以設計促學習

合理的教學設計，能有效幫助學生樹立課程理念，獲得知識技能，掌握方法步驟，使學生能將所學靈活運用于外部世界。通過設計來促進學習，必須明確任何對教學活動的設計都是為了學習者（學生）的學習來展開的，教學設計的核心是學生。筆者通過4MAT系統模式及Feden-Vogel模式設計高中信息技術案例的過程，探討如何通過教學各環節的設計來促進學生的有效學習。

● 基于4MAT系統模式案例設計

4MAT系統模式又稱為自然學習模式，它是由美國“學習公司”總裁麥卡錫博士在1979年創立的一個新型有效的學習框架。該模式將學習風格與腦科學研究結合起來，并根據人們感知和處理信息的方式，形成一種獨特的、順應個性學習需求的教學模式。圖1為學習者以4MAT學習的一個簡單實例。

第一階段，Johnny看到他的哥哥們是騎自行車去學校。他注意看他們是怎樣騎自行車的，騎自行車看上去很容易；第二階段，他請他的哥哥們（騎自行車的專家）展示他是怎樣騎自行車的；第三階段，Johnny騎上自行車，并嘗試騎行，他發現騎自行車并不像看上去那么容易；第四階段，他調整了自己，回過來再次嘗試騎自行車。在上述學習過程中，學習者的大腦經歷觀察反映、抽象假設、行動試驗、形成具體經驗四個階段，即4MAT模式的四個象限，整個學習過程組成一個循環圓圈。

4MAT模式以關注學習者為出發點，結合左右腦的不同特點，將教學分解為八個環節（如圖2所示），可較好地為學習者提供有意義的學習內容，學生有足夠的練習機會，且可“靈活調整”學習內容，并在這一過程中發掘所學在生活中的應用價值。高中信息技術課程內容大致可分為“動手做、如何做、為何做及做了何”四個方面，與4MAT模式四個象限的特點較切合。現以高中信息技術必修模塊中“信息的加工與表達——用智能工具處理信息”為主題，進行4MAT模式教學環節設計。

1.本課時教學目標。人工智能研究處于信息技術發展的前沿，它的研究、應用和發展在一定程度上決定著計算機技術的發展方向。高中人工智能課程目標的基本點定位在了解和體驗上，讓學生了解信息技術發展的前沿，體驗若干典型人工智能技術的應用，感受人工智能對學習和生活的影響，激發對信息技術未來的追求。

2.本課時教學任務。《信息加工與表達》課程標準對應要求：通過部分智能信息處理工具軟件的使用，體驗其基本工作過程，了解其實際應用價值。通過課堂討論、觀看媒體資料、網絡搜索、操作實踐、學習教材等手段，學生能夠：①了解人工智能技術的含義及智能工具的應用范圍；②列舉人工智能技術在社會、生活中的應用實例；③按功能對常見的智能應用進行分類；④在操作實踐活動中，了解智能工具的基本工作原理及其應用價值；⑤樹立辯證思想，客觀看待人工智能技術對社會的影響，培養正確的信息技術運用觀。

3.本課時教學內容：①人工智能、模式識別、自然語言理解、機器翻譯；②智能工具的應用范圍；③常見智能工具的操作（“小靈鼠”軟件、OCR軟件、在線翻譯軟件、機器人小I等）；④人工智能對人類生活、社會的影響及存在問題。

4.本課時教學安排見圖3。

①聯系，即讓學習者將學習內容與相關生活經驗建立聯系。設計活動來表明人工智能就在我們身邊以及它與信息技術學科前沿研究的聯系。活動內容：以小組為單位研討我們身邊的人工智能應用例子。通過討論，說明人工智能對人類生活、社會的影響。這個討論有助于讓學生將身邊的經驗與學習內容聯系起來。教師提供自主學習資源網站，引導并幫助學生聯系各人的經歷了解人工智能的應用范圍；通過讓學生觀看相關應用視頻，讓他們獲得直觀的感性認識。

②注意，即讓學生注意個人體驗以及與其他同學的經驗分享。分析經驗，小組討論并將經驗繪制成圖表。分小組分享經驗并用概念圖示描述人工智能的含義。

③想象，即在向學生傳授呈現概念時，讓學生先將自己的理解描述出來。整合經驗：在學習日記中描述人工智能對你及社會生活環境的影響。每個學生要在自己的日志中說明某一人工智能應用如何對個人生活和環境造成影響。

④告知，即由教師告知內行知識，學生接受內容并進行研究。學習內容：教師通過演示文稿介紹圖靈測試及人工智能小故事，幫助學生了解人工智能含義。教師帶領全班學生利用前面活動中獲得的信息，創建人工智能思維導圖，其中要包括人工智能含義、應用領域及它對人類社會產生的正面及負面影響。學生通過看視頻、聽講、課堂討論及小組研究等學習形式學習新知識。思維導圖會逐漸發展為一個動態的圖示。學生可隨時添加其他信息和實例。比如，隨著對人工智能技術的深入了解，其他內容也可以被添加到思維導圖中，在不斷形成的過程中，學生將學會如何有條理地收集信息。

⑤練習，即讓學生通過練習來學習，以達到對知識、技能的熟練掌握。實踐拼接活動：以“它”怎樣看、“它”如何懂兩組活動，制作設計新的思維導圖。歸納智能工具的工作原理和存在的不足。各小組通過實踐操作智能工具，分享有關知識和體驗，以思維導圖的形式描述模式識別及自然語言理解的工作原理并提出技術改進建議。教師在整個過程中對學生的表現給予反饋和建議。

