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好好学习，好好思考，用心学，用脑学。 如何综合脑科学、认知科学的新进展，探索新的可视表达方式，以提升人的视觉认知能力？ 如何实现知识的有序化，支持形象式联想导航学习，缓解认知片面与偏差的问题？ 如何实现高效的交互界面，保证知识提供者和知识接受者之间的信息畅通？ 走进基于视觉赋能的教育可视化思考。 ●简单了解大脑结构及其功能 大脑有八个功能分区，分别为脑干、小脑、大脑、左半脑、右半脑、额叶、顶叶、枕叶。 人体大脑结构图如下：（见下图1） 各功能区的功能简介：（见图2）  1．脑干：脑干与脊髓相连，负责控制许多无意识的行为——呼吸、心跳、消化等。脑干的位置在人的颈部往上一点。 2．小脑：小脑属于后脑的一部分，在脑干的上面一点，负责肌肉的协调、神经反射和身体平衡。 3．大脑：可以理解为大脑的外层——大脑皮层，包括前脑的新皮质，是人类思维产生的最主要部分。 4．左半脑：控制人的具体行为，如演讲、写作、语言和运算。 5．右半脑：控制人的想象、空间思维、音乐、直观感受。 6．额叶：控制一个人的个性、情感、计划行为，包括分辨是非、抽象思维。 7．顶叶：与触觉和四肢活动相关，与枕骨连接处控制着说话和语言理解能力。 8．枕叶：与视觉相关。 大脑的功能有很多，综合起来看，表现两个方面，第一，大脑支配人的一切生命活动，比如语言、运动、听觉、视觉、情感表达等，能够调节消化、呼吸、循环、泌尿、生殖、运动等中枢。第二，大脑是一切思维活动的物质基础，比如智力、观察力、注意力、记忆力、思维力、想象力、学习获得、知识理解、判断推理、综合分析、言语表达、社会活动能力、意识情感等。 大脑从学习特点，功能区分别是：思考功能区、记忆功能区、情感功能区、传达功能区、理解功能区、运动功能区、听觉功能区、以及大脑视觉功能区。 主管上大脑的功能区分别额叶、颞叶、顶叶、枕叶四大功能区（见下图3所示）。  其中，语言理解功能由位于颞叶的语言理解中枢（威尔尼克区）主管。人因为获取了感知信息，有了理解，理解，就是在大脑内部不同区域之间创建了联接。最新的脑科学研究表明，当语言理解中枢从声音中解析出语言（词汇）后，大脑中与该语言（词汇）相对应的部分就会被激活。大脑对于语言的理解，取决于大脑中所存储的与该语言相关联的“非语言”信息！这个“非语言”信息既可以是视觉信息（包括“想象”出来的场景）、空间信息，也可以是一连串复杂的动作程序，甚至可以是情感信息。 认知心理学家Allan Paivio（1969）提出的“双重编码理论”中，设想人脑中有两个认知子系统，一个专门用于表征和处理“非语言”对象，另一个则专门用于处理语言对象，二者要同时激活，在语义信息与“非语言”信息（也称为“表象”）之间建立关联，人才能理解语义信息。 也就是说，要想让学习者理解一个语义信息，就需要激活他的大脑内部的某个恰当区域。所能激活的区域越多，关联度越紧密，激活的强度越大，对信息的理解就越深刻。 这里重点再说说说与视觉相关的功能块－枕叶。 大脑对视觉信息的处理，主要是位于大脑后部的枕叶来完成。在脑科学中，枕叶对视觉信号进行解析的过程相当复杂，大体的加工机理是：先获取物体颜色、大小、形状、亮度、运动等视觉信息，并初步分析；然后将视觉皮层获取的信息进行综合、转换为知觉信息处理；期间同时与听觉、语言、其他感觉信息全面整合，构成对事物综合信息的认知。这一加工过程，使人感知到，“我看到了什么”，就会形成一个可视化表征。 枕叶的这一特性对于新知识的学习来说，非常重要。我们讲学习是一个认知过程，而认知加工的主导脑区是前额叶区（功能：作出记忆、判断、分析、思考、操作），信息保持、信息整合、工作记忆等，就位于前额叶。但人的大脑“工作记忆”是有限的，Cowan N提出：人在知时间内，只能同时记住４个独立的信息组块或信息单元。因此，当我们学习一个新知识时，工作记忆占满了，出现高负荷，若能激活枕叶，利用视觉化表征，为认知加工提供更多的“情境”素材与线索，就可以提高额叶加工能力。