促進學習發生的教學模式探索

朱彩蘭

● 案例分析

1.《碳中和：物聯網的新機遇》教學案例分析

縱觀教學過程，幾個任務設計能夠自然過渡，過程非常流暢，表現在：其一，從“碳中和”話題導入后，通過引導學生了解中國植樹造林方面的專業和能力，借助螞蟻森林的碳補償機制，自然轉至樹木種植管理技術，數字植物園順勢引出。從植物造林到數字植物園系統，從具體事物到其管理系統，銜接自然，符合學生認知規律;其二，通過數字植物園與普通植物園的區別，順利引出物聯網的概念及其架構，屬于從“個”到“類”的歸納、提煉，學生理解了數字植物園，自然容易理解物聯網及其結構，在認識實例（個案）基礎上再認識物聯網（類），降低了學生的認知負擔;其三，由手動控制引發的問題，自然過渡到自動控制，進而讓學生通過修改程序實現自動控制的功能，幫助學生在原理上更好地理解自動控制;其四，由數字植物園的管理到教室節能系統，屬于物聯網系統的遷移應用，也有助于培養學生“學以致用”的意識;其五，整個教學過程包括兩個部分——植樹造林與節能減排，通過數字植物園部分實現了兩者的自然過渡。

在主題選擇上，教材中是以圖書管理系統為實例引導學生學習基于物聯網的信息系統，教師改為“碳中和”，學生或許不理解這一名詞，但其所涉及的內容，即教學設計中提及的節能減排與植樹造林，卻是學生了解或者需要了解甚至熟知的。以“碳中和”創設主題情境，體現出該教學設計在立意層面的與眾不同?；A教育階段的課程教學都需要承擔情感態度與價值觀的培養，既包括學科相關的情感態度與價值觀，也包括普適意義層面的情感態度與價值觀，而后者又需要與學科內容教學建立緊密的聯系，才能使教學自然開展。在這一點上，該教學設計為我們提供了一種值得借鑒的嘗試，也體現出對立德樹人這一目標的關注。

在局部環節上，針對數字植物園部分的教學，由身臨現場的教師對數字植物園的情況進行介紹，引導學生查看相關網站的實時數據，并讓學生嘗試遠程控制，在這種雙師課堂中，現場教師以專家身份出現，體現其權威性，有助于學生增強數字植物園的真實感。這種局部的雙師課堂作為一種嘗試，可以根據需要靈活使用。

在支架設計上，其一借助表格，幫助學生進一步熟悉物聯網架構，即感知層、網絡層、應用層，明確各層相應的設備及技術，通過應用層的控制方式與控制條件，引發學生對手動、自動控制的注意。其二對比的應用。普通植物園與數字植物園的對比，目的是通過兩者的不同自然引出物聯網系統。數字植物園中手動控制與自動控制的對比，表現于表格中控制條件的數據變化情況，而內在原因則在于不同程序的對比。其三，通過程序的局部調整，實現手動控制到自動控制的轉變。程序只是修改局部，且教師有相應的示范引導，降低了難度。

審視教學模式，本案例充分利用了遷移，表現在以下幾個方面：

其一，數字植物園由手動控制改自動控制部分，教師示范了生長燈的自動控制修改，引導學生嘗試修改灌溉和風機的自動控制，這樣，學生需要理解生長燈的修改，借鑒思路和方法修改灌溉和風機的自動控制，而不是簡單的復制或照抄代碼。這種思路有助于促進學生將所學遷移，而且是當堂即時遷移。在遷移性質上，將生長燈控制遷移至灌溉和風機的自動控制，不需要較多的反省性思維發生，所以遷移屬于低路遷移。

其二，由數字植物園的物聯網系統對生長燈和風扇的控制，延伸到教室的燈和風扇的控制，任務性質相似，只是應用場景不同，學生容易將所學遷移。在操作上，也不需要重新建構，只需修改數字植物園的系統流程圖，在控制條件上增加人體感應的必要條件，使之成為教室節能減排的控制系統，因此操作上依然是局部調整，有效降低難度。這里的設計依然是促進學生將所學當堂即時遷移，而且遷移性質上，也更傾向于低路遷移。

其三，在課堂總結部分，當學生能夠實現從數字植物園的物聯網系統遷移到教室的節能減排控制時，學生對這一“類”問題就形成了解決思路，在此基礎上，可以聯想更多的用途，也就是教學案例中指出的社區節能減排，應用場景再次發生變化，幫助學生在以后的學習或生活中，實現延時遷移。在延時遷移中，需要學生有意識地將先前習得的抽象知識應用于新的情境，所以這里的遷移更傾向于高路遷移。

綜上所述，當堂即時遷移及延時遷移、低路遷移與高路遷移能夠被全面關注，凸顯遷移的目標追求。

2.《繁花曲線——周而復始的循環》教學案例分析

該案例設計了三個任務，即簡單繁花曲線的解構、簡單繁花曲線的重構、更多繁花曲線的解構與重構，三個任務定位清晰，層層遞進，引導學生逐步學習循環結構及循環結構的嵌套，在此基礎上發揮想象力進行創新。