⑥延伸，即是學生創新的開始，學生對所學的靈活調整，遷移運用。設計“人工智能會取代人類嗎”游戲中要用的問題。在課堂內外以學習小組的形式開展活動收集更多信息。每個小組根據他們了解的情況設計10個問題，在“人工智能會取代人類嗎”游戲中使用。比如，未來你心中的人工智能是什么樣、機器人具有真正的智能嗎、未來的智能工具將具備怎樣的功能，等等。

⑦提煉，即學生進行自我適應、調整、修改和評價其學習是否適當。學生復習課堂記錄、個人日志、實踐體驗、互聯網上學習到的內容等，小組完成研究報告，為最后階段做準備。

⑧展現，即讓學生表現自己。幫助學生將所學與更廣泛的知識聯系起來。設計一個總結主要觀點的演示文稿（用例子和視覺畫面對人工智能應用作出說明）。為學校設計一個普及人工智能知識的網站。撰寫一份“智能工具應用啟示”的研究的可行性報告，并設計完成一個未來智能工具或提出一個智能應用的想法。

● 基于Feden-Vogel教學模式的案例設計

普萊斯頓·D·費德恩，羅伯特·M·沃格爾結合信息加工論，在4MAT系統及教師實踐經驗的基礎上，提出了Feden-Vogel教學設計模式。該模式包含三個不同的工具：計劃組織圖、教學計劃模板、教案格式。其教學分五個步驟進行設計：步驟一，引起學生注意并激活先前知識；步驟二，教授陳述性知識，不僅包含課時內容，還應涉及一些核心概念等；步驟三，給學生提供足夠的時間和實踐機會，形成程序性知識；步驟四，讓學生運用所學知識解決不同問題，幫助他們以新的或不同的方式運用所學；步驟五，結束當前教學并啟發學生關注知識和連續性，過渡到下一教學主題。在Feden-Vogel模式中，是從步驟二開始教學設計（即在課程目標與學習標準中讓學生學習的陳述性知識），教學實施從步驟一開始。現仍以高中信息技術必修模塊中“信息加工與表達”為主題，進行Feden-Vogel模式教學設計，課時教學目標與上例同。

1.《用智能工具處理信息》Feden-Vogel計劃組織圖（見圖4）。

2.《用智能工具處理信息》Feden-Vogel教學五步驟設計。

步驟一，呈現先行組織圖，讓學生回顧先前的知識，提問前面幾類信息加工與表達的特征及應用價值。這個練習可以讓學生準備好學習下一個主題，即用智能工具處理信息。讓學生聯系和此問題相關的現實生活情境：如果你在寫一份研究報告時，需要一本資料書上的三頁內容，或者你想通過錄音將你說的話轉化成文字時，你將采用什么辦法來完成？向學生提出這個問題，讓他們設想解決的方案。通過這個問題可以將情境與新主題聯系在一起。為了幫助學生解決此問題，可展示觸屏手機手寫輸入信息的過程，讓學生上網搜索相關資料。同時為學生提供多種體驗工具軟件（“小靈鼠”軟件、OCR軟件，語音識別軟件等）。

步驟二，播放有關我們身邊人工智能應用的視頻，讓學生上網查找人工智能應用領域及實例。介紹圖靈測試，向學生提問，人工智能的含義是什么？學生建立人工智能概念圖，并添加智能應用領域及實例。

步驟三，將學生異質分組，提出小組體驗計劃。當學生制定好計劃后，就可以開始試著用智能處理工具（模式識別）進行操作實踐。等他們完成體驗后提問學生：識別的準確率高嗎？影響識別率高低的主客觀因素有哪些？接下來，引導學生思考分析模式識別工具處理信息的工作原理，引導他們針對體驗中存在的問題提出改進建議。在建立模式識別思維導圖過程中，通過提問學生生活中或未來還有哪些信息可以通過模式識別來處理，進一步加深學生對相關內容的了解。

步驟四，讓全班一起討論在進行模式識別智能工具體驗中的感受。教師使用提問策略來幫助他們進入下一人工智能應用領域：自然語言理解。比如，可以問學生是否能通過工具將一段中文詩詞翻譯成其他語言，或者和機器人聊天時應該怎樣設計智能處理工具。學生討論，形成小組設計報告，并通過上網查找出相關工具軟件名稱。學生選擇教師提供的工具軟件進行體驗操作，總結出其工作原理及存在的問題。

步驟五，師生共同完善先行組織圖。小組通過兩次體驗問題，設計有關人工智能未來應用的問題，交叉討論，形成小組觀點和多媒體報告。向學生提問：大量有規則的數據信息在計算機中是如何進行存儲和管理的？幫助學生注意到知識間相互貫通的性質，引出下一個主題。

4MAT系統模式及Feden-Vogel模式均具有明確的設計步驟，而且有較強的操作性。筆者在對兩種模式的課例設計過程中，充分體會到以學生學習為目標的教學設計，不僅要關注學生的個體性，更應注重發揮學生的主體性，這樣才能真正促進學生的學習。按照上述兩種模式進行的教學設計，能夠促使學習者在體驗中“感覺”、在概念化中“思考”、在思考中“觀察”和在行動中“具體去做”交互作用，從而實現有效學習。兩種模式的理念對我們適應變革，改善教學是有一定借鑒意義的。