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摘 要：基于协作建构的思维可视化云互动课堂主要依托思维可视化技术，云互动课堂，以建构主义、混合学习理论、主体性教育教学观念作指导，借助粤教云公共服务平台和智慧课堂的互动学习资源，创设协作学习环境，以思维可视化技术工具作为教学和认知工具，实现多维互动、过程性监督与即时反馈、个性化学习支持，旨在建设一个以促进学生的学习和发展为中心、以提高认知水平为目标的教学策略体系；建设云课堂，提高学生学习力。
关键词：协作建构；思维可视化；云互动课堂；粤教云辅助教学；协作学习模型
一、问题的提出
传统课堂教学中，师生忽视了“知识加工”的过程学习和“问题解决”的思维方法，老师常常看不到学生的思维方式；而学生无法呈现学習的思维过程，往往跟不上老师的步调。
云课堂基于数字化学习的应用平台，在原来的课堂基础上进行的技术信息整合教学，借助云计算技术进行的线实时互动学习，课堂教学的关注焦点从“知识层”深入到“思维层”，为教师的学科教学提供课前课中课后的一体化教学支持平台。根据基于思维可视化的云课堂流程，进行知识加工、联接和分享，测评反馈（实现课堂交互训练，实时评测，在线小组研讨）、知识强化和知识迁移等流程，把学科知识与科学思维可视化训练有机结合。
思维可视化课堂的构建应该以“知识传授”和“思维训练”为目标主线，以云互动课堂的数字化教材和相关思维导图技术作为“思维可视化”的技术支撑，以“协作学习”为行动支持；探讨思维可视化云互动课堂的技术实现及实施方法、策略，分析思维可视化课堂构建的基本思路，并研究实践思维可视化课堂构建的一般操作模式，与此同时，通过实践的方式验证思维可视化课堂的有效性，以期为云互动课堂尝试思维可视化教学提供了思路与参考。
二、研究背景
课堂教学中互动是核心，学习者通过互动能在课堂教学中实现知识的意义建构。黄荣怀教授认为在富媒体及人工智能充分发展的信息时代，教室环境应是一种能优化教学内容呈现、便利学习资源获取、促进课堂交互开展，具有情景感知和环境管理功能的新型教室，这种教室在“粤教云”计划中被称为云互动课堂。云互动课堂是在人手一台学习终端的环境下，融合云服务、数字教材、学科教学工具等构建的新型教学环境，由无线路由器、课堂教学支撑系统、学习终端及应用软件三个主要部分组成（如图1）。云互动课堂以云服务的方式提供大量优质教育资源（如数字教材），以及个性化学习资源（如微视频、测评、题库、学科教学工具等），资源本身具有一定的交互性。所以课堂教学使教师能够在“预设”与“生成”中动态把握，并帮助学生搭建学习支架，以多媒体网络技术为核心实现高速度、高密度地传递信息、高强度交互信息、高效率反馈信息。
珠海市文园中学积极探索云平台跨越时空实现资源共享、校际间远程同课异构，将数字化智慧课堂融入教学科研。“粤教云”项目的建立使珠海市文园中学在基础设施方面达到了更高更先进教学的要求。“思维可视化”的核心是把学生学习过程中的思维方法和思考路径通过某种技术呈现出来，师生共同分享、分析、评价及诊断；运用这些技术把零碎的知识系统化，在构建和完善基础知识基本概念的同时，着重培养学生综合分析问题、解决问题、动手探究、团队合作等学习能力。本研究根据当前珠海市文园中学所面临的问题进行了研究问题定位，确定研究的目标与内容，从实践的角度出发制订了研究思路与方法。云互动课堂能协助教师合理调控课堂教学活动；通过各个功能模块的有力支撑，使个性化学习、差异化教学成为可能。不同信息化环境下资源应用模式与平台服务机制，改进了课堂教学结构和流程、转变教与学方式，形成云环境下的教学创新模式。
三、核心概念界定
课堂教学互动通常被认为是人、技术、资源和环境之间的高度耦合。在云互动课堂中，互动的形式可以划分为人与人之间的互动和人与技术之间的互动两类。人与技术的互动根据用户角色不同又可以细分为教师使用技术与学生使用技术两类（如图2所示）。教师在可视化互动技术与课堂教学支撑系统等支持下组织课堂教学，包括资源演示、学情分析、作品分享与评价等活动；学生使用技术指学生应用移动学习终端进行资源学习、自主练习、实践创作以及成果展示等活动。
