四要素教學設計（4C/ID）模式述評

向佐軍

（1.杭州外國語學校，浙江 杭州310023；2.浙江大學 教育學院，浙江 杭州310023）

一、4C/ID模式概述

荷蘭教育技術專家杰羅姆·范·梅里恩伯爾（Jeroen van Merri?nboer）從20世紀80年代開始專注于教育技術與教學設計領域，他的博士論文項目是關于計算機導論課程設計。他開發了一種名為“整體策略”的教學設計方式，這種教學策略奠定了四要素教學設計模式（4C/ID－model）的基礎，從四個相互關聯的要素——學習任務（如計算好的案例，整體的任務以及一些常規問題）、支持信息、程序信息、部分任務練習，構建了四要素教學設計的基礎。該模式在1992年的一篇論文中首次發表，［1］（P23～43）全面的論述是在1997年的一本獲獎專著《訓練復雜認知技能》中。［2］該模式的最新論述出現在《復雜學習的十個步驟》（亦譯作《綜合學習設計》）中。［3］現在，美國、歐洲、亞洲、澳大利亞等很多國家的教學設計項目教學中都教授4C/ID模式，并廣泛應用于教學實踐（如在商業、工業以及職業或者專業訓練中）。

在《訓練復雜技能》一書中，范·梅里恩伯爾教授首先明確了4C/ID模式的定位。一些學者（Andrews and Goodson 1980，Edmonds，Branch，and Mukherjee 1994）通過對教學設計主流模式進行分析，在提出的框架中教學設計存在六個維度。通過這個框架可以用來定位4C/ID模式在教學設計領域中的位置。范·梅里恩伯爾認為，系統教學設計有更為寬廣的范圍，一般來說主要有以下方面：分析、設計、制作、實施與傳播以及總結性評價。系統教學設計的各個方面可以以一種線性順序呈現，但實際上在運行的過程中，大多不以線性的順序，多數都是相互緊密聯系的，以迭代或者是循環的方式運行。4C/ID模式是一種教學設計模式，而不是一個教學系統設計模式。但他同時認為，4C/ID模式在實施的過程中應該聯系教學系統設計模式，如教學需求評估、教學需求分析、教學資料的制作、教學實施、傳播以及總結性評價等方面。4C/ID模式關注一種專業的教學生態，是為了訓練復雜認知技能，發展技術訓練項目。關于課程的類別，可以從三個層面進行區分：宏觀層面、中觀層面和微觀層面。4C/ID模式涉及到課程的三個層面，從課程整體的設計到具體的課的模型設計。另外，還必須注意的是，有些復雜認知技能可能需要幾百小時的訓練才能達到可接受的熟練程度。

范·梅里恩伯爾認為4C/ID模式與以下三個維度的多方面具有內在的一致性。首先，從程序性和陳述性學習方面來看，僅程序性學習或者陳述性學習本身并不足以來設計有效的復雜認知技能的教學。根據定義，復雜認知技能由很多高度相關聯的成分技能組成。這些成分技能有的是一些熟知的程序，另外需要較好地理解主題范圍內的內容，然后用相關能力去解決該領域內的問題。所以，4C/ID并不單是只針對程序性或者陳述性學習，而是二者兼有。從分析性和經驗性方法維度來看，范·梅里恩伯爾認為4C/ID模式處于這兩種維度的中間。分析性方法基于這樣的假設，即可以事先設計好存在問題的解決方法；而經驗性方法認為，教學系統是基于人的系統，是一個軟系統，這個系統不能用傳統意義的設計來解決。由于教學系統生態的唯一性，所以不存在一個設計好的解決辦法。4C/ID模式既采用分析的系統方法，又參考經驗性的方法。4C/ID模式中，各個部分在設計的過程中，會較頻繁出現迭代的情況，也會出現之字形設計。關于描述性和規定性的教學設計方面，4C/ID模式即包含描述性因素也包含規定性因素。4C/ID模式既關注不同學習環境方面，如學習過程、學習結果等之間的描述性聯系，也關注分析復雜技能的方法與技巧。

