基于4C/ID模型的高職生深度學習教學設計研究

摘 "要：4C/ID模型是一種提供綜合學習方式的教學設計模型。當代高職生對掌握復雜技能和深度知識的需求越來越高，該文基于4C/ID模型研究理工類高職生課程教學過程的設計。首先在掌握高職生深度學習的難點后，建立4C/ID模型應用框架和綜合教學設計思路，然后選取機械結構分析與應用課程中的部分復雜內容進行任務拆分，融入相關知能、支持程序、專項訓練元素后進行教學整體設計，最后在教學具體步驟中實施體現，以期提升學生解決深層次問題的能力，同時能為深度學習提供教學設計方面的幫助和參考。

關鍵詞：4C/ID模型；高職生；深度學習；教學設計；復雜技能

中圖分類號：G642 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2096-000X（2025）S2-0109-04

Abstract： The 4C/ID model is an instructional design model that provides a comprehensive learning approach. The demand for mastering complex skills and deep knowledge among contemporary vocational college students is increasing. This paper studies the design of the teaching process for science and engineering vocational college courses based on the 4C/ID model. Firstly， we have grasped the difficulties of deep learning for vocational college students， established a 4C/ID model application framework and comprehensive teaching design ideas. Then， select some complex content from the course \"Mechanical Structure Analysis and Application\" for task splitting， integrate relevant knowledge and abilities， support programs， and specialized training elements， and carry out overall teaching design. Finally， it is reflected in the specific steps of teaching， in order to enhance students' ability to solve deep-seated problems and provide assistance and reference in teaching design for deep learning.

Keywords： 4C/ID model; vocational college students; deep learning; teaching design; complex skills

2020年出臺的《職業教育提質培優行動計劃（2020—2023年）》中突出強調了規范教學秩序、課堂教學日常管理的重要性。未來，推動職業學校完成“課堂革命”，將課程教學改革推向縱深將是重點[1]。隨著國家對即將投身于社會建設的大學生所必須掌握的知識和技能水平的要求越來越高，大學生在校期間掌握高效策略和方法，從而提高解決深層次問題的能力變得尤為重要。

一 "概念

（一） "4C/ID模型

20世紀90年代，荷蘭開放大學麥里恩伯爾教授主持研究和開發了面向復雜學習的4C/ID綜合學習設計模型，4C/ID（Four-component Instructional Design Model）模型是一種新型的應對深度學習和復雜技能學習的教學設計模型，在此模型中把“學習任務”“相關知能”“支持程序”“專項訓練”作為訓練復雜認知技能、改進學習表現的四個主要教學設計要素。4C/ID模型作為一種提供綜合學習方式的教學設計模型，能夠促使學習者在學習任務過程中，采用高效策略和方法提高解決深層次問題的能力[2-3]。經過30年左右的發展，4C/ID模型經過不斷完善，能夠為面向整體任務的學習提供一整套教學設計方針。4C/ID模型在教學設計上的應用非常廣泛，在程序開發、信息獲取、混合學習、復雜技能掌握和物理原理理解等學習領域都有運用4C/ID模型的案例[4]。

（二） "深度學習

深度學習是相對淺表學習而言的。深度學習是指學生調動自身主觀能動性去學習新知識、接受新概念的過程，與此同時建立自信心、提升思維能力、增強認知負荷能力、解決問題的能力。大多數高職學生只通過淺表學習難以掌握復雜知識和技能，并且傳統的淺表式學習已然不能適用于學生的自身發展和社會需求，亟需的是掌握深度學習技能的人才。當前教育發展方向不斷突出學生的中心地位，從老師的“教”向學生的“學”轉變，深度復雜學習實施的關鍵是以學生為主體[5-7]。通過查閱大量文獻和數據，當前我國很多大學生存在學習方法單一以致難以進行深度學習的問題。

近年來，國內外許多研究者從多方面研究了促進學生深度學習的方法。例如，教師方面可以通過視頻演示、問題引導、知識回放和實驗分組等方式設計學生活動；學生方面可以通過自建思維導圖、情境類比體驗、問題討論反思等方式構建思維整體架構并提高思維活躍度；學校方面可以通過多媒體科技宣傳、技能知識競賽、腦力開發指導等方式普及深度學習知識、激發學習激情。對于大學生而言，掌握深度學習的途徑和方法能夠為學生的就業和長遠發展提供強有力的支撐。

