思維可視化：行走在深度學(xué)習(xí)中的杠桿解

惲亞杰

【摘要】思維可視化是通過(guò)各種方式呈現(xiàn)思維的一種行之有效的學(xué)習(xí)法?？v觀深度學(xué)習(xí)，思維是必要條件，是著力點(diǎn)。文章致力于探尋幫助學(xué)生自主建構(gòu)深度學(xué)習(xí)的最優(yōu)（省力且持續(xù)有效）策略。思維可視化是一種行走在深度學(xué)習(xí)中的優(yōu)質(zhì)杠桿解，它能幫助學(xué)生在主動(dòng)建構(gòu)的同時(shí)，保證杠桿的良性運(yùn)轉(zhuǎn)。

【關(guān)鍵詞】思維可視化;深度學(xué)習(xí);淺層學(xué)習(xí)

【基金項(xiàng)目】本文為常州市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃備案課題“小學(xué)科學(xué)教學(xué)中學(xué)生‘思維可視化’的探索與研究”研究成果。

一、亂花漸欲迷人眼：辨析“淺層學(xué)習(xí)”和“深度學(xué)習(xí)”

（一）案例一：“把液體倒進(jìn)水里”淺層學(xué)習(xí)教學(xué)片段

實(shí)驗(yàn)一：把蜂蜜、油分別倒入水中。

1.預(yù)測(cè)：把油、蜂蜜分別倒入水里，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？生預(yù)測(cè)。

2.分組實(shí)驗(yàn)。

3.匯報(bào)：把油倒入水里，油浮在水面上;把蜂蜜倒入水中，蜂蜜沉在水底。

4.提問(wèn)：為什么油浮在水面上，蜂蜜沉在水底？

5.回答：因?yàn)橛捅人p，蜂蜜比水重。（學(xué)生前概念中認(rèn)為“輕的物體會(huì)浮，重的物體會(huì)沉”）

實(shí)驗(yàn)二：把水、油和蜂蜜按照不同的順序倒進(jìn)同一杯子中。

1.預(yù)測(cè)：把油、蜂蜜和水依次倒入同一杯子里，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？生預(yù)測(cè)。

2.設(shè)計(jì)方案：列出油、蜂蜜、水三者不同的倒入順序。

3.實(shí)驗(yàn)匯報(bào)：最上面是油，中間是水，底部是蜂蜜。

4.提問(wèn)：為什么每次都是“油浮在水面上，水在中間，蜂蜜沉在水底呢”？

5.回答：因?yàn)橛捅人p，蜂蜜比水重。

【辨析】上述案例中，學(xué)生按照教學(xué)流程進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的預(yù)測(cè)結(jié)果只有兩種，要么是沉，要么是浮，沒(méi)有預(yù)測(cè)的思維含量（僵化）;學(xué)生自身不用思考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，只是按流程進(jìn)行機(jī)械化操作，即把液體倒進(jìn)水里（被動(dòng)）;學(xué)生按照自己的原有認(rèn)知進(jìn)行了沉浮現(xiàn)象的解釋?zhuān)狈茖W(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性，學(xué)生看到實(shí)際現(xiàn)象和自己的預(yù)測(cè)一致后，沒(méi)有對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行深入思考，沒(méi)有追根究底地探索現(xiàn)象背后的本質(zhì)規(guī)律（膚淺）。

綜上所述，這是一種淺層學(xué)習(xí)。在淺層學(xué)習(xí)狀態(tài)下，學(xué)生的認(rèn)知狀態(tài)是膚淺的，在知識(shí)建構(gòu)上，只能獲得淺顯知識(shí)，發(fā)現(xiàn)不了本質(zhì)規(guī)律;學(xué)生的心智發(fā)展是“躺平”的，在思維發(fā)展上，缺乏思維的橫向和縱向發(fā)展;在心態(tài)上，容易產(chǎn)生枯燥感，失去對(duì)活動(dòng)的興趣。

