思维可视化视角下的未来课堂架构研究.docx

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1、思维可视化视角下的未来课堂架构研究本文由远程教育杂志授权发布作者：尹哈、张际平摘要相对课堂教与学传统与未来的分界，思维可视化视角的必要性和独特性日益显著，值得塑造。可视化标识当代文明演进的特定领域，思维可视化与知识可视化的时间临界、空间临界、人员临界，表征了思维可视化与知识可视化的对立统一联系。思维可视化技术应用于未来课堂，映射了思维可视化教与学活动和思维可视化教与学环境两元要素所缔结的未来课堂架构。未来课堂架构思维可视化的设计与开发模型，描述和说明了未来课堂的思维可视化教与学活动及其环境。未来课堂的思维可视化教学活动，展现了思维可视化教学与思维可视化学习的协同；未来课堂思维可视化教与学环境，

2、体现了思维可视化有形技术与思维可视化无形技术的融合。关键词：可视化；知识可视化；思维可视化；未来课堂；未来课堂架构一、思维可视化的源起与发展“可视化作为专业术语的出现，始于1987年2月美国国家自然科学基金会召开的一个专题研讨会1。这一点几乎成为研究者的共识，但也有不同的见解，如，“可视化概念的出现并没有一个确定的时间，只是当代文化在转向一种视觉文化的背景下，加上计算机科学技术在图形技术方面的突破，人们更加关注，可视化，的实现2。无论如何，可视化是思维可视化的源泉之一。（一）可视化是当代文明的一个标识“可视化在不同领域的发展形成多个不同的分支，其中信息可视化和知识可视化分别是可视化在信息科学领

3、域、教育学及心理学领域的独立发展”3、可视化是一种计算的方法4、”可视化技术是一种特殊的计算方法5等，仁者见仁，智者见智。其实，关于可视化意义的界定和解读，最为有效的途径，是对可视与可视化对立统一联系的认识。1 .可视化对人类认识领域的拓展虽然，作为领域或研究领域的可视化，经历了公认的科学计算可视化、数据可视化、信息可视化、知识可视化四个阶段，但是，迄今为止，几乎未见刻意对可视化与可视加以区分的研究。因而，人们都认为，图示及其衍生意义人机、人际交互，是可视化的本质特征。可见，目前的可视化域界，局限于图示，阻隔了可视对象文字、实物，自有缘由。可视是可视化的基础，可视化是可视的发展，两者的联系，主

4、要表现为意义的封装或释放。意义，是人类对事物及其联系的感性和理性认识的耦合与迭代。此处，名词化的认识，指代意义建构的结果；动词化的认识，指代意义建构的过程。从感性认识的感觉、知觉、表象，到理性认识的概念、判断、推理，意义封装主指表征事物及其联系的数据结构抽象强化与数据显示量缩减化；意义释放主指表征事物及其联系的数据结构具象强化与数据显示量扩增化。可视与可视化对意义封装或释放的两种不同取向，即两者的视觉表征冲突，是可视与可视化对立统一联系的一种表现，同时，也是可视化拓展人类认识领域的标识。2 .可视化对人类认识活动的优化在对可视化方法、可视化技术、可视化过程、可视化活动的研究中，强调可视化降低认

5、知负荷的效应，隐喻了可视对认知负荷的升高。将意义封装及其阐释（与上文的“释放”含义不同）等同于降低认知负荷的看法，值得商榷：可视对象的制造者和使用者的认知负荷是不同的，一方降低，另一方则升高；相对于可视对象的使用者，并非总是置身意义封装及其阐释降低认知负荷的情境之中。更加引人瞩目和发人深省的是，意义封装或释放和认知负荷升降具有对立统一联系。这种联系，寓于可视与可视化的矛盾体，是可视化的本质特征，同时，也是可视化优化人类认识活动的标识。“任意时刻，我们只能理解周围的少量信息，但通常正是这少量的信息可以使我们完成此刻的任务”6,这指出了意义封装降低认知负荷的时空适用性；“在知识爆炸的时代背景下，伴