總之，4C/ID模式指向的是產業、職業的培訓環境，而不是專業教育的環境，其主要關注從課程到具體的課型的設計，而不是制度性課程的設計。另外，該模式在程序性學習和陳述性學習、分析性方法和實踐性方法、描述性模式和規定性模式方面具有內在的一致性，即同時具有這兩方面的特征。

二、4C/ID模式的理論評析

1.訓練復雜認知技能

《訓練復雜認知技能》一書開篇就提到，當今社會是一個科技飛速發展的社會，越來越多的常規工作都是由機器來完成。導致在工業和職業領域，需要人來完成的復雜認知任務就變得越來越重要。［2］（P1）4C/ID模式的提出就是為了解決當前如何訓練復雜技能的問題，特別是基于理論與應用之間的指引或者模式的研究中還不深入的問題。

什么是復雜認知技能？邱飛岳教授等的研究中對三大學習理論關于復雜學習的解釋作了梳理（如表1）。

表1 三大學習理論對復雜學習的解釋［4］

范·梅里恩伯爾在搭建4C/ID模式的理論框架的過程中，對于復雜認知技能作了限定。在《訓練復雜認知技能》一書中，他將復雜認知技能界定為：復雜，表明由一組成分技能組成，至少有部分技能是包含于意識加工過程的；認知，表明大多數成分技能是在認知領域，而不是情感或者動作領域。基于這樣的定義，很明顯單一的技能，如做一些算術加法、物品分類或者打字等不能認為是復雜認知技能。另外，人際和社會交往技能以及復雜動作技能，如踢足球或者彈鋼琴都不屬于復雜認知技能。其他技能，如經濟學技能或者語言技能肯定是復雜技能的例子。［2］（P20）

范·梅里恩伯爾在1992年的論文《訓練反思性專業技能：培訓復雜認知技能的四成分教學設計模式》中首次提出4C/ID模式，在文中，主要是闡述了該模式的基本特點。他認為，在分析階段，每一種技能被分成一組是重復性技能，重復性技能在不同的情況下保持高度的一致；另外一組是非重復性技能，非重復性技能被要求在不同的情形下有多變的表現。在設計階段，每一個成分都會選擇相應的教學策略。與第一、第二成分相關的設計主要是規則自動化或者是圖式的獲得的練習和條件的設計。與第三、第四成分相關的設計主要是信息呈現的設計。這種模式的基本假設是通過應用該模式培養反思性專業技能，并且增強知識的遷移能力。

2.面向整體任務

當前教學設計領域面臨的基本問題是在教育和培訓中，難以實現學習的遷移。學習者需要通過課程方案掌握職業勝任力或者綜合認知能力，并將它們遷移到愈發豐富多彩的真實世界的情景中去。而4C/ID模式認為教學設計要實現這一目標必須采用整體化方法。整體化設計方法與原子化設計方法相對。在原子化方法中，復雜的內容和任務被逐級分解還原為較簡單或較小的元素，例如事實和簡單技能。這種分解一直進行下去，直到得到的元素可以通過呈現或練習傳遞給學習者。盡管在元素間相互作用不明顯時，這一方法可能很管用，但是當出現元素間聯系緊密、互動頻繁的情況時，還原式教學設計方法就會失效。因為在這種情況下，整體是大于部分之和的，而這恰恰就是整體化方法的基礎。整體化設計方法力圖應對這種復雜性，既能顧及相對獨立的各個組成部分，又不會忽略組成部分之間的相互聯系。采用整體化設計方法可以解決教育領域中三種痼疾，即分割化、碎片化和遷移悖論。

4C/ID模式的中心問題是設計整體任務練習。在設計過程中，學習者所面臨的具體情境按案例的微觀層面而排序。基本的一點就是學習者在完成整體任務時最初需要幫助，而后隨著他們專業知識的增加，這種幫助逐漸減少。這一過程也就是由扶到放的過程。它主要是問題解決的幫助，即有助于完成任務的系統化解決問題的方法和啟發法的幫助。設計整體任務練習為培訓計劃提供了基本的藍圖。如果這些組成技能有助于改進最終的業績表現，那么選擇重復性組成技能的部分任務練習可能與這一藍圖有關。部分任務練習過程中的“由扶到放”主要是指程序支持，即描述正確完成任務的程序或規則的幫助。整體任務練習旨在獲得和建構有助于完成非重復性組成技能的認知圖式。這一圖式可能有利于在新的、不相似的問題情境中產生相應的行為。

