“以學生為中心”的實踐教學案例設計與實現

葛 艷，盧曉東

（上海海洋大學 信息學院，上海 201306）

2017 年11 月中國工程教育專業認證協會對《工程教育認證標準》進行了修改，明確要求培養學生的實踐能力和創新能力[1]；2017 年“復旦共識”再次強調“新工科建設需要加強研究和實踐”[2]。實踐教學是本科教學中體現實踐能力獲取、綜合素養提升的關鍵環節[3]，開設探究型實驗、進行實踐教學案例設計等都是推動學科建設、促進實踐人才培養的有力舉措[4-6]，能夠突出實踐教學特點，也符合創新實踐能力提升、主動學習意識和創新思維意識培養及解決復雜工程問題能力培養的教學目的[7-9]。本文從認知心理學的教學理論出發，以軟件工程專業教學實踐中常用的MVC框架編程SSM 為例，設計一個能體現“以學生為中心”教學理念的實踐教學案例，希望通過潛在的引導為學生自主開展實踐技能學習提供輔助支撐。

1 學習機理

1.1 學習機理層次模式

為了更好地實踐“以學生為中心”的教學理念，結合教與學的心理學理論[10]及20 年的一線教學體會，將學生的學習機理理解為動機系統驅動下的信息處理過程，并對這個過程按照信息學進行抽象，建模為如圖1 所示的學習機理層次模型。

最內層對應學生的學習邏輯，即接收外部刺激，經加工系統消化吸收，轉化為自身的知識和能力，并通過反應發生器對外界做出反應或回饋，體現對輸入刺激的接受程度和能力變化。加工系統的消化吸收過程又可分解為對外界刺激的信息接收器、感覺登記器、臨時信息暫存器和反應發生器，他們協調工作完成對新知識的攝入，并轉化為學生個人知識與能力。在這個過程中，還伴有將原有知識和能力與新知識同化的過程。

相鄰的外層是執行控制系統，該系統通過學習或認知策略對學習加工系統進行調節和控制。最外層是學習動機系統，該系統管理學習預期，通過預期影響學生學習的努力程度和注意力水平，由此控制內層執行控制系統和加工系統的效率。

圖1 通用的學習機理層次模型

1.2 教師的作用

由圖1 可知，如果沒有學生的主動學習過程，教師的教是沒有用武之地的。開展“以學生為中心”的教學，就是尊重學生，用教的行為在學習機理的各個功能節點或節點間的協同上發力。因此，教師的作用應體現為：

（1）改變接收器的信息接收范圍和接收程度。信息的接收是一個選擇性知覺的過程。可借助教學設計激發學生興趣、引導學生情緒，并結合合理的外部物理特征、差異特征、指令特征的作用，引發學生對學習材料有意或無意的注意，提高其對外部刺激的響應能力。借助教學設計，還可刺激學生的需求，制造學習材料與學生需求的關聯關系，提高學生接收信息的積極性。接收外部刺激，是開展學習過程的基礎。

（2）創設同化學習的場景。學習的過程是一個記憶、理解和應用的過程。在這個過程中，在接收新知識的同時，如能喚醒存儲器長期記憶中的相關知識，并將其調入寄存器與新知識相互作用，共同參與新知識的感覺登記、寄存，并使新知識進入原有知識的命題網絡，就能使新知識在原有知識的作用下獲得意義，從而使新知識更易消化、理解。賦予了意義的新知識因為融入原有的知識命題網絡，也更易融合到原有長期記憶的知識體系中去，擴展原有的知識存儲體系，使新接收的知識內化為學生自己的知識。

（3）創設新知識點的鞏固、強化場景。該場景主要通過提供適當的變式復習和練習機會，幫助學生鞏固新進入知識命題網絡的那部分知識，并根據需要改組或重建原有的命題網絡。

（4）創設新知識的應用、遷移場景。目的是使學生將這部分知識從最初的簡單復述轉化為解決實際問題的能力。當學生面臨新的問題情境時，相關知識就會被提取出來，當學生能將學到的知識用于解決實際問題時，就完成了學習的遷移過程。