6、随着信息技术的飞速进步，知识可视化迅速发展为一门新兴学科”7,则预测了信息文明时代意义释放升高认知负荷的潜在必要性。3 .可视化发展的高级阶段呼唤思维可视化的来临在可视化发展高级阶段的初期，人们期望“知识可视化的目标是传递内在的领悟、经验、态度、价值、期望、视角、观点和预估。以这种方式，其他人可以重构、记忆和正确地运用这些领悟”8卜期盼“需要提供可以将知识进行可视化表达的工具”9,见证了知识可视化的发展过程。当知识可视化如火如荼之时，“把看不见的思维过程以可视化的形式清晰地呈现出来，即思维可视化(ThinkingViSUaIiZation)”10。小思维可视化就是把学习过程中的思考方法和思考路

7、径通过图示技术呈现出来”11,渐行渐近。思维导图连接了知识可视化和思维可视化，并以“思维导图是从多个来源获取信息，然后将信息作为关键词，用多样的颜色来显示“12。“思维导图的主要要素包括中心节点、分支节点、连线、注释和一些辅助信息”13,“思维导图是非常个性化的图示表示方式14的鲜明特色和显著功效，成为思维可视化的核心技术。顺应当代潮流，思维可视化的疆界形成了，其含义如图1所示。简单地说，思维可视化是以视觉表征联结知识传播或创造的始态与终态的绩效化活动。(二)思维可视化与知识可视化的对立统一联系思维可视化与知识可视化，既有分界，也有交界，谓之临界。临界，主指事物对应、交互、转化联系的特定形态及

8、其约束条件。思维可视化与知识可视化的临界，如表1所示。思维可视化与知识可视化的时间临界，是时间域内对思维可视化与知识可视化对立统一联系的表征。例如：标记教科书的初始使用时点，此前教科书制造者思维或知识的意义封装或释放，转换为此后教科书使用者知识或思维的意义封装或释放。思维可视化与知识可视化的空间临界，是空间域内对思维可视化与知识可视化对立统一联系的表征。例如：标记板书的呈现位置，此内板书制造者思维或知识的意义封装或释放，转换为此外板书使用者知识或思维的意义封装或释放。思维可视化与知识可视化的人员临界，是人员域内对思维可视化与知识可视化对立统一联系的表征。例如：标记“基础教育域内的教师、学生”人

9、群，人群中施行基础教育的专任教师X的思维、知识的意义封装或释放，转换为人群中接受基础教育的学生Y=F（X）的思维、知识的意义封装或释放；人群中接受基础教育的学生Y的思维、知识的意义封装或释放，转换为施行基础教育的专任教师X=Rl（Y）的思维、知识的意义封装或释放。（三）思维可视化融入教与学的探索1 .思维可视化与学科整合的研究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（华东师范大学张际平团队）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：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

10、学效果评价设计。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：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。为教师提供S思维可视化技术学科教学应用S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：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；将考试规律一学科规律一思维规律一心理规律用图示技术呈现出来。引导学生运用思维可视化技术进行

11、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：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。2 .思维可视化技术应用于未来课堂教与学的设计与开发（1）思维可视化技术系统包括分析、设计、开发、应用、评价、再造六个子系统。思维可视化分析：辨别知识传播与知识创造分类的差异性；明晰知识域内意义封装或释放和认识结构及负荷的关联程度；建立思维可视化设计的基本理论。思维可视化设计：需要相应的基本理论予以指导，但也具有对该理论进行修正的反作用力；强大的反冲

