四要素教学设计（4C/ID）模式述评

向佐军

（1.杭州外国语学校，浙江 杭州310023；2.浙江大学 教育学院，浙江 杭州310023）

一、4C/ID模式概述

荷兰教育技术专家杰罗姆·范·梅里恩伯尔（Jeroen van Merriënboer）从20世纪80年代开始专注于教育技术与教学设计领域，他的博士论文项目是关于计算机导论课程设计。他开发了一种名为“整体策略”的教学设计方式，这种教学策略奠定了四要素教学设计模式（4C/ID－model）的基础，从四个相互关联的要素——学习任务（如计算好的案例，整体的任务以及一些常规问题）、支持信息、程序信息、部分任务练习，构建了四要素教学设计的基础。该模式在1992年的一篇论文中首次发表，［1］（P23～43）全面的论述是在1997年的一本获奖专著《训练复杂认知技能》中。［2］该模式的最新论述出现在《复杂学习的十个步骤》（亦译作《综合学习设计》）中。［3］现在，美国、欧洲、亚洲、澳大利亚等很多国家的教学设计项目教学中都教授4C/ID模式，并广泛应用于教学实践（如在商业、工业以及职业或者专业训练中）。

在《训练复杂技能》一书中，范·梅里恩伯尔教授首先明确了4C/ID模式的定位。一些学者（Andrews and Goodson 1980，Edmonds，Branch，and Mukherjee 1994）通过对教学设计主流模式进行分析，在提出的框架中教学设计存在六个维度。通过这个框架可以用来定位4C/ID模式在教学设计领域中的位置。范·梅里恩伯尔认为，系统教学设计有更为宽广的范围，一般来说主要有以下方面：分析、设计、制作、实施与传播以及总结性评价。系统教学设计的各个方面可以以一种线性顺序呈现，但实际上在运行的过程中，大多不以线性的顺序，多数都是相互紧密联系的，以迭代或者是循环的方式运行。4C/ID模式是一种教学设计模式，而不是一个教学系统设计模式。但他同时认为，4C/ID模式在实施的过程中应该联系教学系统设计模式，如教学需求评估、教学需求分析、教学资料的制作、教学实施、传播以及总结性评价等方面。4C/ID模式关注一种专业的教学生态，是为了训练复杂认知技能，发展技术训练项目。关于课程的类别，可以从三个层面进行区分：宏观层面、中观层面和微观层面。4C/ID模式涉及到课程的三个层面，从课程整体的设计到具体的课的模型设计。另外，还必须注意的是，有些复杂认知技能可能需要几百小时的训练才能达到可接受的熟练程度。

范·梅里恩伯尔认为4C/ID模式与以下三个维度的多方面具有内在的一致性。首先，从程序性和陈述性学习方面来看，仅程序性学习或者陈述性学习本身并不足以来设计有效的复杂认知技能的教学。根据定义，复杂认知技能由很多高度相关联的成分技能组成。这些成分技能有的是一些熟知的程序，另外需要较好地理解主题范围内的内容，然后用相关能力去解决该领域内的问题。所以，4C/ID并不单是只针对程序性或者陈述性学习，而是二者兼有。从分析性和经验性方法维度来看，范·梅里恩伯尔认为4C/ID模式处于这两种维度的中间。分析性方法基于这样的假设，即可以事先设计好存在问题的解决方法；而经验性方法认为，教学系统是基于人的系统，是一个软系统，这个系统不能用传统意义的设计来解决。由于教学系统生态的唯一性，所以不存在一个设计好的解决办法。4C/ID模式既采用分析的系统方法，又参考经验性的方法。4C/ID模式中，各个部分在设计的过程中，会较频繁出现迭代的情况，也会出现之字形设计。关于描述性和规定性的教学设计方面，4C/ID模式即包含描述性因素也包含规定性因素。4C/ID模式既关注不同学习环境方面，如学习过程、学习结果等之间的描述性联系，也关注分析复杂技能的方法与技巧。

