基于ISD Models模型的算法学习设计研究

王蕾

教学现场

义务教育阶段有关算法的内容成为教师近期关注的热门话题之一，如何提升信息科技教学行为，最大程度地优化教学效能，提升算法教学的创新性？

问题分析

信息科技教学有着独特的學科倾向，其中有关算法的学习需要借助物化的形式开展。在具体的作品载体中，为学生创设良好的内化学习环境，提升信息应用型学习力，满足学生认知需要的教学行为，成为课堂教学效能提升的重点。而基于ISD Models模型的算法学习设计，可以为教师设计教学过程提供参考。

ISD Models模型及其在信息科技算力教学中应用的可行性

ISD全称为Instructional System Design，即教学系统设计模型，它是以传播理论、学习理论、教学理论为基础，运用系统理论的观点和知识，分析教学中的问题和需求并从中找出最佳答案的一种理论和方法，已在多个学科中运用。

算法教学目标强调通过系统的方法，达成既定的教学目标。信息科技学科内容宽泛，学习素材来源多样，需要学习者在有限的时间内呈现具有一定数字化的算法作品，据此展开的课堂学习设计应包括三个主要流程：要学什么？即算法学习目标的预设。如何去学？即算法学习资源的选择。如何判断学生已到达的学习成效？即算法学习评量的实施。在信息科技重视大概念、大单元、大视域的背景之下，ISO Models成熟的课堂结构和学习设计方式，能够给学生提供必要的学习模型参考，帮助教师据此开展适应性教学。因此，义务教育阶段信息科技学科的算法教学，可以采用ISO Models成熟的模式进行具体的学习设计及实践。

基于ISD Models进行算法教学的实施环节

ISD Models模型的操作步骤及主要内容如下：有关学科内容的认知分析，其中包括对教学内容、学习内容、学习者特征进行分析涉及整体流程的学习设计，即对学习资源、学习情境、认知工具、自主学习策略、管理与服务进行设计；针对具体认知目标的开发，即根据设计内容进行课程开发；教学实施，即根据课程开发的成果实施课堂教学；带有诊断特征的评估，即对开发的课程进行评估并形成评估报告。

在具体的课程教学中，利用该模型可帮助课程设计人员与教学管理人员及时确定算法教学的相关目标，确定本课程目前所面临的问题。再由教师利用模型设计课程并实施教学，经过多轮实验后，对该学习设计进行调整，不断修正和改进相关内容。

基于ISD Models模型的案例运用

环节一：对标确定学习预设

基于ISD Models模型的学习设计的第一阶段为学情的有效预设：教师给出必要的提示，在学生已有生活经验中找寻可参考范例，带领学生分析需要完成的教学目标是什么、实现这个目标可以通过哪些信息化工具完成、已经掌握的工具有哪些优缺点、如何寻找更为合适的工具来达到学习目标。这个流程是为即将展开的学习活动提供认知脉络，让学生明晰具体的学习目标。

（1）原设计

“用计算机绘图”是义务教学阶段信息科技学科算法中常见的结构化编程语言，也是各地教材中的经典教学内容。在传统的学习设计中，一般直接导入，展示需要达成的程序图例，由此引入程序教学。在多节该主题课中，都呈现出相似的情况：学生对预计应该完成的作品有畏难情绪，无法唤起需要的学习动机，使得整个教学内容的推进显得牵强。

（2）思考焦点

由于该部分的内容有一定的认知难度，学生学习动机不足，而且教师展示的成品或实例过于专业，学生把实例看作自己需要完成的任务，又由于缺少已有经验的铺垫和学习流程的分析，由此产生无法企及的主观感受，因此算法学习目标难以达成。

（3）改进型设计

基于ISD Models模型的学习设计的第一阶段需要预设学习目标，教师应对该算法的教学目标进行必要的精准化设计，将大目标细化为每一个具体指标，每一个具体指标与具体应用相连接，达到有目标而学、为目标而设的目的，保证学生能够在知其然还知其所以然的状态下，保持学习动机。教学建议如下。

