信息科技教学中集群式学习模型的实践研究

王蕾 江苏省南京市鼓楼区教师发展中心

教学现场

义务教育新课标落地后，有关信息科技学习模式主题的教研活动在各地蓬勃开展起来。在如此林林总总的群体性学科活动中，有教师提出困惑：什么才是信息科技项目课程的典型特征？信息科技学习模型如何构建？班级授课中的课程，究竟该如何实施？

问题分析

信息科技需要学科整体构建项目，融合了多项基础学科的内容。其典型的学习设计思路需要采用多种适宜的形式，其中之一是，通过选定一定的主题，据此展开集群式学习设计和活动实践，最终完成既定主题的认知任务。

●集群式学习模型的理论界定与特征分析

集群式模型是结合我国义务教育阶段的情况，借鉴国外基础教育模型，根据基础教育改革的趋向和教育内在规律，研究开发出来的一种基础教育课程模型。它的显著特点是把课程结构分为既互相关联又互相区别的两个阶段，即“宽基础”阶段和“活模块”阶段。“宽基础”阶段课程内容并不针对某一特定的模块，而是以项目式为引领，形成一定的知识图谱，提供给学生必要的认知地图和知识概要；“活模块”对标各具体的年段目标模块，与具体的认知内容相契合，形成可执行、能落实的课堂学习模型。

学习模型的选择建立在广泛的实证研究基础之上，每一个阶段均与学习过程的基本类型以及相应的教学方法紧密联系在一起。常见的学习模型的特征包括：更关注指向能力发展的学习任务，而基于问题的学习更重视知识的获取；提供更多种类的学习任务，包括问题生成、项目设置、案例分析、专业实践等；更重视任务“由易到难”的排序和“从扶到放”的教师指导。

●信息科技项目中教学的现状与困境

在信息科技教学设计课教学中，集群式学习模型是当代教学设计理论转型成功的标志性成果。借鉴集群式学习模型的理论精髓，对以往信息科技项目中的教学，习以为常的定位为技术教育。改进后的学习设计，需要教师对基础学科的教学思路与策略进行反思，在目标指导下开展理论阐释和专项操练，形成面向真实任务、知行合一、扶放有度的学习设计能力培养新方式。

受到教学环境的限制及传统学科负迁移的影响，部分教师的学习设计仍沿用常规的普通学科的方式：借鉴数学学科，注重理性概念，而忽视感性构建；参照科学类学科，强调作品原理，缺乏算法渗透；反观信息类学科，重视程序搭建，缺乏实物输出等。信息科技项目教学处于新名词承载旧面孔的尴尬状态。在理想的信息科技项目中，学生有一定的认知需要，如实现想法、数字阅读等功能。集群式学习模型可以满足学生的要求，帮助其提升认知层次，保障认知效能。

随着“互联网+”的深度融合，在构建以学习者为中心的信息科技教学中，应为师生构建沟通平台和学习支架工具、学习脚手架，让学生参与体验式的自主、互动、探究的集群式学习模型。

●集群式学习模型的教学模型实践路径

集群式学习模型从低层次的“薄基础—弱互动”学习模型向高层次的“厚基础—强互动”学习模型演进，集群的空间形态相应地呈现出从分散化学习系统到成熟态认知集群的发展。但由于学习集群各自特点不同，其学习模型的演进路径也不相同，而且也不存在最优路径选择，一般从分散化学习系统到成熟态认知集群演进，有三种路径可供选择。

路径一：确定学习地图集群

学习地图指集群学习模式在演进过程中，首先加强知识持续性静态积累，通过建立和完善知识累积的渠道和相应的激励机制，强化集群内部知识仓库和知识基础，使得集群空间形态从分散化学习系统向静态效率认知集群发展，也就是路径地图。但是，向成熟态认知集群发展，还需要加强集群动态学习互动的程度，即通过学习地图路径加强集群成员间学习互动和知识要素流动，如项目目标的本地流动、伙伴间沟通渠道建立、合作意识和协同创新精神的培育，从而强化学习群体间知识互动紧密度，如学习群体本地网络建设，促进认知集群向成熟态认知集群发展，从而实现集群内部集体效率和创新绩效的提高。因此，依循“学习地图”路径的集群学习模式演进可称为先基础后互动的学习模式。

（1）原设计

“春节烟花秀”是信息科技课程的传统主题项目，在常规的教学过程中，一般沿用“数字电路原理说明→典型电路观察→练习搭建数字电路→作品发布→评价与调整”的流程，其科学学科的特征较为明显，关注串联电路的原理介绍，将能否点亮电路作为评价标准。但是，深思其中的学习过程，学生只进行了电路知识的简单学习，并未成为一个完整意义上的信息科技项目。