（一）可视化互动技术
云互动课堂是“基于云计算”的一种以学习者为中心的、高效、便捷、实时互动的课堂教学形式，支持高阶思维。课堂营造了一种技术支持的个人学习环境，实现多元化交互是这种环境的主要特点，学生抛弃传统的纸、笔，用平板电脑进行学习；借助云互动课堂为学生提供用于支持自主学习和协作探究的学习资源；无论课前、课中还是课后，教师都可以通过智慧教学云平台对学生的学习情况进行实时监控；学生做随堂练习提交后，系统会自动批改；教师不用走到学生身边，就能掌握学生的答题情况。基于云平台，优化“教学互动”的方式，即通过调节师生关系及其相互作用，形成和谐的师生互动、生生互动、学习个体与平板电脑的互动，强化人与学习环境的交互影响，以产生教学共振，使学生完成对知识的构建与吸收，从而提高教学效率。
（二）协作建构学习
所谓教学系统，是指由教育者、学习者、媒体和教学信息等要素构成的一个有机的整体。从学习理论角度上理解，群组是学习者以小组形式参与、为达到共同的学习目标、在一定的激励机制下获得最大化个人和小组习得成果而合作互助的一切相关行为。王淑君等人指出：教学模式是以一定的教育思想理论与教学原则为指导，在丰富的教学实践的基础上，为完成特定的教育教学内容和目标，合理利用各种学习资源，充分考虑学习过程的各种要素，而设计、组织和开展教学活动的典型、系统化和相对稳定的教学结构理论框架及可操作的教学活动程序，基于协作建构的教学结构图如图3所示。建立在“信息化环境”上旳基于协作建构学习的课堂教学模式，是学生积极主动参与的过程，是生生、师生、人机情感态度多向互动交流的过程，是站在教育制高点上的落实和深化新课改、适应终身发展的教学理念的创新化学习模式。 （三）思维可视化
思维可视化是指把学习过程中不可见的思维结构、思维方法、思考路径或过程通过图示或图示组合呈现出来。思维可视化课堂是指在教学过程中，实现教学内容、教学策略、教学环境、教学评价的可视化运作，运用思维可视化技术有效地传播和帮助学生建构知识、训练学生掌握并挖掘知识背后的思维规律，旨在提升课堂教学效能及促进学生思维能力的发展。与传统课堂相比，思维可视化课堂需要处理好“知识传授与思维训练”和“师生角色的重新定位”两方面的关系，利用思维可视化技术实现师生之间的思维互动，使学生知识的内在规律和思维发展规律在教與学相互作用中应该达到和谐统一，在深度交互过程中构建、扩展和创造知识，使师生在思维碰撞交流中共同成长。
四、思维可视化云互动课堂的构建
思维可视化云互动课堂是指师生共同参与的双向活动，利用多媒体、网络以及云计算等相关技术在传统班级课堂中建立课堂网络学习环境，为学习者提供协商讨论、相互交流和信息共享，学生以小组形式在一定的评价激励机制下进行协作学习，以有效地完成共同的学习任务而合作互助的学习过程。这种学习方式是在传统的班级课堂协作学习的基础上，把网络学习融进其中，使得协作建构学习在学习内容、学习媒体、学习环境和学习资源上进行优势互补，将学生的协作学习过程通过云计算连接，借助强大的云服务平台，使得学生开展协作学习更加便利、更加互动、更加创新。
思维可视化课堂应用流程（如图4所示），具体包括以下六个教学环节：
第一，问题驱动，展示知识内容情境，提出思考问题。教学情境对引发学习者的情绪体验、促进思维具有重要的推动作用，因此教师应该想方设法创设有助于引导学生积极、有效地思考情境。思维可视化情境的创设可以通过实物展示、多媒体呈现、直观语言描述等途径来实现，或者用知识可视化资源展示学习内容的情境并提出需要解决的问题。
第二，交流互动。利用思维工具思考分析问题，表达个体思考过程和观点。可以利用思维可视化工具进行课前知识预习，课中问题思考表达，课后知识总结归纳。
设计一系列具有充分思维含量的问题，这些问题构成了教学发展的脉络，让学生沿着问题去解决问题，在解决问题过程中使思维得到发展。
第三，思维呈现。围绕可视化思维作品进行小组交流互动。制定交流互动规则和分工，明确任务，学习者在小组内进行分享与表达，通过小组合作完成或补充完善思维可视化作品。