（5）引導學生動機系統的改變。要創設使學生積極調節預期的外部條件，激發其內在加工系統和控制系統的變化。學生對未來學習結果的期待和學習有效性的期待，有助于提高學習的投入程度和專注水平，從而提升學習的效果。

2 “以學生為中心”的實踐教學的設計構想

從學習機理出發，以通過合理流程設計激活學生自主學習熱情為目的的實踐教學設計主要考慮以下原則：

（1）從調節接收器和動機系統入手——簡潔悅納，調控預期。教學初期，如果只用極少的配置來實現簡單可用的框架搭建，就可使學生由于很快看到了學習成果，從而更樂于接收新知識。合理調控學生預期是指使學生在學習中面臨適當挑戰，但并非巨大挑戰，從而增加學習積極性。

（2）考慮新知識的鞏固、強化和同化學習——合理拆解，快速融合。由于知識框架的完整實現涉及多個環節，而分解后的新知識分步驟融入已有知識體系是相對容易的。例如，對搭建完成的框架從持久化層到控制器層分階段單獨測試，逐段檢驗框架的搭建是否成功。在分步測試的分解過程中，將框架的完整知識分階段快速整合到已有知識體系中去。

（3）綜合學習動機的知識應用——自由實踐，及時反饋。通過示例使學生自由學習，并讓他們模仿示例完成一個簡單項目，從而對搭建好的知識框架實現簡單應用，并進一步加深對知識框架的理解，進一步激發學習興趣。

（4）綜合學習動機的新知識遷移——部署項目，知識遷移。讓學生運用剛學習到的知識完成較復雜的項目，最大程度地發揮他們的想象力，引導他們自行對知識框架進行深入探索，并從中掌握整套知識框架的運用。

3 “以學生為中心”的實踐課程學習模型

結合實踐課程特點，采用“學中做，做中學”的學習方法[11]，并將其抽象為雙環模型（見圖2）。

圖2 實踐課程學習的雙環模型

其中的內環是以“呈現”為起點的學習流程。對于初學者來說，往往因為找不到起點而使直接的“做中學”擱淺。因此，在開始“做中學”之前，增加一環“學中做”，將基礎認知和基本動手能力的培養從“做中學”中剝離出來，在前期進行單獨訓練。“學中做”是針對一個案例進行觀察、認知、理解、試錯的不斷循環。例如，可以通過某代碼和效果直接對應的示例，使學生觀察示例呈現的效果，還可以拆解示例，看到效果對應的代碼，理解其實現的原理，然后再試用、再觀察、再拆解、再消化，并可試探性地進行重構，在這個循環往復的過程中逐步掌握功能實現的基本技能。

雙環的外環是以“重構”為起點的實踐流程，即重構、理解、再呈現的學習和創造過程。這是一個“做中學”的過程，在實踐工程項目的過程中，即是逐步查漏補缺、加深理解、呈現一個部件，然后再繼續重構、理解，直至呈現完整作品。

4 基于雙環模型的實踐教學案例設計與實現

根據雙環模型，我們選擇基于框架SSM 的Java Web 開發項目，開展了實踐教學案例的設計。

4.1 項目出發點

選擇該項目是基于以下考慮：

（1）在本科生科研和創新活動中，很多學生都有開展創新研究的激情和諸多好的想法，但在具體實施中，當碰到完整系統的Java 編程問題時，又不知如何下手了，于是創新止步于此。

（2）在信息學院的短學期實訓課程中，會邀請企業導師帶領軟件工程專業學生開展為期兩周的實訓課程。但兩周下來，仍有1/3 以上的學生對于構建完整系統無能為力。

（3）信息領域知識的增長速度遠高于本科培養方案更新速度，因此很多新技術在培養方案中沒有覆蓋，需要通過實踐教學加以補充。

基于以上考慮，選擇從SSM 框架入手，通過拆解方式，按照前述雙環模型來進行實踐教學案例設計。

4.2 內環設計

內環首先要解決的是案例的選擇、分解和實現，然后通過案例執行呈現效果，通過案例分解理解案例實現的關鍵知識點，再通過部分的編輯和修改實現各個單元的重構，并呈現最終的效果。具體包括以下內容：

