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三层教育（教学）目标体系以皮亚杰发生认识论（专指其哲学认识论内涵）的两个范畴说为依据，对教育（教学）目标的描述思路问题进行了分析，并给出了分层结构的教育目标描述方案，它由双基、问题解决、学科思维三层构成。考虑到源自皮亚杰两个范畴说，针对具体学科来说，双基实质上是“学科知识”。而将外在的学科知识内化为内部的学科思维，则是问题解决层要解决的事情，这是学习者自己的体验、领悟的过程。学习主体关联、联想、回溯自身原有的知识、经验，经过推理、概括、归纳等过程，实现对新知识的学习，在脑海中形成新的知识架构，内化为学科思维。本研究意图通过基于三层目标模型的高中教学实践，检测基于三层目标模型的教学是否更有利于学生学科核心素养中学科思维水平的提升。
● 教学实验设计总体思路
研究假设：假定基于三层目标的教学模式更有利于提升学生的学科思维水平。
实验对象选择：以高一年级新入学的学生为实验对象，在同样层次班级中选取实验组、控制组。在教学过程中，对实验组学生使用基于三层目标的教学设计，控制组使用其他传统教学目标模式，如三维目标。选择11班为实验组，12班为控制组，从分班数据看，两组学生初始状况一致。实验组艺术1班作为年级里文化成绩最弱的班，没有同层次班级，使用最接近的艺术快班2班作为控制组参加实验。相关实际情况如下表所示。
实验周期与教学内容安排：经研究，将本实验周期设置为一学年（两个学期）。原因如下：本校信息技术在第一学期为1课时/2周，第二学期为1～2课时/周。第一学期总课时为7节课左右，第二学期总课时为18课时左右。从实验目的和实验假设来看，重点考察对学生学科思维的培养。第一学期仅有7课时，且每两周才1课时，间隔较长，课时较少，不易达到明显效果。因此，将整个试验周期设置为两个学期，能较好地进行对比测试。
从实验流程、课时安排、对学科思维的体现等角度综合考虑，为期一年的实验将分为两个阶段，第一阶段为第一学期，完成前测、第一阶段教学实践。教学内容为高中信息技术课程标准必修一中的条目1.4和1.5的数据分析、表达与分析报告，重在学生对三层目标模型相关学习方法的适应、思维习惯的养成等。第二阶段为第二学期，实验流程包括第二阶段教学实践、过程性数据采集、后测、数据分析与结论等。教学内容为算法与程序设计（约12课时）。
● 实验实施过程
整个实验按照计划在2018—2019学年开展，历时两个学期，每个班级实际总课时数约在20课时左右。实验组学习方式主要为基于三层教学目标设计的项目学习。控制组为传统教学目标模型，学习方式主要为任务式教学。
在第一学期开学后，参与实验的三位教师首先根据实验计划，依据实际教学经验、相关测评理论和测评模型，讨论制订了前测内容和形式，组织班级学生测试，并对收集到的数据进行分析。
在第一学期的教学中，教学内容为《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》中的“数据与计算”模块中条目1.4和1.5——数据的分析与可视化表达，该条目知识节点较多，且在综合应用解决问题的过程中，对知识节点间的关联度要求较高。实验组教师应用分层目标模型，在课堂中以项目学习法为主要学习方式。本阶段实验组遇到的最大问题为学生的思维活跃度与主动性不够，且主要出现在实验组艺术1班。由于三层教学目标强调学习者自身的知识内化过程，因此，教学设计重视学生自身的思考过程，在教师引导的基础上，希望有更多的深度学习的发生。艺术1班作为文化课成绩最低的班级，学生在学习中的主观能动性较为不足。在课堂表现上，思维活跃度很低。教师多方启发，但学生经常大面积没有反应，不拒绝也不参与思考。后续教学中，教师不断修改相关知识的案例，尽量与艺术1班学生的固有知识挂钩，不但关联本学科，还关联其擅长的艺术领域等，促使学生思维活动的发生;同时，通过点名开火车回答问题等方式，“逼迫”学生思维动起来。多方努力之后，学生逐步适应了基于三层目标的教学方式，在第二学期的课堂中，思维活跃度有较大提升。本阶段，实验组教师在课堂中通过填写课堂观察表的形式，不定时主观记录学生在课堂中的活跃度、参与度等情况。
第二个学期的教学内容为《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》中的“数据与计算”模块中条目1.6和1.7——算法与程序设计。该条目的内容，在应用知识解决问题时对思维水平同样要求较高。在上学期的基础上，实验组教师应用分层目标模型，在课堂中以项目学习法、导学案法为主要学习方式，同时，在课堂细节中通过有效试错、学科融合问题等方法，有效促进学生思维活动的发生。该阶段，实验组和控制组教师分别记录了每个班级完成既定教学任务所用的课时数、额外拓展内容等数据，对课堂观察数据进行了量化记录。在第二学期的教学实践完成后，三位教师以条目1.6和1.7为主要考查内容，共同制订了终测试卷，并按计划进行了测评、分析。
● 实验数据分析与结论
1.前测与测试结果分析
在第一学期初，按计划通过问卷调查（诊断性测试）对相关班级进行前测。测试具体题目内容涉及相关知识节点与其间的结构较为全面，如文档部分的页面排版相关知识，既有建立新表、字体编辑这样的低级结构题，也有图文混排、函数公式应用这样的关联结构题，还有综合解决数据分析与数据报告这样的需要关联超出本学科知识（如生活经验）类的题。
