朱彩蘭

● 案例分析

1.《碳中和：物聯(lián)網(wǎng)的新機遇》教學案例分析

縱觀教學過程，幾個任務設計能夠自然過渡，過程非常流暢，表現(xiàn)在：其一，從“碳中和”話題導入后，通過引導學生了解中國植樹造林方面的專業(yè)和能力，借助螞蟻森林的碳補償機制，自然轉(zhuǎn)至樹木種植管理技術(shù)，數(shù)字植物園順勢引出。從植物造林到數(shù)字植物園系統(tǒng)，從具體事物到其管理系統(tǒng)，銜接自然，符合學生認知規(guī)律;其二，通過數(shù)字植物園與普通植物園的區(qū)別，順利引出物聯(lián)網(wǎng)的概念及其架構(gòu)，屬于從“個”到“類”的歸納、提煉，學生理解了數(shù)字植物園，自然容易理解物聯(lián)網(wǎng)及其結(jié)構(gòu)，在認識實例（個案）基礎上再認識物聯(lián)網(wǎng)（類），降低了學生的認知負擔;其三，由手動控制引發(fā)的問題，自然過渡到自動控制，進而讓學生通過修改程序?qū)崿F(xiàn)自動控制的功能，幫助學生在原理上更好地理解自動控制;其四，由數(shù)字植物園的管理到教室節(jié)能系統(tǒng)，屬于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的遷移應用，也有助于培養(yǎng)學生“學以致用”的意識;其五，整個教學過程包括兩個部分——植樹造林與節(jié)能減排，通過數(shù)字植物園部分實現(xiàn)了兩者的自然過渡。

在主題選擇上，教材中是以圖書管理系統(tǒng)為實例引導學生學習基于物聯(lián)網(wǎng)的信息系統(tǒng)，教師改為“碳中和”，學生或許不理解這一名詞，但其所涉及的內(nèi)容，即教學設計中提及的節(jié)能減排與植樹造林，卻是學生了解或者需要了解甚至熟知的。以“碳中和”創(chuàng)設主題情境，體現(xiàn)出該教學設計在立意層面的與眾不同。基礎教育階段的課程教學都需要承擔情感態(tài)度與價值觀的培養(yǎng)，既包括學科相關(guān)的情感態(tài)度與價值觀，也包括普適意義層面的情感態(tài)度與價值觀，而后者又需要與學科內(nèi)容教學建立緊密的聯(lián)系，才能使教學自然開展。在這一點上，該教學設計為我們提供了一種值得借鑒的嘗試，也體現(xiàn)出對立德樹人這一目標的關(guān)注。

在局部環(huán)節(jié)上，針對數(shù)字植物園部分的教學，由身臨現(xiàn)場的教師對數(shù)字植物園的情況進行介紹，引導學生查看相關(guān)網(wǎng)站的實時數(shù)據(jù)，并讓學生嘗試遠程控制，在這種雙師課堂中，現(xiàn)場教師以專家身份出現(xiàn)，體現(xiàn)其權(quán)威性，有助于學生增強數(shù)字植物園的真實感。這種局部的雙師課堂作為一種嘗試，可以根據(jù)需要靈活使用。

在支架設計上，其一借助表格，幫助學生進一步熟悉物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，即感知層、網(wǎng)絡層、應用層，明確各層相應的設備及技術(shù)，通過應用層的控制方式與控制條件，引發(fā)學生對手動、自動控制的注意。其二對比的應用。普通植物園與數(shù)字植物園的對比，目的是通過兩者的不同自然引出物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。數(shù)字植物園中手動控制與自動控制的對比，表現(xiàn)于表格中控制條件的數(shù)據(jù)變化情況，而內(nèi)在原因則在于不同程序的對比。其三，通過程序的局部調(diào)整，實現(xiàn)手動控制到自動控制的轉(zhuǎn)變。程序只是修改局部，且教師有相應的示范引導，降低了難度。

審視教學模式，本案例充分利用了遷移，表現(xiàn)在以下幾個方面：

其一，數(shù)字植物園由手動控制改自動控制部分，教師示范了生長燈的自動控制修改，引導學生嘗試修改灌溉和風機的自動控制，這樣，學生需要理解生長燈的修改，借鑒思路和方法修改灌溉和風機的自動控制，而不是簡單的復制或照抄代碼。這種思路有助于促進學生將所學遷移，而且是當堂即時遷移。在遷移性質(zhì)上，將生長燈控制遷移至灌溉和風機的自動控制，不需要較多的反省性思維發(fā)生，所以遷移屬于低路遷移。