任务目标：“小窗花大世界”。

任务课时：1课时。

主要活动：

教师从传统的民间工艺“窗花”入手，带领学生分析。

预设一：窗花是由什么基本图形组成的？

（教师展示真实的窗花并带领学生分析其中包含了哪些基本图形，让学生进行目标的预设）

预设二：这个基本图形是怎么组成一个窗花图案的？

（复习重复命令的有关知识）

预设三：基本图形和窗花之间有什么区别？

（对比基本图形与填色后的图形）

小结预设：学生回顾四个预设任务的实现过程，梳理出程序思考的过程，绘制出共性的流程图，并结合今天的主题进行算法的功能链接，从而加深意义学习的过程。

教学评析：通过三个问题的预设，学生得以梳理已有的技能经验（算法工具）、生活经验（实物形象），形成具体明晰的学习目标，确定了实现目标的主要环节（绘制基本图形、填色、修改程序）。学习目标被细化为已有经验目标、即将达成的目标、以后可能会实现的目标。学生清晰地认识到自己的学习目标，学习动机得以激发。

环节二：厘清素材丰富算法资源库

基于ISD Models模型的学习设计的第二阶段为内容设计与教学过程开发，着力对现有的教学资源进行整理，将算法有关的内容进行筛选，进而丰富算法的设计库，为教学提供支持。该设计过程，对应的是开发过程的算法适应性，两者综合在一起，让学生对环节一的预设内容进行资源库选择。不同层次的学生可依据教材或者学习单来尝试学习，在此基础上，教师引导学生进行相应的作品开发，即进一步完成算法的新授任务。

（1）原设计

“顺序结构语句”是算法学习的常规课，本课的知识点主要包括认识顺序结构控件、设置执行条件、安排动作先后顺序等内容。该课的内容较多，教学过程有一定的难度，是常规教学中认知难度较大的一课。常规教学流程一般为：教师讲解顺序模块的内容→为对象角色设置循环命令的要求→安排动作指向→调试设置消息→演示接受消息、角色相应动作的过程→学生练习→教师指导。

（2）思考焦点

顺序结构是算法中的基本编程内容，但是对义务教育阶段的学生来说仍有一定的认知难度。在传统的设计方式中，教师采用线性的编程方式组织教学，虽然教学流程没有逻辑错误，但在实际授课中，学生的达成率不高，学生只会模仿教师提供的程序，不能进行自我编程。通过教学反思可以发现，传统的教学过程缺少对学生算法资料的供给，导致学生机械模仿教师提供的程序，缺乏创作过程。

（3）改进型设计

在基于ISD Models模型的学习设计中，教师依据实际需要，根据不同目标推送相应的学习材料，帮助学生突破认知难点。在据此展开的学习设计过程中，教师可先让学生分析实例，观察变化的由来，归纳顺序结构的概念。建议教学过程如下。

任务目标：劳动节真人秀。

任务课时：1课时。

主要活动：

①秀场我做主：第一次推送热身游戏。

教师渲染算法情境：2023年劳动节将至，师生彩排“真人秀”节目。

教师提问：在刚才的候选场地中，同学们选中了哪些场地？（引出舞台背景的选择）

师生交流得出：舞台是活动的资料之一，学生是动作的执行者。

②演员我邀请：第二次推送真人秀表演的学件。

学生打开学件，观察角色区的控件。

师：谁是发送角色者？谁是接收消息者？

学生探究控件的秘密。

师：实现此效果的控件在哪里？拖放到哪个角色中？如何新建消息？

学生上台演示，边说边操作。

全体学生尝试搭建共同表演的脚本。

教师出示任务：编排表演顺序——出场顺序、才艺内容。

学生操作，搭建脚本。

③规则我公布：第三次推送循环学件。

师：和现实的舞台表演相比，我们的节目还有什么需要改善的呢？

生：我有才艺家中秀、我有绝技场地秀……

教师演示学生编写的生活中的画面，并让学生思考控件的意义。

学生尝试编写切入生活视频。

④游戏我编写：第四次推送算法相关内容。

学生自学教材中的相关章节，尝试完成编程任务。

教师提供多种范例及教材脉络图，鼓励学生自我创作。

教学评析：此处的学习设计，帮助学生对已有素材体系进行分析，从生活场景自然过渡到新授认知的内容，促使学生对自己的算法过程是因何而设、如何而设的形成明确的概念。在此基础上，学生可以进行算法资源库的自我架构和选择，按照自己的主观意愿设计出自己希望的作品。通过这样的设计，学生能够卓有成效地进行自我作品的开发，此过程，不着痕迹地突破了教学难点。