总之，4C/ID模式指向的是产业、职业的培训环境，而不是专业教育的环境，其主要关注从课程到具体的课型的设计，而不是制度性课程的设计。另外，该模式在程序性学习和陈述性学习、分析性方法和实践性方法、描述性模式和规定性模式方面具有内在的一致性，即同时具有这两方面的特征。

二、4C/ID模式的理论评析

1.训练复杂认知技能

《训练复杂认知技能》一书开篇就提到，当今社会是一个科技飞速发展的社会，越来越多的常规工作都是由机器来完成。导致在工业和职业领域，需要人来完成的复杂认知任务就变得越来越重要。［2］（P1）4C/ID模式的提出就是为了解决当前如何训练复杂技能的问题，特别是基于理论与应用之间的指引或者模式的研究中还不深入的问题。

什么是复杂认知技能？邱飞岳教授等的研究中对三大学习理论关于复杂学习的解释作了梳理（如表1）。

表1 三大学习理论对复杂学习的解释［4］

范·梅里恩伯尔在搭建4C/ID模式的理论框架的过程中，对于复杂认知技能作了限定。在《训练复杂认知技能》一书中，他将复杂认知技能界定为：复杂，表明由一组成分技能组成，至少有部分技能是包含于意识加工过程的；认知，表明大多数成分技能是在认知领域，而不是情感或者动作领域。基于这样的定义，很明显单一的技能，如做一些算术加法、物品分类或者打字等不能认为是复杂认知技能。另外，人际和社会交往技能以及复杂动作技能，如踢足球或者弹钢琴都不属于复杂认知技能。其他技能，如经济学技能或者语言技能肯定是复杂技能的例子。［2］（P20）

范·梅里恩伯尔在1992年的论文《训练反思性专业技能：培训复杂认知技能的四成分教学设计模式》中首次提出4C/ID模式，在文中，主要是阐述了该模式的基本特点。他认为，在分析阶段，每一种技能被分成一组是重复性技能，重复性技能在不同的情况下保持高度的一致；另外一组是非重复性技能，非重复性技能被要求在不同的情形下有多变的表现。在设计阶段，每一个成分都会选择相应的教学策略。与第一、第二成分相关的设计主要是规则自动化或者是图式的获得的练习和条件的设计。与第三、第四成分相关的设计主要是信息呈现的设计。这种模式的基本假设是通过应用该模式培养反思性专业技能，并且增强知识的迁移能力。

2.面向整体任务

当前教学设计领域面临的基本问题是在教育和培训中，难以实现学习的迁移。学习者需要通过课程方案掌握职业胜任力或者综合认知能力，并将它们迁移到愈发丰富多彩的真实世界的情景中去。而4C/ID模式认为教学设计要实现这一目标必须采用整体化方法。整体化设计方法与原子化设计方法相对。在原子化方法中，复杂的内容和任务被逐级分解还原为较简单或较小的元素，例如事实和简单技能。这种分解一直进行下去，直到得到的元素可以通过呈现或练习传递给学习者。尽管在元素间相互作用不明显时，这一方法可能很管用，但是当出现元素间联系紧密、互动频繁的情况时，还原式教学设计方法就会失效。因为在这种情况下，整体是大于部分之和的，而这恰恰就是整体化方法的基础。整体化设计方法力图应对这种复杂性，既能顾及相对独立的各个组成部分，又不会忽略组成部分之间的相互联系。采用整体化设计方法可以解决教育领域中三种痼疾，即分割化、碎片化和迁移悖论。

4C/ID模式的中心问题是设计整体任务练习。在设计过程中，学习者所面临的具体情境按案例的微观层面而排序。基本的一点就是学习者在完成整体任务时最初需要帮助，而后随着他们专业知识的增加，这种帮助逐渐减少。这一过程也就是由扶到放的过程。它主要是问题解决的帮助，即有助于完成任务的系统化解决问题的方法和启发法的帮助。设计整体任务练习为培训计划提供了基本的蓝图。如果这些组成技能有助于改进最终的业绩表现，那么选择重复性组成技能的部分任务练习可能与这一蓝图有关。部分任务练习过程中的“由扶到放”主要是指程序支持，即描述正确完成任务的程序或规则的帮助。整体任务练习旨在获得和建构有助于完成非重复性组成技能的认知图式。这一图式可能有利于在新的、不相似的问题情境中产生相应的行为。

