基于4C/ID模型的综合学习教学设计

郭芳侠 何琳

摘   要：教师的教学设计水平直接影响着学生的学习效率和综合能力，文章通过剖析4C/ID模型的内涵并引入到物理教学活动中，将整体性目标植根于整体性的实际任务中，解决了当前物理教学中存在的情境抽象化、内容碎片化、技能孤立化的问题。以 “力的分解”一节为例，基于4C/ID模型进行分析设计，以期改善教学效果，提升学生解决实际问题的能力。

关键词：4C/ID模型;教学设计;力的分解

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）6-0030-5

随着科技的进步，我国越来越重视培养综合性人才，以适应未来社会发展的需要。基于社會对人才的要求，《普通高中物理课程标准（2017年版）》中明确提出应用物理知识解决具体问题应该结合具体的实际情境，通过物理教学中所获得的大量经验，形成把情境与知识相关联的意识和能力[1]。目前国内大多数教师是根据教育学家罗伯特·加涅的学习层级划分和学习条件理论设计教学，将整体分解为部分，采取由局部到整体的碎片化学习，导致学生的各要素学习情况虽良好，可面对真实情境时，综合技能的迁移表现较差[2]。 “综合学习”由范梅里恩伯尔等人在20世纪90年代提出，是一种面向“整体目标”的学习形式，其特征是将整体性目标植根于整体性的任务中，促使学习者图式建构、图式熟练和态度的同时形成。4C/ID（A Four-Component Instructional Design，四要素教学设计）模型就是面向综合学习的一种教学设计方式。目前的研究有：Li Guochen等人说明如何基于4C/ID设计教学提高学生工程制图能力[3];Mário Melo基于4C/ID模型以九年级“电路”为主题进行物理教学设计，来研究数字环境对学生学习方式的影响[4];Frederick K. Sarfo Jan Elen研究表明4C/ID模型下的技能表现优于传统教学设计[5]。类似研究如徐显龙[2]、Charlotte L[6]、李爽[7]等人研究得出采用4C/ID教学设计的实验组的学业表现、兴趣、能力均优于控制组;Jung Lim等人研究4C/ID全任务训练和部分任务训练对学习者复杂认知技能习得和迁移的影响，得出整体任务训练时学习者的任务表现和迁移表现都更好[8]。基于4C/ID模型进行教学设计有利于学生综合学习能力的提高。目前国内尚无4C/ID模型在物理教学中的应用研究，本文将“面向各种实际情境完成力的分解”看作一项综合能力，基于4C/ID模型对其进行教学设计，以期提高实际教学效果。

1    4C/ID模型

4C/ID是面向综合学习的设计模型，旨在培养解决问题的综合能力 [9]。它将复杂学习中的技能分为创生性技能和再生性技能。其中，创生性技能指向任务中的非常规技能，即技能随着具体任务的改变而改变;再生性技能指向任务中的常规技能，即随着任务的变化显示出高度相似性。模型由四个基本元素构成，并对应四种基本的学习类型：

（1）学习任务，指向归纳学习。给学习者呈现多个真实的综合性任务，通过高度变式的任务学习促进学习者达成丰富的图式建构。

（2）相关知能，指向精细加工。在学习者已有知识和需要达成的知识之间搭建桥梁，通过精细加工联系新旧知识，帮助学习者完成学习任务中的非常规知识。

（3）支持程序，指向知识编辑。通过知识编辑中“程序化”和“合成”两个子过程，将新信息嵌入到能够直接操控行为的认知图式中，帮助学习者完成任务学习中的常规知识。

（4）专项操练，指向强化所选定的常规任务。通过专项练习，帮助学习者进一步熟练地运用常规知识解决问题。

其中，学习任务是4C/ID模型的核心，其他三元素围绕学习任务进行组织，如图1所示。划分学习任务中所包含的创生性技能和再生性技能，分析、呈现相关知能和支持程序并指向两种技能的学习。同时，为了综合技能的熟练化，设计专项操练进行强化。

