四元教學設計模式在信息技術教學中的實踐研究

王蕾

教學現場

義務教育階段有關學科核心素養的教學實踐是近期教研活動的重點，信息技術課堂如何營造良好的氛圍，最大程度地優化教學效能，提升教學的創新性？本文據此展開相應的研究。

問題分析

信息技術課堂教學有著獨特的學科傾向，學習效能物化為具體的作品載體，評價學生在數字化作品中的表達效果，為學生創設良好的學習環境，觸發其有效的思維過程，提升信息技術學習力。一份滿足學生需要的教學設計，成為課堂教學效能提升的重點。四元教學設計在多學科中投入實驗，可為教師設計教學過程提供參考。

● 研究基礎

近年來，在基礎學科的教學設計研究中，四元教學設計成為新的關注點。四元教學設計模式簡稱4C/ID模式，是20世紀90年代初期，由國際著名教學設計專家范梅里恩伯爾教授等人研發。它是當前最有影響力的教學設計模式之一，常見于綜合學習中。四元教學設計模式認為，學習旨在實現綜合目標，并且同時發展知識、技能和態度，以獲得綜合能力和專業能力。

● 信息技術學科與四元教學設計的關系

四元教學設計包括學習任務、相關知能、支持程序和專項操練四個元（要）素，在具體的教學實踐中，這四個元素對應為一定的教學過程。這些過程闡述了教學設計者常用的設計方式，以達成有效果、有效率和有魅力的面向綜合學習的學業培養方案。

信息技術學科核心素養包括信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任四個方面。由此可見，信息技術作為綜合性較強的技能型學科，具有典型的綜合學習特征。四元教學設計則是綜合學習活動中的常見設計形式，在實踐領域有著豐富的實踐。因此，四元教設計適用于信息技術學科的課堂教學實踐。

● 基于四元教學設計的過程分析

四元教學設計模式為分析現實生活任務并將其轉變為學業培養方案提供了思維指引，通常包括設計和開發學業培養等方面，落實在具體的教學中，主要分為四個實踐過程：確定學習任務、鏈接相關知能、融合支持程序、實施專項操練。

過程一：確定學習任務

在四元教學設計模式中，確定學習任務是課堂教學的基礎，提供給學生從已有經驗中再認知的機會，據此引發學習的遷移。學習任務最好是基于知識、技能與態度的完整任務，這些任務是未來職業或日常生活中處理問題所需的。學習任務可以是學生正在學習的技能、項目、專業任務、問題或作業等，學生在情境中推進任務。

（1）原設計

“賽車游戲”是Scratch單元模塊的內容，從其模塊位置而言，屬于中小學信息技術課的教學內容，常見的教學設計模式如下：通過視頻案例導入課題→學生觀看生活中的應用（如視頻、動畫等素材）→觀察其中的工作方式→揭示課題→介紹偵測和判斷控件模塊的工作原理。自此完成導入與新授部分的教學。

（2）思考焦點

此設計看似從實際出發，結合了學生的生活經驗，有一定的認知聯動性。但是在授課中不難發現，生活中的賽車主題只能在視頻中觀察，學生往往不能立刻領悟到偵測和判斷控件之間的感性聯系，使得認知過程中目標模糊。另外，傳統設計中，教師建立目標、學生達成目標的學習模式，不利于學生進行作品創新，因而賽課活動難以落實。

（3）改進型設計

基于四元教學設計模式中，應根據教學目標確定具體的學習任務目標，再根據目標要求安排合理的學習過程。學習任務目標應從學生已有生活經驗出發，符合兒童的認知需要和興趣范圍。建議設計如下。

學習目標：編寫賽車沿著賽道自動行駛的腳本。

學習要求：使用偵測和判斷控件。

學習設計：

目標1——觀察視頻中賽車行進的方式，確定活動目標。

目標2——設置適宜的舞臺背景，繪制賽車。

目標3——利用“移到”控件和“面向”控件編寫賽車不斷前進的腳本。

目標4——調試腳本，發現問題，糾正目標。

目標5——編寫賽車偏離軌道后的糾正方向。

目標6——互玩賽車游戲，提出升級意見。

拓展目標——學生根據自己的情況，設置自我拓展目標。

教學評析：在上述過程中，學生帶著具體的學習目標進行求解活動，在此過程中，將目標細化為具體的小目標，將學習重點細化為每個學習過程。在解決問題的過程中，逐一領會，完成對賽車游戲的初步認知。通過大目標的具體化，凸顯了計算思維的過程，因此教學效果較好。

