实验项目驱动式教学促进四大关键能力的实证研究

胡 燕，孔凡哲，陈心浩

（中南民族大学a.教育学院；b.实验教学与实验室管理中心，武汉 430074）

0 引言

中共中央办公厅、国务院办公厅在《关于深化教育体制机制改革的意见》中明确提出，要注重培养人才“支撑终身发展、适应时代要求的关键能力”，即认知能力、合作能力、创新能力、职业能力［1］。“认知能力”不局限于心理学范畴，包含独立思考、信息加工、学会学习、表达交流、终身学习等能力；“合作能力”包括自我管理能力，与他人合作共处的能力，处理个人、集体与社会之间关系的能力等；“创新能力”包括好奇心、想象力、创新思维、创新人格、创新方法和创新产出；“职业能力”在学生阶段主要表现为职业感知、职业认同、职业精神，知行合一的自觉意识与能力，学以致用的意识与能力等［1］。在现行高校教学中，以“讲授+一般性提问”为主，对知识“条块性分离”，脱离概念与概念间的复杂关联、脱离实践，偏重理论而相对地忽视实践，这样的教学方式可能导致学生学习类型单一，学习自主性不足，知识向实践能力难以有效转化，学生善于动脑而拙于动手，创新能力不足。教导学生理论本身并非终点，引导学生将理论与实践相结合，将所学技能自如运用于现实世界才是学习的目标。如何引导呢？引入项目驱式教学，将基本技能培养和主流技术相结合，培养学生的实践能力，将学、思、练相结合，通过项目实践，使知识从书本中释放并转化为专业技能，促进创新能力和职业能力，是目前教学改革的趋向［2-3］。

1 概念界定及研究的内容

1.1 项目驱动式教学的内涵

项目驱动式教学法以情景认知、社会建构主义和实用主义教育观等为理论基础，其典型特征是，以项目为主线，在教学过程中以项目的层层推进来带动学科基础概念和理论的学习，注重解决实际问题，将学习过程与实践活动相融合，项目的完成驱使学生进行有意义的知识建构；以教师为主导，学生为主体，强调学生之间的合作学习，将小组协作和独立学习相结合［4］。

在教育领域中，项目一般是指学生围绕所选主题所进行的一系列调查、观察、研究、表达新学知识、展示及分享等的学习活动［4］。在本研究中，项目驱动式教学中“项目”是指实验项目，实验项目是具体的，能实践的，能马上看到因果关系的练习，与现实世界中的任务相关的实验项目利于学生理解知识及其在情境中运用，容易激发学生兴趣和求知欲［5］。

1.2 项目驱动式教学研究现状

目前，项目驱动式教学的研究方兴未艾，多位学者纷纷发表了他们的研究成果［6-10］。袁磊等［7］从内容设计的角度研究了基于学科课程项目化重构STEAM 课程内容，可以促进学生对知识的综合应用，进而促进复杂思维的发展；马志强等［8］研究了项目式学习对发展计算思维的作用；张执南等［9］、杨毅刚等［10］论述了项目驱动式教学是以提升解决“复杂工程问题”能力为目标的有效方式。项目驱动式教学重新定位了教与学的关系，将教学内容贯穿不同阶段和不同项目任务中，教师的教与学生的学都围绕项目及项目分解的任务展开，学生可以在实践中发现问题、分析问题、解决问题，学生的专业技能得以培养［11］。项目驱动教学能促进学生对知识的综合应用，项目驱动式教学可以打破仅仅是认知取向的知识运用，转向实践取向的知识运用。以知识的实践运用为目标的课程，强调学生所获得的、能灵活迁移、能运用于解决实际问题的能力，而不仅是知识的再现和学生认知能力的发展［2-3］。

针对现阶段的“知识条块性”分离和学生创新不足的痛点，确定实践取向的学习目标，着眼学生认知能力、合作能力、创新能力、职业能力的发展，采用实验项目驱动式教学，是可选之策。

1.3 项目驱动式教学与思政元素的融入

《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》（教高［2019］8 号）指出“推动课程思政的理念形成广泛共识，构建全员全程全方位育人大格局”。在专业课的教学设计与实施中融入思政元素，使专业教学和思想政治教育相互促进、相得益彰，提升教学质量，这是培养素质全面的专业人才的必经之路。专业知识承载思政要点，根据课程学习目标和要求来挖掘本课程的思想政治元素是基本方法。典型案例如孙凡［12］在汉语国际教育中“践行教授汉语、传播中国文化，同时进行价值性的引导和传播”“汉语国际教育的学科本性与课程思政具有内在一致性”，这为专业知识的传授和思政元素的融合奠定了基础。