（1）輪廓認知，簡單初識SSM 框架——直觀現象呈現，以效果調控學生預期。學生可在頁面上看到一個簡單的實例，對實例進行交互，可以直觀感受其執行效果，還可查看實例具體的vue.js 實現代碼，對代碼進行編輯以及拷貝、粘貼，并直接在同屏看到執行效果。除此之外，還對一些框架的基礎性知識進行介紹，擴充實例基礎知識認知，激發沿線索深度學習的積極性。

（2）快速開始，分步理解SSM 框架——同步資源引導，以小成就激勵學生前行。此過程分為基礎準備和框架搭建兩個階段。在基礎準備階段，集中提供豐富的環境以及工具資源鏈接供學生下載、安裝；在框架搭建階段，則通過整體和分步驟兩種方式引導學生模擬搭建一個框架。學生可根據自己的情況跳過某個學習步驟，涉及有代碼的地方允許對代碼進行編輯、拷貝、粘貼，以防學生初學時因敲錯一個字母而沒有結果呈現所帶來的嚴重挫敗感。

（3）小試牛刀，部分重構應用實例——拆解案例模仿，通過實踐豐富經驗。提供一個帶有基本增刪改查功能的數據庫應用案例，同步提供拆解介紹，對應代碼可編輯、拷貝、粘貼。學生可方便地根據自己的情況在拆解后的各個環節中自由跳轉，進行模仿學習并實現。

4.3 外環設計

外環要解決的是案例的需求設計，要給學生設定一個合理的需求，然后學生從構造這一需求開始，進一步理解實現的細節，逐步呈現出預期效果，主要包括以下內容：

（1）大顯身手，實現Web 應用——自主選題實戰，以項目促進學生個性化發展。學生在此階段可以結合自己的情況，在頁面上挑選一個感興趣的題目，或者自擬題目并與教師交流得到認可，然后運用剛剛掌握的SSM 框架知識和程序實現知識，開始獨立進行項目實戰。

（2）問題反饋，提升理解層次——及時答疑解惑，以溝通支撐學生前行。學生可在頁面上提出自己的疑惑，包括對框架的不理解等，可直接截圖定位問題點，并留下自己的聯系方式，后臺技術支持將及時予以回復。

（3）代碼上傳，呈現個性應用——項目成果提交，通過成果建立自信。學生在完成項目后，可上傳至頁面，進行項目展示并與其他學生及教師分享。

4.4 系統模塊

以上內外環共6 個學習活動在系統實現中以前臺和后臺兩大模塊共同支持。其中，前臺主要解決在線編譯、執行代碼、在線代碼分享、框架搭建教程、框架實戰教程連接、開放項目題目并展示成果下載、帶圖郵件發送、大文件發送等問題；后臺主要解決響應用戶輸入、發送郵件、保存文件等問題。

系統前臺模塊選擇vue.js+iView 插件實現，系統后臺模塊選擇SSM 框架搭載MySQL 數據庫實現。由于篇幅限制，系統執行效果圖省略。

5 結語

實踐教學要充分體現和突出專業特色和專業要求，要有利于學生在實踐過程中激發專業興趣，鞏固專業思想，提高專業技能，加快從掌握知識向形成能力的轉換速度，提高教學效率[12]。采用雙環模型的實踐教學案例，是“以學生為中心”的“學中做，做中學”的初步實踐。學生對于該案例的學習過程，是在教師精心設計的教學環節和學習方法引領下的自由學習過程。該過程保證了需達到的最低標準，而時間上的自由、形式上的豐富，以及學習進度、學習深度、學習廣度的自主把控，能夠有效調動學生的主觀能動性。

實踐證明，在雙環模型指導下的Java Web 程序開發案例，對于提升學生的學習興趣、提高學生的學習獲得感、改善實踐教學效果都有積極意義，也有利于促進學生創新能力的形成[13]。部分學生的畢業設計是基于該系統學習完成的，目前正在學習信息類課程的大二、大三信息類專業或非信息類專業的不少學生，都對這樣的學習抱有極大熱情，并愿意參與豐富該項目的工作。今后將對案例進行進一步的細化，并拓展出更豐富的案例來。