過程二：鏈接相關知能

知能是學生認知過程中的精神活動，包括觀察、想象、判斷、思考等各種能力。相關知能能夠幫助學生完成學習任務中的解決問題、推理以及決策等非常規技能。相關知能描述了如何組織任務領域，以及如何用系統有序的方式處理其中的問題。通過相關知能的有效鏈接，能將學生已有知識與學習目標聯系起來，以達成認知要求。

（1）原設計

“模擬小車巡線”是初中（小學）信息技術編程單元中的一課，學習目標為在Scratch或Python中模擬機器人小車巡線運動的過程。在常規的學習中，學生一般先觀察實體機器人巡線的過程，再繪制相關的過程圖，繼而通過教師演示，加入程序“如果…那么…否則”控件，完成學習目標。雖然教學思路較為清晰，但是教學效果卻不甚理想，學生參與的積極性不高，課堂氣氛沉悶。

（2）思考焦點

機器人巡線是學生較為感興趣的內容，但課堂為何冷清呢？在上述的學習過程中，巡線的主題與Scratch或Python之間的認識鏈接關聯度不夠，引發學生的認知障礙，導致參與的熱情不高。

（3）改進型設計

基于四元教學設計模式中，教師需要針對學情進行知能鏈接，調動學生的多種能力，融合在認知過程中。在本課中，可以將場地中的軌道色與“偵測”模塊進行鏈接，將機器人行走的過程與“移動×步”進行鏈接，將巡線中的障礙物與生活經驗進行鏈接。通過多種關聯，加深學生的理解層次。建議設計思路如下。

學習目標：在Scratch或Python中模擬機器人小車巡線運動。

知能范圍：觀察力、想象力、判斷力。

教學課時：1課時。

知能鏈接：

賽車場地→形象繪制能力。

賽車軌道→Scratch“偵測”模塊相關控件。

虛擬行走→Scratch“動作”模塊相關控件。

行動避障→Scratch“如果…那么”控件。

演示調試→Scratch“多重循環”相關控件。

教學評析：在上述學習設計中，將有關知能的內容與學習目標進行鏈接，教師引導學生分析其中的利弊，由學生進行自我判斷，達成最符合自身需要的最優策略。在此過程中，學生提升了綜合學習能力，提升了學習動機，培養了個性化設計的能力。

過程三：融合支持程序

支持程序也稱即時信息，是指某些學生認知過程中，總是以相同的方式執行的任務。支持程序通常為學習者提供“操作方法”或“步驟”指令。特定的支持程序需要在學習者剛接觸任務時呈現，作為整個學習任務的一部分。隨著認知過程的推進，支持程序會越來越少，對支持程序的需求也會減少。

（1）原設計

“隨機數”是初中（小學）信息技術編程單元中的重點內容，學習目標指向Scratch或Python模塊中“運算”模塊中的“在×到×間隨機選一個數”控件，需要學生通過具體的實例理解隨機函數的概念，并學會使用。常見的設計思路由“舉例說明”“學生操作”“作品制作”三步組成。在實際授課中，學生模仿痕跡嚴重，作品與教師的演示范例保持一致，沒有出現更為精彩的修改和跟進，缺少個性化的作品。

（2）思考焦點

函數和隨機數是抽象認知概念，需要有一定的學習過程才能深入了解。常規教學設計導入過程過快，容易引發學生的認知困難，導致教學效能有限。

（3）改進型設計

基于四元教學設計模式中，隨機數的認知過程調動多重支持程序，構建學生認識能力的圖式，為學生提供多種學習資料全方位地了解隨機函數的深層意義。建議教學思路如下。

融合算法思維：鋪墊方程求解的基礎知識，并進行有關的數理練習，建立有關“數”的程序。

融合管理思維：學習肢體移動的常識，進行相應的肢體活動，建立有關“動”的程序。

融合設計思維：學習花朵構圖的內容，將花朵的不同形態、不同特征、構圖方式進行合理的鋪墊，建立有關“形”的程序。

融入信息學科：創設“花兒朵朵”的項目，學生將以上支持程序進行融合，完成花兒朵朵開的效果。

教學評析：在實際的課堂教學中，融合支持程序的方式獲得了成功，學生學習動機強，在深入理解的基礎上進行二度創作，收到了良好的學習效果。

過程四：實施專項操練

專項操練是一個基本的學習過程，這種教學方法旨在通過適量的練習來強化認知規則，最終幫助學生達到全自動化的認知模式。實施專項操練最重要的是創建有效的認知環境，讓學生在一個完整、有意義的學習任務中進行專項操練。專項操練不是獨立的過程，是與學習任務相結合的綜合學習過程，最終幫助學生形成高度整合的知識庫。