同样，项目驱动式教学与课程思政具有内在一致性，项目驱动式教学注重解决实际问题，强调小组成员之间的合作学习，求实创新、团结协作是21 世纪大力提倡的时代精神，也是项目驱动式教学得以成功实施的保障。

1.4 项目驱动式教学研究的内容

基于项目驱动式教学研究大多集中在教学内容如项目的设计和实施及影响，项目驱动式教学如何有效促进学生认知能力提高和促进创新，项目驱动式教学融合思政元素是否成效更大，正是本研究旨在所要探讨的核心问题。

2 研究过程

2.1 实验项目设计和实验假设

（1）实验项目设计。以改革创新为核心的时代精神要求人们解放思想，求真务实，积极探索，勇于创新。计算机网络技术是国家级一流本科专业“教育学”的一门应用性强的课程，它并不严格要求具有学习纯科学性理论知识通常所要求的严密逻辑性与抽象思维能力，教育技术学方向的专业培养目标之一是学生今后可以从事网站的设计、开发和维护等工作。本着解放思想、求实创新的原则，基于专业培养目标根据实际应用价值选择系列实训项目，以实验项目实训为中心将其所涉及知识点进行专业研讨，即由具体动手“做”到抽象理论“学”，创建“体→面→线→点”逆序认知过程。

计算机网络技术课程中有关内容涉及很多前期课程知识点，如电路分析、信号与系统等课程，但是对于教育技术方向课程体系没有足够的课时来设置这些前修课程，因此在讲授计算机网络技术这门课程时，在有限的课时内，基于专业培养目标，对教材进行适度的重组和改造。

要想使项目驱动式教学能顺利开展，必须设计出好的实验教学项目。实验项目的设计是以课程目标为依据，实验项目内容涵盖课程的核心知识点，实验项目的难度设置在学生的“最近发展区”内，并且考虑到学生特征，让学生在做中学［13-14］。首先由能够引起学生兴趣的“驱动问题”入手，以相应的实验项目为指南，组织围绕此实验项目所涉及的相关理论知识进行学习，课堂外安排研讨与扩展阅读作为实验项目活动的拓展部分［15］。

本实验以计算机网络技术课程为例，采用准实验研究法，实验项目驱动式教学融入思政元素为单因素自变量，因变量为计算机网络技术学习成效，被试为教育技术学方向的两届本科学生。2016 级教育技术学方向学生是控制组，采取的是常规教学；2017 级教育技术学方向学生是实验组，采取项目式驱动式教学并融入思政元素。教育技术学方向的学生来源是文理兼收，一方面学生前期知识基础不同，另一方面逻辑思维能力有区别或落差。2017 级和2016 级学生入校分数相当，班级学生层次结构相当，学习人文课程时成绩分布相当。

（2）实验假设。通过实验项目驱动式教学的实施，可以促进学生的认知能力、合作能力、创新能力、职业能力。具体表现在：通过实验项目驱动式教学后，学生学习成效提高，对缺乏前修课程的学生或逻辑思维能力不足的学生学习成效明显；项目驱动式教学融入思政元素有助于师生学习共同体的发展，团结协作精神得以促进和提升。

2.2 实验项目驱动式教学实施程序

局域网的组建是工程上的常见应用情境，是计算机网络技术课程的核心学习内容之一，以局域网的组建项目为主线来展开教学，把相关知识点贯穿在这个实验项目中。以组建一个小型办公室网络为例，其为综合性的工程应用项目，首先以网络的用途为核心进行合理的规划，然后进行方案设计与实施，如确定以太网的类型，确定逻辑拓扑图和物理拓扑图，设备和线路连接及检测，设置IP 地址，然后验证网络的连通性等［15］。实验项目确定后，按照知识点之间的前后联系即逻辑性，对实验项目进行分解和综合。此教学情境中的实验项目驱动式教学法实施流程见图1。

图1 实验项目驱动式教学法实施流程

此实验项目所涉及的知识图谱见图2，以项目为中心进行以下系列相关知识点的学习。

图2 组建一个局域网应具备的知识图谱

2.3 实验项目驱动式教学中的合作学习

教学过程的实施是指用实验项目来驱动教学，项目为情境，问题为导向，教师引导，小组内及小组间协作、师生及学生之间进行讨论、学生独立思考等，通过这些活动来推动项目的实施，进而实现教学目标。

小组合作是项目驱动式教学的核心之一，小组内成员之间的协作、团结是项目驱动式教学成功的重要因素。在小组团队中，成员有着共同的目标，通过协商形成解决问题方案并付诸行动，成员之间相互影响、相互学习并相互促进［16］。