基于真實生活任務的、旨在發展職業能力的整體任務應以綜合的方式呈現。整體設計方法不是把學習任務分為傳統的陳述性學習、程序性學習和情感的學習，而是用專門知識、復雜技能、能力等詞匯來涵蓋知識、技能和態度。從重視知識、技能和態度向重視專業技能和復雜技能的轉變對設計教學有重要的意義。首先，整體教學設計模式需要對最終要達到的水平進行描述，同時要避免對不同學習領域的劃分。其次，學習者必須面對的學習活動要能促使他們形成綜合的知識基礎，而不是彼此分離的知識、技能和態度。

整體任務的缺點之一就是它是一項耗時的任務。整體任務的另一個缺點就是它可能有礙產生創造性的解決問題的辦法。因此要通過設計來解決這些問題。

3.關注認知負荷

整體任務的缺點就是耗時，那么有可能學習復雜認知技能的業績表現受人類思維加工能力的限制。通過基于認知負荷理論的4C/ID模式的產生即為了克服這些限制。4C/ID模式是分析復雜認知技能和培訓設計的一般方法，即達到遷移的目標和反思技能，可以按照設計教學的認知負荷理論來作說明。這一理論提供了怎樣以系統的方法設計培訓來克服認知負荷的限制。

在范·梅里恩伯爾與斯維勒（Sweller）的一篇合作文章《認知結構與教學設計》中，首先明確了認知負荷理論是用來指導幫助信息的呈現，用一種以活躍學習者思維活動的方式來達到優化智力表現的目的。在《訓練復雜認知技能》一書中，提出怎樣以系統的方法設計培訓來克服認知負荷的限制，有三個基本的要素是：防止認知超負，重新引導，減少認知負荷。［2］（P70）

在復雜認知技能的分析階段，他建議以分解整體技能為組成技能開始。這一分解針對宏觀層面的技能。此外，進一步分析組成技能和中觀層面的知識技能。宏觀和中觀排序技術可以防止培訓期間的認知超負，因為每類技能和案例是從簡單到復雜進行排序的。

分析重復性組成技能和非重復性技能也要考慮在教學階段選擇教學策略，那些策略必須進一步控制學習者的認知負荷。為了達到這一點，開發培訓策略主要便于規則自動化和基于重復性組成技能的程序重疊的遷移，圖式獲得和基于這些非重復性組成技能的圖式的遷移。按照圖式獲得和圖式遷移，設計整體任務練習成為培訓策略的重點。它主要按非重復性組成技能的分析結果而建構，其旨在對具體領域的一般的理解。啟發法和系統問題的方法在這一領域是有用的。按照理解性假設，這提供了表現非重復性組成技能，并評估和反思通過自動化程序而概括的解決方法的基礎。通過從與學習無關的認知過程到與學習有關的過程而重新引導學習者，從而控制認知負荷。通過提供問題解決支持，使用具體問題格式，或重新搭建引導支架，使學習者從具體例子中歸納圖式。此外，以哪種方式所提供的有助于表現整體任務的信息在練習中是容易恢復的，可得到的和有效的。

按規則自動化和基于程序的遷移，需要設計其他的部分任務練習，這是整體任務中培訓重復性組成技能“額外的”部分。它基于重復性組成技能的分析結果旨在完成整體技能的組成技能的完全自動化，因此大大地減少了認知負荷。重復性組成技能的其他練習使得整體任務練習更為流暢主要有兩個原因：一是因為大量培訓的重復性技能會表現得更快；二是因為有更多的加工資源用于完成非重復性組成技能。提供大量的操練和練習是減少認知負荷的最一般的教學策略。此外，表現重復性組成技能的前提性信息是“即時的”，因此減少了完成重復性技能或整體任務表現有關的認知負荷。