第四，问题探究。在主动探究的基础上，教师根据实际情况将学生分为不同小组，每组4-6人进行讨论。小组成员之间根据自己绘制的各种思维导图相互交换，交换各自的问题、各自的想法，并相互讲解，通过同伴之间的相互启发，从而形成更多的发现、更多的解决问题的思路。当大家对问题无法达成一致意见或无法解决问题时，一方面可以再次回到“主动探究”的步骤继续寻找答案，另一方面将大家的想法重新汇集在一张图上，形成小组的最终讨论结果。
第五，分享表达。教师利用多种可视化资源指导深化学习。教师对学生提出的问题进行析疑、归纳和总结。教师进一步提供可供学生选择、多样化、多层面的可视化练习，让学生在实际操练过程中获得知识深化。
第六，反思评价。利用PMIQ表格化可视化思维工具进行学习反思和自我评价，让学生能够找到自己的兴趣点和存在的疑问并提出问题。PMIQ表格是一个促进学生反思评价和提出问题等能力发展的工具，其中P（Plus加法）表示学习的收获，M（Minus减法）表示没有学会的知识和方法，I（Interesting兴趣）表示学生还感兴趣的知识，Q（Question问题）表示提出还存在的疑问。应用PMIQ表格有助于学生进行自我反思、自我学习评价以及同伴之间的学习评价，同时提升学生提出问题和思考问题的能力（如下表）。反思评价的目的是对学生思维活动所达成的情况进行监控、验证、反馈。
五、结语
在云互动课堂的研究与应用中，思维可视化是其中的核心要素之一，主要解决知识和经验的自我建构、思维训练和习惯养成，既能有效的提升思维效能，又能将各种信息有机的组织架构起来，改变原有的线性、连续性思维方式，有利于教师对学生思维过程的洞悉和了解，有助于学生自主学习能力的培养，特别是对学生在碎片化的时间或资源状态下有效、自主学习有待殊意义。云互动课堂为教学中可视化的应用提供了全新的环境建设支撑，而协作建构为云互动课堂所构建的可视化环境的教学体现提供重要的应用思路。作为云互动课堂理念下的可视化教学研究就是试图满足学生快乐学习、高效学习，以及面向世纪技能培养的需要。思维可视化是发展学生思维能力的最有效、最系统的教学体系，把思维可视化技术融入课堂，既可以加深学习者对所学知识的理解，同时还能发展学习者的系统思考能力。“思维可视化技术”将成为互联网 时代的主要的教学策略及教学方式！
关键词：协作建构；思维可视化；云互动课堂；粤教云辅助教学；协作学习模型
一、问题的提出
传统课堂教学中，师生忽视了“知识加工”的过程学习和“问题解决”的思维方法，老师常常看不到学生的思维方式；而学生无法呈现学習的思维过程，往往跟不上老师的步调。
云课堂基于数字化学习的应用平台，在原来的课堂基础上进行的技术信息整合教学，借助云计算技术进行的线实时互动学习，课堂教学的关注焦点从“知识层”深入到“思维层”，为教师的学科教学提供课前课中课后的一体化教学支持平台。根据基于思维可视化的云课堂流程，进行知识加工、联接和分享，测评反馈（实现课堂交互训练，实时评测，在线小组研讨）、知识强化和知识迁移等流程，把学科知识与科学思维可视化训练有机结合。
思维可视化课堂的构建应该以“知识传授”和“思维训练”为目标主线，以云互动课堂的数字化教材和相关思维导图技术作为“思维可视化”的技术支撑，以“协作学习”为行动支持；探讨思维可视化云互动课堂的技术实现及实施方法、策略，分析思维可视化课堂构建的基本思路，并研究实践思维可视化课堂构建的一般操作模式，与此同时，通过实践的方式验证思维可视化课堂的有效性，以期为云互动课堂尝试思维可视化教学提供了思路与参考。
二、研究背景
课堂教学中互动是核心，学习者通过互动能在课堂教学中实现知识的意义建构。黄荣怀教授认为在富媒体及人工智能充分发展的信息时代，教室环境应是一种能优化教学内容呈现、便利学习资源获取、促进课堂交互开展，具有情景感知和环境管理功能的新型教室，这种教室在“粤教云”计划中被称为云互动课堂。云互动课堂是在人手一台学习终端的环境下，融合云服务、数字教材、学科教学工具等构建的新型教学环境，由无线路由器、课堂教学支撑系统、学习终端及应用软件三个主要部分组成（如图1）。云互动课堂以云服务的方式提供大量优质教育资源（如数字教材），以及个性化学习资源（如微视频、测评、题库、学科教学工具等），资源本身具有一定的交互性。所以课堂教学使教师能够在“预设”与“生成”中动态把握，并帮助学生搭建学习支架，以多媒体网络技术为核心实现高速度、高密度地传递信息、高强度交互信息、高效率反馈信息。