（1）实验项目概况。网线的制作与测试小实验对于网络的连接效果是入门的直观实验，通过该实验建立起对有线传输媒体及物理层组件的感性认识。其教学目标：能制作符合工业标准的基于RJ-45 接口的双绞线。

根据我校实验中心网络实验室的场地大小和设备配置，班级30 人被分成5 组，每组6 人，采取组长负责制。每个实验台配有若干5 类非屏蔽双绞线、若干RJ-45 水晶头、RJ-45 剥线及压线钳1 把、网线测试仪1个等［15］。

该实验的关键环节为区分RJ-45 接头的质量；使用双绞线制作钳；了解T568A 和T568B 标准，制作直通线和交叉线，使用双绞线测试仪测试双绞线。

实施步骤：在实验室场地，教师在单个实验台演示时，有些同学可能看不清或没跟上老师的讲解和演示，老师拍了一段演示视频发布给同学们。小组内每个同学自己用手机先看一遍视频，有个初步印象，就开始拿起双绞线试着剥线和理线，基于T568A 和T568B 标准，确定正确线序，然后插线和压线，最后进行双绞线的测试。

（2）小组成员合作完成实验。在此实验过程中，小组成员必须积极参与、紧密合作才能完成实验项目。

看1 遍演示视频同学们就开始动手，对于双绞线制作钳，同学们可以直接摸索着使用；T568A和T568B标准则需要自己查阅；通过同学之间的讨论，确定线序；插线和压线直接简单；进行双绞线的测试时由于T568A和T568B的连接顺序不同，线路两端的测线器LED（发光二极管）显示顺序不同，有的同学在动手测试，有的同学负责观察LED 是否发光，查找问题出现在哪里。每个实验台只有压线钳1 把、1 个网线测试仪，组内成员分工协作，小组内有的同学在动手做，有的同学在一旁检查，有的同学举着手机给正在动手的同学演示步骤，有的同学在查资料，在讨论中同学们也了解了T568A和T568B标准，懂得直通网线和交叉网线分别用在哪里，通过这种协作和沟通，同学们可以看到问题的不同侧面和不同解决途径，快速形成方案；在参与同小组的制作过程中，也熟悉了制作流程，动手慢一点的同学也开始动手自己做1 遍了。当老师说，每个小组上交1 根符合标准的网线，另外同学们所做网线可以自己保留，上交作品最快的小组可以多做1根网线带走，这时实验室的学习氛围热烈，教师成功地引导、激励、驱动了学生，最后几乎每位同学都自制了1 根测试成功的网线，教师加以及时总结评价，师生之间的凝聚力、学生之间的团结、协作氛围在项目驱动式教学的实施中建立。

通过这个典型的“做中学”小实验，同学们学会了制作网线和检测网线，对网络工程有个初步的感性认识，也为后续理论学习、下一个子项目的推进、综合实训项目的进行奠定了基础。实验项目驱动式教学任务层层推进的路径，使其过程富含挑战性，学生自主、自觉和自信的专业品质得以培养和促进。

2.4 虚实结合的立体化实验及理论教学体系

基于学校实验条件，实验项目实验部分可以采用真实实验和虚拟实验相结合的方式进行。虚拟实验是利用软件实现相关功能，例如应用Cisco Packet Tracer进行小型局域网的组建和路由器的配置。虚拟实验虽然不及真实实验的体验感强，但是具有操作上的便利性和观测的迅速性，以及无场地和时间的制约等优势。将虚拟实验和真实实验有效结合是目前值得大力提倡的一种混合式实训方式［17］。

由于目前教育技术学方向对于计算机网络技术课程有些前期相关课程无足够的课时设置，同学们有可能缺乏相关的知识铺垫，可以利用MOOC 等网络学习资源，或者由授课老师设计开发网络学习资源，授课老师将知识颗粒化制作成微课，基于瑞奇鲁斯所提出的细化理论，由一般到特殊的顺序呈现概念，考虑到学科课程内容之间各个部分彼此的相关性，关注各个部分和整个学科之间的关系，将若干知识按序颗粒化制作，学生可以根据自己的基础和需求进行知识点的串接和访问［18］。

利用信息化工具或手段，如组建班级QQ 群加强师生、学生之间的交流互动，老师加以引导、同学之间互助，及时答疑解惑，形成一个活跃、温暖、积极向上的学习集体。

3 研究结果

2017 级教育技术学方向学生是实验组，采取了实验项目驱动式教学，融入思政元素如倡导团队协作，定位实践应用导向的教学目标，改革了教学活动方式，进行了教学内容的重组，以项目实训为中心将其所涉及知识点进行专业研讨；2016 级教育技术学方向学生是控制组，采取常规教学。