2    基于4C/ID模型的教学活动设计

2.1    “力的分解”教学设计现状

学好“力的分解”不仅有助于学生对力的理解，更为学生后续学习向心力、回复力、牛顿运动定律等内容打好基础。传统教学设计范式下“力的分解”教学流程如图2所示，采取由局部到整体的碎片化设计，存在以下问题[10]：

（1）教学设计理念滞后。教师把复杂的学习分解成一个个小的知识点，预设通过简单知识的教授可以达成系统化的效果。这种设计使得学生学习的各要素知识处于孤立状态，不能进行有效整合，学生将已有物理知识迁移到实际问题中比较困难。

（2）活动设计缺乏“生态化”问题。“生态化”问题是学习的最好导师，能很好地驱动学生的学习动机，帮助学生理解物理意图。“力的作用效果”的物理意义不仅包括力作用的现象、力作用的分解，还包括充分体现人主观能动性的物理意图与物理信念，以及三者如何连结和统一，因此理解“力的作用效果”的物理意义需要一个真正生态化的“问题”[11]。

2.2    4C/ID模型“力的分解”教学活动设计

4C/ID模型通过实践性、综合性的学习任务，以整体性原则进行学习活动设计，有利于学生解决实际问题。“力的分解”作为基础课程内容，其综合任务的确定应该符合物理学科核心素养的要求。因此，应从教学目标出发，指向教学目标的达成，教学流程如图3所示。根据教学目标设计综合任务，把整体目标融入其中，并对综合任务中的组成技能进行划分。然后，以学习任务为中心，组织相关知能、支持程序、专项操练达成综合技能的建构与应用。现实中，学生常常无法较快地从已有图式直接到达完成综合学习任务的层次，所以依据支持力度的大小或数量对综合任务进行划分设计。同时，为了更好地完成任务，在呈现支持程序和相关知能时应对所包含的信息进行分析。支持程序的信息包括前提知识、规则程序和矫正性反馈，矫正性反馈是对学生的再生性技能予以评价并及时反馈;相关知能的信息包括心理模式、认知策略和认知反馈。其中，认知反馈评价的是对综合任务执行的有效性评价。

2.2.1    教学目标分析

根据4C/ID模型的任务达成要求，结合物理学科的独特性，从物理学科素养四个层面来分析，并且每个素养应该达到水平5的要求，如表1所示。根据所确定的目标，学习者将面对实际情境，解决情境中力的分解问题，并判断解决方案的合理性。

2.2.2    组成技能划分

基于教学目标要求，根据设计的综合学习任务对技能进行描述和分类。对于组成技能的分类，先要考虑这些复杂任务中哪些不需要教，哪些需要教，再把需要教的技能划分为创生性技能和再生性技能，如表2所示。

2.2.3    分析心理模式和认知策略

心理模式是指以事实、原理、概念或计划为节点，通过呈现知识的整体结构使学习者能够有效地提高综合认知能力;认知策略主要是专家遇到该领域问题时使用的启发式和系统性问题解决方法，帮助学习者有条不紊地处理情境中的问题。在运用力的分解相关知识解决实际问题过程中，需要呈现的心理模式与认知策略如表3所示。

2.2.4    分析前提知识和规则程序

规则程序是指特定情境中的具体操作步骤。通过分析说明专家是如何完成某一任务的，帮助学习者解决特定问题。前提知识是指关于正确掌握并操作再生性技能的必需知识。在力的分解运算中所需要的前提知识和规则程序如表4所示。