环节三：设计项目显性算法特征

基于ISD Models模型的学习设计的第三阶段为实施或执行环节。该环节关注的是学生在拓展练习中如何实施学习行为、创设个性化的作品、归纳整体性的思维环节，进而对自己的学习活动和呈现作品进行评价，促发反思过程。此环节注重学生的主动学习过程，在自评、他评、师评的辅助下，实现算法内容的学习。

（1）原设计

人工智能课例“聪明灯”属于信息科技中有关算法特征的内容，要求学生在课上通过声控、光控等条件完成对灯泡的亮和灭的控制。在常见的课例中，教师会引导学生进行实验分析，然后按照实验计划完成项目。教学过程中的常见问题是，学生在完成一轮实验后，无法准确进行知识归纳，不明白做完的实验的目标是什么，不能准确说出实验流程。

（2）思考焦点

传统的学习行为关注硬件技术操作过程，强调学生技能达标情况，缺少有关开始、发展、结束的完整阶段的过程性引导。在信息科技教学中，常规的基础类教学常采用这样的教学行为组织学习活动，没有揭示算法的逻辑过程，机械的模仿居多，学生无法进行知识迁移，因此造成学习过程枯燥、课堂气氛沉闷、学生作品乏善可陈的局面。

（3）改进型设计

在基于ISD Models模型的学习设计中，有关算法显性特征的内容成为关注的焦点。因此，学习设计要针对内容进行合理设置，将算法的显性特征放大，帮助学生提取特征，从而形成有效的知识链接。教学建议如下。

任务目标：理解算法在控制类活动中的作用。

任务课时：1课时。

主要活动：

算法导学：通过学习材料中有关算法部分的内容，让学生理解算法是如何在实践过程中实施的，帮助学生建立从算法到实物之间的关联。

作品导向：结合“聪明灯”的结构特点，分析声控灯的动作过程→思考：可以使用哪些元素来控制灯的亮灭？

元素主导：在刚才的过程中，引起变化的元素是“声音”，产生变化的是“聪明灯”，因此，如果要控制灯的开关，要将“声音”作为触发对象，将“聪明灯”作为接受对象。（明确实验的两个研究对象）

过程引导：根据导学分析，能够发现以下的思路。①参数测试：测量常态下的声音数值，并记录在学习单上。②假设测试：设置双分支结构：常态下（尚未开启“聪明灯”状态）→声音传感器检测声音值低于常态值→测试达到阈值→“聪明灯”灭；非常态下（有人打开“聪明灯”所在的家具时的状态）→传感器检测到声音值高于常态值→测试未达到阈值→“聪明灯”亮。③拓展测试：如果常态声音值变化，如何修改以上的程序？④实验导出：根据以上测试数据，研究路线图，进行实验，并记录下相应的数值。

结论导出：智能橱柜灯如何能做到“变聪明”的？它的智能通过哪些载体来实现？

教学评析：在以上学习过程中，学生是“聪明灯”实现算法过程的主体，通过“聪明灯”的设置将算法的逻辑过程显性设置。学生可以清晰地了解算法语句的具体的物化的环境。教师在教学过程中安排不同的实践环节，逐一验证假设算法的过程，每一次实验，都是一次从认知理论到实践验证的过程，完成了深层学习和意义建构，因此教学效果甚为理想。

关注点

ISD Models模型是经典的教学设计、学习设计模型，该模型在多个学科中进行了适应性的验证。在信息科技学科中，学习需求、設计和开发如算法一般的学习项目，需要实施和评估学习的系统化流程。在确保学生获得所需的整体认知内容，可以满足自身发展需求的前提下，在运用该模型进行设计的过程中，要关注以下几个问题：

其一是模型的综合性考量。ISD Models模型最大的特点是系统性和针对性，在学习设计中需要将以上三个环节综合起来考虑，三个环节环环相扣，融为一体。尤其是在不同的大单元主题当中，需要进行更为综合的思考。结合算法等内容的特征，通过更宽泛的视角来设计合理的学习过程。

其二是算法学习主题的针对性设置。算法学习是一个较为明显的大概念，具有自己鲜明的特征。为避免学习主题的片面，需要针对学生的需求来设计和开发主题项目。同时，主题的选择需要能够涵盖教学目标的全部内容，避免目标的缺失。

其三是设计过程的实时性迭代。基于ISD Models模型的学习设计环节较多，操作不到位容易导致学习过程的无效，因此需要教师全程跟进学习过程，及时对各个环节进行有效的评估，指导学习过程。学习设计的任务要与时俱进，实时调整，满足不同层次学生的需求。