将实验组和控制组学生的学习成效采用定量研究和定性研究相结合的方法进行了对比和分析。

3.1 定量分析

2017 级实验组和2016 级控制组所做的期末考试试卷知识点分布一致，难度一致。期末考试试卷最后一道题是设计一个小型局域网，并进行IP 地址的规划。2017 级30 名同学得分率达到80%，而2016 级学生得分率为70%。由差异系数（Coefficient of Varlation，CV）可以反映学生学习的差异程度，差异系数是标准差量数S和平均数量数两相对比后所形成的相对差异量数，标准差能综合反映一组数据的离散程度或个别差异程度，差异系数CV反应相对离散程度。如表1 所示，2017 级学生学期测评的相对差异系数比2016 级的明显要小，这说明通过这种以实践为导向的教学方式使得2017 级学生的总体学习效果提升，不再是2016 级优秀学生和差生学习效果落差较大的情况，这也说明以实验项目为主导的学习方式将相关知识点进行了有效整合和内化，可以使缺乏基础知识或基础知识不足的同学在应用中能快速链接起相关知识并学以致用。这种自上而下的设计模式有利于学生知识的串接、理解、融合和应用。

3.2 定性分析

（1）任课教师视角。2017 级教育技术学方向学生对于课程的模块框架、知识点的理解和应用上比2016级学生要清晰；当整个学期课程结束时2017 级学生对需要重点掌握的知识和所应具备的技能都很明了，对网络知识的掌握和实际应用能力比2016 级学生要强。这种基于实验项目导出知识点的学习和应用符合学生的认知特点，尤其对于缺乏前修课程的学生和逻辑思维能力有欠缺的学生，由需要动手的实验项目导出相关知识点的学习更加有的放矢，更加直接有效，对激发学生学习潜能、提高学生综合能力具有明显作用。

（2）学生体验。有同学谈学后感受时说：老师总有办法让我们将不懂的知识弄明白，如果单看这些知识点，肯定是不懂的，但是放在实验实践项目里就能体验到知识点的原理和用处了，以后在工作岗位上如果遇到问题也能学以致用、上手较快，这有利于增强学生的职业适应能力和创新能力。

（3）专家观点。学生的学科学业水平不仅表现在学生对于学科知识技能的理解和掌握状况，而且包含学生学科学习的能力、积极的学习态度、创新精神、发现提出问题与分析解决问题的能力、合作与沟通能力，以及正确的人生观、价值观、世界观等［19］。实施项目驱动式教学有利于提高学生的学科学业水平。

（4）辅导员观察。2017 级班是参加学校大学生创新活动和竞赛最积极的班级，学生团队拿奖的数目最多，同学之间摩擦也少见。项目驱动式教学促进了同学之间的团结协作。

4 讨论

4.1 实验项目驱动帮助学生构建有效的知识组织

在研究设计中，由局域网的组建这个大项目分解为3个子项目，层层推进，由此导出组建1个局域网应具备的知识图谱，这种探查知识组织的策略帮助学生创建概念图，面对任务，分析最合适的知识组织；帮助学生把概念之间的联系明晰化，帮助学生在认知的基础上，面向实践，运用所掌握的知识解决实际生活中的问题。

4.2 实验项目任务导向的机制倒逼学生知识的整合

实验项目完成的前提是要具备完成项目所必需的知识，知识整合是实验项目驱动式任务导向型教学的必然选择。理解是一个认知的过程，整合是基于理解之上的一个消化吸收的过程。将相互关联的知识组成网络状的知识体系是知识整合的实质，这其中包括整合旧知识，也包括整合新知识。由单一实验任务项目到综合实验项目实施促进了学生对新旧知识的链接与整合，促进了学生对知识的运用，形成系统的工程应用思想。

项目驱动式教学中教师的主要任务在于启发、引导学生解决问题［13-14］。这种“以教师为主导、学生为主体”的教学模式改变了学生的思维模式和学习习惯，促进学生的自主探究以及学习能力，激发学生的积极性，促进学生在学习过程中对该课程产生兴趣，积极应用知识解决问题，学生知识得到了基于应用的整合。

以实验项目为中心，围绕项目实施所用到的知识点进行讲解，即以实验项目为主线来组织教材内容，以教师作为课程的创生者，根据教学目标、学生特征以及具体的教学条件，对教材进行创造性地改造和转换，让学生建立起知识与生活的联系［2-3］，理解知识在实际问题情境中运用的条件，从而激活学生对知识的链接与整合。

