知识可视化工具在小学数学教学中的应用探究

2021-01-08甘肃省张掖市甘州区西街小学

天津教育 2021年8期

关键词：导图可视化工具

■甘肃省张掖市甘州区西街小学李爱

一、知识可视化工具的相关内容概述

（一）知识可视化工具的内容

所谓知识可视化，即在科学计算、数据或信息等方面的可视化研究之后，这一形态应用于知识教学中，而国内外的学者依据自身的理解，对这一概念也作出了不同的解读。

（二）知识可视化工具的类型见解

1.思维导图

思维导图最早由英国人Tony Buzan 开发，最初Tony Buzan 只是将思维导图作为记笔记的方法，逐渐发现其可视化的优势，并将其发展为思维展现的工具。构建思维导图时，需要先将图像的中心点处描绘一个主题概念，再由中心向四周呈“发散状”部署树状的分支概念，可利用彩色图案或线条、符号等，使原本单调的信息更为直观、清晰，而思维导图的方法能够有效提升记忆力和创造力，与人类的大脑思维模式相似。其中，“中心概念”是思维导图较为明显的特征，由中心概念向周围散发的概念主题，再由一级主体发散二级主题，层次类推最终形成“树状”的结构图。现如今随着网络技术的发达，人们可以使用计算机的形式构建思维导图，常用的制图软件有X Mind及Inspiration等。

2.概念图

概念图是由J.D.Noysk 博士等人发明，以教育心理学为基础，结合图示理论及概念网络理论，概念图凸显出明显的教育作用，作为一种辅助教学技术，概念图能够更加清晰地呈现出知识体系。一般来说，概念图主要由概念、箭头等元素组成，其中最为主要的命题置于圆圈中，再以箭头或线条的方式将概念命题联系在一起，使概念之间的关系能够通过这种方式组成层次化的结构。概念图的知识可视化特点较为明显，可凸显出知识体系的层次化结构，常用的制图软件有Inspiration等。

3.思维地图

思维地图是由David Hyerle 博士发明，其本质是语义学及认知心理学的原理，属于一种模拟思维的工具，能够帮助使用者构建出完整的知识体系，常见的思维地图有圆圈图及双气泡图等八种形式，由此可以看出，思维地图的形式较多，与思维导图存在明显的不同，而思维地图的每种形式都有各自的功能，也对应着人类大脑处于思考过程中时对应的八种思维形态，思维地图的应用可提升学生对知识信息的分析及比较能力，使学生具备构建知识体系的素养。

4.韦恩图

韦恩图主要应用于两个或多个元素的可视化现象中，如两种事物的特征较为鲜明，教师就可构建两个相互交错的大圆，将事物的共同特征填于大圆中的重叠部分，使各自的特点与各自的区域对应，而不同的特点可写在不重叠之处。韦恩图具有比对差异的明显优势，在事物的特性对比方面给人以更加直观的视觉显现。

二、知识可视化工具在小学数学教学中的必然性

（一）小学数学教学的现状分析

在当代小学数学的课堂教学中，教师通常采用“内容引入-知识梳理-难点教学-训练总结”的方式进行知识教学，由于小学生的认知能力有限，自身对知识体系的梳理能力并不强，若教师未能在“知识梳理”环节中采用直观性更强的展现方式，学生对知识的认知必然会存在误区，长此以往，学生也会对小学数学的学习丧失兴趣。究其原因，是教师采用的知识梳理方法不当，现代教育体系讲求科学的教育形式，知识可视化工具在小学数学教学中的应用是十分必要的，对此，教师要积极改变当下的知识梳理方式，采用多种可视化工具的形式，带领学生在数学的学习中形成完善的知识体系，以提升学生的学习思维活跃度，避免学生因单一重复的思维发展模式而导致思维固化，将图形与知识相结合，可重新启发学生的学习兴趣，提升小学数学课堂教学的效率。

