“以学生为中心”的实践教学案例设计与实现

葛 艳，卢晓东

（上海海洋大学 信息学院，上海 201306）

2017 年11 月中国工程教育专业认证协会对《工程教育认证标准》进行了修改，明确要求培养学生的实践能力和创新能力[1]；2017 年“复旦共识”再次强调“新工科建设需要加强研究和实践”[2]。实践教学是本科教学中体现实践能力获取、综合素养提升的关键环节[3]，开设探究型实验、进行实践教学案例设计等都是推动学科建设、促进实践人才培养的有力举措[4-6]，能够突出实践教学特点，也符合创新实践能力提升、主动学习意识和创新思维意识培养及解决复杂工程问题能力培养的教学目的[7-9]。本文从认知心理学的教学理论出发，以软件工程专业教学实践中常用的MVC框架编程SSM 为例，设计一个能体现“以学生为中心”教学理念的实践教学案例，希望通过潜在的引导为学生自主开展实践技能学习提供辅助支撑。

1 学习机理

1.1 学习机理层次模式

为了更好地实践“以学生为中心”的教学理念，结合教与学的心理学理论[10]及20 年的一线教学体会，将学生的学习机理理解为动机系统驱动下的信息处理过程，并对这个过程按照信息学进行抽象，建模为如图1 所示的学习机理层次模型。

最内层对应学生的学习逻辑，即接收外部刺激，经加工系统消化吸收，转化为自身的知识和能力，并通过反应发生器对外界做出反应或回馈，体现对输入刺激的接受程度和能力变化。加工系统的消化吸收过程又可分解为对外界刺激的信息接收器、感觉登记器、临时信息暂存器和反应发生器，他们协调工作完成对新知识的摄入，并转化为学生个人知识与能力。在这个过程中，还伴有将原有知识和能力与新知识同化的过程。

相邻的外层是执行控制系统，该系统通过学习或认知策略对学习加工系统进行调节和控制。最外层是学习动机系统，该系统管理学习预期，通过预期影响学生学习的努力程度和注意力水平，由此控制内层执行控制系统和加工系统的效率。

图1 通用的学习机理层次模型

1.2 教师的作用

由图1 可知，如果没有学生的主动学习过程，教师的教是没有用武之地的。开展“以学生为中心”的教学，就是尊重学生，用教的行为在学习机理的各个功能节点或节点间的协同上发力。因此，教师的作用应体现为：

（1）改变接收器的信息接收范围和接收程度。信息的接收是一个选择性知觉的过程。可借助教学设计激发学生兴趣、引导学生情绪，并结合合理的外部物理特征、差异特征、指令特征的作用，引发学生对学习材料有意或无意的注意，提高其对外部刺激的响应能力。借助教学设计，还可刺激学生的需求，制造学习材料与学生需求的关联关系，提高学生接收信息的积极性。接收外部刺激，是开展学习过程的基础。

（2）创设同化学习的场景。学习的过程是一个记忆、理解和应用的过程。在这个过程中，在接收新知识的同时，如能唤醒存储器长期记忆中的相关知识，并将其调入寄存器与新知识相互作用，共同参与新知识的感觉登记、寄存，并使新知识进入原有知识的命题网络，就能使新知识在原有知识的作用下获得意义，从而使新知识更易消化、理解。赋予了意义的新知识因为融入原有的知识命题网络，也更易融合到原有长期记忆的知识体系中去，扩展原有的知识存储体系，使新接收的知识内化为学生自己的知识。

（3）创设新知识点的巩固、强化场景。该场景主要通过提供适当的变式复习和练习机会，帮助学生巩固新进入知识命题网络的那部分知识，并根据需要改组或重建原有的命题网络。

（4）创设新知识的应用、迁移场景。目的是使学生将这部分知识从最初的简单复述转化为解决实际问题的能力。当学生面临新的问题情境时，相关知识就会被提取出来，当学生能将学到的知识用于解决实际问题时，就完成了学习的迁移过程。