4.3 实验项目团队成员的交互激发知识的链接

在项目驱动式教学中，学习者之间及师生之间的协作与对话非常重要，采用小组合作学习，这有利于学生学会沟通、分享和合作。为了避免少数同学参与意识不强，考虑到学生能力、知识、性格等相关因素的差异性，采用异质分组，通过项目团队成员之间的交互激发知识的链接［13-14］。在项目驱动式教学中，不同社会背景和习得知识等方面存在差异的学生通过学习共同体内的小组分工合作等方式主动探索并解决现实问题，实现知识共享和建构，能力培养和提升；学生愿意分享知识并互相帮助，得到其他同学和教师认可，证明自己的价值，从而获得更深刻的学科知识、方法技能、实践能力和团队向心力［20］。

在项目驱动式教学中，课程的教学主要是围绕项目的设计与实施这一主线进行的，实验项目的完成以小组合作形式完成，评价学生的学习效果不再是单一的传统评价方式，制定具体的项目设计和实施的评价指标，采用组内评价、学生自评和教师评价相结合的多元化的评价方式［4，13-14］，项目团队成员的交互贯穿在整个学习和评价过程中，可以有效激发知识的一次又一次的链接。

4.4 实验项目驱动利于学生知识的内化和创生

在计算机网络技术这门课程中运用项目驱动式教学法，学生的动手能力、解决实际问题能力的得以提高，学生的积极性得以激发，通过项目小组成员的努力，各个项目小组基本都能完成所选项目的设计与开发。项目驱动式成功实施燃起学生知识活化的激情，活化的知识激发了学生知识的内化。

“创生”泛指创造事物新的存在形式并赋予其意义，学生对知识的创生是指在掌握学科知识、应用学科知识解决问题的能力培养过程中，学生习得方法，生成情感，提升素养，生成智慧和能力。“学”一个活动的最好方法是“做”，通过“做”来实现“再创造”，这就是一种创生学习过程［21-23］。教师设计并实施的学习活动，应利于学生进行“再创造”，项目驱动式教学就是较好的促进学生对知识创生的途径，项目驱动导致的知识内化促进学生对知识的创生。通过教学活动、知识交流及项目实践，学生理解、吸收、应用新知识，从而影响学生的认知模型发生改变，进而帮助学生实现创新。创新的本质是突破，即突破旧的思维定势，在工程领域，基于实际场景的不同能省力省时实现所要求的功能就是一种创新，这也是当前学生应该培养和具备的素质。

4.5 实验项目驱动式教学和课程思政的双向促进

实验项目驱动式教学目的是提高学生的实践能力，以任务为导向，在教学过程中以实验项目层层推进来带动课程学习，需要小组成员的相互合作，小组成员之间的团结协作意识有助于提升项目驱动式教学成效；在课程教与学过程中学生的实践能力得以逐步培养，学习共同体内的交互也促进了学生之间的团队协作，帮助学生树立和谐进取的社会价值观，培养了学生的自信、尊重、协作、友善等合作态度和品格，培养了学生的求实、探索、创新精神。项目驱动式教学融入思政元素在计算机网络技术这门课程中的实践体现了项目驱动式教学和课程思政的双向促进，促进了学生专业知识整合与实践及创新，提升了同学之间的团队意识，通过项目驱动式教学达到了价值塑造、能力培养、知识传授育人的目的。

5 结语

针对高校课程教学中知识条块性分离和学生实践能力及创新不足等问题，以计算机网络技术课程为例，采用项目驱动式教学融入思政元素，研究其如何有效促进学生认知能力、合作能力、创新能力、职业能力的提高，实现全员全过程全方位育人。采用准实验研究法，被试为教育技术学本科专业的两届学生，研究结果为项目驱动式教学融入思政元素的实施提高了学生的学习成效，对缺乏前修课程的学生或逻辑思维能力不足的学生学习成效明显。研究表明：实验项目为主导并融合思政元素的学习方式符合学生的认知特点，起到了在课程教学中育人作用。由实验项目导出相关知识点的学习使得学生在应用中将相关知识点快速链接并有效整合和内化，进而促进学生对知识的创生和创新，项目驱动式教学的小组合作方式有助于师生学习共同体的发展，团结协作精神得以促进和提升。项目驱动式教学融入思政元素达到了更全面更有效的育人目的，在其他工程类课程中值得大力推广，形成有助于培养学生实践能力和创新能力及全面育人的课程群及体系。这个研究也凸显了实验教学的重要性和实验室建设的重要性，对今后的实验教学方向和实验室建设投入有启发意义。