（2）思考焦点

在以上的设计中，传统学科的痕迹明显，信息科技项目课程的因素不足。学生缺乏必要的认知定向。换而言之，学生是为学习电路而搭建，并非为搭建作品而学习电路。因此，此种传统的学习方式缺少活动定向环节，学习过程不自主，目的模糊。

（3）改进型设计

在基于集群式学习模型的实践中，“春节烟花秀”项目建议设计如下。

导入部分：视频展示春节期间的夫子庙传统灯展盛况，让学生感受灯光装饰下的效果。

引发思考：如何能构建具有个性化的模拟烟花秀作品？

学生活动：分小组合作，提出创作思路。预设1：喜庆吉祥兔。预设2：无恙平安兔。预设3：欢乐盛世兔。预设N：……

提出主题：以小组为单位，确定主题，绘制主题知识地图。

小组分工：成员定位，确定各自在组内的身份和任务。

学习定向：分解认知内容，找出具体学习点（基础电路知识、数字按键、串联电路等）。

活动实施：根据自身需求，实施学习行为。

交流评价：各小组交流活动成果，对照任务目标，考查学习目标的达成率。

反思调整：依据评价情况，调整定位，为后续学习打下基础。

教学评析：在以上的集群式学习模型中，学生不再拘泥于某一个学科的具体知识，而是通过对学习目标的定位、伙伴的定位、项目地图的定位、组内合作的定位，形成完整的系列认知地图。教师对各级定位进行必要的指导，与学生共同完成学习过程。通过这样的学习设计，学生掌握的认知概念是生动明确、源于自身需要的，因此教学效果良好。

路径二：构建情境集群

该路径表示在选择发展途径时首先考虑加强集群内部学习群体网络中各结点之间的互动关系，加速知识要素流动，提高知识互动紧密度，使得集群学习模式向情境集群发展，相应地，空间形态从分散化学习系统向原始竞争认知集群发展。然后，通过加强知识持续性积累过程来强化集群共享的知识基础，向成熟态集群学习模式演进。依循构建情境集群的发展路径，可以称为先互动后基础的学习模式。

（1）原设计

“智能兔兔灯”是常见的信息科技小项目课程，要求在1课时内创作相应的灯饰作品。常规的教学思路如下：教师演示智能兔兔灯的搭建方式→讲解光敏传感器的原理→介绍相关程序模块的搭建→学生创作固件部分→学生搭建程序脚本→合成硬软件→调试作品→教师小结。

（2）思考焦点

通过以上的过程可知，信息科技学科的特征突出，重视机器语言和算法编程，以程序概念的介绍和语句编写为重点内容。但是作为信息科技项目课程，显然本课的关注点是不全面的，缺乏关于兔兔灯结构的内容认知，学生缺乏必要的生活常识，所以教学过程较为单调。

（3）改进型设计

在基于集群式学习模型的“智能兔兔灯”项目中，教师可以进行适宜的教学环境的供给、学习工具的支持，让学生能够在力学、工程学、创客项目中得到综合能力的提升。教学建议如下。

教学环境：配有无线网络及移动终端投屏设备。

教学工具：移动学习设备。

教学软件：有互动性的学习平台。

学习过程：

导入——沉浸式AR体验宋朝的中元节，赏各种兔兔灯。

设问——当赏兔兔灯时，你想看到什么？你能看到什么？

问答——会跑动的兔兔灯、会变色的兔兔灯、会换造型的兔兔灯。

教师提问——实现以上目的，需要哪些条件？

生情境1——了解即时的光照度。

生情境2——通过光照度调节兔兔灯的亮度。

生情境3——变化兔兔灯的颜色。

小结——监控自然照度、控制灯光照度、调节灯光颜色……

生1→通过移动终端上的编程平台，搭建相关程序脚本。

生2→根据互动平台上的指引，搭建硬件结构。

生3→根据互动平台上的提示，修改硬件结构。

师生共建：师生商议智能兔兔灯的稳固程度，利用移动终端投屏，展示各组作品，组织测试，构建氛围感的环境要求。

建模仿真：将已经完成的结构进行仿真投射，观察其是否能够达到活动要求。

评价总结：组织评选，借助互动平台进行投票，选出获奖作品。

教学评析：以上的学习设计，将学习情境进行了有效的集群。在“智能兔兔灯”的主题涵盖下，进行多重组合：力学知识帮助学生搭建适宜的兔兔灯框架；工程学安排活动流程、仿真技术提供了多维度的初步测试，保障了学习效能。

