[转载]《思维可视化技术与学科整合的理论和实践研究》
2012-05-08 00:18阅读：
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》
开 题 报
告
一、课题立项意义及背景
1.立项意义
1.1聚焦思维可视化，实现教学效能倍增
教育的核心是教学，好的教育必须要有好的教学，那么什么是“好的教学”？
结合新课改的三维（知识和能力、过程和方法、情感态度和价值观三个维度）教学目标，我们可以得出三项评价指标：第一，学生的学业水平（成绩）要好；第二，学生解决问题的能力（主要是思维能力）要强；第三，学生要有积极健康的人格。那么，能更好地实现以上目标的教学就是“好的教学”，我们称之为“高效能教学”；反之，则是“差的教学”，我们称之为“低效能教学”或“负效能教学”。那么当前在基础教育阶段，我们的“教学效能”
是高、是低、还是负的呢？这个现状大家都很清晰：教师教得累，学生学得苦，然而学生的整体学业水平并不理想，成绩优秀者其实并不多，“两极分化”和大面积不及格现象非常严重。另外，厌学情绪在中小学生群体中不断蔓延，据调查数据显示，当前有近
70%的学生具有不同程度的厌学心理，而至于“能力”这一项，显然比前两项的情况更糟糕。由此可见，“教学效能”的整体水平是很低的。那么原因在哪里？
我们研究认为问题的根源在现行教学方式和方法——教师为了提高学生成绩，挤时间，抢时间，霸占时间，大量、重复、机械地向学生灌输知识；学生则长期陷入“死记硬背”和“题海战术”之中，身心疲惫，晕头转向。关注“成绩”没有错，我们一直认为“不出成绩的教学”一定算不上“好的教学”，让学生取得好成绩，无可厚非。但问题出在大多数教师根本没搞清楚“好成绩到底是从哪来的”。其实，学生的成绩（尤其是初高中学生）并不是来自于教师们挂在嘴边上的“四多”（多读、多写、多背、多做题）而是思维能力！因为今天的中高考，考的并不是死知识——基于我们对中高考试题的深入分析，我们证实中考题有50%是考学生思维能力的，而高考题有80%是在考学生思维能力！因此，思维能力的强弱才是决定成绩优劣的关键因素。然而，传统教学模式过度关注“知识”却忽视知识背后的“思维”，使学生长期处于“浅思考”甚至“不思考”状态，从而导致学生思维能力发展受阻。所以，年级越高，学生“掉队”的越多，“两极分化”和大面积不及格现象越严重。
本课题将通过思维可视化技术的运用，引领教师把教学关注点从“知识”转移到“思维”，从而持续提升学生的思维能力，实现教学效能的倍增。
1.2以目标为导向，以方法为支撑，让学生的自主探究学习“落地”
新课程改革要求教师培养学生自主、合作、探究的学习方式，使教学从以“教师为中心”转向“以学生为中心”，为积极响应教改计划，各地学校进行了大量的、有益的探索，如“小组合作式学习”、“生命课堂”、“学本教育”、“生本教育”等，但经调查发现，有不少学校，由于课堂没有教师主导又缺少具体、有效的方法支持，课堂秩序无法保证，学生一盘散沙，好动的静不下来，好静的不愿参与，结果遭到教师、家长、学生的一致抵制，难以继续推进。究其根源，在方向不清，定位不准，又缺少方法和技术支持的情况下，硬着头皮改变课堂教学模式，其教学效能必然大打折扣！推广自主探究式学习的前提是要提供行之有效的方法，让教师和学生都尝到“甜头”（效能的提高），然后逐步培养学生的自主学习意识，在“爱学习”和“会学习”的条件下实施，而其中“会学习”是自主探究式学习取得效果的关键因素，其核心是教会学生应如何思考，而这正是本课题的主要价值！
1.3实现“素质教育”与“应试教育”的统一
我国从1983年提出“素质教育”的方针以来，很多人便误认为“素质”和“知识”是对立的，始终将无法落实“素质教育”的根源归罪于“应试教育”，把矛头指向中高考。然而考试是一种相对公平的教育资源分配和人才选拔制度，是保证公平的有效方式，不会也不能被取消，所以“考试”并不是问题真正所在。另外，不少人还错误地把学钢琴、学跳舞、学画画等当成“素质教育”，其实这并不是人的“核心素质”而是一项技能、一种特长。人的“核心素质”是心智模式——思维能力（系统思考能力）和心理能力（积极健康的心理状态）。本课题将日常教学聚焦在“发展学生思维能力”上，使学生“会学”，同时带动学生“爱学”和“乐学”的积极心态，最终使学生获得好成绩。这样我们便将“素质教育”和“应试教育”统一起来，实现教学效能的最大化。
1.4为教育技术开辟新的发展道路
从1946年美国教育家戴尔提出“视听教学法”开始，教育技术便作为辅助教学的重要手段发展起来，其后随着计算机和网络技术的发展，教育技术也得到突飞猛进的发展，进入数字化和网络化时代，这使信息的传播打破了时间、空间和对象数量的限制，如基于“云计算”的教育平台可以使教育资源在更大的范围进行共享，使学习者获取信息更为便捷。然而，对于个体学习者而言，下一步他们需要的是什么？是更快的网速、更大的信息量、还是更“酷”的用户体验？也许都要，但这些绝不是最重要的！最重要的是“效能”
