基于實境遷移學習的計算機人才能力培養實踐

葛敬軍，張寶昌，胡珊珊，厲 群

（1.濟寧醫學院 醫學信息工程學院，山東 日照 276825；2.濟寧醫學院 健康大數據研究中心，山東 日照 276825；3.濟寧醫學院 信息技術中心，山東 日照 276825）

0 引言

近年來，每年計算機專業的畢業生都在10萬人以上，但從用人單位反饋的情況看，很多崗位招不到合適人才，存在著企業“招聘難”與畢業生“就業難”兩種現狀并存的現象，這也突顯了目前高校與企業的人才結構性矛盾[1]。傳統的計算機專業人才培養存在不少問題，如不對稱的培養目標、主線不夠清晰、難以適應不同教育條件和教育對象；教學不能分層，往往造成優秀生“吃不飽”、困難生“跟不上”的尷尬局面；高校與企業缺少銜接，沒有真實的項目情境，學生畢業后很難融入實際項目開發[2]；課程體系僵化，教學內容、教學設計等缺少連貫性，所掌握的知識呈碎片化，很難做到融會貫通；教師缺乏理論轉換實踐的能力，很難促進知識遷移和應用，也很難調動學生的積極性[3]。導致高校與企業對計算機人才培養認知差異的因素有很多。概括來講，限制計算機人才培養的關鍵是高校培養模式與實際企業需求相矛盾。計算機專業人才培養涉及多個層面，是一項系統工程，目前已有不少高校在探索和實踐計算機人才培養新模式。

1 實境遷移學習

人類的認知習慣總是不斷地將新的學習融入已經熟知的學習中。心理學家勒溫提出，人的學習行為受行為主體和環境雙重影響[4]。人類在認知、積累知識和獲得能力時，向來都是通過已有的認知、能力來構建或獲取新的認知和能力的。人的學習離不開它產生的情境，并且受到情境中各種特征的影響[5]。因此，所學的知識也是情境化的，而在特定情境中獲得的知識比書本知識更有用。任何在缺少情境的條件下學習獲得的知識是呆滯的，學生只是知道了這些知識，卻不會用。實境遷移學習與知識、實踐的轉化關系如圖1所示。

從圖1可以看出，實境遷移學習是學生主動利用經驗和知識參與實踐，與他人、環境相互作用的過程。情境，即知識成為可循之脈絡，循著這個脈絡可以改善學習效果[6]。學習不僅是為了獲得事實性知識，還要將學習置于知識產生的特定物理或社會情境之中。知識和能力被視為個人、社會或物理情境之間聯系的屬性以及互動的產物[7]。實境遷移學習是通過實踐與反思相結合來獲得知識、技能和態度的學習方式，其已成為一種能提供有利于學習并促進知識向能力轉化的重要途徑。通過參加精心設計的情境，可將陌生情境下的學習快速代入熟知情境中學習，或通過分解、映射，將未知域遷移到已知域，通過已知表達未知，實現“做中學”與“反思中學”，將已學知識應用到新的情境[8]。

圖1 實境遷移學習與知識、實踐的轉化關系

就計算機學習而言，知識總是伴隨著應用，知識被應用得越多，就越多樣化，對知識的理解就變得越深刻，就能靈活應用知識，達到舉一反三的效果。在傳統教學中，教師習慣按照教材安排教與學，上課介紹知識點和操作方法，課后讓學生動手上機實踐。這種方式過于強調書本的理論知識，缺乏適應的應用情境，導致學生越學越被動。學生雖然掌握了知識點，但是遇到具體問題就束手無策，不能將所學到的知識遷移到應用[9]。很多已經走上工作崗位的畢業生都有這樣的感受：當年沒有認識到專業知識在現實中的作用，如今在工作中遇到，對當年的學習有了質的感悟。要讓這種感悟提前來到，就需要為學生創設實境，在情境中完成學習任務。

2 項目驅動教學與傳統教學的對比

項目驅動教學法[10]是由Breen、Krahake等人提出的一種新型教學理念。該方法以學生為中心，令教師把課堂還給學生，成為學生學習的引導者和幫助者。教師針對學生的認知水平，采取演示或講解方式，從學生模仿教師的演練過程，到教師引導學生獨自完成任務，分步迭代訓練。在此過程中，學生能夠提高發現、分析、解決問題的能力和運用知識的能力，同時也養成自主學習習慣。相比之下，傳統教學方式不講某個技術為什么要這樣使用，教師教了很多知識點，但不講在具體的實際工作中都是在什么時候、什么情況下使用，為解決什么問題等。學生無法在課堂上進行有效思考，無法將理論與實踐應用相結合，許多學生在課程結束之后，依然是不會需求分析、開發流程，只會一些框架和一些零散的小例子，不能形成系統學習，做不到得心應手和游刃有余。