另，因为“非语言”信息（视觉化信息）提供，也可以让我们的大脑拥有一个视觉记忆能力。教学中，我们常常采用可视化手段“化抽象为形象”、“把静态的变成动态的思考”，就是为了把语言文字尽量转换为视觉信息进行强化人的理解和记忆。我们的化学老师，为了讲解清化学中“微观”问题教学，常常利用动画模拟手段，就是这道道。 ●重视视觉化思考的学习，做好可视化教学－－让教学有一个更清晰的思路 ◇什么是视觉化思考？ 视觉化思考，将你的思考方式进行可视化展现，可以帮助你提升思维的清晰度，理顺学习和交流沟通的逻辑。 具体来看，视觉化思考应该如何进行？又有哪些好处？ 如下一组图片的思考：  看到上四张图片，人的感知，马上有一个对应的视觉思维，对应表征：牛、房子、苹果、青苹果。自然就会有一种“联系”思考发生，如“红色苹果甜的，青色的甜不？”。 感知，尤其是视知觉，具有思维的一切本领。（美国艺术心理学家阿恩海姆） 视觉知觉，本身具有思维功能，具认识的能力和理解能力。 有百分之六十到六十五的人倾向于将看到的文字在脑海中意象化的思维方式。 再比如如下两张图片：  看图即联想，视觉化就给人的大脑一种“联系”性思考。就如图二，你的视觉化思维会联系到“运动”“奔跑”“努力”“奋进”“拼搏”等，因为有了联系，打开“内心的眼睛”，“图解”思维，将你的内心世界画出来，有了你语义联想或创造思维。 联系是创造的本质。视觉化就是将直觉的信息表达出来，表达的时候我们就会去思考这个事物的特点、构成，而这一过程在使用文字表达的时候是没有的，也就是说视觉化帮助我们打开“心中的眼睛”，将直觉化的信息联系具体化、本质化。视觉化思考所强调的是看得更真，而不是画得更好。 ◇什么是视觉化思考？ 视觉化思考就是将思考用视觉化的方式呈现出来，也就是说要写出来或者画下来（不需要手绘技能），可以是文字、图形、符号等等，也可以是视频形式，展示你清晰的分析路径和解决思路。思考可视化，具可读性，也有利于传播和记忆。  人类在理解语义信息时，视觉处于一个非常特殊的地位。实践表明，大多数知识都可通过“可视化”形式进行表征，知识“可视化”可以高效地传递信息、促进理解、降低认知负荷、提升教学效果。 当前课程教材的编写倡导的就是一种视觉化思维，如教材的插图等。 例：初中化学教材中的“图6-2 石墨的结构及用途”  教材中关于“石墨的结构及用途”没有过多的文字描述，展现的就是“文字+图片”可视化内容，让学生在学习中自然能看图思维，形成认知。 如果说文字是思考式认知，那么图形就是直觉式认知。视觉化帮助我们打开“心中的眼睛”。用视觉化的方式进行观察、思考、记录、沟通、展示、讲故事等，人使用视觉工具，能以极快的速度获取信息，并能发现信息之间的联系，解决问题的系统化思维方式。 ◇为什么要视觉化思考？ 可视化是一种基于视觉认知的思维系统。 学习的思维训练，要重视“视觉化思考”思维模型的教学。 视觉化的思考，能很好地激活人的大脑思考；理清认知思路框架；提升了学习“对话”的沟通效率。 激活大脑思考，我们的大脑在看到各种图例的时候，会不自觉地特征抓取处理，思考分类、分层，归组，使思考逻辑更加清晰，以便自己更好地理解。 大脑在处理各种信息的神经元占比中，视觉信息、视觉和其他感观信息、其他各类信息各自占比1/3。如果我们运用图进行学习，大脑就会超过1/3的部分处于激活状态，思考效率会大大提高。心理学研究表明，在人脑所获得的全部感官信息中，约60%―80%来自于视觉，10―20%来自于听觉。视觉化思考调用大脑、眼睛、手等感官都参与其中，同时有图有真相，进行联想和反思都有迹可循。 人的视觉是最强大的感官通道，特别喜欢感知“情境”。在教学中，老师如何才能激活学习者的大脑呢？这就需要老师创设恰当的“情境”，让学习者的大脑在“情境”中形成感知，建立体验。教学中，你光讲光说来描述“知识”，不如创建一个真实性意义情境，有利于调用学习者原来有经验，让学习者能从情境中顺利获得更多的信息理解。