随着人工智能技术的不断发展和普及，许多工作可能会被机器或自动化系统取代。但是，人类拥有独特的思维方式和能力，是机器无法替代的，现代人可以通过培养这些能力来保持竞争力。

面对数字世界带来的冲击，教育要思考如何在课堂上培养学生面向未来的能力。本文中，国家义务教育科学课程标准修订专家组成员、科学特级教师李霞从数字世界带来的挑战出发，解读如何从思维可视化的角度，在课堂培养学生思维能力，并提供了让学生思维可视化的六个突破策略。

本文共5201字，仔细阅读需10分钟

编辑/肖梅香 统筹/孙习涵

阅读本文，你将收获以下内容：

※ 如何在教学中以思维可视化培养学生思维能力？

经合组织的一项国际成人能力评估调研报告显示，在同维度的能力测试中，人工智能在2019年已经追平人类基本的读写能力。到2021年，人工智能对信息的处理分析能力已达到人类基本水平的70%。预计到2026年，人工智能将达到人脑智能的四分之三至五分之四的水平。由此可见，人工智能的发展速度日新月异，很快将取代人类的许多工作能力。

我们身处数字世界，就必须要直面数字技术高度发展带来的四大挑战：

技术依赖和信息过剩；

就业转型；

社交和人际关系变化。面对过多的虚拟环境社交，现实中的我们如何完成这种适应转换；

心理健康问题。面对数字世界引发的诸多心理问题如何解决。

能够被测试的能力也是最容易被数字化替代的能力。因此要应对上述挑战、适应未来发展，我们要培养学生三大层面的能力：

能够对知识深度理解和整合，形成自己观念，以自我独特视角认知世界的能力；

对知识的应用能力，培养学生像专家一样思考和实践；

培养学生心怀人类发展、拥有宇宙观的情感责任。

这三大能力和新课标提出的核心素养不谋而合，核心素养的本质是思维。人工智能模拟的也是人的思考方式与行为方式。

因此，学科教学如何助推学生思维能力和思维品质的培养，成为了我们和智能机器人赛跑要关注的一个重要方面。而在教学中读懂学生的思维，让学生的思维可视化，在此基础上有效地推进深度学习，是很关键的一个突破口。

解读2017版和2022版的课标，我们发现，不论哪门学科，在聚焦核心素养培养人的这一方面，都提出要形成学科观念、培养学科思维、有效地开展学科实践，进而形成态度责任。每个学科都是从这四个维度去界定学科核心素养的培养方向。

核心素养培养的方向，正是我们面向数字世界培养未来人才的方向。聚焦学科的核心素养中的核心——思维，我们如何采用一系列的方法策略，真正去培养学生的思维能力，这就是我们面临的一个最为重要的问题。

深度解读思维内涵，教学需要把思维可视化作为一个突破点。

首先，思维是发生在人脑中的一系列的脑电波、神经元的活动过程。思维活动在人脑中进行，我们看不见、摸不着，一般外显为语言的表达、行为的实施，需要我们去解读。

其次，思维是基于人的感觉、知觉的基础上，形成对于事物的一个基本的记忆表象。人脑的独特之处就在于它可以不断去想象，基于记忆表象和想象的表象去开展思考，在这个思考过程中又受到个人经验、文化背景、情绪状态等一系列因素的影响。这就使得我们整个思考过程变得更加复杂。教师要做的一个功课，就是要读懂学生思维的基本过程。

再次，不同的学科有自己独特的思维对象、思维路径，会形成学科视角的、对于世界的基本认识。不论是怎样的一个学科的特色，它都要经历对事物本质属性、发展规律和与周围事物相互关联之间的本质认识。那么，我们需要读懂的是学生在进行学科思考时，它的思维是如何表征的，是一种什么样的思维形式。

