水到渠方成：基于建构主义学习环境设计模型的信息技术教学研究

王蕾

教学现场

近期有关新技术的教学公开课较多，有一个同样的问题出现在笔者所听的几节课中，那就是课的内容还没有上完，就在仓促的铃声中结束了。原本教学设计中的三至四個练习任务，大部分学生只完成了两个左右，达成率堪忧。因为前期教学推进的不顺畅，导致后期的评价和总结部分也匆匆收尾甚至缺失。

问题分析

相对传统的教学模块而言，新技术主题所能够参考的教学案例、示范设计较少。在设计过程中，新技术所具有的三维教学目标的载体有待规范，因此会出现教师难以驾驭的课堂现状。在教学内容参考资料匮乏的情况下，借助建构主义学习环境设计模型的方式，可以提升教学课堂的教学效率，规范教学的组织结构形式。

● CLEs模型的概念及要素

建构主义学习环境模型即Constructivist Learning Environments，简称CLEs模型。它由美国MissouriColumbia大学著名教授D.H.Jonassen（戴维·H·乔纳森）提出。乔纳森以建构主义学习理论为指导，倡导把个体的认知置于现实的物理场景脉络中，强调学习环境的设计，借助于计算机技术支持，提出了一种用于设计建构主义学习环境的新模型，为教学提供了富有实效的帮助和指导。

乔纳森的CLEs模型具体指出了如何创设建构性教育的学习环境。他认为学生的学习只有在特定的情境中才有意义，学习和认知都是在特定的情境中产生的。因此乔纳森以问题解决为主线，提出六要素模型：问题/项目、相关案例、信息资源、认知工具、会话或协作工具和社会境脉支持。

● 信息技术学科中实施CLEs模型的可行性分析

CLEs模型基于建构主义学习理论，提出了明确的保障学习过程高效性的设计建构性学习环境的框架和方法。该框架和方法具有普适性价值，值得所有学科在教学中借鉴。信息技术作为基础性的学科，教学活动同样可以遵循CLEs模型的六要素原则进行设计，通过其架构教学过程的思路，规范教学行为，设置教学环节。

基于CLEs模型进行信息技术学科教学设计时，可将CLEs模型的六要素进行分析和改造，形成具有学科特色的设计范式：将问题项目与相关案例融合为项目设问、将信息资源与认知工具融合为利用信息资源创设境脉、将会话协作工具和社会境脉支持融合为适宜的学习支架的有效支持。本文将根据此思路进行教学设计。

● 基于CLEs模型的案例设计与分析

环节一：项目设问、确定生趣项目、搜集相关素材

问题设计是整个CLEs模型的中心，也是进行教学设计的开端和关键。采用以“学”为主的教学设计就是让问题驱动学生参与到学习建构活动中。好的问题设计能调动学生的学习兴趣和创造热情。而要确定合适的学习主题，教师就必须仔细分析教学目标和学习内容。确定主题时教师应考虑到学习者的特点、原有的知识经验与已有的认知结构，实现已知和未知的对接。除此之外还应考虑到主题的真实性、趣味性、可行性等。主题确立后，教师还需要准备相关的案例，这也是 CLEs模型的重点。相关案例可以增加学习者的学习体验，加深其对问题的理解，真正做到举一反三。为此，乔纳森还提出了教师与学习者应建立案例库的构想，并具体描述了构建案例库的方法。

（1）原设计

《机器人灭火》一课的常规设计中，导入部分一般选择相关视频导入，如教师播放一段消防员灭火的视频，引出本课主题，完成导入环节。新授环节中，教师指出，可以灭火的机械装置为风扇，检测火源的传感器为火焰传感器，再带领学生了解这两部分内容。

（2）思考焦点

从表面上看，此设计资源丰富，结构也较为完整。但是在课堂教学中发现，学生并不能找寻到消防员和机器人灭火之间的关联：消防员灭火使用的是灭火器，机器人灭火使用的是风扇，两者存在本质的差别。所以学生无法根据教师的导入顺利进入机器人灭火的主题，以致此环节耗用了较多的时间。

（3）改进型设计

教师设置一个游戏导入，以“生日蜡烛我来吹”为主题，让学生感受吹蜡烛的方式，引出本课的第一个任务：如何用风扇吹灭蜡烛？

游戏导入后，引出风扇的话题，带领学生观察真实风扇的结构，并尝试如何能将其安装到机器人机身上。将第一个任务“搭建风扇”交给学生进行实践，同时给出相应的思考问题，供学生对认知过程进行反思。

问题一：为什么风扇能灭火？（思考机械结构的原理）

问题二：为什么风扇能转动？（思考电机驱动的原因）

问题三：如果想要灭火，风扇需要达到怎样的要求？（为下一轮编程奠定基础）

教学评析：原来的教学设计中，导入部分耗时5～7分钟，任务一耗时4～5分钟，且学生没有任何动手的环节。通过改进型设计，导入部分用时1分钟，任务一用时4～5分钟，学生对风扇相关知识进行了学习，了解了风扇的工作原理，并对下一个学习阶段需要进行了心理预设。符合生趣的任务设计，让课堂气氛活跃，学生参与度高，并能够使其通过实际体验感受到机器人灭火的活动规则。