其二，由數(shù)字植物園的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對生長燈和風扇的控制，延伸到教室的燈和風扇的控制，任務性質(zhì)相似，只是應用場景不同，學生容易將所學遷移。在操作上，也不需要重新建構(gòu)，只需修改數(shù)字植物園的系統(tǒng)流程圖，在控制條件上增加人體感應的必要條件，使之成為教室節(jié)能減排的控制系統(tǒng)，因此操作上依然是局部調(diào)整，有效降低難度。這里的設計依然是促進學生將所學當堂即時遷移，而且遷移性質(zhì)上，也更傾向于低路遷移。

其三，在課堂總結(jié)部分，當學生能夠?qū)崿F(xiàn)從數(shù)字植物園的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)遷移到教室的節(jié)能減排控制時，學生對這一“類”問題就形成了解決思路，在此基礎上，可以聯(lián)想更多的用途，也就是教學案例中指出的社區(qū)節(jié)能減排，應用場景再次發(fā)生變化，幫助學生在以后的學習或生活中，實現(xiàn)延時遷移。在延時遷移中，需要學生有意識地將先前習得的抽象知識應用于新的情境，所以這里的遷移更傾向于高路遷移。

綜上所述，當堂即時遷移及延時遷移、低路遷移與高路遷移能夠被全面關(guān)注，凸顯遷移的目標追求。

2.《繁花曲線——周而復始的循環(huán)》教學案例分析

該案例設計了三個任務，即簡單繁花曲線的解構(gòu)、簡單繁花曲線的重構(gòu)、更多繁花曲線的解構(gòu)與重構(gòu)，三個任務定位清晰，層層遞進，引導學生逐步學習循環(huán)結(jié)構(gòu)及循環(huán)結(jié)構(gòu)的嵌套，在此基礎上發(fā)揮想象力進行創(chuàng)新。

三個任務實現(xiàn)了兩次解構(gòu)與重構(gòu)，通過解構(gòu)幫助學生發(fā)現(xiàn)繁花曲線的基本圖形并編程實現(xiàn)，通過重構(gòu)促進學生實現(xiàn)利用簡單圖形創(chuàng)作。在反復的解構(gòu)與重構(gòu)中引導學生體會編程的藝術(shù)之美，但對學生基礎又沒有過高的要求，通過循環(huán)的方式即可形成具有藝術(shù)之美的圖形，簡單高效，沒有刻意增加學生認知負擔。

縱觀整個教學過程，學生遭遇了三次失?。?/p>

第一次，在“簡單繁花曲線的解構(gòu)”任務中，學生利用重復輸入相同指令的方式畫出正方形，結(jié)果是準確的，但代碼不夠簡潔，方法不夠高效。教師適時引入循環(huán)結(jié)構(gòu)，利用循環(huán)結(jié)構(gòu)可以簡化代碼，高效地完成正方形。在學生了解循環(huán)結(jié)構(gòu)的特點及優(yōu)勢之后，通過“簡單繁花曲線的重構(gòu)”，對循環(huán)結(jié)構(gòu)再次應用，加深理解。這次的失敗是方法層面的，因結(jié)果無誤，所以是隱性的失敗。

第二次，關(guān)于range（）函數(shù)的應用，由于學生對函數(shù)的參數(shù)理解不到位，設置不當，導致無法成功輸出2到10之間的偶數(shù)。這里的失敗屬于語法格式層面，導致結(jié)果有誤。

第三次，在“用循環(huán)嵌套完成簡單繁花曲線的重構(gòu)”任務中，學生再次遇到失敗，這次的失敗也屬于格式層面，即“python中相同邏輯層需要保持相同的縮進”，格式應用有誤導致編程結(jié)果失敗。實際上編程學習中學生經(jīng)常會出現(xiàn)格式方面的問題，如全角半角混亂、單雙引號混用、代碼無縮進等，這些都需要學生熟練掌握后才能逐一解決。編程學習過程中的糾錯環(huán)節(jié)也都是為了解決類似問題。