从思维可视化的角度来说，数字世界背景下我们如何培养学生呢？

第一，对于每一个单元和每一课的思维目标进行清晰化的表征。以此识别某一单元或某一课的学习建构过程遵循怎样的思维进阶路线；

以《梅兰芳蓄须》一课为例，本课所提炼的学习思维目标如下图所示。

具体来说，基于布鲁姆教学评一致的教学目标设计，教师在表达教学目标时要询问自己以下四个方面的问题：

学习问题：在时间有限的学校和课堂里，学什么对学生是最重要的？

教学问题：怎样计划和传递教学内容才能让教学产生高水平的学习？

评估问题：怎样选择和设计评估工具和程序才能提供学生学习效果的正确信息？

一致性问题：怎样确保目标、教学和评估三者之间保持一致？

因此在课时目标可以按照素养的四个维度进行描述，由某种情境、行为动词和学习内容三个部分组成。依托某种情境，解决的是“怎么学”的问题；行为动词解决的是“学到什么程度”的问题；学习内容是具体的三级指标，和教材内容紧密相关。

教学目标维度可以分解也可以整合，但教师需要在心里将素养点一个一个理出来，不能有缺漏。此外，在课时教学目标设计中一定要加情境，因为教学的创新在于情境的个性化，个性化越强越有效越创新。

在进行课时教学的时候，课时教学目标前面的情境部分具有一定的共性，但也有教师的创造性的劳动。后面的行为动词和具体内容是规定性内容，即用一套行为动词来规定学生需要学到什么程度。

行为动词可以分三类，针对学科知识和学科思维的认知性行为动词、针对学科实践的技能性行为动词以及针对态度责任的情感性行为动词。

本版课标的目标设定都是育人本位的，因此教师在设计目标时要立足于学生视角，不要出现“通过……让学生……”这样的目标设定方式，而是考虑在某种教学活动的情境中，能够让学生达到某种水平。

同时，目标主体要明确学生视角，目标要可操作性、可测评，并能够体现进阶性，将每节课的目标点作为素养评价点。

我基于各门学科的课程标准整理出了一些行为动词，在学科知识、学科能力、情感态度每一个素养目标维度的行为动词都分成了三级水平。

在学科知识维度，一级水平的行为动词可以使用知道、说出、描述等，二级水平的行为动词可以使用比较、说明、概述等，三级水平的行为动词可以使用区别、辨析、判断等；

在学科能力（学科思维）维度，一级水平的行为动词可以使用观察、观测、测量等，二级水平的行为动词可以使用调查、估测、查阅等，三级水平的行为动词可以使用发现、连贯、监测等；

在情感态度维度，一级水平的行为动词可以使用关注、感受、体验等，二级水平的行为动词可以使用感知、领悟、认同等，三级水平的行为动词可以使用养成、质疑、形成等。

对于一年级刚入学的学生还无法使用“养成”这样的行为动词，他要先慢慢关注、感受、体验、循序渐进地在高年级阶段达到“养成”的水平。

以数学中《厘米的学习》这一课的教学目标为例，教师在进行情境设计时可以采用如下的表述方式：

第二，知道教学中学生思维处于哪一个水平。

比如我们在进行古诗教学的时候，当一个学生他能够把古诗词的诗文含义复述出来时，他知其文；知道文章作者所处历史环境，并对社会背景进行分析的时候，他知其人；在文人所要表达的整个主体思想的背后，能够提炼概括诗词所表达的主题思想，及其所承载的历史价值、社会意识形态，他知其义。

这个过程学生的思维是层次性推进的，识别学生的思维层次水平，才能帮助引导他们。

第三，明确学习环节中学生的思维形式和方法。

思维型教学从动机激发、认知冲突、自主建构、自我监控、应用迁移五个原理指导教学，每一个环节，学生都会用到对应环节情境状态下所要用到的基本思维方法。

以科学为例，在科学探究的主要环节中，每个环节所卷入的思维方法都各不相同，如下图所示。因此，教师需要识别学生在每个环节中所能用到的思维方法，使思维发展的路径更加清晰。

在科学探究的过程中，老师们非常熟悉的就是科学探究的8个要素。这8个要素有一定的逻辑关系，但是每个要素也可以进行调整。

比如在提出问题这个教学环节中，教师势必要指导学生基于大量观察和感知去进行归纳、概括、甄别，从而去发现一些问题。例如发现一些共同点，这个共同点可能会使学生产生疑问，疑问的过程就体现了思维方法的训练。

围绕问题提出以及假设的过程中，学生一定是基于经验和已有认知的初步判断，这种初步判断可能会很感性，这个时候教师就要让他把这种感性的东西变成一个有理有据的科学推理过程。

