基于知识应用原型的信息技术线上学习设计

随着科技进步和社会发展，校内的信息技术课程已无法满足学生日益增长的数字化学习需求。越来越多的学生通过网络自主学习信息技术课程，如模块化编程、STEAM课程等。为满足学生的个性化学习需求，很多学校尝试开设信息技术线上选修课程，供学生自主学习，以培养其自学能力和高阶思维能力。但是，大量的信息技术线上学习活动因缺乏系统、有效的设计，存在诸多问题：学习难度把握不准，增加学生学习的困难，打击学生学习的积极性;注重操作性学习，缺乏知识的内涵建构和迁移应用;注重大任务设计，在细节上缺乏有效引导。为有效解决这些问题，笔者提出基于DEMO的信息技术线上学习设计，为线上学习提供有效的设计框架。

一、关于DEMO与线上学习设计

（一）指向学习的DEMO

DEMO是demonstration的缩写，意为展示、示范、原型，又指具有展示或示范功能的事物。DEMO在不同的行业其指向有所不同，在音乐唱片领域表示样本唱片，在软件领域表示演示版本，在很多共享代码或开放API（应用程序编程接口）中都会提供DEMO（应用示范）供用户学习、了解代码或调用API。在教学范畴，DEMO指符合学生认知水平、具有示范作用的知识应用原型，以下论述的DEMO特指教学范畴的DEMO。DEMO中，概念性知识、知识之间的关系和运用知识的方法被融进一个实体（具体实例），实体蕴含着学习目标所指向的基础知识、技能与思维（如图1）。在DEMO范式下，教师借助实体使知识可视化，让学生直观地理解概念性知识，快速构建知识图谱。教师通过模仿实体的应用，让学生了解知识的逻辑关系与方法论，训练学生运用知识的技能和思维，让学生快速内化相应的知识与技能。学生学习DEMO，有利于理解知识。此外，学生改造DEMO可实现知识的迁移，为创新应用提供强有力的支撑。

教师利用有效的DEMO教学可帮助学生模仿实体快速掌握知识，解决实际问题。DEMO的设计至关重要。教师应遵循复用性原则和建构性原则进行DEMO的设计。

复用性原则中的复用指可以重复利用。教学DEMO的复用性指DEMO里的实体只需简单修改就能在别的实体里重复利用。DEMO的作用是引导学生模仿实体进而快速掌握知识的应用方法，解决实际问题。教师设计DEMO时要分析知识与技能的通用特性，抽象出知识的一般应用模型，构建模型的具体实例。这样的实体具有知识的一般特性，可以被重复利用以解决不同的问题。

何谓建构性原则？建构主义认为，学习并非学生被动接收信息刺激，而是主动地建构意义，即学生根据经验，自主对外部信息进行选择、加工和处理，从而生成个人的意义。教师设计DEMO应符合建构主义的学习观，根据学生经验去设计实体，并将知识与技能融入实体中，从而让学生更快捷地构建知识图谱，掌握运用知识的方法论。实体（案例）源自学生的生活、学习以及社会背景，如社会热点、校园生活、本地传统、已学知识等。学生参与DEMO学习后，将DEMO蕴含的知识与技能又转化成经验，进而用它去解决新的问题，建构新的意义。

（二）线上学习设计

学习设计（Learning Design）是从学生多样化学习需求、认知能力和经验背景出发，设计学习任务框架，并以合理的方式进行组织和呈现，使学生获得更好的学习体验，取得更好的学习效果^[1]。教师进行学习设计时应考虑学生的学习需求和认知水平，根据学生建构知识的能力水平设计学习目标和学习任务。以学生的学习为中心，教师设计的内容、活动、资源等都为学生的学习服务，满足学生的个性化发展需求。

线上指互联网上。线上学习是使用计算机、移动设备、电视等媒介连接互联网上的知识内容（包括直播课、学习资源、学习任务等）进行的学习活动。简而言之，线上学习设计就是设计学生的线上学习活动，线上是学习的一种途径。线上学习设计有别于一般的学习设计，教师需要关注技术与设备的情况，要分析学生的网络情况和信息素养水平等，基于此来设计学习的目标、内容、过程与评价。

（三）基于DEMO的线上学习设计

基于DEMO的线上学习是学生按照线上的学习任务，通过模仿DEMO来学习知识与技能，修改DEMO用于解决实际问题，并进行线上讨论与分享、不断优化问题解决方案的学习方式。这里指的线上学习以学生的自主学习为主，不包括直播式的线上学习。线上DEMO的呈现方式有线上微视频、网络教程、实例文档等。在这种范式下教师借助DEMO将学习内容实例化，让学生更容易理解知识;同时让学生模仿并构建DEMO实例，掌握相关技能。这样能够实现教与学的异步性，让学生根据自己的学习时间和认知水平灵活安排学习时间，而DEMO的直观性和简易性为学生自主学习提供了条件。DEMO是线上学习的基点，学生的学习是围绕DEMO展开的。教师要引导学生将DEMO中学到的知识、技能与思维用于解决实际问题。基于DEMO的线上学习过程是知识迁移和问题解决的过程，是培养学生高阶思维的有效途径。