环节二：认知资源：利用信息资源创设境脉

在CLEs模型中，情境创设是“意义建构”的必要前提，也是教学设计的最重要内容之一。境脉创设中，教师的作用主要体现在，利用信息资源或可视化的智能信息处理软件模拟创设出真实的或虚拟的问题环境。

（1）原设计

常规设计中，从消防员灭火中引出主题，在讲解风扇和火焰传感器的工作原理之后，教师设计演示如何编写程序，再让学生通过平台编写灭火的脚本，下载到机器人身上，开始执行机器人灭火活动项目。

教学中，学生在此部分出现的问题最多。有相当数量的学生完全模仿教师的程序，没有任何的变化。当追问学生某一语句的意思或功能时，经常出现学生说不清或者说错的情况，能够说明程序原理的学生，也会在实际编写中出现程序编写不完整、不正确的情况。这就导致教学过程在此搁置，教师不得不停止任务推进转而处理教学中出现的问题。endprint

（2）思考焦点

从消防员灭火到机器人灭火的变化中，学生尚缺乏对风扇转动、火焰传感器工作原理的感性认识，所开展的程序编写的过程是说明书式的无意识编程，因此容易出现认知内容偏差、教师示范程序记不住等情况。借助CLEs模型的理念，可以将认知资源进行有效的整理，创设适宜的意义境脉，帮助学生进行意义学习。

（3）改进型设计

教师带领学生分析：怎样能知道蜡烛在哪里呢？人可以通过眼睛观察，那么机器人怎么知道火焰的位置呢？（引出火焰传感器，介绍其工作原理，再通过机器人身上的火焰传感器来观察其外部造型，如图1与图2所示）。

在认识了火焰传感器之后，通过一组语句的文字表述，让学生了解火焰传感器语句的实际含义，如图3、图4所示。

学生明晰了灭火语句的结构之后，教师演示程序的编写过程，通过“如果…否则…”的条件语句，搭建机器人灭火程序。

教学评析：此部分设计中，教师利用有效资源，创设了符合学生认知基础和认知习惯的境脉——先局部外观认知，再整体搭建感受，给学生创设了合理的学习渐进过程，有效地避免了空洞的学科知识点的讲授；在程序编写前，教师安排了“灭火逻辑框架”与“灭火逻辑语句分析”的过程，让学生深入地理解了机器人灭火的实际意义，为后续的程序编写提供了意义境脉。

环节三：会话协作：学习支架的有效支持

建构主义理论强调以学生为中心进行“协作”与“会话”学习。因此，CLEs模型注重学生在教师的组织和引导下建立学习共同体，在愉快的氛围中进行讨论交流，畅所欲言，相互启发。学生在“协作”与“会话”过程中，主动探索和发现关于事物的客观规律与内在联系，不断地肯定与修正自己的思维。

（1）原设计

常规教学在第三部分会安排学生进行灭火实验：机器人寻找到火源后，进行灭火的操作。在顺利的情况下，学生应根据实际场地的环境，调试机器人的各项参数，通过反复调整，完成最终的操作。

在实际教学中，因前一阶段耗用时间过长，大部分教师未能进行到此阶段，或者此阶段的教学匆匆而过，学生仅仅进行了短时间的实验，在大部分小组尚未达成最终任务的情况下，教学时间就已经结束。

（2）思考焦点

灭火实验是终极目标，但是常规设计中，让学生贸然进行实验，缺乏必要的辅助机制，导致学生无所适从，无处下手，影响了实验的效果。机器人灭火的第三个环节看似是实验的过程，但想要在有限的时间内完成教学目标，需要借助必要的学习支架，通过师生间、小组间、组员间的会话过程，形成有效的协作关联，最终保证实验的推进。

（3）改进型设计

回顾任务二的主要内容，给出机器人循线灭火的程序，引发学生思考：红色部分实现的是什么功能？其中的脚本积木代表的是什么意思？学生回答完毕后，将循线部分的程序整体提供给学生，让其探究，应该加在何处，如图5、图6所示。

学生在原程序中，迅速加入循线模块后，可以到活动场地中进行实践，通过对环境的检测，调整各项参数，最终完成整个机器人循线灭火程序。

教学评析：机器人灭火的难点之一，就是机器人是否能顺利寻找到火源。给机器人加入了循线的轨迹，可以指引机器人按照既定的路线进行火源的寻找，降低了机器人随机行走无法识别火源的几率。此处，教师提供了循线程序，对学生而言，这是可以直接加入程序的认知支架，既减少了程序脚本的搭建工作量（机器人循线为学生旧知），又能突出机器人灭火的主题，让本课的教学重点凸显。

● 关注点

首先，CLEs模型需要有必要的知識背景。常见的教学内容多见于非初识课，学生只有具备了一定的相关知识储备，才能有效地举一反三，达到最佳的学习效能。其次，CLEs模型要提供适宜的活动场景。意义学习需要在实际的环境中进行，让学生能够体验到真实的境脉。在虚拟的环境中，学生无法真切体会到认识内容的实际意义，无法进行意义学习。最后，CLEs模型需要及时提供评价，帮助学生不断对自我的学习过程进行反思、调整，并在后期的学习中进行积极的调整，保证学习任务的顺利完成。endprint