促进学习发生的教学模式探索

朱彩兰

● 案例分析

1.《碳中和：物联网的新机遇》教学案例分析

纵观教学过程，几个任务设计能够自然过渡，过程非常流畅，表现在：其一，从“碳中和”话题导入后，通过引导学生了解中国植树造林方面的专业和能力，借助蚂蚁森林的碳补偿机制，自然转至树木种植管理技术，数字植物园顺势引出。从植物造林到数字植物园系统，从具体事物到其管理系统，衔接自然，符合学生认知规律;其二，通过数字植物园与普通植物园的区别，顺利引出物联网的概念及其架构，属于从“个”到“类”的归纳、提炼，学生理解了数字植物园，自然容易理解物联网及其结构，在认识实例（个案）基础上再认识物联网（类），降低了学生的认知负担;其三，由手动控制引发的问题，自然过渡到自动控制，进而让学生通过修改程序实现自动控制的功能，帮助学生在原理上更好地理解自动控制;其四，由数字植物园的管理到教室节能系统，属于物联网系统的迁移应用，也有助于培养学生“学以致用”的意识;其五，整个教学过程包括两个部分——植树造林与节能减排，通过数字植物园部分实现了两者的自然过渡。

在主题选择上，教材中是以图书管理系统为实例引导学生学习基于物联网的信息系统，教师改为“碳中和”，学生或许不理解这一名词，但其所涉及的内容，即教学设计中提及的节能减排与植树造林，却是学生了解或者需要了解甚至熟知的。以“碳中和”创设主题情境，体现出该教学设计在立意层面的与众不同。基础教育阶段的课程教学都需要承担情感态度与价值观的培养，既包括学科相关的情感态度与价值观，也包括普适意义层面的情感态度与价值观，而后者又需要与学科内容教学建立紧密的联系，才能使教学自然开展。在这一点上，该教学设计为我们提供了一种值得借鉴的尝试，也体现出对立德树人这一目标的关注。

在局部环节上，针对数字植物园部分的教学，由身临现场的教师对数字植物园的情况进行介绍，引导学生查看相关网站的实时数据，并让学生尝试远程控制，在这种双师课堂中，现场教师以专家身份出现，体现其权威性，有助于学生增强数字植物园的真实感。这种局部的双师课堂作为一种尝试，可以根据需要灵活使用。

在支架设计上，其一借助表格，帮助学生进一步熟悉物联网架构，即感知层、网络层、应用层，明确各层相应的设备及技术，通过应用层的控制方式与控制条件，引发学生对手动、自动控制的注意。其二对比的应用。普通植物园与数字植物园的对比，目的是通过两者的不同自然引出物联网系统。数字植物园中手动控制与自动控制的对比，表现于表格中控制条件的数据变化情况，而内在原因则在于不同程序的对比。其三，通过程序的局部调整，实现手动控制到自动控制的转变。程序只是修改局部，且教师有相应的示范引导，降低了难度。

审视教学模式，本案例充分利用了迁移，表现在以下几个方面：

其一，数字植物园由手动控制改自动控制部分，教师示范了生长灯的自动控制修改，引导学生尝试修改灌溉和风机的自动控制，这样，学生需要理解生长灯的修改，借鉴思路和方法修改灌溉和风机的自动控制，而不是简单的复制或照抄代码。这种思路有助于促进学生将所学迁移，而且是当堂即时迁移。在迁移性质上，将生长灯控制迁移至灌溉和风机的自动控制，不需要较多的反省性思维发生，所以迁移属于低路迁移。

其二，由数字植物园的物联网系统对生长灯和风扇的控制，延伸到教室的灯和风扇的控制，任务性质相似，只是应用场景不同，学生容易将所学迁移。在操作上，也不需要重新建构，只需修改数字植物园的系统流程图，在控制条件上增加人体感应的必要条件，使之成为教室节能减排的控制系统，因此操作上依然是局部调整，有效降低难度。这里的设计依然是促进学生将所学当堂即时迁移，而且迁移性质上，也更倾向于低路迁移。

其三，在课堂总结部分，当学生能够实现从数字植物园的物联网系统迁移到教室的节能减排控制时，学生对这一“类”问题就形成了解决思路，在此基础上，可以联想更多的用途，也就是教学案例中指出的社区节能减排，应用场景再次发生变化，帮助学生在以后的学习或生活中，实现延时迁移。在延时迁移中，需要学生有意识地将先前习得的抽象知识应用于新的情境，所以这里的迁移更倾向于高路迁移。

综上所述，当堂即时迁移及延时迁移、低路迁移与高路迁移能够被全面关注，凸显迁移的目标追求。

2.《繁花曲线——周而复始的循环》教学案例分析

该案例设计了三个任务，即简单繁花曲线的解构、简单繁花曲线的重构、更多繁花曲线的解构与重构，三个任务定位清晰，层层递进，引导学生逐步学习循环结构及循环结构的嵌套，在此基础上发挥想象力进行创新。

