思维可视化工具助力小学数学核心素养培养研究

引言：

《义务教育数学课程标准(2022 年版)》强调了学生应具有“用数学的眼光看待现实世界,用逻辑的大脑思考现实世界、用符号化语言表达现实世界”的数学学科核心素养。作为连接低年级与高年级的纽带，北师大版小学四年级数学教材围绕“认识更大数”“运算律”“小数加减法”“方程初步”等内容展开整合，并将数与代数与几何等内容有机结合起来，使学生的思维要求提升到了更高的层次。把抽象的数学概念用直观的图形形象地展现出来，不仅能很好的突破教学难点，而且能培养学生的核心素养，对教师而言，该课题具有重要的实践价值和理论研究价值。本文聚焦新课标背景，旨在深入探讨如何设计以核心素养为导向的思维可视化数学教学过程，精准选用适宜的思维可视化工具，解决小学数学教育难题，推动学生核心素养发展。

一、四年级小学数学核心素养培养的挑战（一）抽象思维要求与学生认知水平失衡

四年级数学教学内容明显提高了知识的抽象程度，“小数意义”教学需要学生对数位概念有深刻的理解，“方程”学习要求学生形成“未知数”的抽象思维框架，根据皮亚杰的认知发展阶段理论，小学生正处于从具体形象思维向抽象逻辑思维过渡的关键时期，这就导致他们难以应对高度抽象的数学概念，从而给数学抽象能力的培养带来阻碍。

（二）知识点繁杂分散，系统整合难度大

北师大版四年级数学教材以数与代数、图形与几何、统计与概率为核心内容。“乘法”与“除法”单元以及“小数乘法”“方程”部分相互关联，“线与角”“三角形和四边形”等内容形成较为清晰的知识结构，但各模块知识点分布较为分散，学生很难自主形成系统的认知结构，这在一定程度上违背了奥苏贝尔有意义学习理论中“构建知识体系”的基本要求，从而可能影响学生知识整合与迁移能力的发展。

（三）知识迁移应用能力的培养遭遇障碍

四年级数学教育重视理论与实践的融合，拿“运算律”来说，它的重点在于借助解决实际问题的过程来让学生深入认识有关的概念，“方向与位置”这一块的教学同样需要依靠真实情境才能培养学生的空间感知能力，“负迁移”现象很容易造成学生产生概念上的混淆，像搞不清楚“乘法分配律”和“乘法结合律”到底在哪种情况下才适合使用，这种情况在某种程度上限制了学生数学综合素养的发展。

二、思维可视化工具的作用机理

（一）图式理论下系统认知结构的构

图式理论表明，认知发展就是认知结构不断发展的过程，利用思维可视化工具，可以引领四年级学生建构系统的知识框架，学习“小数的意义与加减法”时，以“小数”为中心节点，绘制思维导图，把定义、读写规则、运算方法等要素串联起来，完成知识体系的系统整合，借助这一工具，学生可以快速建立起新旧知识之间的联系，探究“小数乘法”时，凭借思维导图关联“整数乘法”的相关概念，逐渐完善数的运算认知图式，从

而为抽象思维能力的发展给予有力支撑。

（二）基于认知负荷理论降低学习认知负担

认知负荷理论突出工作记忆容量有限，要求教学设计要削减无效认知负荷，在小学四年级数学课里，“除法”数量关系剖析、“观察物体”空间想象等主题容易引发认知超载现象，利用思维可视化手段，比如用括号图解析“总数量-份数-每份数量”之间的联系，或者用流程图展现“观察物体”操作步骤，可以明显减小信息处理压力，促使学生集中精力于核心概念领悟及问题解决，进而改进学习成果。

三、思维可视化工具的应用策略

基于北师大版四年级教材的核心素养导向教学设计，思维可视化工具在五环节中的应用框架构建：

创设情境，引入问题：讲授“小数加减法”时，可以以“超市购物”为情境主题，利用气泡图整理商品价格、数量等要素，让学生运用数学思维去发现、解决实际问题。

数学抽象，描述问题：数学抽象能力的培育可通过符号化和可视化实现，教师要引领学生用符号体系和图像工具去剖析问题核心，比如借助圆圈图找出方程关键要素（变量和数量联系），进而促使学生的数学抽象思维得以形成和发展。

数学思维，分析问题：培养数学思维能力的要领是合理利用各类辅助工具，通过双气泡图去探究“三角形”和“四边形”的异同点，就能有效地推进学生的分类认知发展，凭借复流程图来剖析“运算律”的适用范围以及作用机理，有益于优化学生的逻辑推理能力和抽象思维能力。

数学运算，解决问题：数学问题求解时，用流程图展现解题步骤有着很重要的实际意义，拿“方程求解”来说，“变量设定，方程搭建，运算求解以及结果核实”这些主要环节可以被系统地转换成流程图形式，这样就加强了逻辑推理的严谨性，而且还能提高计算的准确度。

反思总结，迁移应用：在单元复习的时候，以“数据的表示和分析”这个中心为主题，有条理地梳理各种统计图的类别，特点和适宜的情景，想要加强对学生所学知识的认识程度，推动其在思想上产生迁移并且提升自身应用的实际能力。

总结：思维可视化工具对于四年级小学生数学核心素养的提升具有明显的应用价值，它把图式理论和认知负荷理论融合起来，目的在于改善学生的认知结构，减轻他们的学习负担，根据北师大版教材的具体情况，这种工具给数学核心素养的培养给予了可行的操作途径。以后的研究应 重点考察它在教学过程中的实际应用成果，而且要经过不断的改善和完善，从而帮助学生做到“三会”，为他们今后的数学学习创建稳固的基础。

参考文献：

[1] 王永玲，梁芹.思维可视化工具在小学数学教学中应用的策略研究［J］.重庆第二师范学院学报，2023（5）：63.

[2] 赵国庆，杨宣洋，熊雅雯.论思维可视化工具教学应用的原则和着力点［J］.电化教育研究，2019（9）：59.