思维可视化技术能促进高中学生数学核心素养养成的原因分析

摘 要：数学学科核心素养是学生在数学学习的过程中所形成的有利于自身和社会可持续发展的特定综合运用能力，其主要由数学抽象、逻辑推理、数学建模、直观想象、数学运算和数据分析六个要素构成。数学学科核心素养体系的建立对国家教育改革、数学学科教育、教师和学生的发展具有重要的价值。在高中数学教学中，可借助思维可视化技术培育高中数学核心素养。

关键词：思维可视化;数学学科;核心素养;培育路径

一、 引言

随着课程改革进程的不断推进，人们的观念从只关注成绩逐步转向关注学生素质的发展。2014年3月30日，教育部印发《关于全面深化课程改革，落实立德树人根本任务的意见》，正式提出“核心素养体系”的概念。就数学学科而言，现在所指的数学核心素养包括数学抽象、逻辑推理、数学建模、数学运算、直观想象和数据分析，六者既相互独立，又相互交融，构成统一整体。而“思维可视化（Thinking visualization）”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。在高中数学教学中，思维导图往往是从一个主要概念开始，随着思维的不断深入，逐步建立的一个有序的图，能够激发学生的创新潜能，提高知识的创新应用能力，培育了学生的数学核心素养。

二、 从数学内容的整体性来看

数学本身是一个整体，其整体性不仅体现在数与代数、图形与几何、统计与概率等不同部分内容之间的相互联系上，也体现在同一部分内容中不同知识点的内在逻辑关系上。以代数函数为例，数集的发展为函数的定义域和值域研究做了准备;“式”是函数关系的重要表达形式，“式”也可以看作是关于式中某个（或某些）字母的函数;方程或不等式的解集则可以理解为使左右两个函数值相等或不等的公共定义域的子集。显然，函数在数与代数中发挥主导作用。正是由于数学本身的这种整体性，为“思维可视化（Thinking visualization）”技术的融入敞开了大门。在有效处理复杂的认知任务中，可视化思维工具可以帮助学生采用简洁明了的图解形式表现复杂的知识结构，从而形象地呈现高中数学各知识点之间的联系，深刻揭示出不同知识之间的内在联系或差异对比。在形成思维发展的引导框架和概念网络过程中，将解决问题过程中各种思维灵感以各种直观、形象和清晰的结构图示表现出来，更有助于学生积极思考、组织素材、有效整合知识，借助高中数学内容的整体性，建立系统的知识体系。

三、 从数学学科的思想性来看

数学思想是对数学及其对象、数学概念、数学结构和数学方法的本质性认识，是从某些具体的数学内容和对数学的认识中提炼而上升的数学观点，在数学认识活动中具有普遍的指导意义，是建构数学和用数学解决问题的指导思想。“思维可视化（Thinking visualization）”是通过视觉表征手段将思维路径、方式及整个思维状态进行外化，其实质是思维的视觉表征。即在图示技术支撑下，将数学思想的抽象思维过程和状态进行外部表征，形成直接作用于人的感官的概念图、导图等外在表现形式，不但促进学习者的数学思想培育，还能够引发学习兴趣，将不可视的数学思维过程直观呈现，潜移默化中培育学生的数学素养。

四、 从数学教学的过程来看

学生数学核心素养的发展具有渐进性，因此，数学教学要注重过程性，这里的“过程”主要体现在两个方面：一是数学知识的发生发展过程，二是学生的思维活动过程。注重“过程”，教师就要遵循学生思维发展规律，让学生简约地经历知识的发生发展过程。例如，有关数的教学，在小学阶段，由于学生智力水平的局限，学生主要学习自然数和正分数的四则运算，要求学生能够借助现实中的实际情境，感受大数并对其估计，在教学自然数的加减运算时，常用的方法有数小棒，数手指等借助摆弄实物的方法发现自然数的加减运算规律，但这样的教学一旦出现小数减大数（如：1-2）这样的运算时，运算就会遇到困难。到了初中，由于学生智力水平的发展，知识能力和思维水平都有了很大提升，对抽象化和符号化已经有了一定的概念，要求学生在熟悉的生活经历中了解负数的意义，会用负数解决日常生活中的数学问题。但初中由于学习了数的乘方开方的相关知识，负数开平方又成了困扰初中生的新问题;到了高中，将数域扩充到复数域后问题自然解决。数域的每一次扩充，都会增加学生对不同类别数与数之间区别的难度，特别是学困生，当数域扩充到实数域后，它们之间的关系就开始混淆。此时，我们可借助思维可视化技术辅助教学，“一图胜千字”，利用大脑对“图”的偏好，以分步图示的方式将知识、动作要领清晰呈现，图片具有直观具体的特点，符合学生直观形象的思维认知水平，而且图片形象直观，信息量丰富，能将数域的分类和发展过程以“数”这个中心詞开始，随着思维的不断深入，联想出一系列与数相关的事物，然后形成一个有序的图式，图形和文字，将各个层级主题之间的关系通过层级图展示出来，将知识的发生发展过程以清晰的脉络呈现，学生在掌握知识的同时提升了思维能力的发展水平。

参考文献：

[1]叶新东.未来课堂环境下的可视化教学研究[D].上海：华东师范大学，2014.

[2]中华人民共和国教育部.关于全面深化课程改革，落实立德树人根本任务的意见[J].2014（3）：30.

[3]马云鹏.关于数学核心素养的几个问题[J].课程？教材？教法，2015（9）：36-39.

作者简介：

李青，贵州省贵阳市，贵州省贵阳市第二中学。