三個任務實現了兩次解構與重構，通過解構幫助學生發現繁花曲線的基本圖形并編程實現，通過重構促進學生實現利用簡單圖形創作。在反復的解構與重構中引導學生體會編程的藝術之美，但對學生基礎又沒有過高的要求，通過循環的方式即可形成具有藝術之美的圖形，簡單高效，沒有刻意增加學生認知負擔。

縱觀整個教學過程，學生遭遇了三次失?。?/p>

第一次，在“簡單繁花曲線的解構”任務中，學生利用重復輸入相同指令的方式畫出正方形，結果是準確的，但代碼不夠簡潔，方法不夠高效。教師適時引入循環結構，利用循環結構可以簡化代碼，高效地完成正方形。在學生了解循環結構的特點及優勢之后，通過“簡單繁花曲線的重構”，對循環結構再次應用，加深理解。這次的失敗是方法層面的，因結果無誤，所以是隱性的失敗。

第二次，關于range（）函數的應用，由于學生對函數的參數理解不到位，設置不當，導致無法成功輸出2到10之間的偶數。這里的失敗屬于語法格式層面，導致結果有誤。

第三次，在“用循環嵌套完成簡單繁花曲線的重構”任務中，學生再次遇到失敗，這次的失敗也屬于格式層面，即“python中相同邏輯層需要保持相同的縮進”，格式應用有誤導致編程結果失敗。實際上編程學習中學生經常會出現格式方面的問題，如全角半角混亂、單雙引號混用、代碼無縮進等，這些都需要學生熟練掌握后才能逐一解決。編程學習過程中的糾錯環節也都是為了解決類似問題。

● 教學模式討論

新加坡學者卡普爾（Manu Kapur）根據學習者課堂表現及學習的發生建立了一個四象限的坐標體系，如上頁圖所示。

由圖可知，只要學習發生，無論學生課堂表現成功與否，都是有效的。因此，為了促進學習真實發生，可以設計教學促進學生有效失敗或有效成功。以此審視，兩個案例分別對應其中一種，《碳中和：物聯網的新機遇》重視遷移，通過遷移促進學生成功完成一個又一個任務，學生學習過程中更多的是獲得成功體驗，這種基于遷移的成功驅動模式可以視為有效成功，即學生同時產生了表現上的成功和學習的發生?！斗被ㄇ€——周而復始的循環》重視陷阱設計，借助陷阱讓學生不斷遭遇失敗，進而從中學習，這種基于陷阱的失敗驅動模式可以視為有效失敗，即學生同時產生了表現上的失敗和學習的發生。盡管基于陷阱的失敗驅動、基于遷移的成功驅動看上去教學模式不同，教學活動設計的思路也不同，但追求的目標是一致的，都是促進學生學習的發生與思維的發展。

結合兩個案例分析兩種模式的設計，首先，在《碳中和：物聯網的新機遇》中，學生能夠順利實現一次又一次的遷移，關鍵在于任務的相似性及關聯性。如將生長燈的控制遷移至灌溉和風機的自動控制，兩個任務的情境高度相似，學生容易根據這種相似的特征進行遷移。最后一次遷移，將數字植物園的物聯網系統遷移到教室的節能減排控制，情境上雖有明顯不同，抽象程度也有變化，但解決問題需要的方法沒有變化，有了前面任務的鋪墊，遷移的實現難度也不大。而且，雖然進行了幾次遷移，但在遷移的性質上，正如前文分析，有低路遷移、高路遷移之分，因而任務的性質并不雷同，體現必要的層次性，從而促進學生的學習不斷發生，理解逐步加深。其次，在《繁花曲線——周而復始的循環》中，由于學生對即將學習的新知（循環結構及相關語法）缺乏經驗，甚至是有錯誤或片面的認知，通常稱為前概念（或偏差認知），在這種情況下，教學中故意設置陷阱，讓學生根據自己的前概念或已有知識儲備來解決問題，導致失敗（或方法失敗，或結果失?。?。失敗的結果引發學生思考，也激發了學生學習新知的好奇心。每次失敗都集中于一個問題（或循環結構，或格式問題），所以學生容易聚焦注意力，明確問題原因，進而形成正確的認識，實現對新知的學習。一般來說，學生都有前概念（偏差認知），因此教學中也常見教師通過教學策略設計，引發學生的認知沖突，實現概念轉變，從而促進學習的發生。在這種教學模式中，雖然學生課堂上表現為失敗，但通過分析之后，學生能夠實現學習。因為遭遇失敗，學生印象深刻，所以通過認知沖突引發學生概念轉變的設計也常用于深度學習及高級思維的培養。所以，選擇何種模式展開教學，需要分析學情，了解學生已有的學習經驗和生活經驗（既包括學科內經驗，也包括跨學科經驗），并與即將學習的新知比較。一般來說，若學生已有經驗與新知基本一致，則教學中強調促進已知遷移，通過差異化情境下的應用，鞏固所學;若學生已有認知與新知不一致，教學中利用偏差認知引發學生認知沖突。兩種策略促使學生有不同的表現，知識遷移傾向成功，認知沖突趨向失敗，但都能引導學習發生與思維發展。