我們如何實現(xiàn)學習過程的思維可視化？

基于認知層次的點-線-面-體可視化實現(xiàn)策略

2011年思維可視化開題大會

2011年課題開題指導圖冊

本文選自全國教育信息技術研究“十二五”規(guī)劃（2011）重點課題《思維可視化技術與學科整合的理論和實踐研究》教學實踐研究部分系統(tǒng)指導圖冊11、12頁原文。

點、線、面、體，從零散到系統(tǒng)，從抽象到直觀

為什么要實現(xiàn)學科知識體系構建的思維可視化？

在傳統(tǒng)教學模式中對于學科知識體系的構建依賴大量的感性經(jīng)驗（通過反復記憶和大量做題來積累），而這種感性經(jīng)驗是不可視的、模糊不清的、零散的、知識模塊之間的關系是隱性的，弱聯(lián)接的，學生難以形成對整個學科的清晰認知。運用思維可視化技術將整個學科知識從最初的“概念形成”到“知識結構”及“發(fā)展規(guī)律”用可視化的方式逐層呈現(xiàn)，幫學生將整個學科知識梳理成清晰的知識體系，層次分明，脈絡清晰，一目了然。

點

如何實現(xiàn)單一概念（點）的思維可視化？

概念是構建知識體系的基本元素，也是人類大腦進行抽象思考的基礎，是“腦工廠”的重要“原材料”，掌握知識首先學習概念。而“點”是構成圖形的基本元素，所以我們將概念形象地表示為思維圖示中的“點”。概念的形成過程即抽象過程：首先要把某一類屬性定義出來或賦予名稱，這樣就形成了概念。學習概念必須要經(jīng)過從具體到抽象的過程，例如：當讓幼兒學“蘋果”這個概念時，必須首先讓他能夠識認蘋果的形象，然后再將這個形象與蘋果這個抽象的詞進行聯(lián)接。如果脫離了具體形象就很難去理解和記憶一個抽象的概念，這就是為什么我們要用可視化的方式將抽象的概念呈現(xiàn)出來，呈現(xiàn)概念的方式有：圖像、圖畫、圖形、圖示，這也是一個連續(xù)抽象（越來越抽象）的過程。當然，在我們對概念已經(jīng)非常熟悉的情況下，也未必一定要對其可視化，直接用文字表達即可，但經(jīng)可視化后能提高我們的記憶效率和搞遺忘水平，這一法則無論是對幼兒還是成人都是同樣成立的。

線

如何實現(xiàn)線性關系（線）的思維可視化？

當知識不再以獨立的概念形式出現(xiàn)，而是由表示某種關系的多個概念組成時，僅憑對單一概念的理解已經(jīng)無法清晰地解釋或解決問題，而要引入命題、判斷和推理的思考方法，將概念與概念之間的關系理清。從對一句話的理解到對試題的分析等，命題、判斷和推理的方法都普遍使用。例如：我們如何理解“蘋果是一種富含維生素C的水果，對身體健康有益”這句話？有人會說：這有什么好理解的，多簡單??！其實這正體現(xiàn)了我們“淺閱讀、不思考”的思維慣性，我們的思維能力也正是在這種不屑深思的習慣中越來越弱。其實這句話里面包含著兩種邏輯關系：（1）蘋果是水果的一種，表從屬關系；（2）因蘋果富含維生素C，所以有益健康，表因果關系。很顯然，這種思考方式不但使我們對句子本身的理解更清晰、更深刻，還順便鍛煉了我們的邏輯思維。為了使這種思考方式和思考路徑清晰地呈現(xiàn)出來，我們可以運用帶箭頭的連接線（表示思考方向）將蘋果、水果、維生素C、健康等概念聯(lián)接起來，還可以在“連接線”間加標注（注明關系）使其可視化。這種圖示被稱為“概念圖”（concept map），是康奈爾大學諾瓦克博士于1970年在康奈爾大學提出來的。

面

如何實現(xiàn)知識結構（面）的思維可視化？

僅僅進行概念區(qū)分及概念之間的關系梳理對于學科學習及思維訓練顯然是遠遠不夠的，當由多個概念形成多重復雜邏輯關系時即構成學科知識 的“面”，“點”是“線”的要素，“線”是編織“面”的構件，所以“知識面”其實是由“知識點”按邏輯關系編織的“網(wǎng)”。如何把這些“知識點”一網(wǎng)打盡？繪制學科思維導圖（Subject mind map）便可解決這一問題。例如：如何對“蘋果”這一概念進行更加全面的思考呢？借助學科思維導圖，便可從植物、營養(yǎng)、產品、文化等角度進行結構化發(fā)散思考，這樣便構成了一張關于蘋果的知識網(wǎng)絡圖，當然學科知識要比“蘋果”這個概念復雜得多，但其原理是一樣的，當我們掌握了知識的內在聯(lián)系，便可借助學科思維導圖將其呈現(xiàn)出來，實現(xiàn)思維的可視化。如果要建立某一知識模塊的結構圖，我們還可以運用模型圖；如果側重因果關系的梳理，我們可以繪制魚骨圖；如果為了表示先后順序，我們可以繪制流程圖。當多個這樣結構化、流程化的知識網(wǎng)絡建立起來并存入我們的大腦中時，大腦的信息處理效能便可大幅度提高。

體

如何實現(xiàn)學科體系（體）的思維可視化？

學科知識體系的構成，是由多個“知識面”圍繞一條發(fā)展主線建立起來的，這條“主線”往往是階梯式的：從低向高，從簡單到復雜，從具體到抽象，從抽象到抽象概念之間的聯(lián)接和轉化。例如：基礎教育階段（小學至高中）的數(shù)學學科便是如此：由“數(shù)字”發(fā)展到“等式”，由“等式”發(fā)展到“代數(shù)式”，再由“代數(shù)式”發(fā)展到“方程”和“不等式”，然后發(fā)展到“函數(shù)”，每一次發(fā)展都要跨過一級臺階，而要跨過每一級臺階都要求我們的思維實現(xiàn)一次飛躍，如果 “飛躍”受阻，那么這級臺階便一定會成為學習后面知識的“絆腳石”，這就是為什么一些同學如果在“方程”這級臺階沒有實現(xiàn)思維飛躍，那么不但“方程”學不好，后面的“函數(shù)”就更搞不懂了。因此，在教學過程中教師要特別關注這條主線，尤其是要明確跨過每一級臺階的障礙點到底有哪些，把這個幫學生徹底搞清楚，不能一味趕進度，否則很多學生便會被“卡住”，后面的學習會非常吃力，上課如同聽“天書”一樣，根本搞不懂，又如何能跟上教師的進度呢？

點、線、面、體學科知識體系構建

那么，如何將學科體系用圖示構建出來呢？首先，要把學科知識縱向切一刀，這樣便繪制出一個學科知識發(fā)展的“階梯圖”，然后中在每個臺階上選擇關鍵環(huán)節(jié)進行橫向切割，這樣我們便繪制出一個或幾個“知識面”，將這些“知識面”按階梯發(fā)展順序排列，我們就構建出一個清晰的學科知識體系。縱向“階梯圖”將學科發(fā)展規(guī)律可視化，面橫向“知識面”（一般用結構模型或學科思維導圖來繪制）呈現(xiàn)專題模塊的知識結構。