三个任务实现了两次解构与重构，通过解构帮助学生发现繁花曲线的基本图形并编程实现，通过重构促进学生实现利用简单图形创作。在反复的解构与重构中引导学生体会编程的艺术之美，但对学生基础又没有过高的要求，通过循环的方式即可形成具有艺术之美的图形，简单高效，没有刻意增加学生认知负担。

纵观整个教学过程，学生遭遇了三次失败：

第一次，在“简单繁花曲线的解构”任务中，学生利用重复输入相同指令的方式画出正方形，结果是准确的，但代码不够简洁，方法不够高效。教师适时引入循环结构，利用循环结构可以简化代码，高效地完成正方形。在学生了解循环结构的特点及优势之后，通过“简单繁花曲线的重构”，对循环结构再次应用，加深理解。这次的失败是方法层面的，因结果无误，所以是隐性的失败。

第二次，关于range（）函数的应用，由于学生对函数的参数理解不到位，设置不当，导致无法成功输出2到10之间的偶数。这里的失败属于语法格式层面，导致结果有误。

第三次，在“用循环嵌套完成简单繁花曲线的重构”任务中，学生再次遇到失败，这次的失败也属于格式层面，即“python中相同逻辑层需要保持相同的缩进”，格式应用有误导致编程结果失败。实际上编程学习中学生经常会出现格式方面的问题，如全角半角混乱、单双引号混用、代码无縮进等，这些都需要学生熟练掌握后才能逐一解决。编程学习过程中的纠错环节也都是为了解决类似问题。

● 教学模式讨论

新加坡学者卡普尔（Manu Kapur）根据学习者课堂表现及学习的发生建立了一个四象限的坐标体系，如上页图所示。

由图可知，只要学习发生，无论学生课堂表现成功与否，都是有效的。因此，为了促进学习真实发生，可以设计教学促进学生有效失败或有效成功。以此审视，两个案例分别对应其中一种，《碳中和：物联网的新机遇》重视迁移，通过迁移促进学生成功完成一个又一个任务，学生学习过程中更多的是获得成功体验，这种基于迁移的成功驱动模式可以视为有效成功，即学生同时产生了表现上的成功和学习的发生。《繁花曲线——周而复始的循环》重视陷阱设计，借助陷阱让学生不断遭遇失败，进而从中学习，这种基于陷阱的失败驱动模式可以视为有效失败，即学生同时产生了表现上的失败和学习的发生。尽管基于陷阱的失败驱动、基于迁移的成功驱动看上去教学模式不同，教学活动设计的思路也不同，但追求的目标是一致的，都是促进学生学习的发生与思维的发展。

结合两个案例分析两种模式的设计，首先，在《碳中和：物联网的新机遇》中，学生能够顺利实现一次又一次的迁移，关键在于任务的相似性及关联性。如将生长灯的控制迁移至灌溉和风机的自动控制，两个任务的情境高度相似，学生容易根据这种相似的特征进行迁移。最后一次迁移，将数字植物园的物联网系统迁移到教室的节能减排控制，情境上虽有明显不同，抽象程度也有变化，但解决问题需要的方法没有变化，有了前面任务的铺垫，迁移的实现难度也不大。而且，虽然进行了几次迁移，但在迁移的性质上，正如前文分析，有低路迁移、高路迁移之分，因而任务的性质并不雷同，体现必要的层次性，从而促进学生的学习不断发生，理解逐步加深。其次，在《繁花曲线——周而复始的循环》中，由于学生对即将学习的新知（循环结构及相关语法）缺乏经验，甚至是有错误或片面的认知，通常称为前概念（或偏差认知），在这种情况下，教学中故意设置陷阱，让学生根据自己的前概念或已有知识储备来解决问题，导致失败（或方法失败，或结果失败）。失败的结果引发学生思考，也激发了学生学习新知的好奇心。每次失败都集中于一个问题（或循环结构，或格式问题），所以学生容易聚焦注意力，明确问题原因，进而形成正确的认识，实现对新知的学习。一般来说，学生都有前概念（偏差认知），因此教学中也常见教师通过教学策略设计，引发学生的认知冲突，实现概念转变，从而促进学习的发生。在这种教学模式中，虽然学生课堂上表现为失败，但通过分析之后，学生能够实现学习。因为遭遇失败，学生印象深刻，所以通过认知冲突引发学生概念转变的设计也常用于深度学习及高级思维的培养。所以，选择何种模式展开教学，需要分析学情，了解学生已有的学习经验和生活经验（既包括学科内经验，也包括跨学科经验），并与即将学习的新知比较。一般来说，若学生已有经验与新知基本一致，则教学中强调促进已知迁移，通过差异化情境下的应用，巩固所学;若学生已有认知与新知不一致，教学中利用偏差认知引发学生认知冲突。两种策略促使学生有不同的表现，知识迁移倾向成功，认知沖突趋向失败，但都能引导学习发生与思维发展。