（二）案例二：“探秘沉浮”深層學(xué)習(xí)教學(xué)片段

實(shí)驗(yàn)一：觀察物體放入不同液體中的三種沉浮狀態(tài)。

1.預(yù)測(cè)：這是三個(gè)裝滿(mǎn)不同液體并封口的乒乓球，放入水中會(huì)怎么樣？生猜測(cè)。

2.演示實(shí)驗(yàn)，語(yǔ)言描述沉浮狀態(tài)，板書(shū)沉浮狀態(tài)。

3.介紹三種沉浮狀態(tài)：漂浮、懸浮、下沉。

實(shí)驗(yàn)二：同體積的液體的質(zhì)量與沉浮的關(guān)系。

1.分組實(shí)驗(yàn)觀察球的沉浮情況：把三個(gè)球依次放入水中，仔細(xì)觀察三個(gè)球在水中的沉浮。

2.根據(jù)沉浮情況，對(duì)同體積三種液體的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。問(wèn)題聚焦：為什么三個(gè)小球在水中的沉浮情況不同？

3.預(yù)測(cè)：沉浮與液體的質(zhì)量有關(guān)。

4.根據(jù)預(yù)測(cè)推斷：生表述預(yù)測(cè)，設(shè)計(jì)方案。

5.實(shí)驗(yàn)：相同體積的液體，稱(chēng)質(zhì)量。

歸納沉浮與物體質(zhì)量之間的關(guān)系：體積相同的情況下，一號(hào)液體的質(zhì)量比水的質(zhì)量小，漂浮;二號(hào)液體的質(zhì)量和水的質(zhì)量相同，懸浮;三號(hào)液體的質(zhì)量比水的質(zhì)量大，下沉。

推斷：同種液體在同種液體中是懸浮的。

1.提問(wèn)：如果這三種液體中有一種液體是水，應(yīng)該是哪個(gè)？為什么？

2.小結(jié)：同種液體在同種液體中是懸浮的。

3.提問(wèn)：如果把這三種液體分別放入油、洗手液中，會(huì)怎樣？

4.師生演示實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象。

5.提問(wèn)：如果有一種液體是油，是幾號(hào)液體？如果有一種液體是洗手液，是幾號(hào)液體？

學(xué)生回答，并解釋原因：同種液體在同種液體中是懸浮的。

【辨析】上述案例中，學(xué)生的預(yù)測(cè)會(huì)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生很大的反差，從而激發(fā)學(xué)生的探究欲（主動(dòng)）;學(xué)生能聚焦關(guān)鍵性問(wèn)題，展開(kāi)有思維含量的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行推斷驗(yàn)證，交流自己的想法，主動(dòng)建構(gòu)關(guān)于沉浮的概念（系統(tǒng)）;學(xué)生能運(yùn)用自主建構(gòu)的概念，反向推斷，解決問(wèn)題（靈活）。

綜上所述，這是一種深度學(xué)習(xí)。在深度學(xué)習(xí)狀態(tài)下，學(xué)生的認(rèn)知是深入的，在知識(shí)的建構(gòu)上，是遞進(jìn)的、有層次性的，符合概念教學(xué)的要求，能幫助學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì);學(xué)生的心智發(fā)展是良性的，學(xué)生帶著稚嫩的想法展開(kāi)交流，帶著質(zhì)疑的精神深挖思維，帶著合作的態(tài)度整合思維，帶著學(xué)習(xí)的動(dòng)力升華思維，實(shí)現(xiàn)思維的提升;在人格發(fā)展上，學(xué)生的探究興趣愈發(fā)濃厚，找到了活動(dòng)的價(jià)值感和成就感。

二、問(wèn)渠那得清如許：科學(xué)思維是深度學(xué)習(xí)的著力點(diǎn)

科學(xué)思維是人類(lèi)長(zhǎng)期實(shí)踐活動(dòng)中形成的一種有價(jià)值的思維。在科學(xué)思維的幫助下，我們能夠很清楚地透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，找到事物的本質(zhì)屬性，游刃有余地參與社會(huì)，改造社會(huì)，所以，科學(xué)思維是一種具有實(shí)際意義的思維。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，教師往往要帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷“提出問(wèn)題→作出假設(shè)→尋找證據(jù)→得出結(jié)論→解釋運(yùn)用”的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，教師要充分發(fā)揮學(xué)生的科學(xué)思維，引領(lǐng)學(xué)生展開(kāi)思維的較量，使學(xué)生更好地感知信息的價(jià)值，加深對(duì)問(wèn)題的理解。對(duì)于小學(xué)生來(lái)說(shuō)，只有擁有了科學(xué)思維，并能在學(xué)習(xí)和生活中根據(jù)思維要求加以運(yùn)用，才能提升學(xué)習(xí)力，在成長(zhǎng)和發(fā)展中實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值。