● 教學模式討論

新加坡學者卡普爾（Manu Kapur）根據(jù)學習者課堂表現(xiàn)及學習的發(fā)生建立了一個四象限的坐標體系，如上頁圖所示。

由圖可知，只要學習發(fā)生，無論學生課堂表現(xiàn)成功與否，都是有效的。因此，為了促進學習真實發(fā)生，可以設計教學促進學生有效失敗或有效成功。以此審視，兩個案例分別對應其中一種，《碳中和：物聯(lián)網(wǎng)的新機遇》重視遷移，通過遷移促進學生成功完成一個又一個任務，學生學習過程中更多的是獲得成功體驗，這種基于遷移的成功驅(qū)動模式可以視為有效成功，即學生同時產(chǎn)生了表現(xiàn)上的成功和學習的發(fā)生。《繁花曲線——周而復始的循環(huán)》重視陷阱設計，借助陷阱讓學生不斷遭遇失敗，進而從中學習，這種基于陷阱的失敗驅(qū)動模式可以視為有效失敗，即學生同時產(chǎn)生了表現(xiàn)上的失敗和學習的發(fā)生。盡管基于陷阱的失敗驅(qū)動、基于遷移的成功驅(qū)動看上去教學模式不同，教學活動設計的思路也不同，但追求的目標是一致的，都是促進學生學習的發(fā)生與思維的發(fā)展。

結(jié)合兩個案例分析兩種模式的設計，首先，在《碳中和：物聯(lián)網(wǎng)的新機遇》中，學生能夠順利實現(xiàn)一次又一次的遷移，關(guān)鍵在于任務的相似性及關(guān)聯(lián)性。如將生長燈的控制遷移至灌溉和風機的自動控制，兩個任務的情境高度相似，學生容易根據(jù)這種相似的特征進行遷移。最后一次遷移，將數(shù)字植物園的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)遷移到教室的節(jié)能減排控制，情境上雖有明顯不同，抽象程度也有變化，但解決問題需要的方法沒有變化，有了前面任務的鋪墊，遷移的實現(xiàn)難度也不大。而且，雖然進行了幾次遷移，但在遷移的性質(zhì)上，正如前文分析，有低路遷移、高路遷移之分，因而任務的性質(zhì)并不雷同，體現(xiàn)必要的層次性，從而促進學生的學習不斷發(fā)生，理解逐步加深。其次，在《繁花曲線——周而復始的循環(huán)》中，由于學生對即將學習的新知（循環(huán)結(jié)構(gòu)及相關(guān)語法）缺乏經(jīng)驗，甚至是有錯誤或片面的認知，通常稱為前概念（或偏差認知），在這種情況下，教學中故意設置陷阱，讓學生根據(jù)自己的前概念或已有知識儲備來解決問題，導致失敗（或方法失敗，或結(jié)果失敗）。失敗的結(jié)果引發(fā)學生思考，也激發(fā)了學生學習新知的好奇心。每次失敗都集中于一個問題（或循環(huán)結(jié)構(gòu)，或格式問題），所以學生容易聚焦注意力，明確問題原因，進而形成正確的認識，實現(xiàn)對新知的學習。一般來說，學生都有前概念（偏差認知），因此教學中也常見教師通過教學策略設計，引發(fā)學生的認知沖突，實現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變，從而促進學習的發(fā)生。在這種教學模式中，雖然學生課堂上表現(xiàn)為失敗，但通過分析之后，學生能夠?qū)崿F(xiàn)學習。因為遭遇失敗，學生印象深刻，所以通過認知沖突引發(fā)學生概念轉(zhuǎn)變的設計也常用于深度學習及高級思維的培養(yǎng)。所以，選擇何種模式展開教學，需要分析學情，了解學生已有的學習經(jīng)驗和生活經(jīng)驗（既包括學科內(nèi)經(jīng)驗，也包括跨學科經(jīng)驗），并與即將學習的新知比較。一般來說，若學生已有經(jīng)驗與新知基本一致，則教學中強調(diào)促進已知遷移，通過差異化情境下的應用，鞏固所學;若學生已有認知與新知不一致，教學中利用偏差認知引發(fā)學生認知沖突。兩種策略促使學生有不同的表現(xiàn)，知識遷移傾向成功，認知沖突趨向失敗，但都能引導學習發(fā)生與思維發(fā)展。