起恐慌……若教師在教學(xué)過(guò)程中能夠經(jīng)常采用思維可視化方式培養(yǎng)學(xué)生的反思評(píng)價(jià)意識(shí)，則能夠?yàn)閷W(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)和研究指引方向，科學(xué)學(xué)習(xí)也將事半功倍。

（二）通過(guò)問(wèn)題解決進(jìn)行反思評(píng)價(jià)

科學(xué)思維不會(huì)自然發(fā)生，它由問(wèn)題解決引發(fā)和維持。因此，科學(xué)教師可以參考PISA 科學(xué)素養(yǎng)試題，也可以通過(guò)創(chuàng)設(shè)相關(guān)的真實(shí)問(wèn)題情境，評(píng)測(cè)學(xué)生能否利用已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)實(shí)問(wèn)題情境提出可研究的問(wèn)題，或制訂可行的探究方案，抑或進(jìn)行歸納、概括和總結(jié)。

例如，在學(xué)生學(xué)完蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級(jí)上冊(cè)《簡(jiǎn)單電路》一課后，可以給學(xué)生電池、導(dǎo)線、小燈泡、開(kāi)關(guān)等基本材料，讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)LED 手環(huán)，或者讓學(xué)生設(shè)計(jì)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單電路：電路中有兩個(gè)開(kāi)關(guān)，其中一個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)控制兩個(gè)小燈泡，而另一個(gè)開(kāi)關(guān)只能控制其中一個(gè)小燈泡，讓學(xué)生在問(wèn)題解決的過(guò)程中進(jìn)行思維再現(xiàn)和知識(shí)遷移。又如，在教學(xué)蘇教版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)下冊(cè)《適應(yīng)生存的本領(lǐng)》一課時(shí)，教師可以讓學(xué)生利用其在課堂基于圖表分析角馬遷徙的原因的學(xué)習(xí)方法，歸納、概括、總結(jié)出銀鮭魚(yú)和北極燕鷗遷徙的原因。

綜上所述，教師在小學(xué)科學(xué)的教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)學(xué)生年齡特點(diǎn)和課程類型，和學(xué)生一起做出嘗試和努力，選擇適切的思維可視化工具，讓學(xué)生看見(jiàn)、聽(tīng)見(jiàn)自己的思維過(guò)程，相信這種教學(xué)策略的施行，一定能夠讓學(xué)生的科學(xué)思維能力得到提升，元認(rèn)知水平得到提高，學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)和教師的科學(xué)教學(xué)都將事半功倍！