在深度學(xué)習(xí)過(guò)程中，只有讓科學(xué)思維參與歸納和演繹、分析與綜合、抽象與具體，深度學(xué)習(xí)才實(shí)現(xiàn)了本真的意義，這也是每位教師想要達(dá)到的最佳狀態(tài)。在上述兩個(gè)案例中，我們明晰了“淺層學(xué)習(xí)”和“深度學(xué)習(xí)”的不同之處，也知道了科學(xué)思維和深度學(xué)習(xí)應(yīng)同時(shí)貫穿于科學(xué)探究中，并呈現(xiàn)螺旋式向上發(fā)展的樣態(tài)，使學(xué)生的科學(xué)思維深度促進(jìn)學(xué)習(xí)的深度。為此，我們有必要對(duì)“深度學(xué)習(xí)的發(fā)生”進(jìn)行多維思考，讓科學(xué)思維成為深度學(xué)習(xí)的著力點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的“清如許”狀態(tài)。

三、為有源頭活水來(lái)：思維可視化是深度學(xué)習(xí)的杠桿解

思維可視化是運(yùn)用圖示、符號(hào)、表格、動(dòng)作、多媒體等多種手段直觀、深入淺出地將思維的過(guò)程表現(xiàn)出來(lái)，更好地促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展。在具體問(wèn)題或探究環(huán)節(jié)，融合思維可視化的教學(xué)技能，能夠幫助學(xué)生建構(gòu)概念并融入概念體系，幫助教師看清學(xué)生思維的行走路徑和行走方向，讓思維可視化站在離支點(diǎn)更遠(yuǎn)的杠桿端，實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化，成為深度學(xué)習(xí)的杠桿解。下面以“四季成因”教學(xué)為例，思考思維可視化支持下的深度學(xué)習(xí)策略。

（一）創(chuàng)設(shè)可視化教學(xué)情境，驅(qū)動(dòng)深度學(xué)習(xí)

一切知識(shí)都是從感官開(kāi)始的。我們讓學(xué)生在設(shè)計(jì)好的可視化情境中看到情境，感受情境，走入情境，不僅能實(shí)現(xiàn)學(xué)生從形象感知到抽象理解的頓悟，而且能讓學(xué)生走進(jìn)教師設(shè)計(jì)好的教學(xué)“圈套”，讓學(xué)習(xí)活動(dòng)變成一種自覺(jué)行動(dòng)。

在“四季成因”教學(xué)中，因?yàn)榈厍蛱螅瑢W(xué)生無(wú)法看到地球的全部，所以教師出示直觀形象的地球模型，讓學(xué)生觀察地球各地的氣候特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)“地球上各地的冷暖不同”。在交流過(guò)程中，學(xué)生的腦海中生出一個(gè)個(gè)有探究?jī)r(jià)值的問(wèn)題：“地球上為什么各個(gè)地方冷暖不同？”“為什么我們所處的中國(guó)有四個(gè)季節(jié)？”這些有探究?jī)r(jià)值的問(wèn)題不是教師硬塞給學(xué)生的，而是學(xué)生在可視化的情境中萌發(fā)出來(lái)的，這個(gè)萌發(fā)出來(lái)的問(wèn)題越有研究?jī)r(jià)值，就說(shuō)明教師創(chuàng)設(shè)的可視化情境越具有合理性、必要性。學(xué)生帶著自己想要研究的問(wèn)題來(lái)到課堂上，就會(huì)主動(dòng)扎實(shí)地行走在探究的每一個(gè)流程中，開(kāi)啟深度思考的大門(mén)。所以，創(chuàng)設(shè)可視化的情境，為深度學(xué)習(xí)的杠桿解指明了發(fā)力方向。