珠海市文园中学积极探索云平台跨越时空实现资源共享、校际间远程同课异构，将数字化智慧课堂融入教学科研。“粤教云”项目的建立使珠海市文园中学在基础设施方面达到了更高更先进教学的要求。“思维可视化”的核心是把学生学习过程中的思维方法和思考路径通过某种技术呈现出来，师生共同分享、分析、评价及诊断；运用这些技术把零碎的知识系统化，在构建和完善基础知识基本概念的同时，着重培养学生综合分析问题、解决问题、动手探究、团队合作等学习能力。本研究根据当前珠海市文园中学所面临的问题进行了研究问题定位，确定研究的目标与内容，从实践的角度出发制订了研究思路与方法。云互动课堂能协助教师合理调控课堂教学活动；通过各个功能模块的有力支撑，使个性化学习、差异化教学成为可能。不同信息化环境下资源应用模式与平台服务机制，改进了课堂教学结构和流程、转变教与学方式，形成云环境下的教学创新模式。
三、核心概念界定
课堂教学互动通常被认为是人、技术、资源和环境之间的高度耦合。在云互动课堂中，互动的形式可以划分为人与人之间的互动和人与技术之间的互动两类。人与技术的互动根据用户角色不同又可以细分为教师使用技术与学生使用技术两类（如图2所示）。教师在可视化互动技术与课堂教学支撑系统等支持下组织课堂教学，包括资源演示、学情分析、作品分享与评价等活动；学生使用技术指学生应用移动学习终端进行资源学习、自主练习、实践创作以及成果展示等活动。
（一）可视化互动技术
云互动课堂是“基于云计算”的一种以学习者为中心的、高效、便捷、实时互动的课堂教学形式，支持高阶思维。课堂营造了一种技术支持的个人学习环境，实现多元化交互是这种环境的主要特点，学生抛弃传统的纸、笔，用平板电脑进行学习；借助云互动课堂为学生提供用于支持自主学习和协作探究的学习资源；无论课前、课中还是课后，教师都可以通过智慧教学云平台对学生的学习情况进行实时监控；学生做随堂练习提交后，系统会自动批改；教师不用走到学生身边，就能掌握学生的答题情况。基于云平台，优化“教学互动”的方式，即通过调节师生关系及其相互作用，形成和谐的师生互动、生生互动、学习个体与平板电脑的互动，强化人与学习环境的交互影响，以产生教学共振，使学生完成对知识的构建与吸收，从而提高教学效率。
（二）协作建构学习
所谓教学系统，是指由教育者、学习者、媒体和教学信息等要素构成的一个有机的整体。从学习理论角度上理解，群组是学习者以小组形式参与、为达到共同的学习目标、在一定的激励机制下获得最大化个人和小组习得成果而合作互助的一切相关行为。王淑君等人指出：教学模式是以一定的教育思想理论与教学原则为指导，在丰富的教学实践的基础上，为完成特定的教育教学内容和目标，合理利用各种学习资源，充分考虑学习过程的各种要素，而设计、组织和开展教学活动的典型、系统化和相对稳定的教学结构理论框架及可操作的教学活动程序，基于协作建构的教学结构图如图3所示。建立在“信息化环境”上旳基于协作建构学习的课堂教学模式，是学生积极主动参与的过程，是生生、师生、人机情感态度多向互动交流的过程，是站在教育制高点上的落实和深化新课改、适应终身发展的教学理念的创新化学习模式。 （三）思维可视化
思维可视化是指把学习过程中不可见的思维结构、思维方法、思考路径或过程通过图示或图示组合呈现出来。思维可视化课堂是指在教学过程中，实现教学内容、教学策略、教学环境、教学评价的可视化运作，运用思维可视化技术有效地传播和帮助学生建构知识、训练学生掌握并挖掘知识背后的思维规律，旨在提升课堂教学效能及促进学生思维能力的发展。与传统课堂相比，思维可视化课堂需要处理好“知识传授与思维训练”和“师生角色的重新定位”两方面的关系，利用思维可视化技术实现师生之间的思维互动，使学生知识的内在规律和思维发展规律在教與学相互作用中应该达到和谐统一，在深度交互过程中构建、扩展和创造知识，使师生在思维碰撞交流中共同成长。
