用数据呈现科学课堂上学生高阶思维可视化的初探
用数据呈现科学课堂上学生高阶思维可视化的初探
用数据呈现科学课堂上学生高阶思维可视化的初探
梁瑞红
【摘要】在科学课上记录科学数据是科学课主要的学习部分，也是科学探究的重要方法。在数据的记录中，既体现出学生思维呈现，也是教师评价学生学习的依据。教学中利用数据的呈现，来培养学生的"思考、自主学习和创新"能力高阶思维。
【关键词】数据；高阶思维；可视化；能力
中图分类号：G622.4 文献标识码：A 文章编号：1671-0568 （2016） S1-0015-02
作者简介：梁瑞红，广东省广州市荔湾区芦荻西小学教师。
"高阶思维"这个概念，还没有公认一致的定义。如果要追溯的话，这个概念应该是在美国教育学家布卢姆的教育目标分类学的基础上发展起来的。他在1956年进行教育目标分类的时候把以认知为主导的学习目标分成六类：知识、理解、应用、分析、综合、评价，其中知识、理解、应用被称为低阶思维，分析、综合、评价被称为高阶思维。高阶思维教学需要高阶学习模式的支持。高阶学习是一种需要学习者运用高阶思维的学习活动。而运用探究、发现和研究型学习的模式——合作小组学习、讨论、案例学习、角色扮演、项目研究、模拟性决策和问题求解学习活动等，有利于发展学的高阶思维能力。尤其是发现学习，能有效地促进学习者高阶思维能力发展。
一、用数据呈现高阶思维教学，创设可视化教学环境
在科学课堂教学模式基本都是以小组合作、实验观察分析、验证结论等学习的活动，而交流活动贯穿科学探究的始终。但是现实的科学课中的交流活动往往浮于表面，教师只注重结论的得出而忽视培养学生高阶思维能力的培养。小学生在互相研讨分析问题时，他们的注意力大多数集中在谁在说，只想着抓住别人说错的地方进行反驳，而不是去思考别人为什么这样说。显然，这样的研讨活动只是处于一种低阶思维，流于形式的活动。在科学实验课上，教师都是引导学生收集实验数据后开始进行分析研讨，这是最适合思维培养的学习，是以思维为基础的问答策略。也就是说，教师教学问题的设计（包括口头和书面问题） 是教学能够培养学生高阶思维的最有效手段。开放性的、挑战性的、没有现成答案的、具有穿透力的、需要学生运用他们的聪明才智才能够回答的问题，这类问题很多就是发展学生的高级思维技能的最好方法。但一些抽象的概念学生难以理解时，可以利用可视化技术，可以将抽象的思维转化为具象的图示形式，知识之间的逻辑联系不再是抽象难懂的关系，而是显而易见的表征。思维可视化的过程中，图示技术是实现思维从抽象到具象的桥梁。
为此，笔者在用数据呈现课堂上高阶思维可视化的教学中，利用它创设一种形象化和可视化的教学环境，探寻抽象知识表达的可视化。将形象思维与抽象思维充分结合使用，以此促进知识的理解与吸收，改善知识的学习效果。
1.收集文字证据转化数据证据
如"摆的研究", 实验验证改变摆摆动的快慢与摆结构那些因素有关呢？引导学生用表格来记录实验数据，将数据记录整理成表格就能让人观察得更加清晰与直观。
2.数据证据转化为统计图
表格式数据可以转换成各种统计图。如将"摆的研究"活动后收集到数据转化成折线统计图，学生就更容易得出解释。
从数据折线图情况来看，原来数据表格记录的抽象化实现了数据的可视化的`目的。图1和图2的数据可以让学生清晰地知道：摆的快慢与摆重无关。从图2的数据变化中可以知道：摆的快慢与摆绳的长度有关。也就是说利用图形化把实验的数据可视化出来，把隐性知识显性化、可视化，方便学生去思考、表达、理解新知，帮助学生在头脑中形成结论，并能促进学生高阶思维能力的培养。
3.掌握图形化的数据，提升思维能力
教师要引导学生分析数据，处理数据，仔细观察数据：横向比较，你有什么发现？纵向比较，你有什么发现？哪几次的数据是一样的？数据与数据之间差别大吗？影响准确度的原因是什么？如果再继续做实验的话，你估计会是怎样的数据？像这样一步一步引导学生思考、讨论，各抒己见，就会促进学生思维火花的碰撞，而正是有了这样的讨论和分析，学生分析数据的能力才能一步步得到提升。
二、整理分析可视化的数据，提高高阶思维的能力
1.筛选有用的数据
对于学生记录的数据表格或图形数据，都要学生将这些数据进行分析、整理。筛选出有用的数据，把无用的数据去掉，按要求整理好并进行推理分析，得出结论。因为科学的最高权威就是事实，用真实的数据说话，追求真理是我们应有的对待科学的态度。如：从数据情况来看，由表1的数据可以得出：摆的快慢与摆重无关；从表2的数据变化中可以知道：摆的快慢与摆绳的长度有关。
2.通过大胆的猜测，提高高阶思维能力的践行
猜测就是大胆的判断。我们知道，无数的发明都是来源于科学家大胆的猜测。如在科学课的教学中，教师应当鼓励学生围绕问题，根据以往的经验，说出自己的估计。假设的思维过程，主要是让学生调动已有的经验，在观测前对事物的变化趋势进行预测。在这过程中，教师不要粗暴地干预学生的假设，应当让学生充分发表自己的意见，这样他们才会在实验的过程中有一种更加求实的精神，并渴望通过实验寻求答案。再如，在进行"摆的快慢"的教学时，让学生摆动摆的过程中，许多学生都会提出这样的问题：影响摆的快慢是什么因素呢？对于这样的问题，教师应当鼓励学生根据日常生活的经验，说出自己的假设。摆的快慢可能会与摆的结构因素有关系。诸如"摆的重量，摆轻就摆动快""摆幅大，摆动就慢""摆绳长度不会影响摆动得快慢"的答案，教师不要马上下结论，应让学生通过实验数据去验证答案。
数据图形的记录呈现，就是学生动手实验得出的结论，对实验的结果进行观察比较，以此来验证假设的结论是否正确的思维过程。数据记录是学生获得真知，解决问题的关键。数据更是学生运用所学的知识技能，亲自去寻找答案的过程，它是培养学生各种能力的有效手段。所以，这一过程中学生综合运用了"分析、综合、创造",高层次思维能力得到了锻炼和提升。
总之，在小学科学课中，学生通过观察和实验收集数据后的研讨活动，不要只浮于表面。研讨的内容要求一定要沿着基于数据和逻辑、提出种种解释这条主线进行。而教师则要围绕促进学生科学思维发展、提升学生高阶思维的科学素养等目标引导研讨活动。
参考文献：
[1]黎加厚。教育信息化环境中的学生高级思维能力培养[J].中国电化教育，2003,（9）。
[2]钟志贤。教学设计的宗旨：促进学习者高阶能力发展[J].电化教育研究，2004,（11）。