可视化教学促学增效的应用研究

摘 要：可视化教学将复杂的思维过程、隐晦的知识直观地显现出来，把晦涩难懂的知识用易于接受的方式简洁直观地传递出来，帮助学生更好地理解知识、存储知识、深入地加工知识，内化形成能力。可视化在不同教学环节中能够起到促学增效的作用，具有显著的发展意义。

关键词：可视化;教学应用;发展意义

课堂教学是学生自主思考和动手实践，学会自主探索、与人合作交流的学习过程。教师该如何调动学生的情绪，让学生自觉地学习，在课堂上体现学生的主体地位呢？促进有效教学的方法各不相同，重点是将复杂隐晦的知识转化为学生乐于接受的形式，才能让学生产生学习兴趣，课堂的互动才能高效。因此，可视化教学成为促进教学效果的有效方式。

一、可视化概念综述

首先，可视化可以用来构建传达和表述复杂的知识[1]。可视化的目标在于传输知识信息，重构人类记忆和应用知识，核心是强调知识的创造与创新，符合数学核心素养的要求，顺应数学课程标准的要求。在教学过程中不难发现：大脑更擅长于接受图像类信息的记忆，语言类的信息对于大脑的接受会缓慢得多。整节课教师如果只用语言传授知识的话，学生不仅觉得枯燥无味，而且吸收知识的效果也相对低下。若借助模型、图形，则看到比听到更容易理解，借助图像收集信息时，视觉可促进理解，几乎可以在瞬间完成把图像散发出的所有信息都收集到大脑中，并对其进行自动化解析。使用图解和知识动画等手法来实现的教学方式就是可视化教学，其轻松实现人与人之间的知识传递的功能越来越受到重视。

其次，可视化手段的呈现方式多种多样。有图像图表教学、动画教学、交互媒体教学、微课教学等。教师在教学过程中利用可视化手段，进行教学设计，实施课程内容的可视化整合，加工形成可视化教学内容。教师向学生传递新知识的时候，就能给学生学习提供丰富的学习方式、学习工具和学习资源，促使学生在参与探索性的数学活动中培养其问题意识、应用意识和创新意识。

二、可视化教学在不同教学环节中的应用

（一）可视化的情境导入在教学上的应用

情境导入可以吸引学生的注意力，激发学生学习兴趣，增强教学效果。借助可视化的情境导入，比一般的课堂导入在教学效果上有优势。

例如：中学数学人教版教材第十章“数据的收集、整理与描述”整个章节知识，数据都源自生活，学生可以从电视、手机、互联网、书籍、报纸杂志等多渠道收集到这些信息。课堂教学中，教师采用对照教学，对比不同教学情境导入的效果：一个班级课前要求学生收集数与生活相关的信息，课堂上让学生用语言介绍他们收集的信息，虽然课前做了布置，让学生自主学习，但是，课堂上发现有的学生对这些数据收集的意义认识不够深刻，对其他同学用语言描述的信息缺乏热情和主动性。在另外一个班级，课前没有布置学生信息的收集任务，而是借助生活中与数据相关的微课视频和图片在课堂上播放，加上视频中字幕的解说来介绍大量的生活数据，在微课视频的动画和精彩呈现中，抓住学生的眼球，走进学生的内心，视频中震撼人心的数据成为激发学生求知的动力，学生的学习热情特别高涨，相比前一个班级，无疑取得了良好的教学效果。特别是学生通过视频的呈现，知道数据可以帮助我们了解世界的现状和变化规律，而借助数据分析可以优化我们的决策，此时教师再抛出问题：“你们想知道这些数据是如何得到的吗？大家想不想立刻行动起来？”“想”。学生都激动地表达。让学生沉浸在学习中，乐于接受新知识。对照教学发现，同样的问题在另一个班级，学生回答的热情明显不足。对照表明：用了可视化教学，学生的学习兴趣得到充分激发。用可视化的情景导入，课堂的活跃度得到提升，学生和教师的距离近了，学生之间的交流也增加了。

（二）可视化教学在突破课堂知识重难点方面的应用

众所周知，几何知识的学习能培养学生的逻辑思维能力。我们进行课堂教学设计的关键就是结合学生逻辑思维的特征，帮助学生熟练地掌握几何知识，发展学生直观想象、合情推理和演绎推理的能力。数学教材知识结构之间存在着基本逻辑，教材知识的生成與发展有着一定的次序和线索，可视化教学可使学生在理解该逻辑顺序之后，让学生熟练地掌握几何知识。在此基础上再将教材知识细化，学生学习起来相对就比较容易。

例如，中学数学人教版教材第十三章“轴对称”13.3等腰三角形的性质定理的研究过程中，在教材中设计一个让学生通过折纸剪三角形的过程，联系轴对称的知识，发现和引导出等腰三角形的两个性质。为了让学生学会用已经初步建立的知识，分析和解决新的知识的能力，发展学生的直观想象和推理能力，教学中用几何画板设计了一动图，动图是“一条线段AB和它的垂直平分线上一动点P”，提问：动点P在运动中，和点A，点B构成了什么三角形？由于图形是数学学习的基本结构，也是数学语言的表达形式，这样直观的动态图形有助于学生直观体验，发现问题，形成感悟。

