摘要：随着核心素养培养成为教育改革的重点，高中数学教学中思维可视化策略的重要性日益凸显。本文通过分析思维可视化工具在数学教学中的作用机制，结合核心素养培养要求，提出实物教具动态演示、信息技术动态建模、图示技术结构化呈现三类教学策略，并从教师能力提升、教学资源整合、评价体系重构三方面构建实施路径。研究表明，该策略体系能有效促进学生数学抽象、逻辑推理、数学建模等核心素养的发展。

关键词：核心素养；思维可视化；高中数学；教学策略

一、引言

《普通高中数学课程标准》明确提出，数学学科核心素养包含数学抽象、逻辑推理、数学建模、直观想象、数学运算和数据分析六大要素。传统数学教学中，抽象概念讲解与学生认知水平存在断层，导致学生陷入 " 听得懂、不会用 " 的困境。思维可视化通过图形化、结构化手段将隐性思维过程显性化，为突破这一教学瓶颈提供了有效路径。其价值不仅体现在知识传递效率的提升，更在于对学生高阶思维能力的培养。

二、思维可视化工具的认知功能解析

（一）工具类型与认知适配

思维可视化工具可划分为动态演示类、结构呈现类、过程模拟类三大类型。动态演示类工具（如几何画板、GeoGebra）通过参数动态调整，直观展示函数图像变化、几何变换过程，帮助学生建立 " 数形对应" 的认知模式。结构呈现类工具（思维导图、概念图）通过节点-连线结构，揭示数学知识体系的层级关系，促进学生对知识结构的整体把握。过程模拟类工具（流程图、算法图）则将问题解决步骤可视化，培养学生系统化的问题解决思维。

（二）认知加工机制

神经教育学研究表明，视觉信息处理速度比文本信息快，且记忆留存率提高。思维可视化通过多模态信息呈现，激活大脑视觉皮层与前额叶皮层的协同工作，促进工作记忆向长时记忆的转化。在函数教学场景中，动态图像演示可使学生对函数性质的理解效率提升，错误率降低。这种认知加工优势为数学核心素养培养提供了神经生物学层面的解释。

三、核心素养导向的教学策略构建

（一）实物教具动态演示策略

针对数学概念抽象性特征，设计" 折纸生成抛物线" 等操作活动。通过定点对折操作，学生直观感知抛物线定义中的 " 到定点与定直线距离相等 " 这一本质特征。该策略实施需把握三个要点：操作步骤的梯度设计（从具体操作到抽象概括）、认知冲突的适时引发（对比椭圆定义）、数学本质的深度追问（折痕交点的几何意义）。此过程培养了学生的直观想象与数学抽象能力。

（二）信息技术动态建模策略

利用几何画板构建 " 参数动态调整系统 "，在三角函数教学场景中，通过滑动条控制角参数变化，同步显示单位圆上的终边位置、三角函数值坐标、函数图像三点联动。这种多模态动态呈现，使学生建立 " 角 - 坐标 - 图像 " 的三维认知框架。实施要点包括：模型构建的准确性验证（与标准图像比对）、异常数据的分析讨论（参数边界值探讨）、建模过程的反思总结（从特殊到一般的归纳）。该策略有效提升了学生的逻辑推理与数学建模素养。

（三）图示技术结构化呈现策略

运用思维导图构建" 函数知识体系图"，以函数概念为中心节点，延伸出定义域、对应法则、值域三个一级分支，每个分支再细分具体类型、性质特征、应用场景等二级节点。在立体几何教学中，采用三维概念图呈现 " 点 - 线 - 面 - 体 " 的层级关系，通过颜色编码区分平行、垂直等空间关系。实施关键在于：节点选取的典型性（覆盖核心概念）、连线标注的精确性（明确逻辑关系）、图示更新的迭代性（随认知深化调整）。此策略促进了学生知识结构的系统化建构。

四、教学实施的关键支撑体系

（一）教师可视化教学能力发展

教师需经历 " 工具操作 - 教学设计 - 思维引导 " 的三阶成长。在工具操作层面，掌握几何画板动态演示、思维导图软件使用等基础技能；在教学设计层面，能根据教学内容选择适配的可视化工具，设计渐进式探究活动；在思维引导层面，具备通过可视化呈现引发深度思考的能力，如从函数图像特征追问其代数表达式的本质属性。专业发展路径包括：可视化教学案例库建设、校际教研共同体研讨、教学反思日志撰写。

（二）教学资源系统化整合

构建 " 基础工具包 - 主题资源库 - 拓展素材集 " 三级资源体系。基础工具包含通用可视化软件操作指南、典型课例视频；主题资源库按函数、几何、统计等模块整合教学设计、学生作品、评价量表；拓展素材集收集生活化问题情境、数学史案例、跨学科应用实例。资源建设需遵循" 科学性（数学本质准确）、适切性（符合学生认知水平）、开放性（支持二次创作）" 原则。

（三）教学评价体系重构

建立 " 过程性评价 - 表现性评价 - 成果性评价 " 三位一体评价体系。过程性评价通过课堂观察记录学生可视化工具使用情况、思维参与度；表现性评价设计真实问题解决任务，评估学生可视化方案的设计能力与问题解决能力；成果性评价收集学生思维导图作品、动态建模报告等，采用 " 自评 - 互评 - 师评 " 多元评价方式。评价指标涵盖" 工具使用的熟练度、思维呈现的清晰度、知识关联的深度" 三个维度。

五、实践成效与反思

某省级教研课题研究显示，实施思维可视化教学策略后，学生在数学抽象、逻辑推理等维度的测试得分显著提升。典型表现包括：函数概念理解准确率提高，立体几何空间想象能力增强，数学建模方案可行性提升。但也存在需改进之处：部分教师过度依赖技术演示，忽视学生自主思维建构；可视化工具使用存在形式化倾向，未深入挖掘数学本质；评价体系中过程性评价的权重设置需进一步优化。

六、未来展望

随着人工智能技术的发展，思维可视化将呈现" 智能化、个性化、协同化 " 发展趋势。智能诊断系统可实时分析学生可视化作品中的思维漏洞，提供个性化改进建议；自适应学习平台能根据学生认知水平动态调整可视化呈现方式；虚拟现实技术将创造沉浸式数学探究环境。这些发展将为数学核心素养培养开辟新的实践路径，但同时也对教师的技术整合能力、资源开发能力提出更高要求。

参考文献：

[1] 郑行军 , 许可雄 . 中学数理融合教学的概念、体系和实施 [J].教育与教学研究 , 2021, 35(3): 39-49.

[2] 杜月月. 基于思维可视化的高中数学教学研究[D]. 汉中: 陕西理工大学 , 2022.

[3] 杨仕良. 可视化在高中数学教学中的研究与应用[D]. 武汉: 华中师范大学 , 2017.