四元教学设计模式在信息技术教学中的实践研究
王蕾
教学现场
义务教育阶段有关学科核心素养的教学实践是近期教研活动的重点，信息技术课堂如何营造良好的氛围，最大程度地优化教学效能，提升教学的创新性？本文据此展开相应的研究。
问题分析
信息技术课堂教学有着独特的学科倾向，学习效能物化为具体的作品载体，评价学生在数字化作品中的表达效果，为学生创设良好的学习环境，触发其有效的思维过程，提升信息技术学习力。一份满足学生需要的教学设计，成为课堂教学效能提升的重点。四元教学设计在多学科中投入实验，可为教师设计教学过程提供参考。
● 研究基础
近年来，在基础学科的教学设计研究中，四元教学设计成为新的关注点。四元教学设计模式简称4C/ID模式，是20世纪90年代初期，由国际著名教学设计专家范梅里恩伯尔教授等人研发。它是当前最有影响力的教学设计模式之一，常见于综合学习中。四元教学设计模式认为，学习旨在实现综合目标，并且同时发展知识、技能和态度，以获得综合能力和专业能力。
● 信息技术学科与四元教学设计的关系
四元教学设计包括学习任务、相关知能、支持程序和专项操练四个元（要）素，在具体的教学实践中，这四个元素对应为一定的教学过程。这些过程阐述了教学设计者常用的设计方式，以达成有效果、有效率和有魅力的面向综合学习的学业培养方案。
信息技术学科核心素养包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个方面。由此可见，信息技术作为综合性较强的技能型学科，具有典型的综合学习特征。四元教学设计则是综合学习活动中的常见设计形式，在实践领域有着丰富的实践。因此，四元教设计适用于信息技术学科的课堂教学实践。
● 基于四元教学设计的过程分析
四元教学设计模式为分析现实生活任务并将其转变为学业培养方案提供了思维指引，通常包括设计和开发学业培养等方面，落实在具体的教学中，主要分为四个实践过程：确定学习任务、链接相关知能、融合支持程序、实施专项操练。
过程一：确定学习任务
在四元教学设计模式中，确定学习任务是课堂教学的基础，提供给学生从已有经验中再认知的机会，据此引发学习的迁移。学习任务最好是基于知识、技能与态度的完整任务，这些任务是未来职业或日常生活中处理问题所需的。学习任务可以是学生正在学习的技能、项目、专业任务、问题或作业等，学生在情境中推进任务。
（1）原设计
“赛车游戏”是Scratch单元模块的内容，从其模块位置而言，属于中小学信息技术课的教学内容，常见的教学设计模式如下：通过视频案例导入课题→学生观看生活中的应用（如视频、动画等素材）→观察其中的工作方式→揭示课题→介绍侦测和判断控件模块的工作原理。自此完成导入与新授部分的教学。
（2）思考焦点
此设计看似从实际出发，结合了学生的生活经验，有一定的认知联动性。但是在授课中不难发现，生活中的赛车主题只能在视频中观察，学生往往不能立刻领悟到侦测和判断控件之间的感性联系，使得认知过程中目标模糊。另外，传统设计中，教师建立目标、学生达成目标的学习模式，不利于学生进行作品创新，因而赛课活动难以落实。
（3）改进型设计
基于四元教学设计模式中，应根据教学目标确定具体的学习任务目标，再根据目标要求安排合理的学习过程。学习任务目标应从学生已有生活经验出发，符合儿童的认知需要和兴趣范围。建议设计如下。
学习目标：编写赛车沿着赛道自动行驶的脚本。
学习要求：使用侦测和判断控件。
学习设计：
目标1——观察视频中赛车行进的方式，确定活动目标。
目标2——设置适宜的舞台背景，绘制赛车。
目标3——利用“移到”控件和“面向”控件編写赛车不断前进的脚本。
目标4——调试脚本，发现问题，纠正目标。
目标5——编写赛车偏离轨道后的纠正方向。
目标6——互玩赛车游戏，提出升级意见。
拓展目标——学生根据自己的情况，设置自我拓展目标。