需要说明的是，从实际教学经验看，一份难度系数0.7左右的试卷，预计得分呈正态分布。通常简单（低级结构）题控制在60%左右，预期得分率为三分之二以上。剩下的40%为关联及以上结构的复杂题，同时由于关联的复杂度不同，不同题目的预期得分率从二分之一到十分之一不等，三分之一为其中的中间值。由于本实验考察重点为高级思维，因此在前测题目占比中，低级结构题为3题，关联及以上结构6题，将高级思维占比增加到了66.7%，側重对后者的考察。为便于统计，设置本卷总分100分，预估本卷难度系数较低，为0.4左右。
● 教学实验设计总体思路
研究假设：假定基于三层目标的教学模式更有利于提升学生的学科思维水平。
实验对象选择：以高一年级新入学的学生为实验对象，在同样层次班级中选取实验组、控制组。在教学过程中，对实验组学生使用基于三层目标的教学设计，控制组使用其他传统教学目标模式，如三维目标。选择11班为实验组，12班为控制组，从分班数据看，两组学生初始状况一致。实验组艺术1班作为年级里文化成绩最弱的班，没有同层次班级，使用最接近的艺术快班2班作为控制组参加实验。相关实际情况如下表所示。
实验周期与教学内容安排：经研究，将本实验周期设置为一学年（两个学期）。原因如下：本校信息技术在第一学期为1课时/2周，第二学期为1～2课时/周。第一学期总课时为7节课左右，第二学期总课时为18课时左右。从实验目的和实验假设来看，重点考察对学生学科思维的培养。第一学期仅有7课时，且每两周才1课时，间隔较长，课时较少，不易达到明显效果。因此，将整个试验周期设置为两个学期，能较好地进行对比测试。
从实验流程、课时安排、对学科思维的体现等角度综合考虑，为期一年的实验将分为两个阶段，第一阶段为第一学期，完成前测、第一阶段教学实践。教学内容为高中信息技术课程标准必修一中的条目1.4和1.5的数据分析、表达与分析报告，重在学生对三层目标模型相关学习方法的适应、思维习惯的养成等。第二阶段为第二学期，实验流程包括第二阶段教学实践、过程性数据采集、后测、数据分析与结论等。教学内容为算法与程序设计（约12课时）。
● 实验实施过程
整个实验按照计划在2018—2019学年开展，历时两个学期，每个班级实际总课时数约在20课时左右。实验组学习方式主要为基于三层教学目标设计的项目学习。控制组为传统教学目标模型，学习方式主要为任务式教学。
在第一学期开学后，参与实验的三位教师首先根据实验计划，依据实际教学经验、相关测评理论和测评模型，讨论制订了前测内容和形式，组织班级学生测试，并对收集到的数据进行分析。
在第一学期的教学中，教学内容为《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》中的“数据与计算”模块中条目1.4和1.5——数据的分析与可视化表达，该条目知识节点较多，且在综合应用解决问题的过程中，对知识节点间的关联度要求较高。实验组教师应用分层目标模型，在课堂中以项目学习法为主要学习方式。本阶段实验组遇到的最大问题为学生的思维活跃度与主动性不够，且主要出现在实验组艺术1班。由于三层教学目标强调学习者自身的知识内化过程，因此，教学设计重视学生自身的思考过程，在教师引导的基础上，希望有更多的深度学习的发生。艺术1班作为文化课成绩最低的班级，学生在学习中的主观能动性较为不足。在课堂表现上，思维活跃度很低。教师多方启发，但学生经常大面积没有反应，不拒绝也不参与思考。后续教学中，教师不断修改相关知识的案例，尽量与艺术1班学生的固有知识挂钩，不但关联本学科，还关联其擅长的艺术领域等，促使学生思维活动的发生;同时，通过点名开火车回答问题等方式，“逼迫”学生思维动起来。多方努力之后，学生逐步适应了基于三层目标的教学方式，在第二学期的课堂中，思维活跃度有较大提升。本阶段，实验组教师在课堂中通过填写课堂观察表的形式，不定时主观记录学生在课堂中的活跃度、参与度等情况。
第二个学期的教学内容为《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》中的“数据与计算”模块中条目1.6和1.7——算法与程序设计。该条目的内容，在应用知识解决问题时对思维水平同样要求较高。在上学期的基础上，实验组教师应用分层目标模型，在课堂中以项目学习法、导学案法为主要学习方式，同时，在课堂细节中通过有效试错、学科融合问题等方法，有效促进学生思维活动的发生。该阶段，实验组和控制组教师分别记录了每个班级完成既定教学任务所用的课时数、额外拓展内容等数据，对课堂观察数据进行了量化记录。在第二学期的教学实践完成后，三位教师以条目1.6和1.7为主要考查内容，共同制订了终测试卷，并按计划进行了测评、分析。
● 实验数据分析与结论
1.前测与测试结果分析
在第一学期初，按计划通过问卷调查（诊断性测试）对相关班级进行前测。测试具体题目内容涉及相关知识节点与其间的结构较为全面，如文档部分的页面排版相关知识，既有建立新表、字体编辑这样的低级结构题，也有图文混排、函数公式应用这样的关联结构题，还有综合解决数据分析与数据报告这样的需要关联超出本学科知识（如生活经验）类的题。
需要说明的是，从实际教学经验看，一份难度系数0.7左右的试卷，预计得分呈正态分布。通常简单（低级结构）题控制在60%左右，预期得分率为三分之二以上。剩下的40%为关联及以上结构的复杂题，同时由于关联的复杂度不同，不同题目的预期得分率从二分之一到十分之一不等，三分之一为其中的中间值。由于本实验考察重点为高级思维，因此在前测题目占比中，低级结构题为3题，关联及以上结构6题，将高级思维占比增加到了66.7%，側重对后者的考察。为便于统计，设置本卷总分100分，预估本卷难度系数较低，为0.4左右。