基于真实生活任务的、旨在发展职业能力的整体任务应以综合的方式呈现。整体设计方法不是把学习任务分为传统的陈述性学习、程序性学习和情感的学习，而是用专门知识、复杂技能、能力等词汇来涵盖知识、技能和态度。从重视知识、技能和态度向重视专业技能和复杂技能的转变对设计教学有重要的意义。首先，整体教学设计模式需要对最终要达到的水平进行描述，同时要避免对不同学习领域的划分。其次，学习者必须面对的学习活动要能促使他们形成综合的知识基础，而不是彼此分离的知识、技能和态度。

整体任务的缺点之一就是它是一项耗时的任务。整体任务的另一个缺点就是它可能有碍产生创造性的解决问题的办法。因此要通过设计来解决这些问题。

3.关注认知负荷

整体任务的缺点就是耗时，那么有可能学习复杂认知技能的业绩表现受人类思维加工能力的限制。通过基于认知负荷理论的4C/ID模式的产生即为了克服这些限制。4C/ID模式是分析复杂认知技能和培训设计的一般方法，即达到迁移的目标和反思技能，可以按照设计教学的认知负荷理论来作说明。这一理论提供了怎样以系统的方法设计培训来克服认知负荷的限制。

在范·梅里恩伯尔与斯维勒（Sweller）的一篇合作文章《认知结构与教学设计》中，首先明确了认知负荷理论是用来指导帮助信息的呈现，用一种以活跃学习者思维活动的方式来达到优化智力表现的目的。在《训练复杂认知技能》一书中，提出怎样以系统的方法设计培训来克服认知负荷的限制，有三个基本的要素是：防止认知超负，重新引导，减少认知负荷。［2］（P70）

在复杂认知技能的分析阶段，他建议以分解整体技能为组成技能开始。这一分解针对宏观层面的技能。此外，进一步分析组成技能和中观层面的知识技能。宏观和中观排序技术可以防止培训期间的认知超负，因为每类技能和案例是从简单到复杂进行排序的。

分析重复性组成技能和非重复性技能也要考虑在教学阶段选择教学策略，那些策略必须进一步控制学习者的认知负荷。为了达到这一点，开发培训策略主要便于规则自动化和基于重复性组成技能的程序重叠的迁移，图式获得和基于这些非重复性组成技能的图式的迁移。按照图式获得和图式迁移，设计整体任务练习成为培训策略的重点。它主要按非重复性组成技能的分析结果而建构，其旨在对具体领域的一般的理解。启发法和系统问题的方法在这一领域是有用的。按照理解性假设，这提供了表现非重复性组成技能，并评估和反思通过自动化程序而概括的解决方法的基础。通过从与学习无关的认知过程到与学习有关的过程而重新引导学习者，从而控制认知负荷。通过提供问题解决支持，使用具体问题格式，或重新搭建引导支架，使学习者从具体例子中归纳图式。此外，以哪种方式所提供的有助于表现整体任务的信息在练习中是容易恢复的，可得到的和有效的。

按规则自动化和基于程序的迁移，需要设计其他的部分任务练习，这是整体任务中培训重复性组成技能“额外的”部分。它基于重复性组成技能的分析结果旨在完成整体技能的组成技能的完全自动化，因此大大地减少了认知负荷。重复性组成技能的其他练习使得整体任务练习更为流畅主要有两个原因：一是因为大量培训的重复性技能会表现得更快；二是因为有更多的加工资源用于完成非重复性组成技能。提供大量的操练和练习是减少认知负荷的最一般的教学策略。此外，表现重复性组成技能的前提性信息是“即时的”，因此减少了完成重复性技能或整体任务表现有关的认知负荷。

