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思维导图”融入小学科学教学的实践研

“思维导图”融入小学科学教学的实践研究
宋诏桥小学课题组

一、课题的现实背景及意义
（一）研究背景
随着小学科学教学的不断推进，我们的科学教学越来越呈现出“科学探究和科
学概念双螺旋发展”的趋势。老师在重视学生探究能力培养的同时，也关注孩子概念的获得，重视科学素养的提升。但是在我们的教学中，我们发现小学生由于受到年龄特征等影响，面对众多杂乱的客观信息，只注重表象而忽视其内在的联系，热闹之后，活动之余，却往往得不到实质性的科学结论和思维发展。在课堂上经常会遇到这样的现状：
1.教师运用多种方法讲解的科学概念，学生多是表现为当时明白，事后其
认识就会模糊不清，或者很快遗忘。
2.面对老师提供的学习材料，学生具有浓厚的探究欲望，动手操作积极，
课堂表现主动；但如果让学生在探究中对一些问题进行深入思考时，学生明显缺乏主动性，不愿主动思考，探究活动缺乏深度，孩子的思维缺乏深度。
3.面对一个单元的教学概念，学生能对其中的几个点掌握较好，但整体概
念关系混乱，缺乏对知识的整体认知。
4.课堂教学中，学生能解决熟悉的、容易的问题，面对新问题却无法下手，
缺乏运用知识的能力和创造性的思维。
……
当前小学科学教学非常重视探究的实质和深度。首先“探究目标”不仅要实现对科学知识、科学概念的认识，而且还要达到思维的发展；其次科教学中的探究内容主要是由一个个的探究活动组成，系列性的探究活动覆盖科学学习的全部内容，形成系统的活动课程。科学教学的内容是由一个个的探究活动构成的，那么活动的设计应如何体现探究的价值，让学生在探究中理解科学概念，就了我们要深思的一个问题。也就是我们的科学探究活动的设计应该关注：科学概念的建构和科学思维的发展。而小学科学是一门形象性很强的学科，瑰丽多彩的自然现象，生动直观的实验让学生从直观现象、感性直觉到逻辑思维、理性分析的质的飞跃的学习过程中遇到了很大的困难。他们很难从直观形象感性认识上升到逻辑思维的理性分析。怎样解决做才能完成两者间自然的过度，提高教学的实质呢，在这里，我们课题组提出，在当前的课堂教学中，我们可以应用英国著名教育家托尼.巴赞提出的“思维导图”，帮助学生提升对信息整理和分析的能力，培养逻辑思辨能力，提高教学的实效。
（二）研究的意义
思维导图可以让复杂的问题变得非常简单，简单到画在一张纸上，帮助我们从繁杂的信息中迅速找出重点，疏畅思路，发现联系，看清本质。在小学科学教学中运用思维导图可以帮助我们：
1.实现可视化学习，引领思维走向。它顺应了大脑的自然思维模式，可以
让学生的各种观点在图上自然地表达出来，清晰地揭示意义建构的实质，使看不清的学生思维生动形象地展现在我们面前， 对问题的解决起到促进作用。
2.符合年龄的特点，促进概念建构。和传统的直线式学习方法不同，思维
导图形象地把所有的信息组织在一个树状图上，每一个分支都写着不同的关键词或短句，加上色彩、图像。关键词强化了学生思维概念的层级及关键点是什么，色彩、图像插入符合学生的认知特点，激发学生的学习热情。思维导图的应用既可以用于展示学生的前概念，又可以修正学生概念，完善学生概念的建构。
3.学会使用大脑，强化联想创造。由于我们在创作导图时要用到颜色、形
状、图像。根据科学研究认为人的左右大脑分工不同，左大脑负责逻辑、词汇、数字，而右大脑负责抽象思维、直觉、创造力和想象力。因此思维导图能同时刺激人的左右两个脑半球，让人的思考、记忆、分析，发挥灵感的同时，还发挥出所有潜能，并借助可视化手段促使灵感的产生和创造性思维的形成。
二、国内外关于同类课题的研究综述