四、思维可视化云互动课堂的构建
思维可视化云互动课堂是指师生共同参与的双向活动，利用多媒体、网络以及云计算等相关技术在传统班级课堂中建立课堂网络学习环境，为学习者提供协商讨论、相互交流和信息共享，学生以小组形式在一定的评价激励机制下进行协作学习，以有效地完成共同的学习任务而合作互助的学习过程。这种学习方式是在传统的班级课堂协作学习的基础上，把网络学习融进其中，使得协作建构学习在学习内容、学习媒体、学习环境和学习资源上进行优势互补，将学生的协作学习过程通过云计算连接，借助强大的云服务平台，使得学生开展协作学习更加便利、更加互动、更加创新。
思维可视化课堂应用流程（如图4所示），具体包括以下六个教学环节：
第一，问题驱动，展示知识内容情境，提出思考问题。教学情境对引发学习者的情绪体验、促进思维具有重要的推动作用，因此教师应该想方设法创设有助于引导学生积极、有效地思考情境。思维可视化情境的创设可以通过实物展示、多媒体呈现、直观语言描述等途径来实现，或者用知识可视化资源展示学习内容的情境并提出需要解决的问题。
第二，交流互动。利用思维工具思考分析问题，表达个体思考过程和观点。可以利用思维可视化工具进行课前知识预习，课中问题思考表达，课后知识总结归纳。
设计一系列具有充分思维含量的问题，这些问题构成了教学发展的脉络，让学生沿着问题去解决问题，在解决问题过程中使思维得到发展。
第三，思维呈现。围绕可视化思维作品进行小组交流互动。制定交流互动规则和分工，明确任务，学习者在小组内进行分享与表达，通过小组合作完成或补充完善思维可视化作品。
第四，问题探究。在主动探究的基础上，教师根据实际情况将学生分为不同小组，每组4-6人进行讨论。小组成员之间根据自己绘制的各种思维导图相互交换，交换各自的问题、各自的想法，并相互讲解，通过同伴之间的相互启发，从而形成更多的发现、更多的解决问题的思路。当大家对问题无法达成一致意见或无法解决问题时，一方面可以再次回到“主动探究”的步骤继续寻找答案，另一方面将大家的想法重新汇集在一张图上，形成小组的最终讨论结果。
第五，分享表达。教师利用多种可视化资源指导深化学习。教师对学生提出的问题进行析疑、归纳和总结。教师进一步提供可供学生选择、多样化、多层面的可视化练习，让学生在实际操练过程中获得知识深化。
第六，反思评价。利用PMIQ表格化可视化思维工具进行学习反思和自我评价，让学生能够找到自己的兴趣点和存在的疑问并提出问题。PMIQ表格是一个促进学生反思评价和提出问题等能力发展的工具，其中P（Plus加法）表示学习的收获，M（Minus减法）表示没有学会的知识和方法，I（Interesting兴趣）表示学生还感兴趣的知识，Q（Question问题）表示提出还存在的疑问。应用PMIQ表格有助于学生进行自我反思、自我学习评价以及同伴之间的学习评价，同时提升学生提出问题和思考问题的能力（如下表）。反思评价的目的是对学生思维活动所达成的情况进行监控、验证、反馈。
五、结语
在云互动课堂的研究与应用中，思维可视化是其中的核心要素之一，主要解决知识和经验的自我建构、思维训练和习惯养成，既能有效的提升思维效能，又能将各种信息有机的组织架构起来，改变原有的线性、连续性思维方式，有利于教师对学生思维过程的洞悉和了解，有助于学生自主学习能力的培养，特别是对学生在碎片化的时间或资源状态下有效、自主学习有待殊意义。云互动课堂为教学中可视化的应用提供了全新的环境建设支撑，而协作建构为云互动课堂所构建的可视化环境的教学体现提供重要的应用思路。作为云互动课堂理念下的可视化教学研究就是试图满足学生快乐学习、高效学习，以及面向世纪技能培养的需要。思维可视化是发展学生思维能力的最有效、最系统的教学体系，把思维可视化技术融入课堂，既可以加深学习者对所学知识的理解，同时还能发展学习者的系统思考能力。“思维可视化技术”将成为互联网 时代的主要的教学策略及教学方式！