2.2.5    任务设计排定

根据核心素养目标设计综合任务，基于认知负荷理论和学生难点分析，进行学习任务的设计排定。将“力的分解”分为四个任务学习，如图4所示。任务一为案例学习，呈现力的分解完整问题解决方案、学生分析评价方案，引入力的分解实际应用学习;任务二为模拟任务，学习者模拟样例解决问题，完成图式建构;任务三是对任务二的补全学习，学习者归纳总结如何更简洁地解决该类问题，即完成图式熟练;任务四是常规练习，即在无任何支持下学习者完成力的分解综合性问题，此任务常被当成认知反馈的素材，评价学生综合技能的整合与迁移情况。整体任务都为实际性、综合性的任务，与生活密切相关，学生更易感受到学习任务的价值与意义。同时，任务驱动式的学习方式使得学生在支持度高的任务中较易获得成功，树立自信心;随着支持度减少和任务难度升级，学生在已获得成功的基础上也更容易获得解决新任务的斗志。

2.2.6    任务活动设计

结合具体内容，共呈现四个教学任务，如表5所示。

3    总  结

4C/ID教学模型关注整体目标、实际任务以及学生综合能力的发展，实现知识在实际情境下的有效迁移。它的设计理念符合核心素养下的育人要求：实际任务的完成需要学生建构模型、科学推理，并对结论提出质疑和批判，进行检验和修正;整体性目标的达成需要学生认识科学本质，主动与他人合作，从物理视角解释自然现象和解决实际问题;综合能力的发展需要学生形成科学思维品质，增强科学探究能力和问题解决能力，为终身发展打下基础。引入4C/ID模型设计“力的分解”，以实际任务为教学小单元，学生综合运用具体问题分析、转化物理模型、简化数学运算等多个方面解决新问题的水平会得到很大提高;通过小组合作的形式，学生交流合作、自学自评、社会意识等素养也有一个新的高度。基于4C/ID模型设计物理学科内容，让学生不再做知识的容纳盒，而是成为积极解决实际问题的物理学习者。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社， 2018：9.

[2]徐显龙，周知恂，嵇云，等.基于4C/ID模型的复杂技能综合学习设计及成效[J].中国电化教育，2019（10）：124-131.

[3]Li Guochen， Li Kuishan， and Zhang Jing.Teaching Design on Training Complex Cognitive Skills Based on Engineering Drawing[J].Springer Berlin Heidelberg，2012.

[4]Melo， Mário Marcelino Luís de， Miranda， Guilhermina Lobato. Modelo instrutivo 4C/ID： Efeitos sobre as abordagens à aprendizagem de alunos do 9 ano[J].Analise Psicologica，2018，36（03）：261-278.

[5]Frederick K. Sarfo，Jan Elen. Developing technical expertise in secondary technical schools： The effect of 4C/ID learning environments[J]. Learning Environments Research，2007，10（03）：207-221.

[6]Charlotte Larmuseau，Jan Elen，Fien Depaepe. The influence of students cognitive and motivational characteristics on students use of a 4C/ID-based online learning environment and their learning gain[P]. Learning Analytics and Knowledge，2018.

[7]李爽，张艳霞，喻忱.基于4C/ID模型的自主学习活动设计及教学应用[J].现代远程教育研究，2015（05）：85-93.

[8]Jung Lim，Robert A. Reiser，Zane Olina. The Effects of Part-Task and Whole-Task Instructional Approaches on Acquisition and Transfer of a Complex Cognitive Skill[J]. Educational Technology Research and Development，2009，57（01）：61-77.

[9]杰伦·J.G.范梅里恩伯尔.掌握综合认知能力[M].盛群力，译.福州：福建教育出版社，2017：7-8.

[10]钟志贤.传统教学设计范型批判[J].电化教育研究，2007 （02）：5-10.

[11]胡扬洋.对力的分解“依据”与“力的作用效果”的再认识[J].物理教学探讨，2014，32（01）：39-42.

[12]魏小亮.运用原始物理问题创设“生活化”的物理课堂[J].物理教师，2011，32（11）：22-24.

[13]杰倫·J.G.范梅里恩伯尔，理查德.E.克拉格，马塞尔B.M.特克洛克，陈雪玮.综合学习的蓝图（下）——四元教学设计模式[J].当代教师教育，2016，9（02）：48-54.

（栏目编辑    邓   磊）