（5）引导学生动机系统的改变。要创设使学生积极调节预期的外部条件，激发其内在加工系统和控制系统的变化。学生对未来学习结果的期待和学习有效性的期待，有助于提高学习的投入程度和专注水平，从而提升学习的效果。

2 “以学生为中心”的实践教学的设计构想

从学习机理出发，以通过合理流程设计激活学生自主学习热情为目的的实践教学设计主要考虑以下原则：

（1）从调节接收器和动机系统入手——简洁悦纳，调控预期。教学初期，如果只用极少的配置来实现简单可用的框架搭建，就可使学生由于很快看到了学习成果，从而更乐于接收新知识。合理调控学生预期是指使学生在学习中面临适当挑战，但并非巨大挑战，从而增加学习积极性。

（2）考虑新知识的巩固、强化和同化学习——合理拆解，快速融合。由于知识框架的完整实现涉及多个环节，而分解后的新知识分步骤融入已有知识体系是相对容易的。例如，对搭建完成的框架从持久化层到控制器层分阶段单独测试，逐段检验框架的搭建是否成功。在分步测试的分解过程中，将框架的完整知识分阶段快速整合到已有知识体系中去。

（3）综合学习动机的知识应用——自由实践，及时反馈。通过示例使学生自由学习，并让他们模仿示例完成一个简单项目，从而对搭建好的知识框架实现简单应用，并进一步加深对知识框架的理解，进一步激发学习兴趣。

（4）综合学习动机的新知识迁移——部署项目，知识迁移。让学生运用刚学习到的知识完成较复杂的项目，最大程度地发挥他们的想象力，引导他们自行对知识框架进行深入探索，并从中掌握整套知识框架的运用。

3 “以学生为中心”的实践课程学习模型

结合实践课程特点，采用“学中做，做中学”的学习方法[11]，并将其抽象为双环模型（见图2）。

图2 实践课程学习的双环模型

其中的内环是以“呈现”为起点的学习流程。对于初学者来说，往往因为找不到起点而使直接的“做中学”搁浅。因此，在开始“做中学”之前，增加一环“学中做”，将基础认知和基本动手能力的培养从“做中学”中剥离出来，在前期进行单独训练。“学中做”是针对一个案例进行观察、认知、理解、试错的不断循环。例如，可以通过某代码和效果直接对应的示例，使学生观察示例呈现的效果，还可以拆解示例，看到效果对应的代码，理解其实现的原理，然后再试用、再观察、再拆解、再消化，并可试探性地进行重构，在这个循环往复的过程中逐步掌握功能实现的基本技能。

双环的外环是以“重构”为起点的实践流程，即重构、理解、再呈现的学习和创造过程。这是一个“做中学”的过程，在实践工程项目的过程中，即是逐步查漏补缺、加深理解、呈现一个部件，然后再继续重构、理解，直至呈现完整作品。

4 基于双环模型的实践教学案例设计与实现

根据双环模型，我们选择基于框架SSM 的Java Web 开发项目，开展了实践教学案例的设计。

4.1 项目出发点

选择该项目是基于以下考虑：

（1）在本科生科研和创新活动中，很多学生都有开展创新研究的激情和诸多好的想法，但在具体实施中，当碰到完整系统的Java 编程问题时，又不知如何下手了，于是创新止步于此。

（2）在信息学院的短学期实训课程中，会邀请企业导师带领软件工程专业学生开展为期两周的实训课程。但两周下来，仍有1/3 以上的学生对于构建完整系统无能为力。

（3）信息领域知识的增长速度远高于本科培养方案更新速度，因此很多新技术在培养方案中没有覆盖，需要通过实践教学加以补充。

基于以上考虑，选择从SSM 框架入手，通过拆解方式，按照前述双环模型来进行实践教学案例设计。

4.2 内环设计

内环首先要解决的是案例的选择、分解和实现，然后通过案例执行呈现效果，通过案例分解理解案例实现的关键知识点，再通过部分的编辑和修改实现各个单元的重构，并呈现最终的效果。具体包括以下内容：

