思维可视化工具支持下的高级思维能力培养——教育论文

一、引言

    在传统的教学模式中，教师和学生往往较多关注问题的答案，而忽视了生成答案的“知识加工”和“问题解决”的思维方法和过程。学生通过死记硬背的机械学习，掌握的只是片面的、表层的知识。当知识应用的情景发生变化时，学生由于思维能力的不足，便难以适应。因此，提高教学效能的关键并不在于知识的机械重复，而在挖掘与呈现知识背后的思维规律，并引导学生加以掌握和应用。我们就必须变“强调结论”为“强调结论的生成过程”，而这就要求我们必须要把“看不见的”思维的过程和方法清晰地呈现出来，以便更好地理解、记忆和运用。这要求人们运用一系列可视化技术，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(Thinking Visualization)，以有利于高效地记忆、理解和应用知识, 发展学生的高级思维能力。学习者可以利用思维可视化工具不断拓展、组织和强化专业知识、并利用自己掌握的知识和技能去解决新的、更加复杂的难题。

二、思维可视化工具应用

    思维可视化是指运用一系列图示技术把本来不可视的思维（思考方法和思考路径）呈现出来，使其清晰可见的过程。可视化不仅是一种工具，它更是一种“用户体验至上”的思维方式。

    在思维可视化工具的应用方面，英特尔创新教育为用户提供了三种可视化的在线思维工具：可视化排序工具(Visual ranking)、可视化因果图工具Seeing Reason)以及论证工具(Showing Evidence)，三种思维工具都提供了有效的思考框架，这些工具操作方便，界面简洁清晰，这些思维工具可供学习者依据需要进行选择，并支持教师进行情境设置，是为数不多的产品化思维工具在教育教学领域的应用实践。

１、排序工具

    可视化排序工具引导学习者通过分析产生若干结论，然后依据一定的标准来比较结论的区别，从而找到解决问题的最有效方法。学习者可以从不同观点思考问题，评估并建立排序的标准，通过讨论与寻求共识的过程做出决定，最终形成排序清单，从而培养自己的高级思维能力。

    如图1所示，展示了一组学生利用排序工具对改变我们生活的发明的排序效果。学生如果要解决“各项发明是如何改善我们的生活的”这个问题，他们首先需要分析“有哪些发明能够改善我们的生活”，然后思考“这些发明都在哪些方面改善了我们的生活”，接着再反思“这些发明对我们生活的改善程度有区别吗”，最后才产生依据改善生活的程度为这些发明进行排序的操作。排序对于问题的解决是必要的，通过“分析—思考—反思—排序”的思维过程，学生将给出一个富有逻辑层次以及说服力的答案。排序工具有力地支持了回答问题的思考过程，培养了学生的高级思维能力。

2、因果图工具

    因果图工具能够帮助学习者不断地归因，最终形成导致问题存在的由表及里式的系统概念图。能够帮助学习者了解复杂问题或系统中各因素间的因果关系。学习者可以通过因果图工具讨论、表达、论辩自己对因果关系的诠释，学习者可以通过因果图工具运用逻辑，可视化呈现正反关系，从而培养自己的高级思维能力。

    如图2所示，展示了一组学生利用因果图工具对道路安全事故影响因素的想法。影响因素用矩形框表示，各因素之间的关系用箭头表示。各因素之间的影响正反关系用颜色表示（蓝色表示增加，红色表示减少），各因素之间的影响程度用线条宽细表示（ 越宽表示越大， 越窄表示越小）。可见，因果图工具为学生们思考与表达复杂事物间的因果关系提供了支架，有助于培养学生的高级思维能力。

3、论证工具

    论证工具不但可以支持学习者提出有力的论点和论据，还可以协助他们深入地反思论据的品质，从而得到一份客观、翔实的论证报告。学习者利用论证工具通过提出主张、列举证据、论辩岐见、及达成共识等过程，从而发展有效的论证技巧，培养自己的高级思维能力。在论证的过程中应鼓励学生讨论，分析并评估做决定所依据的准则 。

    如图3所示，展示了一组学生利用论证工具讨论羚羊木雕该不该要回的论证情况。学生的任务就是评估该要回与不该要回的理由。图3中，学生围绕“羚羊木雕应该要回”的论点进行了论证。在“论点工作区”，学生被指引着思考论据库中的论据哪些是增强论点的，哪些是削弱论点的。学生还能通过评定论据的品质来实现进一步划分这些论据对论点的增强或削弱的程度。在专题任务的引导下，思维工具自然地融入到问题解决的过程当中。