總之，認知負荷理論提供了一般的框架，說明了如何以系統的方法設計培訓可以克服學習和表現的認知負荷限制，從而進一步優化教學設計，提升學習者業績表現。

三、復雜學習相關理論分析

當前的教學設計理論中旨在促進復雜學習的都秉持以下基本原則，提供真實任務、運用整體任務模式、由簡到繁的任務排序、還有一些形式的支持信息等原則。這些原則將用當前在信息技術領域流行的三種教學設計理論來進行說明。它們是精細設計理論（Reigeluth，C.M.，1999）；首要教學原理（Merrill，2002）；四要素教學設計模式（Jeroen van Merri?nboer，J.＆ Kirschner，P.A.，2007）。

面向復雜任務的教學設計理論領域的一個基本原則就是提供學習者真實的任務。真實任務就是跟真實世界有緊密的關聯，而且在真實世界中，有其功用，然后以課程的形式將這些任務整合起來，并有一定水平的復雜性，要求學生去選擇合適的難度。喬納森（1992）基于設計教學的目的，真實任務要求學習者解決復雜的真實世界的問題。

基本的假設是這樣的，該任務幫助學習者整合有效任務表現中的知識、技能、態度，給他們機會去學習、去協調組成技能，以完成復雜任務表現。最后，使得學習者能夠遷移到他們的日常生活或者是工作環境中。這種聚焦真實、整體任務的教學在實用性教學方法中有基于項目的學習、案例方法、基于問題的學習、基于能力的學習；在理論模式上有Collins，Brown和Newman（1989）的認知學徒理論、喬納森（1999）的建構學習環境理論、Nelson（1999）的合作問題解決理論、Schank，Berman和 Macperson（1999）目標方案理論（Jeroen van Merri?nboer，et al.2003）。

梅里爾也指出，以問題為中心的學習，在很多教學模式中都有很好的呈現，主要包括，Collins，Brown和Newman（1989）的認知學徒；Schank，Berman和 Macperson（1999）目標方案理論；喬納森（1999）的建構學習環境理論；Savery和Duffey（1995）的基于問題的學習；Clark和Blake（1997）的新奇問題解決和Jeroen van Merri?nboer（1997）的4C/ID模式中的整體任務練習。梅里爾的“教學的首要原則”是一種基于學習者解決問題的教學設計理論。梅里爾指出，學習任務應該是那些學習者在真實世界中將會面對的（教學任務應該真實）。他強調教學的首要法則是分析了很多的設計理論和模式，并定義“原則”是一種關系，且在一定條件下通常都是正確的，不管具體的項目和實踐。梅里爾的五條原則中的首條原則是“當學習者在解決真實世界中的問題時，學習將被促進”。另外四條原則是：激活舊知；技能示范；技能運用；在真實世界中整合這些技能。

Jeroen van Merri?nboer和Kirschner（2007）的四要素教學設計模式是另外一種教學設計理論中較為流行的源于運用真實任務的模式。他們提出模擬任務環境必須允許真實任務表現，并且真實任務要從訓練項目開始時就提供。他們認為，真實生活中的問題是非良構的，非良構的問題通常沒有正確答案，但是有一些可能的答案。Jeroen van Merri?nboer和Kirschner強調真實的學習任務可以通過真實環境或者通過模擬環境練習。他們認為，模擬環境在以下條件下具有優勢：（1）任務在真實生活中難以提供；（2）需要提供的支持在真實生活中難以或者是不可能提供；（3）任務可能導致危及生命；（4）任務可能導致資源使用的低效；（5）真實世界任務可能導致一定水平的細節或者壓力對學習形成干擾。他們還指出，運用模擬任務環境提供一個安全可控的環境通常是有效的，通過很好設計的練習，學習者可以發展和提高技能水平。另外，模擬也可以在成本控制上比真實生活中的任務更有效，因為可以通過壓縮時間和空間來節約大量資源，在一個相對短的時間內，提供學習者很多的一系列不同位置的試驗。還有，模擬可以提供實驗性的學習環境，學習者可以使用試錯的方式來盡量減少失敗的后果。