思维导图又被称为心智图、心灵图、脑图等。最早是由英国心理学家托尼·巴赞（Tony Buzen）于1970年提出的。他在《思维导图》一书中对思维导图是这样定义的：“思维导图使放射性思维的表达，因此也是人类思维的自然功能。它使一种非常有用的图形技术，是打开大脑潜力的万用钥匙。思维导图可以用于生活得各个方面，其改进后的学习能力和清晰的思维方式会改善人的行为表现。”
托尼·巴赞发明思维导图后，由于它能提升思考技巧，大幅增进记忆力、组织力和创造力，展现个人智力，很快就在世界各国就在企业培训和教育方面得到推广和运用。一些国家（如澳大利亚、美国、日本等）还被应用于创意的发想与收敛、项目企划、问题解决与分析、会议管理等方面，它能大幅降低所需耗费的时间，大幅度的提高绩效水平。思维导图作为帮助学生认知的工具，在美国的中小学教育中得到了广泛的应用，从《美国国家教育技术标准》所提供的教案范例和软件资源目录中也可以看到许多优秀教案都使用了思维导图。
相对于国外的发展来说，国内思维导图的应用还刚刚起步，教育界的很多教师和研究人员也对此进行了积极的探索，在一些小学、中学、大学进行了思维导图与学科教学的尝试，使思维导图的应用无论在理论上还是实践上都有了很大的发展。
我国的港澳台地区有不少学校都在推行思维导图教学，特别是语文教学。如香港卫理中学的何嘉华老师，在香港大学举办的2000年国际语文教育研讨会上宣读的《帮助学生提升写作能力的捷径——思维导图教学》的论文，还有值得一提颇有借鉴意义的是澳门大学图书馆文献中心收藏的梁佑澄所著的《以思维导图 为核心的学习辅导课程对初中学生之学习业成绩提升之研究》。
大陆起步较晚，但发展迅猛，关于思维导图应用于教学的研究越来越多。现在据互联网所查，江苏省丰县华山初级中学教科室主任尹建林，从2005年起，积极从事思维导图在教育教学中的嫁接和应用，是我国开展思维导图教学的第一人，取得了良好的效果河北省唐山市开滦二中的齐伟老师、桂林市中山中学一级教师石向东老师等，天台县坦头镇中心小学也在各学科中应用思维导图进行研究。但在小学科学教学中系统地开展教学研究的学校和个人甚少。目前互联网上有不少关于思维导图的论坛，有利于人们互相切磋。可以肯定的是，在明确的可以预见的时间里，思维导图必将有更加广泛的应用，也必将更加深入到教学的各个环节中去。
三、课题的界定
1.思维导图 思维导图是英国心理学家托尼.巴赞在1970年代初创作的。它是一种将放射性思考具体化的方法。思维导图作为一种思维工具，基于对人脑的模拟，强调用人脑本身的思考方法来思考，让大脑处于积极和不断的创造状态。它从一个中心开始发散，使用颜色、线条、符号、词汇和图像，遵循一套简单、基本、自然、易被大脑接受的规则。整个画面就像人的大脑结构图，突出了思维内容的重心和层次，把一长串枯燥的信息变成彩色的、容易记忆的、有高度组织性的图画。
思维导图又叫心智图，它是一种图象思维工具，它用隶属或相关的层级图将各级主题关系表现出来，图文并茂，符合学生的思维特点，能很好地展现学生思考问题的过程，是思维过程的可视化体现。
2．概念图 概念图也叫概念地图或概念构图，是20世纪60年代美国的诺瓦克博士依据奥苏贝尔的有意义学习理论提出来的。它由概念、命题、交叉连接和层级结构四个基本要素构成。概念图是人脑积累的概念知识以及它们间的逻辑关系的表征。
思维导图和概念题是从两个不同的角度提出的两种不同的知识可视化方法，其本质差别是侧重点不同。它们都是辅助的思维工具，有时没必要明显地进行区分。思维导图相比概念图评价功能相对比较薄弱，但是由于没有严格的层级关系，使用灵活、约束性小，更能激发学生的学习兴趣，体现学生的主体性、差异性和创造性，更适合小学科学教学中的应用。