項目驅動教學法是建立在學生有高水平的認知能力和自我控制意識[11]上的。對基礎薄弱的學生來說，認知能力差，使用項目驅動法反而是不合理的，因此要結合實境遷移學習才能更好地發揮項目驅動教學法的優勢，可將實境遷移學習運用于其他類似系統或案例開發中，實現知識向能力的遷移。項目驅動教學法便于教學設計和實施，可以解決傳統教學遇到的瓶頸。項目驅動要保證分解的任務與課程總目標方向一致，內容上下貫通。項目任務的選取要具有典型性和通用性，任務太難容易讓學生產生挫敗感，任務太容易難以激發學生興趣。

3 實境遷移學習與項目融合的教學設計

3.1 職業導向的精準教學體系

目前國內大多數的本科院校都在轉型期，本文以濟寧醫學院計算機科學與技術專業試點為例。濟寧醫學院計算機專業自2013年開始校企合作辦學，讓用人企業參與人才培養過程。在制訂人才培養方案上，以“夠用、適用、會用”為原則，按“職業崗位”設置專業課程，按“職業要求”組織教學，按“學生意愿和學習水平”設置班級，按目標、方向、課程、能力等不同維度確立精準的教學體系（如圖2所示）。將實境學習和項目融合貫穿到大學4年的學習中，具體分為“121”4個學習階梯，即1年的基礎學習、2年的專業學習、1年的頂崗實習，在每個階梯內學生要完成專業基礎教育以及實境遷移學習內容。按不同的學生群體，兼顧學生個性差異，將各類培養方案落實到具體的教學任務中，設置不同教學內容、考核方式，以實現因材施教的目的。

3.2 基于項目驅動的多元化課程設置

在課程設置上，綜合對學生的了解、對用人企業需求的研究和來自學界專家的建議，對課程進行梳理、分類和劃分，以技能為主線構建課程群，如圖3所示。

圖2 職業導向的精準教學體系

圖3 基于項目驅動的多元化課程設置

以培養方案為“綱”，以課程為“目”，以技能為“線”，以項目任務為“點”，形成縱向分層、橫向分類的多元化課程體系，使學生的學習目標直接對應從事IT職業應具備的專項能力，精心設計教學目標、課程目標、能力目標。針對不同學生群體，根據實際情況將各類目標進行分解，形成一個個微目標。教師應該對學生已有的認知結構與抽象概括能力做到心中有數，令任何時候的微目標不宜過大，更應該是“努一努力，踮一踮腳”就能夠實現的目標。這些微目標再結合實境教學，實現與實踐環節打通，項目要貼近熟悉的生活場景，可在學生的日常生活中尋找合適的教學項目，如大學生創業網站、在線超市網站等。

3.3 實境遷移項目化學習

實境項目化課程教學進一步細化教學目標，按專項技能梳理和劃分課程知識點，將企業的實際項目引入課堂，落實到具體課程教學過程中。學生在實境項目中學習知識、技能，變抽象為直觀，變深奧為通俗，實現從課程知識到項目情境的遷移。學生在學習過程中扮演應有的角色，對課程有宏觀了解，對知識領悟透徹，既掌握主流技術、框架、項目迭代，又改變學習習慣。

以Java課程體系為例，設計實境項目化教學活動：在實境遷移與項目驅動融合的理念指導下，以問題為導向，自頂向下逐層細化課程目標，將分散在各課程中的知識點重新組織成Java課程教學大綱。

首先，按工程項目思想對Java課程體系進行梳理和歸類，可同時梳理出9類問題，如編程基礎、搭建開發環境、面向對象思想、Web前端、Java Web技術、框架、擴展編程等，這9類問題包括Java概念、技術和框架。

問題梳理以后，學習導向模塊將學習Java課程的大體輪廓顯示出來，如圖4所示。教師根據每個問題模塊所涉及的知識點，按照由易到難、循序漸進的原則分解到任務中，基于每個任務設置實際項目情境，在工期、時間節點、進度、開發要求上等都有要求，什么時候、什么情況下使用哪些技術，當前進度所需要用到的相關技術，這些技術是為解決什么問題而存在或產生的。課程整體就是一個總目標，可分解成若干項目，項目再分解成一項項任務，再把一項項任務分配到每個人，在腦海中組成一條開發路線，按照真實的開發節奏和過程進行講解，同時在課程中穿插講解數據結構、設計模式、OOP思想、算法等知識點。按整個流程走下來，從零開始寫，隨著項目進度的不斷推進，學生既可以掌握開發流程、需求分析，又能夠提升操作技能、理解項目業務邏輯，學到實用技術。

