本章教学目标
1.知道教学设计过程模式。
2.阐释科学教学过程的特点。
3.阐明科学教学设计的内容与方法。
教学设计（Instructional Design，ID），亦称教学系统设计，是面向教学系统、解决教学问题的一种特殊的设计活动。教学设计形成于20世纪60年代末至70年代初，经过近40年的理论研究和实践，已成为一门独立学科。作为一门学科，教学设计研究的目的是：为什么要设计教学、怎样设计教学以及怎样确保效果好、效率高、富有吸引力的教学，以帮助学习者达到学习目标。
教学设计是通过优化教学过程来实现教学设计目的的，因此，教学设计也成为教学论关注的一个热点问题，是学科教学论研究中不可忽视的重要组成部分。中学科学教学设计的目的主要就是帮助科学教师解决如何更好地实施科学教学的问题。
第一节 教学设计概述
一、教学设计的概念与特征
教学设计有广义和狭义之分。广义的教学设计指的是把课程设置计划（总体规划及各门具体课程计划）、教学过程、媒体教学材料看做教学系统的不同层次而进行的系统设计；狭义的教学设计是指对某一门课程或某一教学单元、单课或某一培训项目等微观教学系统的设计。在我国，由于特殊的教育背景和国情，一般指学校的教学设计，主要包括学科教学设计、单元教学设计和课时教学设计等。目前教育界进行的主要是单元教学设计和课时教学设计，但直接进行单元教学设计和课时教学设计，极易产生单元与单元之间、单元内各课时之间在知识内容与实践操作上的割裂。为此，进行教学设计时，必须重视整体的设计，在整体设计思想的指导下，开展相应的具体内容的设计，即单元或课时的教学设计。
当代国际着名的教学设计理论家赖格卢斯指出：不同的人对“教学设计”这一术语有不同的理解。一种是将它看做过程，一种是将它看做结果。将教学设计看做结果的人，主要关注教学设计最后形成的产品或者要实现的任务。将教学设计看做过程的人，重点放在探讨如何指导教师制订计划，一步一步地达成目标。但无论是将教学设计看做结果还是过程，其根本任务都是为改进教学实践服务的。在我国，对于“教学设计”的理解，持“过程观”的较多，据此，我们把教学设计界定为：以获得优化教学过程为目的，以系统理论、传播理论、学习理论和教学理论为基础，运用系统方法分析教学问题、确定教学目标，建立解决教学问题的策略方案、试行解决方案、评价试行结果和修改方案的过程。
教学设计的基本特征如下：
其系统思想和目的是实现效果好、效率高和富有吸引力的教学，最终促进学习者的学习和个性的发展。因此，教学设计是一种系统而非偶然的随意活动，需要考虑到系统与要素、结构与功能、过程与状态之间的关系而进行综合设计。
教学设计是以关于教和学的科学理论为基础的。由于这种科学理论是对教学现实的假设性说明，因此教学设计的产物是一种规划，一种方案。
教学设计是一种产生学习经验和学习环境、提高学习者获得特定知识、技能的效率和兴趣的技术过程。在信息时代背景下，这一特征更加被凸显出来。
教学设计是一种具有创造性、学科性、决策性的研究活动，它是背景范畴、经验范畴和组织化的知识范畴等三方面综合作用的产物。教学设计既要遵循教学设计规律，又具有创造性的特征。
教学设计具有非常强烈的社会交往性，它受到背景因素、社会因素、教学设计者、实施者、学习者等多方面的限制和制约。教学设计是一项系统工程，其过程和产品是教学设计专业人员、学科教师、媒体制作人员等共同努力的结果。
二、教学设计的发展
教学设计的研究起源于美国，20世纪初，杜威和桑代克最早提出了教学设计的构想，但直到20世纪60年代末，教学设计理论才基本形成。
在1970-1990年的20年间，教学设计理论得到不断发展，并产生了大量的教学设计模式，这些理论和模式在实践中得到了检验和优化。