因此，当学生提出了自己的一个初步的假设，我们就要进行提问：“你假设的依据是什么？”学生就会举出很多的例子来，他举出的例子其实就是基于具体例子的一个不完全归纳的过程，这又是一种思维方法的训练。

再比如学生向全班同学去表达自己的科学发现，进而去得出自己的科学结论时，他会说“我在刚才探究过程中发现了.....”，这个时候老师要进一步引导，刚才学生仅是一个推理的过程，与此同时我们要让他有论证的意识。即在他推理的过程中，要有自己的观点和论据，还要知道反方的观点，而且也准备好了去驳斥反方观点的论据。

同时，学生在论证的过程中也会用到大量基本的思维方法。比如学生说：“我发现力量越大，小车运动越快”，这时老师可能就要追问：“你这个结论的得出是基于数据分析的一个不完全归纳概括，还是其他小组都得出这样的一个结论，于是你也得出了这样的一个结论？”通过思维指向科学本质，一点一点渗透到科学的学习过程中。

第四，利用思维型教学原理设计问题链。

问题链是学生学习中推进思维进程的一个个脚手架，问题是学生思维发展的触发器，它们彼此关联而又有序。

在问题情境中，教师帮助学生建构概念的时候，每个问题的提出都是为下一个问题做准备。下一个问题是前一个问题的复杂化表现，通过问题链的层层推进，最终助推学生的思维水平进阶到足够解决复杂情境下的复杂问题。

以五年级下册科学《生物与环境》单元教学设计为例。本单元的主要概念为“生物对环境的适应性”，问题链的设计体现了概念建构的过程。

首先，教师以凤头鸊鷉的迁徙现象为例设计了问题一：动物迁徙究竟是主动自愿的，还是迫不得已的？经过分析学生得知迁徙是为了生存的需要，是凤头鸊鷉迫不得已的生存选择，帮助学生初步建立观点。

接着，教师以东非野生动物“天国之渡”大迁徙为例，让学生对前面建构起的观点产生认知冲突：动物迁徙是为了生存，为什么东非野生动物要冒着死亡的风险迁徙？让学生通过大量的资料阅读寻找因果关系，认识到动物迁徙的原因。

学生已经通过前两个问题构建了一个基本的观念，并经过问题三的科学阅读对“适应性行为”有了更多了解。此时，问题链要继续使学生产生认知冲突，帮助学生开启深层次探究。因此，本单元的问题四以“藏羚羊迁徙之谜”为研究主题，让学生继续思考藏羚羊即使迁徙后存活率极低也要迁徙的原因。

该案例通过层层深入的问题设计，最终让学生感悟到动物与人都在不停地适应环境，从而做出改变。从基本的现象上升为对生命的理解，问题链所承载的活动与任务，让学生不断地在认知冲突中分析、抽象与提炼，进而发展学生的思维。

上述案例中呈现的是问题链中的主要问题，它是引导学生进行深入思考、高阶思维的重要问题、中心问题、关键问题。教师将主要问题提炼出来之后，还需要设置下位的、彼此关联而有序的主问题串。

第五，做好思维进阶的分析，进行知识之间的关联。

义务教育新课标和高中新课标核心概念体系和思维训练体系是一致的，无论是在哪个阶段进行教学，都要做好具体学段学生思维水平和前后思维的一个关联，在不同的阶段给到学生不同的思维的支持。

比如四年级学电流，教师可以用水流来类比电流帮助学生理解，这个阶段是形象化的类比。到了初中，要帮助学生理解电流是带电粒子有规则的定向流动，这个时候要走向抽象化。

第六，借助图示技术发展思维能力和品质。

不同的学科课堂都要识别学生学习中表现出来的思维形式，基本思维形式有四种：形象思维、抽象思维、直觉思维、创造思维，识别它们并借助图式技术让思维可视化，将使得社会化的建构成为一种可能。

思维可视化，就是把学习过程中的思维方法和路径用图式的技术呈现出来。思维方法包括抽象、概括等；思维的路径包括横向展开、纵向推进、侧向接入。

同时，我们可以将思维可视化工具和策略型工具作为学生学习的思维支架，帮助学生进行自主学习和自主建构。前者包括八大图式、思维导图、概念图等。后者有柯尔特思维教程、SWOT分析法等。

编辑 | 肖梅香

统筹 | 孙习涵