四、课题研究的基本框架
思维导图融入小学科学教学的研究
理论依据
建构主义学习理论
图式理论
脑科学理论
研究目标
研究内容
改变
思维方式
提高
信息整理能力
逻辑思辨能力
建构概念能力
应用技能
操作技能
不同图式
学习方式

准备
预期成果
准备阶段（12.3-12.10）
实施阶段（12.11-14.6）
分析阶段（14.7-15.6）
提升教学能力
提高课堂实效
课堂组织
教学设计课
反思
实施

不同课型课
新授课
复习课
思维导图与学生思维能力发展
总结阶段（15.7-15.12）

图1：课题研究的思维导图

五、课题研究的理论依据
（一）建构主义学习理论。进入90年代以后，建构主义学习理论开始成为教学设计的主要学习理论基础。建构主义认为，学习不是单向的知识传输，学习的过程即是学习者基于自己的经验背景，对外部信息进行主动选择、加工、处理，并对其进行重新认识和编码，建构自己的理解，从而获得意义的过程。它强调学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识意义的主动建构。
思维导图的使用能有效地促进学生的知识建构。首先，思维导图作为一种学习工具，它以可视化、结构化的形式表征知识，有助于学习者把握某个知识领域的全貌，将知识融会贯通，发展对知识的理解。其次，思维导图是一种改变认知结构的良好工具。认知方式是个体对外部世界稳定的知觉形式和概念归纳形式，而思维导图能够形象地展示和说明知识的意义和知识问的关联，能够促进学生以一种全新的认知方式去建构知识。
(二)图式理论。皮亚杰认为知识不是客观的东西，也不是主观的东西，而是个体在与环境交互作用的过程中逐步建构的结果。个体的认知图式是通过同化和顺应而不断发展，以适应新环境的。用图的方式进行思考，容易从整体上把握事物，促进思维的创新。思维导图运用视觉化的方式理清事物间的相互关系，以此来呈现、传授知识，从而促进对知识的建构、理解。具体来说，思维导图可以帮助教师展示教学内容，帮助学生整合新旧知识，建构知识网络，从而使学生从整体上把握知识脉络，促进学生的意义学习和合作学习，此外，思维导图还可以作为一种元认知策略，提高学生的自学能力、反思能力和思维能力。
（三）脑科学理论。随着脑科学的研究深入，人们认识到人脑的两个半球有不同的分工，左脑负责逻辑、语言、数字等语言性思维，右脑负责抽象、图像、颜色、空间等非语言性思维。由于大多数人习惯以一只手为主，绝大部分还是以右手为主，这就造成左脑较右脑得到更多的刺激，产生更多的突触连接。左脑过度疲劳，而右脑却闲置一边。这种左右脑不均衡的发展和不协调的工作使人脑的思维能力大打折扣。再有，创新更多的来源于右脑的非语言性思维，所以更不能忽视右脑的使用。罗杰斯也讲，“要使整个人投入到学习中去就要充分发挥大脑左右两半球的整体功能，而不是传统的只重视人脑左半球的开发与利用”。思维导图中使用线条、图形、颜色可以使右脑发挥作用，由于仅在思维导图中使用关键词，减轻了左脑的负担，使大脑的运转更加灵活和高效。
六、课题研究的目标
“思维导图”是一种全新的思维模式和有效的教学方法。我们希望通过课题研究能达到以下目标：
1．让学生掌握思维导图绘制的方法和技能，促使学生思维可视化；运用思维导图改变学生的学习方式和思维能力，提升学生对信息整理和分析的能力，培养学生的逻辑思辨能力；促进学生积极有意义地建构知识体系，养成科学学习和探究的习惯，体验成功和创造的愉悦。
2．试图构建以思维导图为教学辅助的以学为主的教学模式，以指导和优化以学为主的教学实践过程，能应用思维导图促进以学为主的教学的实施，提高课堂的实效。
3．通过课题的实施，为教师的教学和专业发展提供新工和策略，提高教师的课堂教学执行能力，促使教师专业化的发展。
七、课题研究的主要内容
（一）思维导图应用技能形成的研究
思维导图既是一种思维工具，同时又是学生的学习方式，它运用图文并重的技巧，使用线条、符号、词汇和图像等，可以迅速抓住重点，表达思维过程，把握知识间的联系，是打开大脑潜能有力的图解工具，可以有效地帮助学生思维。绘制思维导图有一定的方法和技巧，对于初次接触思维导图的学生和老师在研究初期定需要一个学习、熟悉的过程。为此我们首先从技术层面开展研究，主要包括：
1．操作技能技巧的研究。预想有两种方式，一是手工型，即纸+笔的绘制技术研究，二是电脑型，即通过电脑+软件，通过绘图软件如Word、WPS、PowerPoint等或通过专门的脑图制作软件，例如Inspiration和MindMapper等，进行教学和学习，并形成一定的资源包。
2．思维导图不同图式的研究。思维导图用图解方式来直观地呈现、梳理知识，促使学生对学习内容从简单的记忆模仿到真正理解灵活应用的转化、提高学生思维能力，符合学生的认知规律。那么在实际研究中，作为思维导图应用，我们可以为孩子倡导多种不同的图式范例，形成不同的可视化思维展示，值得我们共同探究。
3．课堂组织形式的研究。当我们采用不同的教学方式开展教学时，如何来组织课堂教学，以达到教学的最优化，也成为我们研究的重点之一。
（二）思维导图应用于教学设计的研究
思维导图所具有的层次性、联想性、开放性的结构特点能促使教师对教材进行更深刻的理解。如果教师能对在读通、读懂教材的基础上，将自己对教学内容的理解、教学重点的突破、教学方法的运用等用可视化的图解进行展示，即完成了对教学的设计。主要是以下三个方面的研究
一是教学准备，通过调查、研究等方式充分去了思维导图绘制的方法、分类等。
二是课堂实施，基于思维导图的课堂教学实施策略，主要包括为达成教学目标所采取的教学方法、教学活动程序、教学组织形式、教学媒体等研究。
反思与修改
思维导图
学生情况分析
确定教学目标
选择教学策略
设计教学过程
实施课堂教学
教学评价反思
三是评价反思，做好教学后记、教学案例和教后反思的研究工作，积累第一手的资料，并在研究中能理论联系实际，争取能探索一套基于思维导图的课堂教学模式。