教学评析：在上述过程中，学生带着具体的学习目标进行求解活动，在此过程中，将目标细化为具体的小目标，将学习重点细化为每个学习过程。在解决问题的过程中，逐一领会，完成对赛车游戏的初步认知。通过大目标的具体化，凸显了计算思维的过程，因此教学效果较好。
过程二：链接相关知能
知能是学生认知过程中的精神活动，包括观察、想象、判断、思考等各种能力。相关知能能够帮助学生完成学习任务中的解决问题、推理以及决策等非常规技能。相关知能描述了如何组织任务领域，以及如何用系统有序的方式处理其中的问题。通过相关知能的有效链接，能将学生已有知识与学习目标联系起来，以达成认知要求。
（1）原设计
“模拟小车巡线”是初中（小学）信息技术编程单元中的一课，学习目标为在Scratch或Python中模拟机器人小车巡线运动的过程。在常规的学习中，学生一般先观察实体机器人巡线的过程，再绘制相关的过程图，继而通过教师演示，加入程序“如果…那么…否则”控件，完成学习目标。虽然教学思路较为清晰，但是教学效果却不甚理想，学生参与的积极性不高，课堂气氛沉闷。
（2）思考焦点
机器人巡线是学生较为感兴趣的内容，但课堂为何冷清呢？在上述的学习过程中，巡线的主题与Scratch或Python之间的认识链接关联度不够，引发学生的认知障碍，导致参与的热情不高。
（3）改进型设计
基于四元教学设计模式中，教师需要针对学情进行知能链接，调动学生的多种能力，融合在认知过程中。在本课中，可以将场地中的轨道色与“侦测”模块进行链接，将机器人行走的过程与“移动×步”进行链接，将巡线中的障碍物与生活经验进行链接。通过多种关联，加深学生的理解层次。建议设计思路如下。
学习目标：在Scratch或Python中模拟机器人小车巡线运动。
知能范围：观察力、想象力、判断力。
教学课时：1课时。
知能链接：
赛车场地→形象绘制能力。
赛车轨道→Scratch“侦测”模块相关控件。
虚拟行走→Scratch“动作”模块相关控件。
行动避障→Scratch“如果…那么”控件。
演示调试→Scratch“多重循环”相关控件。
教学评析：在上述学习设计中，将有关知能的内容与学习目标进行链接，教师引导学生分析其中的利弊，由学生进行自我判断，达成最符合自身需要的最优策略。在此过程中，学生提升了综合学习能力，提升了学习动机，培养了个性化设计的能力。
过程三：融合支持程序
支持程序也称即时信息，是指某些学生认知过程中，总是以相同的方式执行的任务。支持程序通常为学习者提供“操作方法”或“步骤”指令。特定的支持程序需要在学习者刚接触任务时呈现，作为整个学习任务的一部分。随着认知过程的推进，支持程序会越来越少，对支持程序的需求也会减少。
（1）原设计
“随机数”是初中（小学）信息技术编程单元中的重点内容，学习目标指向Scratch或Python模块中“运算”模块中的“在×到×间随机选一个数”控件，需要学生通过具体的实例理解随机函数的概念，并学会使用。常见的设计思路由“举例说明”“学生操作”“作品制作”三步组成。在实际授课中，学生模仿痕迹严重，作品与教师的演示范例保持一致，没有出现更为精彩的修改和跟进，缺少个性化的作品。
（2）思考焦点
函数和随机数是抽象认知概念，需要有一定的学习过程才能深入了解。常规教学设计导入过程过快，容易引发学生的认知困难，导致教学效能有限。
（3）改进型设计
基于四元教学设计模式中，随机数的认知过程调动多重支持程序，构建学生认识能力的图式，为学生提供多种学习资料全方位地了解随机函数的深层意义。建议教学思路如下。
融合算法思维：铺垫方程求解的基础知识，并进行有关的数理练习，建立有关“数”的程序。
融合管理思维：学习肢体移动的常识，进行相应的肢体活动，建立有关“动”的程序。
融合设计思维：学习花朵构图的内容，将花朵的不同形态、不同特征、构图方式进行合理的铺垫，建立有关“形”的程序。
融入信息学科：创设“花儿朵朵”的项目，学生将以上支持程序进行融合，完成花儿朵朵开的效果。
教学评析：在实际的课堂教学中，融合支持程序的方式获得了成功，学生学习动机强，在深入理解的基础上进行二度创作，收到了良好的学习效果。