教学中，若能有一个视觉化信息展现，创建情境，就能激活学习者的“非语言”脑区（如枕叶、顶叶），语义信息转化为视觉语言，学习者的理解深度就有大大提升。“可视化”表征“可视化信息”，学习效果往往会取得较好的效果。 教学情境创设可视化，就是利用人强大的视觉感知力、解析力和记忆力，用视觉方式为学习者创建学习情境，提供丰富的、清晰的、印象深刻的“非语言”信息，让学习者在情境中感知深刻、体验有深度，促进学习对“知识”深度理解。 若教学中，能够充分激活学习者的颞叶（语言）、额叶（逻辑）、顶叶（空间）、枕叶（视觉），使学习者的全部脑区激活，我想，你的课堂高效何求不能呢？ 理清思路框架，我们在思考中可以按人、物、场景三方面进行集中思考，很多问题以这种框架思考，就能很快解决问题。我们在思考、解决问题时，都有一定的方法、框架来思考，如果用图展示思考方式或者思考框架，按图索骥就可以避免遗漏。 例：5W2H学习分析法  注：5W2H分析法又称七何分析法，它是用五个以W开头的英语单词和两个以H开头的英语单词进行提问，以发现解决问题的线索，寻找创新思路，从而达到解决问题和管理创新的目的。 提升沟通效率，现在我们生活中，工作和生活都处在可视化交流中。例如微信聊天中的各种表情包，淘宝购物时看到的各种商品图片，看新闻或报告时的各种照片或报告，这些图像都在帮助我们彼此沟通和理解。 再如，下两图，左是远古人类的语言表征工具，右图道尔顿的元素符号表示。  在人类的历史中，图一直都是很重要的沟通工具，远古人类没有文字的时候，通过壁画来记录事件，实现了信息的沟通，因为图最易理解，没有学习文字的成本。 视觉化思考（visual thinking）是运用我们天生的观察能力——包括肉眼与“内心的眼睛”——来发现那些平时意想不到的创意和想法，并且以一种简单易懂的方式将其表达出来。视觉化是工具，在学习视觉化的过程中其实我们是在学会思考。 ◇做好可视化教学，促学学习思维模型化 认知社会化，知识大爆炸时代，带来的思考，知识产生、获取、认知突破了个体局限，表现为网络化群体认知，更需要学习从碎片到结构的认知，思维模型化的认知，突破知识时空分布、涌现等特性。  上图“思维模型的构建”解读： 学习思维模型化，就是为了让学生认知学习走向有深度的可视化模型构建。 教学中思维模型思考，就是用简单易懂的图形、符号、结构化语言等组成的可视化的模型，构建模型思维，是人们观察、分析、解决问题从感性思维到理性思维、从点状思维到模型思维的可视化的“心理结构”；是解决问题的思维公式；是概念的连接，是模块化的知识，建立自己的底层思维框架，打造系统化、结构化、模型视角化的知识体系。 教学中，文字语言的阅读，往往给人的是一种“线性化”的思考，易成碎片，若文字量大，“记忆的困惑”就来了，人获取信息就有有限，善于阅读的，喜欢抓住“关键词”去建议“理解”联系，但点用的“工作记忆”量就自然大，给认知建构自然带困难。若在教学中，能化“文字信息”构建视觉化信息，如阅读的“认知地图”；板书的概念图展；数学的习题图像化表示；实验的体验式操作、观察等，通过可视化的表征，激活枕叶，尤其顶叶（倡导教学体验式、探究式），视觉化学习，将极大地促进学习者对知识的理解，利于知识结构化、模型化的认知。 新课标要求主题式教学、大单元教学、大概念引领教学，其实就是思维模型的一个逆向性教学设计思考。 可视化是一种外部认知的方法，即：如何利用人眼的感知能力和人脑之外的资源，提升人脑的认知能力。做好可视化教学，促学学习思维模型化思考。 如果说，金字塔原理解决教学的过程思路问题，“如何去教和学更好”。那么，可视化工具的引进，就是为了解决“学得更好的问题”，让学习思维可见，结构化、可视化。 常用的知识可视化工具有概念图、思维导图、认知地图、语义网络、思维地图。 此处重点介绍教学中我们教师常用的概念图、思维导图在教学可视化的应用与思考。 让学习可见，就是为了让我们能清楚，我的右脑“看到过什么、听到过什么，对什么有过兴趣，爱过什么”，我的左脑“理性的想过什么，做过什么”。