圖4 Java課程體系學習導向模塊

將任務分解成相對獨立的工作，環環相扣、前后銜接，每個工作均詳細介紹相關知識、內容和操作步驟，每項工作又可看做從事該職業應具備的能力；然后以項目為載體，完成知識向技能培養的解構；再根據履行每項職責的需要，確定在每條技能線上活動所需的知識和技能，獲取專業知識和技能。

Java課程實境遷移項目化學習如圖5所示。借鑒國外大學課程的教學方法，以項目驅動創設課堂情境，形成微視頻、微課件、微練習、微教案等資源，以“學—引—練—評—思” 進行迭代教學。理論課采取小組課堂教學，實踐課是以團隊方式完成所有項目任務。安排示范小組參與企業的實際項目，與企業并行完成項目，定期在課堂上報告進展，將學習過程中遇到的問題及解決方法、代碼測試中常見錯誤、網站開發新技術等與同學分享交流，讓其他同學產生身臨其境的感覺，體會真實研發過程。在項目情境的引導下，學生每完成一個項目就向總目標靠近一點，體會到每一步成功帶來的喜悅。在實境遷移學習中，教師是學習的引導者，作用是激發學生興趣，幫助學生分析任務，引導學生尋找解決任務的關鍵技術。學生是參與者、行動者，他們接觸相應的實際工程，實現不同工程實踐實境遷移，解決在教材上只看到理論知識本身卻不能看到其形成過程的問題。搭建項目驅動 情境教學，還要充分考慮學生的實際學習情況，允許學生根據自己的學習情況選擇相應等級的任務。

4 教學成果

圖5 Java課程實境遷移項目化學習

經過5年的努力探索，醫學信息工程學院實施校企合作辦學模式，積極開展實境遷移與項目驅動融合式教學，將慕課、微課、翻轉課堂和混合式教學模式積極引入傳統課堂教學，先后與美國惠普公司、青島英谷教育科技有限公司合作共建軟件開發與軟件測試、軟件外包、物聯網工程、云計算與大數據專業。這促使培養內容更具實用性，知識體系更能緊隨社會發展潮流，學生培養質量逐年提高，學生就業率不斷提高。截至2017年12月，計算機科學與技術專業2017屆本科畢業生共計166人，已就業162人，就業率97.5%；在各級醫院、IT公司、事業單位等從事本專業相關工作畢業生123人，專業對口人數共計153人，專業對口率92%。從對2015屆畢業生的調查反饋情況看，參加工作的160名學生中，基本都在各級醫院、IT企業等從事專業技術類工作，月薪在3000～5000元的占70%以上，實現了“體面就業”的目標。用人單位反饋計算機科學與技術專業畢業生專業素質強、工作作風好、態度認真、團隊協作意識突出。

醫學信息工程學院在本科教學環節中，不斷培養學生的團隊合作及動手實踐能力，以賽代練，鼓勵和支持學生參加全國和省級各類比賽，并在比賽中取得了豐碩成果。計算機科學與技術專業周楷雯學生團隊獲首屆“山東省互聯網+大學生創新創業大賽”金獎、首屆“中國互聯網+大學生創新創業大賽”銀獎，在“齊魯軟件大賽”“ACM大賽”等各類比賽中也取得驕人成績。計算機科學與技術專業本科生累計申請發明專利10項，發表論文7篇。

事實證明，實境遷移與項目驅動融合教學實現宏觀教學理念和項目實踐結合，能全面發揮學生的自主能動性，提高學生的自主獲取知識和工程實踐能力，使其具備終身學習的品質。

5 結語

實境遷移學習與項目驅動融合教學模式是對傳統教學的革新，通過明晰人才培養主線，實現縱向分層、橫向分類的個性化人才培養，在實施過程中需要教師精心設計、學生積極參與。該模式能提高學生主動性，培養學生的知識應用、解決問題及適應社會的能力，為學生將來更好地就業奠定基礎。我們在今后的教學實踐中，將不斷完善實境遷移學習和項目驅動課程教學模式，使教學內容和技術更貼近企業的實際需求，使學生所掌握的知識更加系統化，做到融會貫通、舉一反三，探尋多種方式解決計算機專業人才培養問題。