（1）原設計

“鏈表結構”是初中（小學）信息技術編程單元中的重點內容，學習目標指向Scratch或Python模塊中“新建”模塊中的“新建鏈表”控件。教學目標為掌握新建鏈表、結構鏈表內容等操作，通過建立鏈表，優化程序腳本。在常見的教學設計中，教師一般會通過“感性體驗（觀察雜亂的腳本）→對比整理（有鏈表的腳本）→提出問題→講解原理→學生操作→小結課題”的形式來組織教學。在此過程中，學生可以掌握基本操作，但是對于“鏈表”的實施過程還處于茫然的隨機狀態，無法遷移到其他活動中。

（2）思考焦點

通過對以上問題的分析，可以厘清傳統設計中的利弊：短期內學會了技術，但后期缺乏必要的專項操練，導致學習過程遺忘率高，如果缺乏及時的記憶強化，會直接影響到認知遷移效果。如果希望學生能夠完成更高層次的作品創作，需要創設情境，給學生充足的專項操練機會。

（3）改進型設計

基于四元教學設計模式中，教師首先分析學習對象的訴求，為不同的學生建立符合其學習風格的情境，進而安排一定數量的專項操練，確保其能夠掌握認知內容，再繼續實施其他操作，保證不同的學生能夠最大限度地獲取自己所需要的認知內容。教學建議如下。

題目：認識鏈表。

學習目標：通過新建鏈表，形成具有目標性的數據結構單元。

項目層次：

項目A→將課程表按照時間進行有序排列。

項目B→將課程表按照文理科進行不同頁面的排序。

項目C→將課程表按照你的喜愛程度進行分類。

鏈表目標：

教師展示部分學生作品，要求學生說出鏈表的方式。

學生開始自我修整認知，營造出不同的專項操練目標：

操練1→練習“將thing加到A列表”;

操練2→練習“delete 1 of A”;

操練3→練習“insert thing at 1 of A”;

操練4→練習“replace item 1 of A with thing”;

……

教學評析：在以上的教學過程中，教師教學的重點內容發生了變化，通過多次有針對性的專項實操練習，鞏固了學生的認知基礎，突出了對生源和學情的不同處理方式。通過構建學生已有認知水平的練習內容，直觀地營造出簡單明晰的學習過程，淡化了機械操作的痕跡，注重了對鏈表結構的搭建過程，凸顯了信息技術學科的核心素養。

● 討論

在信息技術學科中，四元設計模式能夠給認知過程提供幫助，教師呈現相關知能的方法有助于在闡釋的過程中，幫助學生構建有效的認知圖式。這是一種深度加工的模式，能夠產生豐富的認知模式和認知策略，幫助提升求解水平，引發認識遷移。在信息技術課堂教學中，學生的已有技能水平、不同單元模塊的知識基礎等方面，會有一定的差異，因此在教學設計之前，要關注以下一些內容：

首先，四元為基礎，多元為愿景。信息技術學科中的教學模式有很多類型，本文所研究的是有關四元模式的實施過程。在具體的教學過程中，為了尋求較好的效果，可以適當尋找適宜的元素，切勿為了差異性而忽視了教學目標，以免本末倒置。例如，基于非典型性動態智能的設計過程，也能給課堂教學帶來新的視域。

其次，尊重風格，允許差異。四元教學設計的過程是相對于四元素而言的，在實際教學中，不同的內容有不同的呈現形式，需要教師根據實際情況處理，尋找其共同的元素進行必要的資源同整。允許學生在教學目標的范圍內，進行合理的知識擴展，尊重個體帶來的具有差異性的學習結果，注重評價標準的個性化。

最后，設置閾值，鼓勵創新?；谒脑虒W設計模式的課堂教學有可參考的程序，但是，教學的多樣性和生成性是具有隨機性的，避免過分強調差異性而導致教學的層次超過可容納的范圍，反而使得教學目標散漫無法聚力。鼓勵學生進行多重創新，迸發思維火花。