路径三：评估验证学习集群结果

除了上面两种路径以外，第三种路径即为评估验证学习结果的集群渐进式路径，依循这种路径是指静态知识基础和集群成员学习群体间知识互动紧密度同步加强，在注重知识持续性积累的同时，促进对学习结果的验证和评估、对学习群体本地衍生和本地学习群体网络内部的互动联系的效能检测，加强知识要素流动的互动关系。但是，从分散化学习系统向成熟态认知集群发展所依循的路径，表现出了其间的一些中间形态，即发展的阶段性特征，这些中间形态主要有评估学习系统、验证认知区等。

（1）原设计

在信息科技课程中，“多功能兔儿车”是较为新鲜的话题。该项目让学生制作富有创意的各色兔儿车，完成吹泡泡的游戏，常见于科学课和通用技术课。在信息科技项目中，该课有着一定的程式。可循的学习设计如下：纸上绘制结构图→木锯或电锯切割材料→胶枪连接结构件→尝试自动兔儿车→修改作品。

（2）思考焦点

以上的设计是关注技能操作，缺乏信息科技项目式教学思想，因此其设计的深度和新意不足。在授课中，学生多操作、少思考，教师没有提供及时的评价建议，因此没有达到信息科技项目综合学习的目的。从以上的设计中不难看出，原本较为有趣的内容，变得枯燥乏味，使得学生对多功能的主题意兴阑珊，没有兴奋点。本课的项目主题和认知内容契合度不高，因此需要调整。

（3）改进型设计

在基于综合性学习设计的过程中，可将该课进行结构化的改良，以促进学生综合性能力的提升。教学建议如下。

问卷调查：借助问卷星等便捷的通信工具，进行有关多功能车的情况调查。

目标集群：

①对多功能兔儿车结构好奇的组→进行有关兔儿车历史和结构的分析，可用演示文稿或电子报刊实现。

②对兔儿车避障有兴趣的组→进行有关红外线传感器和超声波传感器的学习，可搭建多功能小车。

③对多功能行动有探究欲望的组→进行有关活动流程的组合，可利用思维导图等工具。调皮兔：带着学生使用玩具兔儿车。

评估集群：

集群1——思考兔：兔儿车是如何一键飞驰的？

集群2——实践兔：画出兔儿车的结构图（教师判断结构是否合理，并提出改进意见）。

集群3——积木兔：用积木类创客套件搭建兔儿车（小组成员判断积木使用是否恰当）。

集群4——动感兔：将已经完成的兔儿车与传感器相连（教师判断其传感器的选择是否合适）。

集群5——智能兔：下载半成品脚本，调试兔儿车（小组间相互评测兔儿车的效果）。

竞赛迭代：组织同类型的项目进行展示擂台，通过学生的视角，反馈学习结果。

主题提炼：教师给予提升意见，帮助各组完善作品。

教学评析：在以上学习设计中，淡化了脚本的编写，突出了通过评估每一阶段的实践情况，再迭代搭建过程的优化。让学生在教师的指导下，不断反思自我的作品，提升综合学习能力。此时，集群的认知主题和学习对象均由学生提出，他们根据自我的学习需要，提出任务达成目标，实施操作行为。该学习设计采用开放式的形式，给学生充分的个性化订制计划，发挥其主观能动性，对认知内容进行意义学习，符合信息科技项目课程的要求。

●信息科技项目中集群式学习模型的关注点

通过集群式学习模型的学习，帮助学生构建良好的设计情境，实现对元认知内容的深度挖掘，接受多重相关内容的正迁移。在上课过程中，教师根据一定的学科理论和认知学基础，选择适宜的教学策略，同时兼顾自身的教学风格，因地制宜、因人而异。在具体教学中，应关注以下内容：

首先，关注学习者的风格

考察从中间复合态向成熟态学习模式的发展路径，当学习群体间合作关系和缄默性知识的传递转变为学习群体间协同创新，而不是简单的社会关系联合体或社会交互关系时，则本地认知集群转变为成熟态认知集群，依循这种路径的集群学习模式可称为“渐进发展模式”。

其次，集群需要动态调整

以上纯粹的路径是不存在的，很多集群内部的知识基础积累和学习互动程度很不均衡，有的更多地强化基础积累，有的更强调学习群体合作互动，笔者相对地把它们界定为两种路径，并不影响分析的合理性。

最后，集群目标的弹性范畴

集群式学习设计相对其他学习设计而言，更注重项目的综合性和整体性，强调学生多种素养提升。因此，在设计过程中，教师应给予学生多种能力的锻炼机会，帮助其构建完整的作品创作思路。