基于DEMO的线上学习设计是以目标为导向，以DEMO为载体，将线上学习内容融入DEMO，并围绕DEMO设计学习活动（包括学习DEMO的活动、创新应用DEMO的活动、自选活动）、线上学习评价方式和线上学习资源的过程。

二、基于DEMO线上学习设计框架

笔者以墨尔本皇家理工大学教育主席Mary Kalantzis教授和Bill Cope博士构建的学习设计大框架（包括学习焦点、知识目标、学习过程、学习评价、学习途径）^[2]为基础，结合线上学习的特点，构建符合线上学习设计理念的框架，便于教师开展基于DEMO的线上学习设计。

（一）学习焦点

学习焦点即学习中重点关注的内容或方面，包括学生的认知水平、学习的内容与范围，类似于教学设计中的教学内容分析与教学对象分析。学生线上的学习以自主学习为主，教师设计的学习内容与范围要符合学生的认知规律，应从学生已有的认知入手，由浅入深，层层推进。教师除了分析学生的学科认知水平外，还要分析技术情况（如网络、移动设备）和学生的信息化水平（如媒介的应用熟练度和获取、分析、处理信息的能力）。学生信息化水平影响线上学习效率。

（二）学习目标

学习目标指向课程要求的培养目标，它是知识理解、技能训练、思维培养以及价值观形成的具体表述，最终表现为学生认知水平提升。对线上学习而言，学习目标不仅是学科的学习目标，而且包含信息素养目标，如数字化学习能力的培养。除学科的基本学习目标外，教师还应该关注学生的自主学习能力发展情况。

（三）学习资源

组织学习资源是设计线上学习活动的关键，资源的呈现方式、资源的支撑平台、资源的数量等都会影响线上学习效果。学习资源包括学习内容、辅助资源和供给侧资源。学习的主要内容开始就要确定，且其以数字化形式呈现，如微课、线上课件、网络教程等，学生可以通过网络在线学习或下载到本地进行学习。辅助资源是帮助学生顺利开展学习的相关工具或文档，如学习工具、交流工具、任务单等。供给侧内容是拓展性内容，是教学设计以外的资源，如学生通过搜索引擎搜索到的内容、平台推送给学生的拓展性学习内容等。

（四）学习过程

教师组织学生参与基于DEMO的线上学习活动，具体过程如下：以任务单为导向，学生先从模仿DEMO中的实例开始学习，然后通过解决实际问题来实现知识的迁移，分享交流，优化解决方案，最后撰写学习心得，优化知识结构。整个学习过程如图2所示，教师需要以具体的任务来引导学生学习，如设计详细的任务单。

1.DEMO学习

学生首先学习微课或教程，模仿并构建实例，对知识的原型有一个直观的认知，然后分析实例中蕴涵的知识与技能，理解知识与应用的关系，掌握技能、技巧，形成初步的知识图谱。

2.知识迁移

知识迁移指将知识从DEMO中的实例迁移用于解决实际问题。首先，教师提出问题，然后让学生将问题与DEMO中的实例进行对比分析，找出共同的特征（即用到的相同的知识与技能），最后将知识应用于问题的求解。学生经历知识迁移的过程优化了知识结构，增强了技能，提高了思维能力。

3.交流提升

学生解决了问题，形成了解决问题的方法或方案，可以录制小视频或撰写方案将成果分享到线上学习交流群，让教师和同伴一起评价，最后根据建议优化方案。

4.学习总结

学生总结线上学习的内容，分析存在的问题，撰写学习心得。他们通过分析与总结，巩固所学知识，优化学习方法，形成良好的学习习惯。学生汇总学习成果，并提交给教师。教师对学生的学习成果进行评价与归档。

（五）学习评价

线上学习评价分为过程性评价与终结性评价。由于是线上学习（非直播式课堂），学生的学习时间是自由的，因此无需对学生的学习时间进行评价，过程性评价主要以线上分享与交流的形式进行。通过监测学生的线上分享与交流情况，教师能了解学生的学习状态、进度、效果等。终结性评价主要是对学生的学习成果进行评价，即通过教师点评、家长点评、网友点评、同伴点评等方式对学生的学习成果进行评价。

（六）学习途径

线上学习是基于网络的，教师可以通过多种途径让学生进行学习：有基于交流工具的线上学习方式，如在微信群或QQ群里发布微课、学习任务、教程等学习资料，让学生参考资料自主学习;有基于博客的线上学习方式，如在专业博客上发布学习资源与学习任务;有基于线上学习平台的学习方式，如借助Moodle平台实现学习评价一体化。线上学习方式是多种多样的，教师可以根据学科特点，让学生选择合适的学习途径。

三、案例分析

国家倡导在中小学阶段设置人工智能相关课程，但中小学信息技术课程内容多、课时少，人工智能课程在信息技术课堂教学中只能浅尝辄止。为满足部分学生对人工智能知识的学习需求，笔者开设了线上人工智能与信息技术融合选修课。下面，以线上选修课“简易智能识别App开发”为例，介绍如何开展基于DEMO的线上学习设计。

