思维可视化技术与学科整合的理论和实践研究

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原文地址：思维可视化课题界定与课题研究作者：刘濯源

     全国教育信息技术研究“十二五”规划（2011）重点课题

   《思维可视化技术与学科整合的理论和实践研究》

   课 题 界 定 与 课 题 研 究

课题界定

1.关于思维

1.1什么是“思维”？

   思维是人脑对客观现实概括的和间接的反映，反映的是事物的本质和事物间规律性的联系，这是人与动物的本质区别，传统的教学模式把时间主要用在“感知记忆”层面，这是一种训练动物的方式，本课题将教学重新聚焦在思维层，让教学回归对人的教育。

1.2为什么要强调“思维”？

“思维比知识更重要！” 这是不争的事实，离开“思维”的“知识”就变成“死知识”，而学“死知识”的过程当然就变成“死学习” ，“死学习”靠的是“机械重复” ，所以必然是枯燥的、低效的、令人厌倦的，更重要的是“死学习”会使学生长期处于“浅思考”甚至“不思考”状态，从而导致思维能力发展受阻。而思维能力又是学习能力的核心，思维能力发展不起来，学习必然会越来越吃力，这样便进入一种不断加深的恶性循环。因此，提高教学效能的关键并不于在“知识重复的次数”，而在“挖掘与呈现知识背后的思维规律并训练学生掌握它”。只有这样，学生的思维能力才会在学习的过程中得到有效发展，同时会使学生对知识的理解更深入、更透彻、更系统，从而进入会学、乐学的良性循环。

2.关于“思维可视化”

2.1什么是“思维可视化”？

“思维可视化”就是把学习过程中的思考方法和思考路径通过图示技术呈现出来，思考方法在课题研究中主要包括在学习过程中常用的抽象、概括、区分、推理（演绎、归纳、类比）、分析、综合等逻辑思考的方法，还包括发散、聚合、递进、抽具象转化等思考方式，思维路径主要指思考过程中的思维发展线索（包括横向展开、纵向推进、侧向切入等）。

2.2实现“思维可视化”的技术有哪些？

1）图示技术（思维导图、模型图、流程图、概念图、图像、图示等）；

2）生成图示的软件技术（Mindmanager、mindmapper、FreeMind、Sharemind、XMIND、Linux、Mindv、imindmap等）；

3）交互式软件（实现学习者与可视化学习资源的双向互动）；

4）网络信息平台建设，实现可视化教学资源的共享，突破时间、空间和学习人数的限制；

5）利用PPT、投影仪、交互式电子白板、电子书包、一体机等将思维可视化教学资源呈现出来。

3.思维可视化技术如何与学科教学整合？

3.1与哪些学科整合？

小学（四年级以上）各学科、初高中各学科。

注：从小学四年级开始应把思维能力训练作为教学主要目标，思维能力的培养是由简单到复杂的过程，但是思维可视化的原理是一样的，适用于各阶段的学生。

3.2如何与学科的教学整合？

经实践研究，思维可视化技术可运用到“教”与“学”的全过程。“教”的应用包括：在课前，教师可以运用这套技术提高资料处理、教学设计、课件制作、作业设计的效率和品质；在课中，教师可运用“思维可视化”课件来提高教学效率与品质。“学”的应用包括：在课前，学生可运用其中一些方法（如绘制思维导图）进行课前预习；在课中，学生可以运用思维可视化技术记课堂笔记；在课后，学生则可用这些方法进行高效能的复习或能力训练（如用思维导图进行知识梳理、解题、构思作文等）。

由此可见，通过思维可视化技术经过与学科教学的整合计设，可运用于整个教学过程（课前、课中、课后）中，以“多环节助力，全程化贯通”的方式提高教与学的效能。

3.3如何运用思维可视化技术进行学科内容（思维可视化教学资源）开发？

   将四层规律（考试规律→学科规律→思维规律→心理规律）与思维可视化技术整合起来，进行可视化教学资源开发，详见本报告 “研究思路和研究方法”部分。

课 题 研 究

1．研究目标

本课题研究的目标包括：（1）构建基于思维可视化技术的学科教学模式——通过让教师掌握各项思维可视化技术并将其运用到教学实践中，提高课堂教学效能，同时促进学生思维能力的发展。（2）为交互式电子白板、电子书包、云教育资源平台等提供具有“思维可视化”特性的教学资源。（3）形成运用思维可视化技术进行学科教学的理论体系，包括理念、技术、操作、管控、评价五个模块。

2.研究内容

为了实现预期目标，本课题研究包括如下基本内容：

1）为各子课题学校参与课题研究的教师提供“思维可视化技术学科教学应用”的培训及指导，并配套相关学习资料，使教师掌握各项思维可视化技术在学科教学中的应用方法。具体包括：各种思维可视化图示（包括思维导图、模型图、流程图等）的原理及绘制方法、图示技术与学科教学的初步整合（包括课件制作、教学设计、作业设计等）、图示技术与学科教学的深度整合，主要是将考试规律→学科规律→思维规律→心理规律用图示技术呈现出来。

2）引导教师开展基于思维可视化技术的教学模式的设计，形成一套高效的课堂教学模式。主要包括：教学目标设计、教学方法设计、课堂教学流程设计、作业设计、思维能力强化练习、教学效果评价设计等。

3）引导学生运用思维可视化技术进行自主学习，如运用图示技术进行课程预习、记课堂笔记、复习、解题等，提高学生自主学习能力。主要训练内容包括：逻辑思考能力（概括、推理、归纳、分析等）训练、理性解题能力训练、发散思考能力及创造能力训练、对思维可视化教学资源（课件、图示化学习模板、解体模型等）的有效运用。

