以学生为中心思想下“4C”理念和Aero?Racing模式的创新与实践

2023-10-13刘永欣宋祥波张健

大学教育 2023年12期

刘永欣　宋祥波　张健

［摘要］为了促进学生知识学习与能力培养的有机结合，文章围绕以学生为中心思想，在总结经典教育理论与现代教学方法的基础上，结合国际教育领域中基于能力教育和国际民航组织基于能力培训的概念，提出了工程教育类专业的“4C”理念——能力至上（Competency）、深耕细做（Cultivation）、学以致用（Conduction）、知识建构（Constructivism）。在此理念指导下，课题组构建了Aero?Racing［尝试（Attempt）—探索（Explore）—研究（Research）—操作（Operate）—复盘（Rethink）—评估（Assessment）—质疑（Challenge）—创新（Innovate）—生成（Generate）］的学习模式。课题组以民航交通运输专业为依托，开发了课程智慧学习平台，对“4C”理念和Aero-Racing模式进行实践与应用。对管制规则与程序课程学习数据的分析表明，采用“4C”理念与Aero-Racing模式可以有效提高教学效率与学生能力，为民航交通运输专业相关课程的教学改革和发展提供一定的借鉴与参考。

［关键词］以学生为中心；基于能力教育；建构主义；交通运输专业；智慧学习平台

［中图分类号］ G642 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）12-0053-07

我国经济社会的高速发展对高等教育人才培养提出了更高的要求。2018年，教育部、财政部、国家发展改革委联合制定的《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》指出，要促进知识学习与科学研究、能力培养的有机结合，以服务国家重大战略需求、培养急需紧缺人才。因此，21世纪的高等教育要以能力教育为基本，培养学生主动获取知识的能力、独立思考的能力以及实践创新的能力，助力学生的成长与成才。

在信息化技术高度发达的今天，高校中传统以教师为中心的教学模式已与学生能力培养的发展方向不相适应，学生被动学习、不愿思考、只会应试、知识应用能力差等问题，都是当前“教”与“学”之间矛盾所带来的种种弊端。即便近几年高校借助信息化手段开展了一些线上线下混合式教学的研究与尝试，但大多仍以教师处于主导地位的带领式学习为主，学生缺乏自主学习环境、学习动机不足，因而并没有实现真正意义上的以学生为中心。

为此，课题组在以学生为中心思想指导下，以提升学生能力培养为目标，从解决“自主学习环境+激发学习动机”这两个问题入手，探索一种能与能力培养要求及教育理念发展相一致、以学生为中心、符合学生学习认知规律的创新型“4C”教育理念与Aero?Racing教学模式。同时，课题组利用信息化技术，融合创新的“4C”理念与Aero?Racing模式设计开发用于学生自主学习的智慧学习平台，并在实际教学活动中开展实践与应用，以为未来民航交通运输专业相关课程的教学改革和发展提供一定的借鉴与参考。

一、“4C”理念和Aero?Racing模式的理论来源

（一）基于能力教育概念

在以学生为中心的教育体系中，基于能力的教育模式（CBE，Competency?based Education）是其中一个非常重要的理念[1]。该模式强调实际岗位所需的知识及技能，掌握和运用知识及技能需具备的态度、理解力、决策能力等组成的结构化整体，并将其作为教育活动的出发点和核心，然后围绕该出发点和核心进行教学内容设计、教学方法设定等[2-3]。CBE模式自20世纪90年代初引入我国后，因其具有培养目标具体明确、注重学生知识的学习和能力的应用等特点，现已被广泛运用于各级各类的教育培训机构活动中[4]。

与面向院校学生的基于能力的教育相對应的，是面向岗位人员的基于能力的培训（CBT，Competency Based Training）。在民航领域，2015年，国际民航组织在《空中航行服务程序-培训》（PANSTRG，Doc.9868）规章中，将基于能力的培训和评估概念引入管制员资质能力管理程序中。根据ICAO Doc.9868，胜任能力被定义为“按照规定标准执行任务所必需的技能、知识和态度的组合”。2017年国际民航组织针对空中交通管制员颁布了第10056号文件《空中交通管制员基于能力培训和评估手册》。目前，国际民航组织已正式在全球推行基于能力的培训理念，我国民航局也正积极响应，将于“十四五”期间开展一系列改革工作。