（二）展開(kāi)可視化學(xué)生前概念，激發(fā)深度學(xué)習(xí)

學(xué)生在進(jìn)入課堂之前，已經(jīng)擁有了自發(fā)的概念結(jié)構(gòu)，并用之來(lái)認(rèn)識(shí)、解釋世界。他們的前概念有隱藏性、頑固性等特點(diǎn)，思維具有局限性。如何在“最近發(fā)展區(qū)”給予學(xué)生恰到好處的幫助，促進(jìn)概念的自主建構(gòu)？為此，教師要充分尊重學(xué)生的前概念，不論對(duì)與錯(cuò)、片面與模糊，都不做評(píng)價(jià)。因?yàn)榻處煵皇菍W(xué)習(xí)的主導(dǎo)者，而是學(xué)習(xí)的引領(lǐng)者，需要做的是讓學(xué)生根據(jù)前概念進(jìn)行解釋和說(shuō)明（產(chǎn)生認(rèn)知沖突的環(huán)節(jié)），看清自己的前概念存在的問(wèn)題，根據(jù)問(wèn)題精準(zhǔn)定位概念建構(gòu)的起點(diǎn)。

在“四季成因”教學(xué)中，教師針對(duì)“四季是怎樣形成的？”反拋問(wèn)題。關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生擁有的是充分的感性感受，對(duì)新知的認(rèn)知是很少的。教師作為協(xié)助者，給每組提供地球儀代表地球，提供紅外線(xiàn)代表太陽(yáng)直射點(diǎn)，讓學(xué)生模擬并用自己的前概念解釋和表達(dá)。這種可視化預(yù)測(cè)比語(yǔ)言的解釋說(shuō)明來(lái)得更方便，全方位立體展示了學(xué)生關(guān)于“四季成因”的前概念。學(xué)生看到了每個(gè)人對(duì)于“四季成因”的認(rèn)知是不一樣的，就會(huì)產(chǎn)生認(rèn)知沖突，進(jìn)而深度思考到底哪種說(shuō)法是正確的，這樣就根據(jù)概念建構(gòu)中關(guān)于同化或順應(yīng)的需要，順利進(jìn)入教師設(shè)計(jì)的“圈套”，開(kāi)始深度思考怎么設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證和探究。所以，實(shí)現(xiàn)學(xué)生前概念的可視化，可視化情境的功勞是很大的，為杠桿解做了發(fā)力。

（三）設(shè)計(jì)可視化探究方案，催化深度學(xué)習(xí)

“授人以魚(yú)不如授人以漁”，教師應(yīng)重視技能的傳授。為此，在科學(xué)活動(dòng)中，教師可以讓學(xué)生以組為單位設(shè)計(jì)方案，匯報(bào)交流方案，修改完善方案，不能忽視這個(gè)流程，因?yàn)檫@是學(xué)生思維展開(kāi)的過(guò)程。教師作為引領(lǐng)者，在學(xué)生思維展開(kāi)過(guò)程中需要“看”“思”“推”“定”，即看思維內(nèi)容，分析思維軌跡，推測(cè)思維狀態(tài)，確定教學(xué)節(jié)奏，讓可視化的探究方案向著學(xué)生積極的思維方向發(fā)展。

在“四季成因”教學(xué)中，學(xué)生預(yù)測(cè)“四季與地球的公轉(zhuǎn)有關(guān)”后，設(shè)計(jì)了兩組探究方案，教師提供結(jié)構(gòu)化材料（地軸垂直軌道面、地軸傾斜軌道面）輔助學(xué)生的設(shè)計(jì)，這兩組探究方案都是可視化的。

第一個(gè)實(shí)驗(yàn)“地軸垂直公轉(zhuǎn)”，觀察太陽(yáng)直射點(diǎn)的位置有沒(méi)有發(fā)生變化，并進(jìn)行假設(shè)推斷：如果太陽(yáng)直射點(diǎn)的位置發(fā)生變化，說(shuō)明地軸垂直公轉(zhuǎn)能引起溫度變化;如果太陽(yáng)直射點(diǎn)的位置沒(méi)有發(fā)生變化，說(shuō)明地軸垂直公轉(zhuǎn)的假設(shè)不成立。