追问：你能发现这个三角形的特征吗？试着从边角关系概括出它的特征。还是用图形直观，发展和培养学生观察归纳的能力。

再追问：已知PD⊥AB，你能说说线段PD与三角形ABC边角的关系吗？请同学们借助几何画板的演示来叙述图形中元素的关系，结合边说边演示的方式，将等腰三角形的隐形性质转化成显性的知识，此时，再要求学生进行推理论证，学生就可以独立完成等腰三角形性质的证明过程。

本课的可视化教学就是借助几何画板这样的可视化教学工具为载体，将等腰三角形的隐形性质转化为显性知识，让学生借助原有的知识基础和直观体验，分析归纳出新知识，用一个又一个的问题层层推进知识的深度，突破本节课的教学重难点。特别值得一提的是，等腰三角形的辅助线添加的不同表达方式是难点，通过这样的可视化教学设计，学生对等腰三角形“三线合一”的性质印象特别深刻，为后续综合应用打下基础。

在教学跟踪和学生访谈中发现：可视化的教学设计能有效突破教材的重难点。

（三）可视化教学在厘清概念和展示知识生成过程中的应用

例如，中学数学人教版教材第二章“整式的加减”，引导学生观察归纳出“同类项”的概念是课堂教学的重点。借助图表的方式完成本节课的教学设计，将相关的整式设置在一个题组中，引导学生根据字母和字母的次数去观察，教师给出易混淆的代数式，要求学生探究：下列单项式，怎么分类呢？说出分类的依据。学生进行识别、探究，将结果分类书写在表格里，在表格里完成整式的分类，在分类探究的过程中，教师不断启发，指导学生修正分类中容易混淆的式子，让同类项的概念逐渐呈现出来。学生在分类、识别、归纳的学习过程中，均在可视化的表格教学中清晰展现，充分体现了知识的生成过程。通过本节案例可知，表格的可视化呈现，它的优点是：学生可以清晰比较出单项式的不同点和相同点;不同概念之间的区别和联系更加突出;强化学生分类意识，体现数学分类讨论的思想方法。概念在探究和归纳中就顺理成章地梳理清晰了，学生通过图表体验知识的生产过程，印象就特别深刻，也教会学生掌握了一种良好的学习方法。

（四）可视化教学在培养学生探究能力方面的应用

学生的思维能力培养不是一蹴而就的，它需要有序的思维训练，教师可以借助可视化工具进行辅助教学，对教材或教学资源进行优化设计，才能形成高效互动，学生才敢于动手尝试和分享。在课堂教学中，借助几何画板，不仅可以直观展示思维过程，还可以引导学生在动态变化中进行深入探究，归纳出图形中“动中有静，以静制动”的探究策略。例如：在矩形ABCD中，点E为边DC上一点，且AB=5，AD=6，DE=3.

教师提出问题：借助几何画板作出图形，在边BC上求作点F，使得EF垂直于AE;要求学生用尺规作图，引导学生归纳出本题尺规作图的几种方法：

①过点E作AE的垂线（过一点作已知直线的垂线）;

②作一个角等于已知角;

③借助相似可发现CF为CE的一半，作CE的垂直平分线;

④结合计算发现BF=AB.

在作图的过程中，不断引导学生发现数据的特点所隐含的几何特征，发展学生用不同的知识解决问题的能力，学生在动手操作中发展直观想象能力。

教师接着追问：若延长EF，过点B作BG垂直于EF，BH垂直于AE，垂足分别为G，H，判断四边形BGEH的形状，并说明理由。

借助几何画板演示，引发学生直观想象得到：四边形BGEH的形状是正方形;再引导学生借助几何画板的动态演示深入探究，归纳总结出本题的三种解题方向：①证三角形ABH全等于三角形BFG;②证点ABFE四点共圆，再证明三角形EBH是等腰直角三角形;③由角平分线性质定理得到BH=BG.

此时教师要求学生自己动手画图，几何画板辅助演示，抛出更深层次的问题：若点E为边DC上一动点，点G为AF中点，连接HG，你能求出点E在什么位置时，HG有最大值和最小值，你能说出理由吗？

教学中先让学生直观想象，尝试画图展示;最后再通过几何画板直观演示，验证学生的猜想，得出结论。可视化教学的优势是将隐性的知识加以显性化，降低了学生学习的难度，也发展了学生空间想象的能力，培养学生敢于动手、动脑、敢于猜想验证的思维品质，同时设计出有层次感的问题，能不断升华学生的思维，激发学生的探究欲望。

通过本节案例可以得出：可视化教学工具辅助教学活动的开展，独特的优势在于：它不仅可以帮助学生理解和应用知识，还可以培养学生图形的空间想象力、逻辑推理能力、知识的迁移能力和探究解决问题的能力。