（二）经典教育理论

针对学生知识学习及能力形成的根本机理与建构过程，布鲁姆教学目标分类理论、建构主义理论、“做中学”教育理论等经典教育理论从根本上进行了解释。

其中，布鲁姆教学目标分类理论根据学习者达到的认知层次，将教育目标分为记忆、理解、应用、分析、评价和创造等六个层面，通过对教育目标进行合理分类，可以获得更加明确的教学目标，有助于教学和评价的开展[5]。布鲁姆教学目标分类理论符合人类的认知规律，是一个从低级到高级的思维过程，借助这一方法，教师能够更为准确地把握学生的认知水平，进而合理地组织教学活动[6]。

建构主义理论作为一种学习的哲学，认为学习不是知识由教师向学生的传递，而是学生建构自己的知识的过程，学生不是被动的信息吸收者，相反，他要主动地建构信息的意义[7]。建构主义理论清晰地说明了学习过程的认知规律、学习的发生过程、意义的建构过程、概念的形成过程，以及理想的学习环境所应包含的主要因素等[8]。

“做中学”教育理论源自杜威教育思想，它将“做”（即探究性活动）作为核心，强调以“做”为基础、以“做”为手段，让学生在动手过程中了解并掌握相关知识，提高学习技能和综合能力[9]。“做中学”教育理论明确了学生在教育过程中的主体地位，即学和做的主体都是学生，在教师创设的情境中，学生通过“做”独立去感知、体验、实践、参与和合作[10]。因此，“做中学”符合学生认知发展的规律，能够引导学生主动建构自己的知识，做到了以学生为中心。

（三）现代教育方法

现代科学技术的迅猛发展，加速了教学观念的革新。为了进一步探索实现学生知识建构及能力形成的途径，教育专家们探索出了任务式、探究式、翻转课堂等一系列新式的教学方法，并在教学实践中得到了普遍认同。

任务式教学方法是一种建立在建构主义理论基础上的教学方法，它将传授知识为主的传统教学，转变为以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学[11]。在任务式教学中，学生是学习过程的主体，学生在完成任务的过程中，积极主动地探索各种完成任务的途径，最后选择最佳方案，教师只是该学习过程的设计者和组织者，其间只是起到引导和点拨的作用。

探究式教学法在20世纪中期由美国芝加哥大学教授提出，倡导要用探究的方法教育学生[12]。在探究式教学法中，教师通过为学生创设问题情境，启发诱导学生在情境中积极地探究与学习，从而使学生获得知识、提升自身的探究能力，并且能够利用自己所学的知识解决问题。

进入21世纪，随着信息技术的发展，翻转课堂作为一种新兴的教学方法，从一开始出现就吸引了国内外教育专家的目光，并得到了快速发展和应用。翻转课堂是把传统课堂中教师在课堂上讲授知识、学生课后解决问题的教学模式颠倒过来，变成学生在课前学习教师事先利用信息技术就重难点和新知识制作成的视频短片，在课堂上则在教师的指导下进行解决问题、合作探究等深层的学习活动[13]。

综上，虽然经典教育理论以及现代教育方法为学生的知识学习及能力形成指明了方向，但仍没能解决如何激发学生学习动机这个难题，无法使学生从思想本质上产生主动学习的意愿，因而也就无法形成以学生为中心的知识与能力的自主建构。此外，课程教学仍然在一定程度上依赖传统的“教室+教师”形式，没有给学生创造一个自主建构的学习环境，使得知识与能力的建构很难真正发生。因此，需要打破传统教学观念，围绕以学生为中心，从学生自主学习的角度出发，对学生知识与能力建构的过程开展科学研究，对学生能力形成的影响因素进行分析，进一步建构基于能力的教学体系，并形成新的教学理念及教学模式。

二、“4C”理念与Aero?Racing模式的形成

（一）“4C”理念的形成

1989年，由美国、英国、加拿大等6个国家的工程专业团体发起的工程教育本科专业认证国际互认协议——《华盛顿协议》诞生，其倡导的工程教育专业认证是一种以培养目标和毕业要求为导向的合格性评价，也是具有国际化背景的工程教育质量保证制度，其目的是检验认证专业的工程教育质量、毕业生能力是否达到国际本科工程学位互认实质等效的认证要求[14]。2016年6月，我国成为《华盛顿协议》的正式会员，意味着我国培养的工程领域人才要能够达到国内外人才培养要求。