过程四：实施专项操练
专项操练是一个基本的学习过程，这种教学方法旨在通过适量的练习来强化认知规则，最终帮助学生达到全自动化的认知模式。实施专项操练最重要的是创建有效的认知环境，让学生在一个完整、有意义的学习任务中进行专项操练。专项操练不是独立的过程，是与学习任务相结合的综合学习过程，最终帮助学生形成高度整合的知识库。
（1）原设计
“链表结构”是初中（小学）信息技术编程单元中的重点内容，学习目标指向Scratch或Python模块中“新建”模块中的“新建链表”控件。教学目标为掌握新建链表、结构链表内容等操作，通过建立链表，优化程序脚本。在常见的教学设计中，教师一般会通过“感性体验（观察杂乱的脚本）→对比整理（有链表的脚本）→提出问题→讲解原理→学生操作→小结课题”的形式来组织教学。在此过程中，学生可以掌握基本操作，但是对于“链表”的实施过程还处于茫然的随机状态，无法迁移到其他活动中。
（2）思考焦点
通过对以上问题的分析，可以厘清传统设计中的利弊：短期内学会了技术，但后期缺乏必要的专项操练，导致学习过程遗忘率高，如果缺乏及时的记忆强化，会直接影响到认知迁移效果。如果希望学生能够完成更高层次的作品创作，需要创设情境，给学生充足的专项操练机会。
（3）改进型设计
基于四元教学设计模式中，教师首先分析学习对象的诉求，为不同的学生建立符合其学习风格的情境，进而安排一定数量的专项操练，确保其能够掌握认知内容，再继续实施其他操作，保证不同的学生能够最大限度地获取自己所需要的认知内容。教学建议如下。
题目：认识链表。
学习目标：通过新建链表，形成具有目标性的数据结构单元。
项目层次：
項目A→将课程表按照时间进行有序排列。
项目B→将课程表按照文理科进行不同页面的排序。
项目C→将课程表按照你的喜爱程度进行分类。
链表目标：
教师展示部分学生作品，要求学生说出链表的方式。
学生开始自我修整认知，营造出不同的专项操练目标：
操练1→练习“将thing加到A列表”;
操练2→练习“delete 1 of A”;
操练3→练习“insert thing at 1 of A”;
操练4→练习“replace item 1 of A with thing”;
……
教学评析：在以上的教学过程中，教师教学的重点内容发生了变化，通过多次有针对性的专项实操练习，巩固了学生的认知基础，突出了对生源和学情的不同处理方式。通过构建学生已有认知水平的练习内容，直观地营造出简单明晰的学习过程，淡化了机械操作的痕迹，注重了对链表结构的搭建过程，凸显了信息技术学科的核心素养。
● 讨论
在信息技术学科中，四元设计模式能够给认知过程提供帮助，教师呈现相关知能的方法有助于在阐释的过程中，帮助学生构建有效的认知图式。这是一种深度加工的模式，能够产生丰富的认知模式和认知策略，帮助提升求解水平，引发认识迁移。在信息技术课堂教学中，学生的已有技能水平、不同单元模块的知识基础等方面，会有一定的差异，因此在教学设计之前，要关注以下一些内容：
首先，四元为基础，多元为愿景。信息技术学科中的教学模式有很多类型，本文所研究的是有关四元模式的实施过程。在具体的教学过程中，为了寻求较好的效果，可以适当寻找适宜的元素，切勿为了差异性而忽视了教学目标，以免本末倒置。例如，基于非典型性动态智能的设计过程，也能给课堂教学带来新的视域。
其次，尊重风格，允许差异。四元教学设计的过程是相对于四元素而言的，在实际教学中，不同的内容有不同的呈现形式，需要教师根据实际情况处理，寻找其共同的元素进行必要的资源同整。允许学生在教学目标的范围内，进行合理的知识扩展，尊重个体带来的具有差异性的学习结果，注重评价标准的个性化。
最后，设置阈值，鼓励创新。基于四元教学设计模式的课堂教学有可参考的程序，但是，教学的多样性和生成性是具有随机性的，避免过分强调差异性而导致教学的层次超过可容纳的范围，反而使得教学目标散漫无法聚力。鼓励学生进行多重创新，迸发思维火花。