总之，认知负荷理论提供了一般的框架，说明了如何以系统的方法设计培训可以克服学习和表现的认知负荷限制，从而进一步优化教学设计，提升学习者业绩表现。

三、复杂学习相关理论分析

当前的教学设计理论中旨在促进复杂学习的都秉持以下基本原则，提供真实任务、运用整体任务模式、由简到繁的任务排序、还有一些形式的支持信息等原则。这些原则将用当前在信息技术领域流行的三种教学设计理论来进行说明。它们是精细设计理论（Reigeluth，C.M.，1999）；首要教学原理（Merrill，2002）；四要素教学设计模式（Jeroen van Merriënboer，J.＆ Kirschner，P.A.，2007）。

面向复杂任务的教学设计理论领域的一个基本原则就是提供学习者真实的任务。真实任务就是跟真实世界有紧密的关联，而且在真实世界中，有其功用，然后以课程的形式将这些任务整合起来，并有一定水平的复杂性，要求学生去选择合适的难度。乔纳森（1992）基于设计教学的目的，真实任务要求学习者解决复杂的真实世界的问题。

基本的假设是这样的，该任务帮助学习者整合有效任务表现中的知识、技能、态度，给他们机会去学习、去协调组成技能，以完成复杂任务表现。最后，使得学习者能够迁移到他们的日常生活或者是工作环境中。这种聚焦真实、整体任务的教学在实用性教学方法中有基于项目的学习、案例方法、基于问题的学习、基于能力的学习；在理论模式上有Collins，Brown和Newman（1989）的认知学徒理论、乔纳森（1999）的建构学习环境理论、Nelson（1999）的合作问题解决理论、Schank，Berman和 Macperson（1999）目标方案理论（Jeroen van Merriënboer，et al.2003）。

梅里尔也指出，以问题为中心的学习，在很多教学模式中都有很好的呈现，主要包括，Collins，Brown和Newman（1989）的认知学徒；Schank，Berman和 Macperson（1999）目标方案理论；乔纳森（1999）的建构学习环境理论；Savery和Duffey（1995）的基于问题的学习；Clark和Blake（1997）的新奇问题解决和Jeroen van Merriënboer（1997）的4C/ID模式中的整体任务练习。梅里尔的“教学的首要原则”是一种基于学习者解决问题的教学设计理论。梅里尔指出，学习任务应该是那些学习者在真实世界中将会面对的（教学任务应该真实）。他强调教学的首要法则是分析了很多的设计理论和模式，并定义“原则”是一种关系，且在一定条件下通常都是正确的，不管具体的项目和实践。梅里尔的五条原则中的首条原则是“当学习者在解决真实世界中的问题时，学习将被促进”。另外四条原则是：激活旧知；技能示范；技能运用；在真实世界中整合这些技能。

Jeroen van Merriënboer和Kirschner（2007）的四要素教学设计模式是另外一种教学设计理论中较为流行的源于运用真实任务的模式。他们提出模拟任务环境必须允许真实任务表现，并且真实任务要从训练项目开始时就提供。他们认为，真实生活中的问题是非良构的，非良构的问题通常没有正确答案，但是有一些可能的答案。Jeroen van Merriënboer和Kirschner强调真实的学习任务可以通过真实环境或者通过模拟环境练习。他们认为，模拟环境在以下条件下具有优势：（1）任务在真实生活中难以提供；（2）需要提供的支持在真实生活中难以或者是不可能提供；（3）任务可能导致危及生命；（4）任务可能导致资源使用的低效；（5）真实世界任务可能导致一定水平的细节或者压力对学习形成干扰。他们还指出，运用模拟任务环境提供一个安全可控的环境通常是有效的，通过很好设计的练习，学习者可以发展和提高技能水平。另外，模拟也可以在成本控制上比真实生活中的任务更有效，因为可以通过压缩时间和空间来节约大量资源，在一个相对短的时间内，提供学习者很多的一系列不同位置的试验。还有，模拟可以提供实验性的学习环境，学习者可以使用试错的方式来尽量减少失败的后果。