工程教育认证主要倡导三大理念：一是学生中心理念，强调以学生为中心，围绕培养目标和全体学生毕业要求的达成进行资源配置和教学安排；二是成果导向理念，强调专业教学设计和教学实施以学生接受教育后所取得的学习成果为导向；三是持续改进理念，强调专业必须建立有效的质量监控和持续改进机制，能持续跟踪改进效果[15]。因此，从工程教育专业认证的视角改进教学理念、教学内容和教学模式，打造符合工程教育专业认证的专业课程体系，不仅可以培养学生的动手能力与工程实践能力，还能进一步培养学生分析和解决复杂工程问题的能力及创新思维[16]。

本文遵循工程教育理念，在经典教育理论的基础上，吸收现代教育方法中的优势，通过整合国际教育领域中基于能力教育（CBE）和国际民航组织基于能力培训（CBT）的概念，从解决“自主学习环境+激发学习动机”這两个问题入手，创新形成一种全新的以学生为中心、面向学生能力培养的、符合学生学习认知规律的“4C”理念，即围绕胜任能力指标（Competency），在自主建构（Constructivism）的学习环境下，以任务式学习激发学生学习动机，通过设计学习路径使其深耕（Cultivation）学习资源，并将学到的知识展开应用（Conduction），最终达成品格技能素养和创新能力的有机融合，如图1所示。

（二）“4C”理念的相互关系

“4C”理念的核心就是要全面培养学生 “能力至上（Competency）”，使其能够胜任未来岗位并拥有优秀成绩所需的知识、技能和素质等。

为了达成这一目标，应做到如下三点。第一，学生需要在教师提供的诸多学习资源中自行寻找、探索与辨识，在主动找到对应学习资源后进行自主学习，通过“深耕细作（Cultivation）”方式深挖、思考，形成完整的知识体系。第二，在培养“能力至上（Competency）”方面，学生仅有对知识的学习还远远不够，还必须对知识进行应用，即需要让学生将所获得的抽象知识具体化，让其应用相关知识去解决实际问题。教师通过引导学生对知识意义与作用进行体验，调动学生下一阶段自主学习的自觉性与积极性，这个过程即“学以致用（Conduction）”。“学以致用（Conduction）”与“深耕细作（Cultivation）”交互作用、相辅相成，“学以致用（Conduction）”是学生在“深耕细作（Cultivation）”基础上对所获得抽象知识的具体化过程，二者缺一不可，共同支撑起学生“能力至上（Competency）”培养这一核心目标。第三，为了让学生可以在没有外界帮助的情况下完成“深耕细作（Cultivation）”与“学以致用（Conduction）”的过程，还需要在研究知识学习与能力形成之间关系的基础上，事先为学生打造一个以学生为中心的 “自主建构（Constructivism）”学习环境。在这个学习环境的支持下，学生可以在兴趣驱动下自主学习，真正呈现出“学生自主学习、自主实践、自主获取能力”的深刻内涵，进而实现 “知识是教师教出来的”向“知识是学生自己建构起来的”的彻底转变，如图2所示。

（三）Aero?Racing模式的构建

“4C”理念的基础是建构主义，而要真正实现学生对知识的自主建构进而形成相应的能力，就需要让学生在学习过程中产生高阶思维，并且高阶思维的类别越多、持续时间越长，知识建构与能力形成的效果就越好。高阶思维源于布鲁姆等人的教学目标分类理论，是学生自主学习、求知探索、解决问题的基础，作为一种高级综合能力，其发展过程具有多样性、复杂性、非线性、突变性与渐变性相结合、从低到高螺旋式发展等特征[17]。

学生高阶思维能力的发展需要相应的实践和教学活动的支持，让学生投入需要运用高阶思维的学习活动中。因此，本文围绕以学生为中心，构建出一种由一系列高阶思维过程组成的教学模式，即Aero?Racing模式，让学生在“尝试（Attempt）—探索（Explore）—研究（Research）—操作（Operate）—复盘（Rethink）—评估（Assessment） —质疑（Challenge）—创新（Innovate）—生成（Generate）”的思维过程中，在“任务+试错”的诱发下，通过查找资料、分析问题、动手操作、完成任务等一系列实践行为发展高阶思维，最终达成胜任能力目标，如图3所示。 [尝试