到20世纪90年代，随着科技的飞速发展，教学设计出现了多种发展趋势：第一，系统论的发展为教学设计理论的研究提供了新视野。第二，认识论、学习心理学和教学设计的整合。由此，当前研究的热点之一是怎样创设有助于学习者学习的建构主义学习环境。第三，计算机技术、多媒体技术和网络技术等的快速发展以及资源的数字化，要求人们重新审视教学设计中有关理论和实践的研究。第四，关注教学设计自动化的研究。教学设计自动化就是有效发挥计算机技术的优势，为教学设计人员和其他教学产品开发人员在教学设计过程和教学开发过程中提供辅助、指导、资源、帮助或决策的过程。但值得注意的是，教学设计本身是一个富有创造性的过程，因此机器只能起辅助的作用。第五，重视教学设计理论的整合研究，尤其是学科化的取向。
教学设计理论是20世纪80年代中期引入我国的。到目前为止，我国学者对教学设计进行了多方面的研究，并已对教学实践起到了指导作用。
三、教学设计的过程模式
20世纪60年代末，从教学设计研究者提出第一个教学设计过程模式起，至今已有数百个可以应用于不同领域的教学设计过程模式，这些模式为不同领域的工作者有效开展教学设计工作提供了理论依据和操作规范。
（一）教学设计过程模式概述
1.教学设计过程模式的定义
教学设计过程模式的定义目前主要有以下三种观点：第一，教学设计模式具有类似的过程，用来完成各项目标设计；它以文字或图表的形式描述，用于指导不同环境下的设计，并为实现不同的目的服务。第二，模式是再现现实的一种理论性的简化形式，教学设计过程模式则是在教学设计的实践当中逐渐形成的，运用系统方法进行教学开发、设计的理论的简化形式。第三，采用文字或图解的模式对教学设计过程进行描述是教学设计研究中体现系统论思想的一个特色。根据以上观点，教学设计的过程模式至少具备以下几个特点：以特定的理论为基础、是在教学设计的实践过程中形成的，是教学设计实践的简化形式；可以用来指导不同背景下的项目设计，并为实现特定的目标服务；以文字或图表的形式进行描述，或者两者结合进行描述。
2.教学设计过程模式的形式和功能
教学设计过程模式可以用不同的形式阐述。尽管不同的过程模式具有不同的应用领域，但其基本功能是相似的。
教学设计过程模式是人们在开展教学设计工作时遵循的过程或基本步骤的描述。根据西尔斯（B·Seels）和格拉斯哥（Z·Glasgow）的观点，不管是哪种模式，都具有下述的共同功能：使教学设计过程形象化，过程中的所有要素为达成共同的目标服务；提供了管理设计过程和项目的工具；通过整合理论和实践应用模式来检验理论本身；为设计者提出了优秀设计的标准。
3.教学设计过程模式的要素
随着理论研究的深入和实践领域的扩展，人们对构成教学设计过程模式的基本要素的认识也在不断发展。
1980年，安德鲁斯（D·H·Andrews）和古德森（L·A·Goodson）从18个维度比较了40个教学设计模式，认为这些模式的共同要素是问题的界定、教学的交替解决方案、限制条件的确定和教学程序的费用。他们认为，很多模式只是展示了一系列机械的或线性的步骤，而没有有效地运用系统的方法去展示复杂的分析和控制过程。1986年，瑞奇（R·Richey）回顾了安德森（J·R·Anderson）和古德森的分析过程，把教学设计过程模式的核心要素归纳为六个：确定学习需要、确定目标、构建评价程序、设计／选择传递方法、试用教学系统及安装与维护系统。
20世纪90年代，在回顾了各种教学设计模式的基础上，认为对象、目标、方法和评价是教学设计模式的四个相互联系、相互制约的基本要素；在梳理和分析了系统化教学设计和整体化教学设计的基础上，归纳得出，教学设计过程模式的基本要素是分析、设计、开发和评价。
近年来，在回顾和分析已有的教学设计过程模式的基础上，普遍认为，教学设计过程模式的核心要素包括分析（ analysis）、设计（ design）、开发（ development）、实施（implementation）和评价（evaluation），即所谓的ADDIE 模式。