可视化，就是为了更好地把混沌思绪变得更清晰，让自己的思维更加有序。 人都有一个天性，“你是认知的吝啬鬼”，“能用脑就不用脑，该用脑时也不用脑”。因为“你不喜欢复杂，也不喜欢混乱”，所以人们在思考时，都希望化繁多为简单，化无序为有序，化抽象为形象，化模糊为清晰，努力去探索更好的学习工具，做到学习的可视化。 教学中，你的解读“语意化”，思路结构化，板书条理化、层次化、图形化、色彩化等，通过图形和图像建构和传递知识，体现“知识可视化”，就是为了更好地表征出心中所思更加直观：从点状思维到逻辑思维，从逻辑思维到结构思维，从结构思维到模型思维。 知识可视化教学在学科教学中的应用，作为一种重要的学习策略，建构思维模型，可以促进学习者的深度思考，可以提高学习者的投入程度、提高学习者表达、交流和推理的能力。 －－知识可视化工具概念图的学习引进 概念图（concept map）是一种用节点代表概念，连线表示概念间关系的图示法。学习就是建立一个概念网络，不断地向网络增添新内容。通过网状结构来呈现建立概念和概念之间的关系，为了更有利于对知识的理解，为了使学习有意义，学习者个体必须把新知识和学过的概念联系起来。如教学中，可用概念图的方法展示教学内容；学生呢，可用概念图实现知识建构。 可视化概念图工具，也可以作为一种教与学的策略，帮助学生整合新旧知识，建构知识网络，浓缩知识结构，从而使学生从整体上把握知识。也可以作为一种元认知策略，提高学生的自学能力，思维能力，自我反思能力与创新能力。 利用概念图构建一个清晰的知识网络，便于学习者对整个知识架构的掌握，有利于直觉思维的形成，促进知识的迁移。 －－知识可视化工具思维导图的学习引进 思维导图是通过带顺序标号的树状的结构来呈现一个思维过程，将放射性思考（Radiant Thinking）具体化的过程。  思维导图主要是借助可视化手段促进灵感的产生和创造性思维的形成。 思维导图是放射性思维的表达，因此也是人类思维的自然功能。思维导图以一种与众不同和独特有效的方法驾驭整个范围的脑皮层技巧——词汇、图形、数字、逻辑、节奏、色彩和空间感。思维导图，无疑是优秀工具之一，是全脑思维工具。 人的大脑中左脑擅长的就是逻辑思维和结构化思维，右脑擅长的是形象思维和创新思维。运用思维导图就是希望把左右脑的思维能很好的可视化表征，把人的大脑思维（发散性思维的结构化思维）运作投射外部，让思维可视化，看见思考。因为思维导图真正做到了把形象思维和逻辑思维以结构化思维呈现。 创作思维导图，不仅仅是把你的思维可视化了，同时因为你的“创作”，植入了创造性元素，让你的逻辑思维和创造性思维达到完美融合。 关于思维导图的制作，现在网络中有相当多的指导性文章，也有相当多的教学案例及制作导图软件。（此处不展开） 在我们教学中，引进思维导图的学习，有广泛的应用，如做好读书笔记，学会碎片化整理知识，梳理知识，建立知识结构，提升记忆能力等。 思维导图呈现的是一个思维过程，学习者能够借助思维导图提高思维能力。 有时，在教学过程中，可以通过概念图直观快速地把握一个概念体系，同时借助思维导图理清思维的脉络，可供自己或他人回顾整个思维过程。 有研究表明：有65%的人擅长视觉记忆，20%的人擅长听觉记忆，15%的人对与触觉有关的运动记忆比较擅长。中小学生在实际参与亲自动手操作下的学习效果较佳，成年人则偏好视觉感官学习。不过从部分人都能同时将此三种类型以不同方式组合运用来学习。 理解你的大脑，视觉化学习，可视化教学，构建高效教与学。 从认知加工的理论来讲，信息通过眼睛和耳朵进入人的工作记忆系统，工作记忆通过提取长时间记忆中的知识来整合新知识，最终以结构化和图像的方式存储在长时记忆中。 很多人经常会说这样一句谦虚的话：“我这个好懒！” 可视化教与学，可以帮助你“偷个懒哟”，不愿意用语言详细写下来，就积极地把它勾画出来吧。 |
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