4）运用思维可视化手段及原理开发出针对不同学生群体、不同科目的、不同训练目标的思维可视化教学资源。主要形式包括：导学案、教学课件（讲义、PPT）、课例（样板课）视频等）、辅助教学资料、思维能力专项训练方案及图示模板等。

5）后续的软件（具有思维可视化特性的交互式教学软件）开发及教学资源平台搭建由华东师范大学教育技术研究所会同相关专业机构合作完成。

3. 研究思路和研究方法

3.1研究思路

1）挖掘教学内核、寻找教学规律

研究路径：

①对考试规律（考什么、怎么考、为什么要考）的挖掘，并以可视化的方式呈现出来；

②对学科规律（学科发展阶梯、知识模块构成、学科能力发展要求）的挖掘，并以可视化的方式呈现出来；

③对思维规律（知识背后的思维是什么、如何提升思维能力、这些思维还能用在哪些方面）的挖掘，并以可视化的方式呈现出来；

④对心理规律（学习动机、自信心、情感体验）的挖掘，并以可视化方式呈现出来。

2）运用思维可视化技术呈现学科教学内容

研究路径：

①    进行学科系统架构设计，包括：开发目标、设计原则、内容结构、呈现形式、技术匹配及开发流程；

②    进行思维可视化教学资源的设计，包括：学科模型（学科发展梯形图及每个模块结构图）、关键词条图解、知识点归纳思维导图、题型解析思维导图、图像链接助记模板等。

   备注：在此基础上教师也可参与思维可视化教学软件及云教育平台共享资源的开发。

3）评价和改进

①评价指标：学科成绩、教师的教学体验、学生的学习体验、思维能力、心理能力。

②评价方法：课程观摩点评、课件及课例的评价及指导、论文的评价与指导。

3.2 研究方法

1）文献研究

通过对国内外已有纸张和电子形式的文献进行检索，分析、整合现有研究成果，为其他形式的研究提供理论指导和行动基础。

2）行动研究

本课题以解决“教”与“学”的效能这个实际问题为重点，以教师教学过程、学生学习过程及教学资源的开发利用为研究对象和背景，在进行观察、分析、比较和积累资料的基础上，研究解决问题的方法，并在实施过程中取得效果，逐步形成研究成果。

3）实验研究

本课题的研究将根据各子课题学校的实际情况，在全国甄选200-300所实验学校进行课堂教学实践；对不同地区、不同学校、不同班级、不同学生进行差异性研究，并通过“计划——行动——反思——修改”的循环模式进行调整，设计出符合国家课程标准、考试标准及区域性教学特色的原则、方式和方法。

  4、实施方案

4.1.研究准备阶段

2011年10月至2012年3月

1)总课题组组建

2)制定课题管理办法；

3)召开课题开题筹备会；

4)进行课题宣传；

5)完成开题前的准备工作

6)总课题开题

4.2培训指导阶段

2012年3月至2012年7月

1)建立课题信息交流指导平台

2)召开课题开题研讨会

3)各学校申报、立项、确定子课题

4)各子课题学校成立课题研究小组

5)总课题组组织各子课题学校优秀教师参加教师培训

6)建立全国名师联盟

4.3子课题研究阶段

2012年7月至2012年12月

1)各子课题学校按照规定的子课题研究计划陆续开展文献研究、行动研究、开发研究、实验研究、案例研究工作

2)各子课题学校参与课题教师将思维可视化技术初步运用到课堂教学实践中

3)各子课题学校教师在校内进行课题研讨活动

4)各子课题学校教师在课题信息交流平台上进行课题研究状况的总结和交流

2012年12月至2013年3月

5)各子课题学校开始汇总课题研究的资料、教案、课例等

6)各子课题学校进行子课题研究的年度小结

7)对子课题研究中存在的问题（如：研究方向、研究方法、研究的深度与品质等）进行归类，然后分析、纠正、改进；

2013年3月至2013年6月

8)各子课题学校组织优秀课例进行交流和评优活动

9)各子课题学校选送优秀教案进行交流

10)各子课题学校进行学生思维能力、学科水平测评、研究工作

11)形成具有代表性的思维可视化教学模范实验区和样板学校

12)总课题组组织课题研究和交流研讨会（地面论坛）

13)形成阶段性成果

4.4.子课题研究成果总结、结题阶段

2013年6月至2013年10月

1)各子课题学校逐步形成、确定每一年级、每一学期、每一时段应用思维可视化教学技术形成的规范的教案、课堂教学实录、课堂教学评价等完整的研究资料

2)各子课题学校进行子课题研究的成果总结、撰写研究报告或论著

子课题结题

4.5总课题研究成果总结、结题阶段

2013年10月至2013年12月

1)实验数据分析、总结、提升

2)完成总课题和子课题研究的解题工作。根据全国教育信息技术研究课题领导小组的要求提交有关的研究报告，研究成果和相关资料。

3)总结形成相关论文、研究报告、著作及其它形式的课题成果。

   5、预期成果

5.1、研究报告

1）总课题组最终形成课题综合研究报告；

2）子课题参研单位形成各子课题专项研究报告；

5.2、研究论文

1）总课题组发表相关论文3~5篇；

2）各子课题参研单位发表论文1~2篇；

3）总课题及参研单位共同编辑出版课题论文集。

5.3、教学资源

1）基于思维可视化技术的教学课例（样板课），各阶段（小学、初中、高中）每个学科2~3组，不少于10个课时；

2）基于思维可视化技术的教学课件（PPT格式），各阶段（小学、初中、高中）每个学科2~3组，不少于10个课时；

3）其他思维可视化教学资源模块，包括：学科模型、解题图示、知识归纳思维导图等。

“思维可视化技术与学科整合的理论和实践研究”总课题组

2011年12月5日