（五）可视化教学在增大信息量，扩展知识容量方面的应用

可视化教学技术应用于课前、课中、课后整个教学过程中，用“多环节助力，全程化贯通”的方式提高教与学的效能。

例如，课前借助微课设置一些拓展延伸的视频片段，让学生通过观看视频补充知识。像数学史占据的时间较多，在课堂讲述就比较费时，要想发挥数学史教书育人的作用，落实“立德树人”的教育目标，可以采用动画视频的传播方式，将视频通过学校的学习平台发送给学生观看，让學生在课前或者课后了解一些数学史。在勾股定理的发展历史，有理数的由来、函数概念的演变等。特别是学生更需要了解一些中国的数学史，激发学生的民族自豪感和爱国情怀。教师课中经常需要将课堂知识加以拓展延伸，丰富学生的知识内涵。例如：测量金字塔的高度，收集古树、名建筑的资料，怎样标注他们的具体位置，绘制出平面分布图。这些生活中的数学可以用图片或者动画直观展示，将学习的知识点、学习过程中重要内容，以视觉形式表达，更加易于学生发现，从中抽取出数学模型。课堂知识的构建以学生学情和发展为中心，除了提高学生学习兴趣，突破重难点，也需要结合不同层次的学生发展需求，发挥可视化教学的优势，根据设计不同的内容分别传递给不同需求的学生，在有针对性教学的同时整体提高教学效果。

（六）可视化教学在培养阅读能力方面的应用

较多中等层次学生的学习问题不是知识有多大的缺陷，而是败在阅读能力的不足，导致学习困难，容易丧失学习信心。例如，函数应用题、综合实践题、统计概率题等，学生遇到题目信息量大，涉及的数据和知识点、概念比较多，就会产生阅读障碍。要想改变这一状况，教师就要教会学生怎样克服困难，强化读题能力的培养。所谓“授之以鱼，不如授之以渔”。教师运用知识可视化的观点，将各信息点进行整理和统合，建立图表将知识可视化，将抽象知识直观化，复杂知识简洁化，使知识的结构化更加突出，主线也更加明朗，通过优化信息输入，渐渐地学生就不害怕文字量大的数学问题了，让学生的学习也更加轻松，提升了教学效果。

（七）可视化教学在培养理解记忆、建构知识上的应用

不同学习类型决定可视化工具的选择。由于学生学习的本质是建立关联—建立学生内部知识经验与外部信息之间的关联。要将学生对知识的联系能产生“自动化关联”的结果，就需要我们传授良好的学习方法，锻炼学生的学习思维，产生最佳的教学效果。

例如，当学生面对的知识类型属于概念性知识，需要理解加深记忆的，那教师可以选择让学生通过绘制各种思维导图搭建层次关系，让课堂知识向课后延伸，训练学生的记忆力。又如，单元知识小结也比较适合用画思维导图的方式，提升复习效果。首先，我们根据本单元知识点的关键词，寻找核心概念，让学生绘制一级思维导图，部署好每一课时的知识点，让学生结合关键词联想可以关联的知识。知识结构搭建好，教师就可以引导学生绘制二级思维导图。建立各知识点之间的逻辑关系，不断地丰满导图，丰富知识内涵，形成可读性强，易于理解，结构特征显著的可视化知识。

三、可视化教学应用研究的意义

（一）可视化教学优化教师的备课模式

利用可视化工具完成知识转化，不仅能够改善知识转化的效果，也能推动教师知识可视化技术的熟练应用。教师备课学会将教材知识可视化，符合学生认知规律和心理特征。教师的行为方式会带动学生的学习朝着正确的方向发展。激发学生的学习兴趣，借助可视化的教学，带动更多的学生学会数学思考，发现数学的实质，注重已有的经验，带动学生学会探究、爱上探究，实现理想的教学效果。同时，可视化教学设计激活教师的创新能力，让教师成为教育的设计者，充分焕发课堂教学的勃勃生机。

（二）可视化教学优化学生的学习方式

可視化教学最终的指向是教会学生解决问题的方法，形成分析问题、解决问题的能力。有效的思维工具可以促进学生进行创造性思维。培育学生分清主次，理清关联，形成有序思维并加以深化提炼知识的能力。长期进行知识可视化的训练和锻炼，有助于学生发现知识之间的联系，培养知识迁移能力。学生学会梳理知识，可以避免知识的混乱造成失误，这对促进学生发散性思维的培养，记忆力的强化，逻辑思维能力的养成、创新能力的发展都有显著效果。

结束语

进行可视化教学研究表明：师生全身心参与到知识可视化的实践中，有利于现存教学问题的解决，将大大提升课堂教学效果。

参考文献

[1]唐军.为意义学习设计知识可视化教学应用[M].上海：华东师范大学出版社，2020：7.

作者简介：王颖（1974— ），女，汉族，福建福州人，福建省建瓯市第四中学，中学高级，本科。研究方向：课堂可视化工具教学案例。

本文为福建省教育科学“十四五”规划2021年度专项课题“初中数学运用知识可视化工具教学促进学习效果的案例研究”（课题立项号FJJKZX21-480）的研究成果。