总之，在促进复杂学习中，提供真实的、基于问题的任务被认为是非常重要的。另外，基于上述原因，认为提供一个模拟真实的环境比真实的环境本身更适合复杂学习。

四、运用4C/ID的实践研究分析

1999年，荷兰开放大学、挪威伯根大学和荷兰国家宇航实验室的多位研究专家开发的著名项目ADAPT－IT（Advanced Design Approach for Personalized Training Interactive Tools，先进的培训互动工具设计方法），他们在该项目中依据4C/ID模型为设计者设计了一套软件支持系统，优化了飞行员、信息和通信技术员以及销售人员的先进技能培训，该模型的适用性得到了肯定的评价。［5］（P89～120）Lim，J.，Reiser，R.，＆Olina，Z.（2009）等人通过运用4C/ID模型对教师进行培训，研究结果发现这些教师比其他教师开发出了更好的教学设计，同时还证明了该教学设计模型有优于其他设计模型的优势。［6］（P61～77）

近年来，国内已经有部分研究者开始对4C/ID模式在中国的运用进行理论分析或者实践研究。范文静运用4C/ID模式指导师范生教育实践模式设计，通过实践研究取得了一定的研究成果，也通过分析指出，4C/ID模式在技能训练领域有其较大的积极意义，在能力训练、创新实践、内隐性学习等方面如何控制，需要深入分析。［7］刘丽丽以“能使用摄像机正确完成一定主题要求的拍摄”这一任务为主题，严格按照“复杂学习的10个步骤”进行教学设计。［8］钱瑞河在《面向复杂学习的高中化学教学设计》中，通过分析构建了基于4C/ID的复杂学习教学模式，并进行教学实践，取得了积极的成果。［9］

五、结论

通过对相关研究进行梳理和分析，可知4C/ID模式融合了当代教学设计领域中的核心原则：创建真实环境、聚焦整体任务、由简到繁地进行任务排序、还有提供一些形式的支持信息等。运用4C/ID模式及其10个步骤的操作模式，能够提高教学设计与开发实施的效率、效果。另外，虽然4C/ID模式在国外技能培训、职业培训等方面取得了成功，但国内相关方向的研究还处在介绍、分析阶段，对该理论模式在中学阶段的运用，还需要深入研究。

［1］ Van Merriënboer，J.，Jelsma，O.，＆Paas，F.（1992）.Training for reflective expertise：A four－component instructional design model for complex cognitive skills［J］.Educational Technology Research and Development，40（2）.

［2］ Van Merriënboer，J.（1997）.Training complex cognitive skills：A four－component instructional design model for technical training［M］.Englewood Cliffs，NJ：Educational Technology Publications.

［3］ Van Merriënboer，J.＆ Kirschner，P.A.（2013）.Ten steps to complex learning（second edition）［M］.New York：Routlege.

［4］ 邱飞岳，刘朋飞，王丽萍，谢雨晨.基于4C/ID模式的复杂学习支持平台构架探究［J］.电化教育研究，2012，（4）.

［5］ Jelsma，O.，van Merriënboer，J.J.G.，＆ Bijlstra，J.P.（1990）.The ADAPT design model：Towards instructional control of transfer.Instructional Science.

［6］ Lim，J.，Reiser，R.，＆Olina，Z.（2009）.The effects of part－task and whole－task instructional approaches on acquisition and transfer of a complex cognitive skill.Educational Technology Research ＆ Development，57（1）.

［7］ 范文静.技术支持的以4C/ID模型为基础的师范生教育实践模式研究［D］.上海：上海师范大学硕士学位论文，2010.

［8］ 刘丽丽.面向复杂学习的整体任务设计研究［D］.扬州：扬州大学硕士学位论文，2011.

［9］ 钱瑞河.面向复杂学习的高中化学教学设计［D］.济南：山东师范大学硕士学位论文，2011.

［10］［荷兰］杰罗姆·范梅里恩伯尔，保罗·基尔希纳著，盛群力等译.综合学习设计［M］.福州：福建教育出版社，2012.