總之，在促進復雜學習中，提供真實的、基于問題的任務被認為是非常重要的。另外，基于上述原因，認為提供一個模擬真實的環境比真實的環境本身更適合復雜學習。

四、運用4C/ID的實踐研究分析

1999年，荷蘭開放大學、挪威伯根大學和荷蘭國家宇航實驗室的多位研究專家開發的著名項目ADAPT－IT（Advanced Design Approach for Personalized Training Interactive Tools，先進的培訓互動工具設計方法），他們在該項目中依據4C/ID模型為設計者設計了一套軟件支持系統，優化了飛行員、信息和通信技術員以及銷售人員的先進技能培訓，該模型的適用性得到了肯定的評價。［5］（P89～120）Lim，J.，Reiser，R.，＆Olina，Z.（2009）等人通過運用4C/ID模型對教師進行培訓，研究結果發現這些教師比其他教師開發出了更好的教學設計，同時還證明了該教學設計模型有優于其他設計模型的優勢。［6］（P61～77）

近年來，國內已經有部分研究者開始對4C/ID模式在中國的運用進行理論分析或者實踐研究。范文靜運用4C/ID模式指導師范生教育實踐模式設計，通過實踐研究取得了一定的研究成果，也通過分析指出，4C/ID模式在技能訓練領域有其較大的積極意義，在能力訓練、創新實踐、內隱性學習等方面如何控制，需要深入分析。［7］劉麗麗以“能使用攝像機正確完成一定主題要求的拍攝”這一任務為主題，嚴格按照“復雜學習的10個步驟”進行教學設計。［8］錢瑞河在《面向復雜學習的高中化學教學設計》中，通過分析構建了基于4C/ID的復雜學習教學模式，并進行教學實踐，取得了積極的成果。［9］

五、結論

通過對相關研究進行梳理和分析，可知4C/ID模式融合了當代教學設計領域中的核心原則：創建真實環境、聚焦整體任務、由簡到繁地進行任務排序、還有提供一些形式的支持信息等。運用4C/ID模式及其10個步驟的操作模式，能夠提高教學設計與開發實施的效率、效果。另外，雖然4C/ID模式在國外技能培訓、職業培訓等方面取得了成功，但國內相關方向的研究還處在介紹、分析階段，對該理論模式在中學階段的運用，還需要深入研究。

［1］ Van Merri?nboer，J.，Jelsma，O.，＆Paas，F.（1992）.Training for reflective expertise：A four－component instructional design model for complex cognitive skills［J］.Educational Technology Research and Development，40（2）.

［2］ Van Merri?nboer，J.（1997）.Training complex cognitive skills：A four－component instructional design model for technical training［M］.Englewood Cliffs，NJ：Educational Technology Publications.

［3］ Van Merri?nboer，J.＆ Kirschner，P.A.（2013）.Ten steps to complex learning（second edition）［M］.New York：Routlege.

［4］ 邱飛岳，劉朋飛，王麗萍，謝雨晨.基于4C/ID模式的復雜學習支持平臺構架探究［J］.電化教育研究，2012，（4）.

［5］ Jelsma，O.，van Merri?nboer，J.J.G.，＆ Bijlstra，J.P.（1990）.The ADAPT design model：Towards instructional control of transfer.Instructional Science.

［6］ Lim，J.，Reiser，R.，＆Olina，Z.（2009）.The effects of part－task and whole－task instructional approaches on acquisition and transfer of a complex cognitive skill.Educational Technology Research ＆ Development，57（1）.

［7］ 范文靜.技術支持的以4C/ID模型為基礎的師范生教育實踐模式研究［D］.上海：上海師范大學碩士學位論文，2010.

［8］ 劉麗麗.面向復雜學習的整體任務設計研究［D］.揚州：揚州大學碩士學位論文，2011.

［9］ 錢瑞河.面向復雜學習的高中化學教學設計［D］.濟南：山東師范大學碩士學位論文，2011.

［10］［荷蘭］杰羅姆·范梅里恩伯爾，保羅·基爾希納著，盛群力等譯.綜合學習設計［M］.福州：福建教育出版社，2012.