（一）学习焦点

本课的主要学习内容是App Inventor的Web客户端的应用以及人工智能网络API调用方法，包括应用Web客户端发送请求以及处理返回信息、人工智能网络API的调用格式与参数。笔者以DEMO实例为基点，通过模仿、修改、设计等方式实现“简易智能识别App”的开发。

学习本课内容，学生需要具有一定的App Inventor基础，熟悉App Inventor开发与调试App的过程，有一定的自主学习基础以及数字化学习能力。课程以线上学习的方式进行，学生可以根据自己的兴趣和基础进行选修。

（二）学习目标

信息意识：理解App Inventor 的Web客户端组件发送和接受信息的格式;了解智能识别的种类与功能，分析各种API接口的格式以及数据返回格式。

计算思维：理解App Inventor的Web客户端连接网络API的逻辑算法。

数字化学习与创新：学生自主学习教师提供的网络教程，并懂得通过互联网查找并获取信息，完成学习任务;懂得通过修改DEMO实例来实现至少一种智能识别App的开发。

信息社会责任：遵守智能识别中的数据保护和信息安全准则。

（三）学习资源与设备

DEMO资源制作：设计“一键人像抠图App”，确定制作流程，添加知识点分析，形成图文教程，并上传到CSDN博客。

学习任务单：设计学习任务单，并上传到CSDN博客（提供任务单网址）。

学习设备：计算机一台，安卓系统手机或平板电脑一部。

（四）学习途径

学生按照任务单的引导，自主学习CSDN博客上的实例教程和face++网站上的技术文档，并使用App Inventor在线编辑器开发智能识别App。

（五）学习过程

1.DEMO学习

教师为学生提供线上学习DEMO实例：一键人像抠图App。学生学习实例教程，并模仿教程开发“一键人像抠图App”。

教师引导学生对DEMO关键知识进行分析：阅读并分析face++人像抠图API调用技术文档;了解http客户端请求头格式;熟悉http客户端POST信息格式与API参数（api_key，api_screct，base64格式的图片文件，返回参数）;掌握http客户端获取返回信息的方法与格式。

2.知识迁移

（1）选题（提出问题）：在表1中选择一种，并开发一款与主题相关的App。不同主题的调用规则参见face++提供的技术文档。

（2）对比分析：根据所选主题，阅读该主题的技术文档，与 DEMO实例“一键人像抠图App”的技术文档进行对比分析，如请求格式、参数、返回数据等，找出两者的相同点和不同点。

（3）构建作品原型：学生根据所选主题，进行基本功能设计，并根据分析结果，修改DEMO实例“一键人像抠图App”的界面设计与逻辑设计，构造与主题对应的作品原型。

提示：学生如有疑问可以通过微信群或QQ群等工具交流，与同伴或教师讨论解决方法。教师留意学习群中的信息，及时为学生解答疑问。

（4）完善作品：根据如下要求与提示完善作品。

功能：交互功能，如用户可以自主添加照片或上传拍照;便利功能，如便于用户测试的素材选择功能;其他功能，根据自己的想法完善作品功能。

界面：按设想添加相应的功能组件，注意组件排版要协调，方便用户操作与使用，还应优化界面与组件色调。

逻辑：用好功能与组件，完善相应的逻辑设计。

3.交流与分享

完成作品后，每个学生录制一段视频，介绍并演示作品的功能，以及实现这些功能的逻辑设计，分享在学习或制作作品过程中遇到的问题与解决方法。每段视频不超过5分钟。视频分享到学习群，与同伴交流并接受评价，作者会收到改进建议等反馈信息。

4.优化与提升

学生通过分享作品和学习他人的作品，听取同伴建议并吸收其他作品优点，改进自己的作品。

5.成果提交

学生撰写学习总结（反思），整理成果文件，提交给教师归档。

6.学习评价

教师将学生提交的学习成果发布到交流群里，加以评价并让学生互评，结合过程性评价（学习过程的交流与分享），选出优秀作品，在年级或全校范围内展示。

基于DEMO的信息技术线上学习设计方法不仅可用于指导信息技术学科线上学习的教学，而且为其他学科线上学习设计提供了经验。这里指的线上学习包括线上的项目学习，只需将所需的基本知识融入DEMO，以DEMO为项目特例，修改和优化DEMO实例就能快速地构建项目原型，让项目学习变得更加高效。基于DEMO的线上学习以培养学生的分析能力和创新能力为主旨，教师在设计学习活动时要注意活动的发散性和劣构性，通过活动引发学生深度思考，训练学生的高阶思维能力。

注：本文系广东省肇庆市基础教育科研“十三五”规划项目2020年度课题“面向高阶思维能力培养的中学信息技术项目式学习设计与应用研究”（课题编号：2020ZQJYKYKT120）的阶段性研究成果。

参考文献

[1] 陈静静.指向深度学习的高品质学习设计[J].教育发展研究，2020（4）：44-52.

[2] 吴军其，刘玉梅.学习设计：一种新型的教学设计理念[J].电化教育研究，2009（12）：80-83.

（作者系广东省肇庆市高要区第一中学教师）

责任编辑：祝元志