三、思维可视化工具促进高级思维能力的培养

    思维可视化工具主要的功能就是将人脑的自然发散性思维具体化，并用相应的符号和方式将它记录和显示出来。用思维可视化工具来训练和提高创新思维能力，有着非常高的效率，可以使学习者的高级思维能力得到极大的提高。可视化思维工具成为了学习者思考的脚手架，一步步支撑着问题求解的过程。可视化思维工具在设计与应用上无不体现着发展学习者高阶思维能力的特点。 

1、实现思维可视化

    通过上述实例可以看出，在数字化学习环境中，三种思维可视化工具通过鼓励讨论和理解复杂的构想来增进学生的高级思维能力，允许学生的想法以互动和动态的视觉图像呈现，使学生隐形思维过程显性化，实现思维可视化。

2、支持心理程序

    马扎诺将知识系统分为信息、心理程序、心理动作程序三种。只有支持心理程序的数字化学习工具称得上是面向思维方式设计的，对于发展学习者的高阶思维潜力巨大。三种思维可视化工具中的排序工具是一种排序思维，因果图工具是一种归因思维，论证工具是一种论证思维。这些思维方式是解决复杂问题时所必须运用的方法，对这些思维方式加以训练和强化，将有助于学习者在今后遇到类似的问题情境时，可以灵活地、熟练地运用相应的方法解决问题。

3、培养元认知

    元认知处于高级思维能力的最高层次，自主学习和反思性评价是培养学生元认知和反省思维较为有效的策略与方法。元认知是对认知的认知，是学习者对自己的认知加工和控制。元认知包括元认知知识、元认知体验和元认知监控等组成部分。三种思维可视化工具融入教学的过程都特别需要以讨论的方式开展协作学习活动。在学生进行学习的过程中，通过讨论、协商，自制学习目标，自选学习内容，自定学习方式，还可以自主学习评价。这些过程为学生进行元认知的反思和监控提供了舞台，通过不断地尝试，反思和改进，持之以恒，就能促进学生自身元认知能力的发展。

4、在问题解决中培养高级思维能力

    基于问题的教学方法是打开学生思维大门的钥匙, 是激励学生思考的催化剂。在教学中恰当地围绕设计问题、探索问题、解决问题来开展教学活动, 有利于促进学生理解和培养学生的高级思维能力。

    应用论证工具，学生可以建立论点和假设，搜集和评价证据，辩论差异，阐明和组织构想，最后得到结论。在这一系列的过程中，团队观点与个人观点的冲突促使学生寻求支持本人观点的证据，并进行辩论，引导学生从多个角度来全面的思考问题。从而培养学生多角度思考问题的能力。  

    学生可以绘制繁杂问题的因果关系及显示学生对因果关系的理解程度，学生可以利用排序工具完成选项的优先级排序，选取其他学生的排序结果或团队平均值进行对比，辩论差异性、估算相关系数、达成共识及组织想法，从而发展问题解决的能力。

四、思维可视化工具的使用启示

    作为培养学生高级思维能力支架的思维工具在使用过程中会呈现明显的转化，值得在教学应用中关注。

1、工具的使用强度逐步弱化

    工具在使用过程中的技术强度将呈现由强向弱的转化。首先，从工具的角度看，在培养学生高级思维能力的过程中主要是作为支架的角色出现的，而支架在使用过程中会随着学生能力的发展逐渐撤除。其次，从学生的角度看，在使用工具培养自身高级思维能力的过程中，通过工具训练获得的能力会逐渐内化，即使后来工具不存在时也能够有效地支持高级思维活动。因此，在使用思维工具时，应注意在恰当的时候弱化工具（支架）和撤掉工具（支架），最终形成学生自身内化的能力。

2、工具的使用主体转化

    作为支架的工具在开始时一般是由教师提供给学生使用，对学生而言，相当于一个外在的元认知帮助。只有当工具成为学生自己的工具时，能力才会逐渐内化，最终在没有工具时同样具备相应的能力去解决问题。因此，在使用思维工具时，要尽快使学生真正成为工具的使用主体，在没有教师指导或较少指导的情况下能够主动使用工具，促进高级思维能力的内化。

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