分析国外已有的典型的教学设计过程模式，可以发现这些模式基本上都包含了上述五个要素，只是不同的模式在构建时结合特定的需要采用了不同的术语，而非都用上述五个术语，如典型的迪克-凯瑞（2001年）模式、史密斯-瑞根（1999年）模式等。西尔斯等人认为，教学设计过程模式的新颖之处，不在于过程模式本身，而在于如何解释过程。尽管很多模式都包含上述五个要素，但对要素本身的解释和阐明是很不相同的，模式构建的背景和适用的场合也是很不相同的。由此可见，设计者在实施教学设计时，对教学设计过程模式的选择不是随心所欲的，而应根据设计对象的特定需要有针对性地选择适宜的教学设计过程模式；当然，设计者也可以结合设计的需要，局部修改选用的教学设计过程模式，以便更好地开展设计过程。
（二）教学设计过程的一般模式
在借鉴国内外各种教学设计过程模式的基础上，结合我国基础教育课程改革的背景和教学实践的需要，我们认为完整的教学设计过程可以包括以下组成部分：教学设计的前期分析，教学目标的阐明，教学过程的设计（包括教学顺序、教学组织形式、学习方式、教学模式、教学方法、学习环境和教学管理等方面的设计），教学设计方案的编制与实施，教学设计的形成性评价与修改及教学设计的总结性评价。上述各部分相互联系、相互制约，组成一个有机的教学设计系统，但并非是线性的关系，如图8‐1‐2所示。
第二节 科学课堂教学设计
科学课堂教学设计除遵循教学设计的一般要求外，还有其自身的特殊性，即科学教学过程的特殊性。
一、科学教学过程
教学设计必须遵循两点基本要求：其一，紧贴教学的特性；其二，紧随具体教学过程的发展和变化，也就是说教学设计要能为教学服务，就应从教学过程理论和实践中得到启示并继续发展。
（一）教学过程理论
教学过程理论是教学论中的一个基本理论问题。关于教学过程实质的探讨历来是教育学理论界不断纷争的话题。传统教学论的经典之作是捷克教育家夸美纽斯（J·A·Comenius）的《大教学论》和德国教育家赫尔巴特（J·F·Herbart）的《普通教育学》。他们对教学过程的阐述代表传统教学过程理论。
从赫尔巴特“四步教学法”到苏联凯洛夫（ И·А· Каиров）“五环节”的教育理论，直至我国特色的“教学的特殊认识论”，教学过程的程序和模式达到登峰造极的地步——上课的过程就是执行并完成预设的教案的过程。在这种教学过程理论指导下，教学设计过于追求“规范”和“可操作的程序”，课堂教学越来越讲究严谨对称，喜欢过程四平八稳，追求教学结果与教学目标完美吻合，教学过程每一步都必须按预先设定的程序进行。课堂越来越机械、沉闷和程式化，缺乏生气与乐趣、缺乏对智慧的挑战、对好奇心的刺激，师生的生命力在课堂中得不到充分发挥，甚至认识性任务也不可能得到完全和有效的实现。
《基础教育课程改革纲要（试行）》明确指出：“教师在教学过程中应与学生积极互动、共同发展，要处理好传授知识与培养能力的关系，注重培养学生的独立性和自主性，引导学生质疑、调查、探究，在实践中学习，促进学生在教师指导下主动地、富有个性地学习。”在这一新的理念指导下，科学教学过程体现出了其自身的独特性。
（二）科学教学过程的特点
《全日制义务教育科学（7～9年级）课程标准（实验稿）》指出：“教学是创造性的活动。
教师应营造这样一种环境，教师和学生一起以科学探究的精神，积极主动地探索、认识自然界”。“必须关注学生原有认识对科学学习的影响，借助各种教育资源，引导学生认识原有经验的局限性，主动建构科学知识，学习科学方法，发展科学探究能力，培养科学态度、情感与价值观，了解科学、技术与社会的关系。”科学教学主要是要突出科学探究，这显然有别于以往的教学。科学教学的这一特性，是由科学的本质和科学教学的本质所决定的，是两个本质统一的结果。
1.突出综合
科学课程知识系统以“综合”为特性，是分科科学知识的有机融合和系统重组。这种综合是通过整体设计来实现的，主要表现在以下三个方面：第一，对反映自然界同一性的科学概念与原理进行整合；第二，对科学探究的学习方式进行整合；第三，对科学、技术与社会的主题进行整合。
