（一）思维可视化概念
“思维可视化”一词起源于20世纪60年代阿恩海姆对视觉思维理论的相关研究。起初，视觉思维理论被视为艺术学科教学中的重要教育理论，后来在其他学科教学应用中不断形成各种视觉思维策略，即关于元认知、知识的表征策略，以此来提高学习者的学习效果。尤其是自20世纪90年代以来，多媒体技术如思维导图、概念图等图形认知工具在教学中广泛使用，学术界对思维可视化的研究逐渐多起来。
现今，国外对思维可视化并没有非常严格的定义。国内对思维可视化的定义主要有：华东师范大学刘濯源认为，思维可视化（Thinking Visualization）是指以图示或图示组合的方式，把原本不可见的思维结构及规律、思考路径及方法呈现出来，使其清晰可见的过程。[28][29]天津师范大学王志军认为，思维可视化通过可视化技术传播和帮助学习者建构知识，训练学习者掌握并挖掘知识背后的思维规律，旨在提升学习效果及促进思维能力的发展。[30]
思维可视化是“思维”和“可视化”的复合词，对其定义，首先需要明确什么是思维。对思维的本质，各学科领域都提出过不同的见解，包括很多心理学家。但是总体而言，对思维的定义主要存在两种角度取向：（1）从辩证唯物主义的反映论角度，依据思维结果的性质定义思维。该角度的代表主要是前苏联和中国的心理学家，例如，黄希庭（1991）认为，思维是人脑对客观现实概括地、间接地反映[31]。（2）从信息加工的角度，依据思维过程的特点来定义思维。例如，Bourne（1971）认为，思维是运用符号表征而进行的内在的、复杂的、多侧面的加工过程[32]。两种不同定义从不同侧面反映了思维的本质和特性，就本研究而言，第二种定义方式更加适合。
综上，本研究对思维可视化概念的界定是：思维可视化（Thinking Visualization）是主要以图示或图文的视觉表征、人机之间的交互表征等方式为学习者内隐的认知加工过程提供外在的显化支持，帮助学习者掌握并挖掘知识背后的思维规律，达到提升学习者学习效果及促进思维能力发展的双重目的。该概念具有以下特点：（1）明确了思维可视化的目的，即提升学习者学习效果及促进思维能力发展的双重目的；（2）明确了思维可视化的对象，即知识背后的思维规律；（3）明确了思维可视化的作用，即为学习者内隐的认知加工过程（知识的意义建构），包括知识理解、转变概念、完成推理、解决问题等学习活动中提供支持；（4）明确了思维可视化的途径，即主要是以图示或图文的视觉表征、人机之间的交互表征等方式。
（二）思维可视化的体系架构
刘濯源认为，思维可视化教学的实施主要有五个层面，分别是：理念转化层、技术方法层、课程设计层、课堂环境层、效能评价层。（1）在理念转化层，要求师生双方在思想观念上认清知识灌输、填鸭式教学的危害；将关注焦点从“知识层”深入到“思维层”；教学的目标从“掌握知识”升华到“发展思维”。（2）在技术方法层，实现思维可视化教学的方法与技术有图示方法以及使用各种图示工具软件，甚至也可以使用手工（纸+笔）的方式绘制。在具体的教学实践中，应该根据教学目标的要求、教学内容及教学对象的特点，灵活选择与之相适合的图示方法、软件工具。（3）在课程设计层，设计的基本原则是：以“教师为主导、学生为主体、师生及生生之间相互合作、思维互动”为课堂形式，以“促进学生思维能力发展”为教学的深层次目标，以“采用图示或图示组合方法及可视化技术对知识进行加工”为效能手段。（4）在课堂环境层，借助信息技术构建“未来课堂”环境，该环境包括三部分，分别是思维可视化信息支持平台（计算机、平板电脑、交互式电子白板等）、思维可视化课程资源系统及便于学生展示交流的课堂布局设计。（5）在效能评价层，思维可视化的教学效能评价是既要关注最终结果也要关注学习过程，它所关注的结果是多元的，不单单是考试成绩，还包括思维能力、心理能力以及学习能力等发展性评价，它所关注的过程是指在学习过程中的积累的学习档案，思维导图作品等。[33](www.xing528.com)
王志军认为，思维可视化教学的实施，就是以可视化技术作为桥梁中介，实现教师、学生、知识内容、思维训练之间形成动态平衡、稳定的结构关系（如图3-8所示）。
图3-8 思维可视化教学结构（王志军，2015）
该模型认为，构建思维可视化教学一般操作模式应该是：在“师生共同参与”的行动支持下，充分利用多媒体画面语言及软件的思维可视化技术，实现“知识传授”和“思维训练”两个基本目标。思维可视化教学实现的逻辑顺序是：在两条目标主线的引导下，师生双方共同利用思维可视化技术，将教师教学过程、学生思维过程外显化，尤其是将学生内隐的加工过程尽可能变得可视、可操作。[34]
综上，思维可视化教学的实施是一个系统工程，思维可视化只是整个教学系统中的子系统。协调处理好思维可视化技术与教师、学生、知识内容、思维训练各种要素之间的相互作用关系，发挥各种要素的最大正向作用力，对提升学习者学习效果及促进思维能力发展起到至关重要的作用。
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