綜合以上所述，本文旨在結合4C/ID模型研究促進大學生深度學習的綜合教學設計，所研究的途徑和方式能夠為深度學習提供很好的理論模型支撐。

二 "高職生深度學習突破要點

目前國內外學者研究的趨勢和重點大多集中在復雜技能綜合學習的教學設計，通過設計教學環境和具體的教學任務，實現在復雜技能或知識學習中付出更少的認知負荷，掌握更多的知識和技能。傳統的教學環境和技術為深度學習過程提供的支撐很少，學生在進行深度學習過程中需要承擔較大的認知負荷，而基于傳統教學環境下的學習設計不僅可能提高不了深度學習的效率，還有可能增大學習的額外認知負荷。隨著多元化和信息化時代的發展，深度學習可以引入混合課程、VR技術、虛擬仿真等新技術的應用[8-9]。深度學習是一種典型的主動學習行為，需要學生構建復雜的認知結構和具有更高階的思維能力，綜合學習設計可以使學生提升這些能力。如何整合新技術應用、4C/ID模型融入和綜合教學設計以實現低學習負荷進行深度學習是待突破的重點[10]，本研究的思路如圖1所示。

三 "4C/ID模型教學設計

（一） "新技術的應用

在研究新技術應用于高校教學時，將新技術分為新管理、新領域、新方式三部分。新領域主要是在教學內容層面的；新方式主要是為了提高教學和學習的便捷性以及調動學生學習的積極性；新管理旨在更全面地掌握老師的教學過程和學生的學習情況，相較于傳統的督導、巡課等管理方式，更加全面和系統，并且更具有科學指導意義。研究新技術應用于教育過程中的實踐案例，同時探究和挖掘其他新技術的應用，新技術應用分類分析如圖2所示。

作為人才系統化培養重要陣地，高校課堂承擔人才培養的責任更是重中之重，作為向社會發展輸送人才的關鍵環節，高校教學課堂也需要緊跟時代發展的步伐及時調整，做好課堂教學的轉型和升級，利用信息化時代下的新技術能夠幫助學生更輕松地完成深度學習，例如智能機器人、開源硬件技術、3D打印技術、學習分析技術、體感技術、虛擬世界、教育游戲、移動衛星車、云計算和虛擬社區等。本文結合4C/ID模型對新技術的高校教學開發應用展開研究。

（二） "4C/ID模型應用

4C/ID模型分為“學習任務”“相關知能”“支持程序”“專項訓練”四個基本要素。學習任務指的是理論知識、學習案例、實施項目和實操作業等；相關知能指的是自身分析問題、推理問題、決策問題和解決問題等非常規方面；支持程序指的是一般性規則、公式、訓練等常規方面；專項訓練指的是為提升某項能力或掌握某項技能時進行的額外訓練。4C/ID模型中將深度學習分為再生性學習和創生性學習，再生性學習是通過有規則的、有具體行為特征的常規化學習，創生性學習是需要付出努力構建新認知的學習。當教師給學生布置深度學習任務時，學生可以利用4C/ID教學設計模型將學習任務分為創生性學習和再生性學習，并且在進行學習過程中都有與之分別對應的相關知能和支持程序作為學習的支撐和條件。教師對學習任務中涉及相關知能和支持程序的內容進行預估劃分，并通過監控學生實際的學習情況掌握學生的學習方式。部分創生性學習方式在經過專項訓練之后會規律化，從而轉變為再生性學習。

本文主要對深度學習中的任務進行分解，研究任務中需再生性或創生性學習，基于4C/ID模型進行系統管理，模型的應用分析如圖3所示。

（三） "綜合學習設計

圍繞4C/ID教學設計模型思想，當學生分別進行創生性學習和再生性學習時，教師和學生在學習任務中開展的工作不同，進一步研究創生性學習和再生性學習的設計方案，分別研究具體的舉措和方法。大部分深度知識和技能的學習同時需要兼用創生性學習和再生性學習，為研究綜合任務下的學習設計，將新技術和4C/ID模型的應用融入到綜合學習設計中。

四 "4C/ID模型在機械結構分析與應用中的教學設計

（一） "教學整體設計

目前，4C/ID模型主要應用于深度學習和復雜技能掌握的研究，結合該模型的應用能夠為一些含復雜任務的課程教學設計提供有力的理論支撐。本項目以上海電子信息職業技術學院工業機器人技術專業的專業基礎課程機械結構分析與應用為研究對象，機械結構分析與應用課程按學習方式可分為理論學習和實訓操作兩部分，整體學習任務按照從簡單到復雜的順序循序漸進。

選取課程中的“平面連桿機構”章節內容進行教學設計，選取該部分內容的原因是掌握“平面連桿機構”知識與技能是一種需要投入深度學習為前提的典型案例，不僅需要學習經典平面四桿機構的類型、特性、運動分析、力學分析的基本知識，還注重使學生掌握機構類型搭建、運動設計的實踐運用，同時培養學生機械機構分析的綜合應用技能。