学得更快、更清晰、更深入，同时还锻炼了思考能力，启发了智慧，这才是效能的真正体现。然而，当前国内关于教育技术的研究大多是集中在网络平台建设、信息环境优化、终端开发（如电子书包、智能手机、电子白板等）领域，很少有从事教学内容（当然是指能够提高教学效能的内容形式）开发的，有做内容开发的，也多是以题库、教学视频、动漫等形式呈现的，并不能帮助学生建立系统的知识架构并同时发展其思维能力，是信息和知识的可视化而非思维的可视化，对提高教学效能没多少帮助，甚至会强化学生“被动学习，不爱思考”的习惯，所以这些并不是高效教学资源的开发方向。而本课题就是要运用思维可视化技术开发出具有“思维可视”特点的新形式教学资源，实现“教”与“学”的效能倍增。
综上所述，让更多教师掌握和运用思维可视化技术，创建思维型课堂，开发思维可视化教学资源，使学生在学习过程中实现一举多得——建立清晰的知识体系，发展系统思考能力，同时获得良好学习成绩，是我们推进教学改革，提高教学水平的唯一正确途径，是势在必行、刻不容缓的事情，也是教育技术发展的新方向、新领域、新天地。
2．立项背景
2.1图示技术的发展
图示技术（是指能帮我们理清概念之间的逻辑关系并将其中的思考方法及思维路径以视觉信息呈现出来的图示或图示组合）是实现思维可视化的基础。最初，教育技术发端于视听技术，主要以录音、图像、电影等视听信息来辅助教学。依据
1946年美国试听教育家戴尔提出的“经验之塔”理论，这些“视听信息”比其上层的言语和视觉符号更具体、更形象，所以更容易激发学习者的学习兴趣，也更好理解和记忆。然而，这些“视听信息”刺激的主要是人的感知记忆层，并不能将人的“知识加工”过程即“思考过程”呈现出来，所以无法实现思维可视化。自上世纪
60年代开始，各种能呈现思考方法及思维路径的图示技术开始发展起来：如英国人东尼
•博赞（
Tony Buzan）发明的思维导图（
mind map）、心理学家及教育技术学家诺瓦克于
1970 年在康奈尔大学提出来概念图（
concept map）技术、
日本管理大师
石川馨先生所发明的鱼骨图（因果图）技术等。这些图示技术被逐渐运用到高等教育、企业培训和基础教育等领域，都产生了较大的影响力，使“知识可视化”、“思维可视化”、“读图时代”、“可视化思考”等新学习模式逐渐流行开来。相对于国外，国内在这方面的研究主要体现为理论的提出及单一技术的应用实践。例如：北京师范大学
林崇德教授提出的“思维型课堂”概念和基本模式、北京师范大学“知识工程研究中心”提出了较为完整的“知识可视化”理论，并且开发了“易思——认知助手”软件。据了解，开展相并研究工作的还有南京师范大学、河南师范大学、广西师范大学、陕西师范大学等，但至今尚未有与基础教育阶段各学科教学进行整合的思维可视化成果发布。目前，只有华东师范大学现代教育研究所在这个领域进行了比较深入的、系统的研究和开发工作并取得了一系列教学实验和教师培训的成功。
备注：在相关研究中，很多机构使用了“知识可视化”的概念，而我们使用的是“思维可视化”
概念，这二者有何区别？我们认为“知识”这个概念比较表层化，不是本质，知识背后的规律以及加工知识的过程（思考过程）才是本质，所以用“思维可视化”这个概念更能体现这个过程的本质。
2.2绘图软件的发展
随着软件技术的发展，计算机软件可以帮助没有任何绘画基础的人将各种图示清晰、规范地绘制出来，这是保证每个教师都可以开发“思维可视化教学资源”的工具性前提。目前，这类软件有很多，学习和操作起来也比较简便，易学易用。例如，用来绘制思维导图的软件就有Mindmanager、mindmapper、FreeMind、Sharemind、XMIND、Linux、Mindv、imindmap等。这些绘图软件不但可以绘图，而且还可以将图示以动态的形式分步呈现出来，使内容开发者或学习者的思路更清晰。
2.3交互软件技术的发展
从广义上讲，本课题中的“思维可视化技术”并不仅仅指思维图示的绘制技术，还包括思维图示的呈现、传播、存储、交互、共享、修改等一系列技术。随着课题研究的深入，可将课题中产生的各种可视化的教学资源与软件开发技术结合起来，开发出一系列具有“思维可视化”特性的教学软件，实现学习者与学习资源的双向互动。
2.4网络信息平台建设
随着计算机及网络技术的发展，特别是“云计算”的广泛应用，可将我们的可视化教学资源利用网络信息平台进行共享，突破时间、空间和学习者数量的限制，使学习资源的获取更加便捷，成本（经济成本和时间成本）更低。
2.5终端呈现技术
随着显示技术的发展和电子交互技术的发展，可利用PPT、投影仪、交互式电子白板、电子书包、教学一体机等将思维可视化教学资源呈现出来。
综上所述，各种技术的发展为我们实现思维可视化教学提供了坚实的基础。本课题的研究主要是把这些技术进行整合，并使之与学科教学应用及思维可视化教学资源开发相匹配，从而实现提高教学效能的目标。
二、课题的界定
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。
三、研究目标与内容
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。
四、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。
五、预期成果
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；
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。
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