图2.基于思维导图的教学设计
（三）思维导图应用不同课例的研究
如果说研究内容（二）是从教师层面来研究应用思维导图的话，那么研究内容(三)我们将更多地关注在学生层面的研究。小学科学教学的内容丰富多彩，现在我们的学科教学普遍采用大单元教学（三、四年级每学期4单元，每单元7课时；五、六年级每学期4单元，每单元8课时。每单元一般都有起始课、承接课、整理课等）面对不同类型，不同的教学内容，我们是否适合用思维导图来开展教学，将需要我们进行后续系列的研究。重点是研究两种课型：
1．新授探究课。教师在教学中充分应用思维导图来前测学生前概念，并在教学中应用不同的课堂组织形式，把握合适的教学时机，修正、丰富、完善学生的前概念，加深对新课的认知和理解，加深对知识的扩散及深化。
创设学习情境
学生绘制思维导图
探讨与分析
修改完善思维导图
形成科学概念

图3.基于思维导图的新授课教学流程
2.整理复习课。完成了某个学习单元或整门课程的学习后，利用思维导图把学习的心得和成果展示出来，对学习内容进行总结复习，检测自己的内部认知结构是否稳固，起到自我测评的作用。
呈现基本情境
出示单元核心概念
学生自主绘制单元思维导图
小组合作分享交流
学习效果评价