下面就運用4C/ID模型的設計架構對課程中“平面連桿機構”章節的內容進行教學設計。該章節內容包括兩個主要學習任務，分別是“四桿機構的基本形式及演變”和“平面四桿機構的基本特性”，教學整體設計見表1。

（二） "教學實施

步驟1：以任務1為例，通過視頻方式展示機械產品或裝置，分解機械結構，引入平面連桿機構基礎原型的概念；以任務2為例，通過視頻或動畫方式展示不同連桿機構的運動情形，讓學生觀察各連桿的運動細節。

步驟2：以任務1為例，提出問題“平面連桿機構廣泛應用于各種機械和儀表中，起什么作用？”引出平面四桿機構對機械運動優化上的重要性，由此給出“四桿機構基本形式與演變”的學習任務；以任務2為例，提出問題“不同類型的平面四桿機構，如何區分和判別類型？”

步驟3：學生以小組形式分析和討論問題，小組派出代表回答問題。

步驟4：教師對學生的回答進行點評，在該任務1中可同時增加可視化進度展示學生分析推理結果的正確性和準確性，引導學生在調節機構桿長的比例時從探索者的角度找出三種基本類型，向學生提示是否有類型重復或遺漏；在任務2中可增加判別曲柄存在數量和機構類型的正確性和準確性。

步驟5：在任務1中，教師結合圖文課件和動畫課件，對平面連桿機構的概念和四桿機構的三種基本類型進行講解，并強調教學任務的重點和難點；在任務2中，教師補充講解連桿機構中的力學分析、急回特性、死點特性等知識內容，并添加案例進行說明。

步驟6：學生聆聽教師授課，完成后學生對該部分任務進行反思和總結，增加學生自主繪制知識點流程圖環節，提升學生對已掌握知識的邏輯性和綜合組織能力，為前面所學知識扣上第一道“保險”。

步驟7：理論與實訓相結合，翻轉課堂至實訓室，學生按照指定的平面連桿機構類型選取不同長度的零部件完成組裝，熟練掌握平面四桿機構不同類型的判別，并通過實操訓練對其幾項基本特性進行驗證，為知識扣上第二道“保險”。

步驟8：教師對教學任務進行總結，反饋同學們在學習過程中的參與情況和知識掌握程度。

步驟9：在下堂課開始前，安排知識問答環節，使用軟件提問、學生回答的方式對上節課的知識點進行回顧，同時查閱此前的知識點流程圖查漏補缺，喚醒知識的同時也加深了記憶的牢固性，為知識扣上第三道“保險”。

實施過程中涉及的一些場景和圖例如圖4所示。

（三） "教學效果

以上海電子信息職業技術學院工業機器人技術專業學生作為教學研究對象，為減少班級差異的影響，選擇其中一個教學班級共44名同學。為檢驗4C/ID模型在機械結構分析與應用課程教學中的應用效果，通過前段章節的測試數據將學生調整劃分為基礎均衡的研究組22人和原始組22人。研究組接受基于4C/ID模型的教學活動，原始組另行安排時間按照傳統教學方法和步驟實施，如教師講課、學生聽課、課堂歸納、學習總結，為了減少其他變量的影響，兩個小組嚴格控制教學內容、課時、素材等均相同。最終通過難易程度依次從易、中、難的三場測試對實施教學后的兩組學生進行掌握程度測試，測試總體結果如圖5所示。

從測試總體結果可觀察，兩組基礎水平均衡的測試學生在三次測試中均發現有明顯差異，且在學習內容難度較大時測試結果的差異越為顯著，該結果為在教學設計和實施時初步融入4C/ID模型后對學生學習掌握程度的影響。

五 "結束語

研究結果表明4C/ID模型的融入對于高職學生在進行深度學習、掌握較難知識與技能時有直接促進作用，教學內容中包含很多復雜的知識和技能，與傳統的教學設計模式相比，4C/ID模型在融入教學設計時教師扮演著一個新的角色。不同于傳統以教師授課為主的模式，教師在教學設計與實施中承擔著更多的職責，教師是教學安排的規劃者、學習任務的發布者、課堂討論的引導者、知識內容的講解者、相關知能的示范者、支持程序的點評者。高職學生通過常見淺表學習方法在掌握復雜知識和技能時取得的效果往往不佳，在教學設計和實施時借鑒4C/ID模型能更好地引入當下最新的教學新技術，在任務目標難度不變的情況下減輕學生學習負荷，有助于提升學生學習效率和課堂教學效果，有助于提升學生學習積極性，增強學生自我學習能力，推動人才培養高質量發展。

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