（1）轮廓认知，简单初识SSM 框架——直观现象呈现，以效果调控学生预期。学生可在页面上看到一个简单的实例，对实例进行交互，可以直观感受其执行效果，还可查看实例具体的vue.js 实现代码，对代码进行编辑以及拷贝、粘贴，并直接在同屏看到执行效果。除此之外，还对一些框架的基础性知识进行介绍，扩充实例基础知识认知，激发沿线索深度学习的积极性。

（2）快速开始，分步理解SSM 框架——同步资源引导，以小成就激励学生前行。此过程分为基础准备和框架搭建两个阶段。在基础准备阶段，集中提供丰富的环境以及工具资源链接供学生下载、安装；在框架搭建阶段，则通过整体和分步骤两种方式引导学生模拟搭建一个框架。学生可根据自己的情况跳过某个学习步骤，涉及有代码的地方允许对代码进行编辑、拷贝、粘贴，以防学生初学时因敲错一个字母而没有结果呈现所带来的严重挫败感。

（3）小试牛刀，部分重构应用实例——拆解案例模仿，通过实践丰富经验。提供一个带有基本增删改查功能的数据库应用案例，同步提供拆解介绍，对应代码可编辑、拷贝、粘贴。学生可方便地根据自己的情况在拆解后的各个环节中自由跳转，进行模仿学习并实现。

4.3 外环设计

外环要解决的是案例的需求设计，要给学生设定一个合理的需求，然后学生从构造这一需求开始，进一步理解实现的细节，逐步呈现出预期效果，主要包括以下内容：

（1）大显身手，实现Web 应用——自主选题实战，以项目促进学生个性化发展。学生在此阶段可以结合自己的情况，在页面上挑选一个感兴趣的题目，或者自拟题目并与教师交流得到认可，然后运用刚刚掌握的SSM 框架知识和程序实现知识，开始独立进行项目实战。

（2）问题反馈，提升理解层次——及时答疑解惑，以沟通支撑学生前行。学生可在页面上提出自己的疑惑，包括对框架的不理解等，可直接截图定位问题点，并留下自己的联系方式，后台技术支持将及时予以回复。

（3）代码上传，呈现个性应用——项目成果提交，通过成果建立自信。学生在完成项目后，可上传至页面，进行项目展示并与其他学生及教师分享。

4.4 系统模块

以上内外环共6 个学习活动在系统实现中以前台和后台两大模块共同支持。其中，前台主要解决在线编译、执行代码、在线代码分享、框架搭建教程、框架实战教程连接、开放项目题目并展示成果下载、带图邮件发送、大文件发送等问题；后台主要解决响应用户输入、发送邮件、保存文件等问题。

系统前台模块选择vue.js+iView 插件实现，系统后台模块选择SSM 框架搭载MySQL 数据库实现。由于篇幅限制，系统执行效果图省略。

5 结语

实践教学要充分体现和突出专业特色和专业要求，要有利于学生在实践过程中激发专业兴趣，巩固专业思想，提高专业技能，加快从掌握知识向形成能力的转换速度，提高教学效率[12]。采用双环模型的实践教学案例，是“以学生为中心”的“学中做，做中学”的初步实践。学生对于该案例的学习过程，是在教师精心设计的教学环节和学习方法引领下的自由学习过程。该过程保证了需达到的最低标准，而时间上的自由、形式上的丰富，以及学习进度、学习深度、学习广度的自主把控，能够有效调动学生的主观能动性。

实践证明，在双环模型指导下的Java Web 程序开发案例，对于提升学生的学习兴趣、提高学生的学习获得感、改善实践教学效果都有积极意义，也有利于促进学生创新能力的形成[13]。部分学生的毕业设计是基于该系统学习完成的，目前正在学习信息类课程的大二、大三信息类专业或非信息类专业的不少学生，都对这样的学习抱有极大热情，并愿意参与丰富该项目的工作。今后将对案例进行进一步的细化，并拓展出更丰富的案例来。