图3.基于思维导图的复习课教学流程

（四）应用思维导图与学生思维能力发展关系的研究。
科学的探究最终落脚点是要发展学生的科学思维能力。人的思维是看不见，摸不着的，而思维导图被人们称为是可视化思维的支架，运用这个支架我们可以将学生看不见的思维转化为可以看见的，丰富多彩的图像。因此在课题研究中，我们运用思维导图促进学生思维外化和学习反思，让教师从学生绘制的思维导图中发现学生理解上的问题所在，发现学生的学习风格和思维习惯，关注学生思维能力的发展。
八、课题研究的思路、方法、实施步骤及预期成果
（一）研究思路及方法
1．研究思路。本课题研究以行动研究法为主，立足课堂教学和学生实际，采用大量的课例研究，通过调查研究----提出问题、发现问题-----制定方案-----共同实施-------阶段评价------补充修正-----推进实施-----中介评估等环节，稳步推进课题的研究。
2.研究方法。本课题研究主要运用文献法、行动研究法、比较研究法、个案调查法等。
文献法——主要运用于对相关运用脑中思维导图理论的检索、调查、分析、整理，为本课题研究奠定正确的研究方向和强有力的理论支撑。
行动研究法——主要运用于课题的研究过程当中。在日常教育活动和教学过程中，运用思维导图进行教育教学，促进学生形成良好的思维品质，培养主动探究和创新能力。
比较研究法——通过实施思维导图和传统的教育方法进行比较，不断调整方向、充实内容。
个案调查法——在课题研究过程当中，确立重点、以点带面、全面推进。
经验总结法——依据师生在教学实践中形成的经验和总结进行理性高度上的概括总结。
（二）研究具体步骤及预期成果
课题的研究从2012年3月起至2015年12月结束。
1．准备阶段：(2012年3月---2012年10月)
（1）成立课题研究小组，组织课题组成员学习设计研究方案相关理论知识；
（2）撰写课题研究方案，做好申报、立项及论证工作。
（3）进行资料收集、整理并编撰成册。
2.实施阶段：(2012年10月----2014年6月)
（1）学习理论、问卷调查、应用研究，探索课堂教学的策略；
（2）案例研究，每学期开展课题研讨活动，结合教学案例，开展听课、说课、评课，探讨在实践中取得的成效和存在的问题。
（3）分析数据、收集阶段性研究成果；
（4）撰写论文，每学期根据研究专题撰写课题论文，不断充实专题论文集。
3.分析阶段：(2014年7月----2015年6月)
（1）对收集的材料进行统计分析，进一步完善实施阶段形成的初步结论；
（2）方案修订
4.总结阶段：(2015年6月----2015年12月)
（1）整理研究过程资料，进行数据分析评价，分析存在的问题，
（2）总结课题研究的成果，撰写结题报告，请领导、专家鉴定、评审。
（3）做好课题研究成果的宣传推广工作
九、课题研究的条件分析
（一）研究基础
课题负责人多年来从事小学科学教学工作，以课堂为基础，反思教学行为，进行课题研究。主持的课题《以前概念为基点的小学科学教学策略的研究》获得宁波市教育科研有些成果评比一等奖；负责的参与的省级课题2个；市级课题6个，并有4个课题获得市级二等奖。撰写的多篇论文在省、市级刊物中发表或获奖。参与实验的课题组老师也是扎根课堂的一线老师，参与过多个课题的研究，相关的研究论文、课例、教材编写也已取得一定成果。课题组主要成员每个周定时进行课题研究定期参加“理论学习”、“学术沙龙”、“教材编写”等活动，将学、思、做、研融与一体，深入开展课题研究。因此，研究人员的科研水平总体较强大。
（二）经费保证
学校历来重视科学教育研究，科学教研组在多年的教学中尤其是在课题研究方面已取得了一定得成绩，获得了学校主管部门大力支持，学校会确保课题研究经费的落实，确保课题研究顺利实施。