（二）知识可视化工具在小学数学教学中的必然性

1.知识可视化工具与学生思维发展特征相似

小学生的年龄阶段较小，其思维形式主要以形象化思维为主，在面对一些较为抽象的数学知识时，学生的理解能力就会稍显不足，这些并非智力方面的问题，而是思维方式的差异，是必然存在的客观事实。故对于小学生的数学教育需要从形象化思维的特征入手，立足学生的思维模式，对学生进行针对性的数学知识教学，化抽象为形象，才能提升学生对数学知识的理解能力，帮助学生构建完整的数学知识体系，正确辨别知识之间的联系性与差异性，推进学生的主观能动性与学习活动相结合。知识可视化工具在小学数学教学的应用中，教师应熟练掌握各种可视化工具的应用方法，通过对学生思维方式的研究，正确运用各类可视化工具，将各类可视化工具的优势充分发挥出来，促进学生对数学知识的理解程度更为深入，切实提升小学数学课堂教学的效率和质量。

2.知识可视化工具与学生学习进程相互适应

数学教育在小学教育体系中十分重要，关系到学生整体学习水平的提升，对小学数学的知识进行梳理是十分必要的，构建完善的知识系统可有效培养学生的数学思维，帮助学生熟练应用数学知识，并形成技能化的学习状态，提升学生对数学问题的解决效率。从本质上说，教师带领学生在学习中应用知识可视化工具，也等同于从练习中逐步提升学生的数学素养。在课堂教学中运用知识可视化工具，能够提升学生的组织记忆力，使学生对知识更易理解。教师也可将一些典型例题融入教学中，使用可视化的方法逐步呈现出知识梳理的过程或计算的过程，在这个过程中，教师也可对重点予以特殊标记，以凸显其重要性。而教师对知识可视化工具的使用与学生的学习进程是可以相互适应的，依据不同阶段学生对知识学习的不同需求，教师可以采用不同类型的可视化方法来梳理知识，并获得理想的教学效果。

三、知识可视化工具在小学数学教学中的应用研究

（一）思维导图梳理知识结构

在小学数学的教学中，每一章节的知识之间都具有科学性的布局和结构，对章节的知识进行梳理，可对全局起到统领的作用。思维导图的在小学数学的教学中的应用，应先设定一个中心主题，并围绕这一中心逐步向外发散，构建总结性的知识思维导图，以全册教材目录为“树枝”，将“叶”落实到每一章节的知识内容中。在教师教学思路的引领下，学生可以通过合作完成对思维导图的绘制，自主梳理知识结构，并对画图过程中的收获进行交流和分析，再由教师对思维导图绘制过程中的难点和疑点进行解答。教师带领学生完成了图中所示的知识梳理，并以此为模板，让学生进行深入的研究和拓展，丰富这一知识可视化的思维导图。

（二）流程视图复习算法思路

在有关于数的算法知识中，教师要先对算法的步骤及思考流程进行梳理，此时使用流程视图的方法最为适宜，在小学三年级的数学教学中，关于“两位数的乘法”教学部分，竖式是较为重要的知识点，教师要通过流程视图的方法，将其计算流程逐步勾画出来，并使其中的算法更为清晰，学生对这部分知识的理解也会更加深入。

（三）桥形示图整理面积公式

在思维地图的八种类型图中，桥形示图是其中之一，其优势在于能够将相似的元素进行比较和推导，通过桥状图的对比，这些相似元素的差异性会更为明显。绘制桥形示图的方法为：先将需要比较的事物或元素写在“桥”的左侧，将类推的相关事物写作“桥”的右侧。

（四）韦恩图比较图形的差异

韦恩图在知识可视化工具中最为常用，能够对事物之间的相同性予以重叠化明示，其优势也在于可以通过重叠显示出事物之间的特性。关于韦恩图的画法为：先画出两个存在相交的圆形，这两个圆形代表被比对的两个事物，而事物中的共同点则属于重叠的区域，不同点则在于不重叠的部分。在比对长方形与正方形的差异时，教师采用韦恩图的方法，将二者的共同特征与不同点清晰地展示了出来，这一种整理的方法为学生在数学知识学习中打开了思路，促使学生对已学的知识进行深入的思考，教师所勾画出的韦恩图也可作为学生自我复习时的使用工具。