12、，致使创意和策划的个性化十足；约定俗成的语言符号系统，表征了“思维可视化制品及服务的详细说明思维可视化开发：理念鲜明的设计示例，经由实例，转变为大众能够接受或比较满意的制品及服务；在此过程中，应用优先、兼顾设计的原则成为共识。思维可视化应用：思维可视化开发的制品及服务，依托公共财政、依赖公民消费转化为大众的资源或活动。思维可视化评价：对大众的资源或活动中，思维可视化制品及服务的功效予以综合计量，包括分析、设计、开发、应用的全过程追踪。思维可视化再造：依据思维可视化评价的结果，对思维可视化制品及服务进行改造或更新。对课堂及未来课堂的思维可视化分析。无论广义或狭义，思维可视化技术都包含于信息技术领

13、域，诚如“教育信息化的落脚点是课堂教学信息化，而课堂教学信息化的基础是教学内容展示信息化”口5。“当然，课堂的一个重要因素是使用教室里的空间TI6、“教室、实验室和工作室附带的电脑、投影仪、网络和电子设备带来用于教学的物理空间的转变”17卜“新的技术的不断涌现及在教室课堂中的应用，必将会改变课堂的结构和形式”18等，无一不是显性或潜性的关于课堂进化的思维可视化分析。“未来课堂（FUtUreClass-room/ClassroomoftheFUtUre）是相对于传统和现代课堂而言的，在相关的理论和技术支持下，充分发挥各课堂组成要素（人、技术、资源、环境和方法等）的作用，实施教与学，以促进人的认知

14、、技能、情感、学习与发展的活动及环境”19,是课堂进化的典范，其中和思维可视化分析有关的要素，落入活动和环境的课堂定格。未来课堂架构思维可视化的设计与开发模型。长期致力于未来课堂研究的学者们，给出了一系列关于未来课堂架构的分析结论：“未来课堂的设计主要从课堂环境设计和课堂教与学的活动设计两方面入手20；未来课堂研究的管理范畴应主要研究未来课堂设计与应用的规范和标准”21；“互动将成为未来课堂的核心。研究未来课堂的互动形式与特性，使得未来课堂能够更好地满足和服务于学习者的学习，创建符合未来人才培养需要的课堂”22；未来课堂作为一个高互动的学习空间，其设计与应用更多地体现以人为本、注重人与环境、技

15、术和谐的理念”23。以此作为主要参考依据，并参照未来课堂思维可视化教与学的若干案例，在思维可视化视域内，笔者建立了如图2所示的未来课堂架构思维可视化的设计与开发模型。该模型具有理性分析与经验基础，系统地抽象了未来课堂思维可视化教与学的活动、环境及其两者的对应和交互。活动域内，概括了教师的思维可视化教学和学生的思维可视化学习，使教师对教学绩效的评价（评课）、教学流程的设计（备课）、教学程序的开发（授课）等教学活动和学生对学习绩效的评价（复课）、学习流程的设计（预课）、学习程序的开发（受课）等学习活动得到有效协同；环境域内，概括了有形技术的思维可视化装备配置和无形技术的思维可视化设计理念，使装备配

16、置的宽带网络、计算机多媒体、智能系统等有形环境和设计理念的人本性、开放性、混合性等无形环境得到有效融合。活动和环境的对应，是一种弱相互作用，反映了两者之间相互联系的现象；活动和环境的交互，是一种强相互作用，反映了两者之间相互联系的本质。凡此种种，浩繁复杂，不胜枚举，下文仅围绕重点环节，有针对性地加以阐述。二、未来课堂的思维可视化教与学活动“未来课堂作为实施课堂教学活动的主要场所”24,其思维可视化教与学活动，如图3所示。（一）未来课堂思维可视化教与学活动案例与“由于未来课堂环境与传统教学环境有很大程度上的差异，为实现未来课堂教学模式实现的目标，所以在预习环节、引入环节以及教师在教学过程的组织及学习者在小组进行合作探究学习时头脑风暴过程中的观点组织中使用了思维导图这一可视化工具，注重培养学生的发散性思维和系统性思维等思维技能