第二個(gè)實(shí)驗(yàn)“地軸傾斜公轉(zhuǎn)”，觀察太陽(yáng)直射點(diǎn)的位置有沒(méi)有發(fā)生變化，并進(jìn)行推斷：如果太陽(yáng)直射點(diǎn)的位置發(fā)生變化，說(shuō)明地軸傾斜公轉(zhuǎn)，能引起太陽(yáng)直射點(diǎn)的變化。繼續(xù)推斷：太陽(yáng)直射點(diǎn)的位置發(fā)生變化，會(huì)引起什么變化？

進(jìn)入第三個(gè)實(shí)驗(yàn)“以中國(guó)為例，探究四季成因”，標(biāo)注出每種公轉(zhuǎn)狀態(tài)所表示的季節(jié)。

這三個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是思維可視化的設(shè)計(jì)，體現(xiàn)的是思維的軌跡和狀態(tài)。在這個(gè)可視化的過(guò)程中，我們看到了學(xué)生在每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的思維碰撞、思維矯正、思維調(diào)整，聽(tīng)到了思維拔節(jié)的聲音。所以，可視化的探究方案為深度學(xué)習(xí)的杠桿解拉長(zhǎng)了動(dòng)力臂。

（四）共享可視化數(shù)據(jù)結(jié)論，深化深度學(xué)習(xí)

科學(xué)數(shù)據(jù)是定量研究結(jié)果的主要證據(jù)。學(xué)生在尋找證據(jù)中會(huì)產(chǎn)生一系列的數(shù)據(jù)。面對(duì)數(shù)據(jù)，教師要教會(huì)學(xué)生辨析數(shù)據(jù)的科學(xué)性和正確性，找出錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，帶領(lǐng)學(xué)生分析數(shù)據(jù)，讓學(xué)生站在多維的視角看數(shù)據(jù)，看出數(shù)據(jù)背后隱藏的規(guī)律和結(jié)論。

小學(xué)生由于年齡特點(diǎn)，對(duì)一長(zhǎng)串的數(shù)據(jù)缺乏敏感性，不能很好地辨識(shí)出數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在關(guān)系和內(nèi)在規(guī)律。所以，在共享實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，教師可以畫(huà)柱狀圖、曲線(xiàn)圖，把現(xiàn)象直接標(biāo)注在對(duì)應(yīng)的圖片上，便于直觀分享。

在“四季成因”教學(xué)第一個(gè)實(shí)驗(yàn)“地軸垂直公轉(zhuǎn)”中，學(xué)生在地球儀上標(biāo)注了“地球公轉(zhuǎn)到各個(gè)地方，太陽(yáng)的直射點(diǎn)都在赤道”;在呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的時(shí)候，學(xué)生把每組的地球儀舉起來(lái)給大家看，紅色的圓形貼紙都在赤道上，一目了然。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)“地軸傾斜公轉(zhuǎn)”，學(xué)生同樣在地球儀上標(biāo)注了“地球公轉(zhuǎn)到各個(gè)地方，太陽(yáng)直射點(diǎn)的位置在南北回歸線(xiàn)之間運(yùn)動(dòng)”;在呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的時(shí)候，學(xué)生把每組的地球儀舉起來(lái)給大家看，同樣一目了然。第三個(gè)實(shí)驗(yàn)“以中國(guó)為例，探究四季成因，標(biāo)注出每種公轉(zhuǎn)狀態(tài)所表示的季節(jié)”，學(xué)生清楚地看到：“太陽(yáng)直射點(diǎn)離中國(guó)最近，就是夏天;慢慢變遠(yuǎn)，就是秋天;最遠(yuǎn)，就是冬天;再變近，就是春天?！边@種可視化的數(shù)據(jù)分析，符合學(xué)生的認(rèn)知理解層次，比枯燥的表格中的數(shù)據(jù)更具形象力、解釋力、理解力。所以，可視化數(shù)據(jù)結(jié)論讓深度學(xué)習(xí)的杠桿解變得更省力。

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