三、“4C”理念与Aero?Racing模式的实践与应用

（一） “4C”理念与Aero?Racing模式的实践路径

“4C”理念与Aero?Racing模式为学生提供了知识建构与能力形成的方法和模式，但如果没有给其中的高阶思维精心设计相应的运行路径，也就无法使学生形成一个系统的思维闭环。因此，需要围绕“4C”理念与Aero?Racing模式的运行构建相应的实施路径。该路径不仅要能够为学生提供产生高阶思维过程的土壤，培养学生高阶思维的积极性与连贯性，而且要能够最大化地激发学生的学习动机，成为引领学生思维过程的“始发点”或“导火索”。

如图4所示，在“自主建构（Constructivism）”的学习环境下，首先，学生根据学习任务，在“尝试（Attempt）—探索（Explore）—研究（Research）” 等“深耕细作（Cultivation）”的过程中产生查找资料、学习知识的学习行为，通过初始学习对需要完成的任务、构建的知识形成初步认识。接着通过“操作（Operate）—复盘（Rethink）”等 “学以致用（Conduction）”的行为，应用检索、辨析出的知识尝试完成学习任务，并在此过程中积累发现、分析等的思维经验。随后，通过“深耕细作（Cultivation）”，在“评估（Assessment）—质疑（Challenge）”中，对任务初始完成的情况进行评价，经自我分析后反思、概括，从而积累出决策、批判等的思维经验。最后，学生根据前面所获得的知识和思维经验再次完成学习任务，不断修正完成任务的创新性方案并提出新问题，通过“学以致用（Conduction）”在“创新（Innovate）—生成（Generate）”的过程中找到问题解决的方法，从而促进创造性思维能力的发展。在整个实施路径中，学生经过“深耕细作（Cultivation）”与“学以致用（Conduction）”的持续往复与动态循环，最终完成知识建构、形成岗位能力，从而达成“能力至上（Competency）”总目标。

（二）“4C”理念与Aero?Racing模式在民航交通运输专业的应用

民航交通运输专业主要培养掌握扎实的航空知识、规章体系，具备较强工程实践能力，从事空中交通管制工作的应用型人才。经过多年的发展与建设，民航交通运输专业的课程体系已基本形成，课程结构与教学内容安排比较合理，但在教学方法上仍然采用传统的以教师为中心的授课方式，依然存在学生对理论知识和民航规章理解不深、应用能力不强、理论与实践脱节的问题。

为此，本文将“4C”理念与Aero?Racing模式应用到民航交通运输专业的教学改革与实践中。如图5所示，在“4C”理念指导下，以民航空中交通管制员岗位能力要求为切入点，对民航交通运输专业课程的课程目标与整体结构进行研究，对课程所培养、教授的学生认知能力和应用能力进行总结与分析，研究课程与民航空中交通管制员能力之间的衔接点，形成民航交通运输专业课程能力目标。围绕以学生为中心，将能力教育与课程内容相结合，探究达成课程能力目标的模式与路径。融合课程思政教育，设计开发出民航交通运输专业课程智慧学习平台，通过智慧学习平台对“4C”理念与Aero?Racing模式开展实践与应用。

（三）基于“4C”理念与Aero?Racing模式的智慧学习平台设计与开发

智慧学习平台基于Web 3D技术，采用B/S架构，以虚拟场景为载体，利用虚拟仿真技术开发学习任务，将 “知识”赋予“生命”，建立学习动机诱发机制，在任务式教学模式下打通学生高阶思维路径，从根本上解决有关“学习环境”“学习动机”的两个问题，帮助学生实现知识的自主建构。

根据使用角色的不同，将智慧学习平台用户类型分为三类，每类分别具有不同的使用功能。

1.学生端。学生端可为学生提供完整的在线学习环境，根据注册身份自动为学生分配学习任务及资料数据。学生可以通过资料库学习专业知识，并通过Web 3D交互式实践任务巩固学习成果，开放式的实践任务可以充分激发学生的创造思维，如图6所示。

2.教师端。教师可通过教师端管理及查看学生学习数据。系统为教师提供了学习任务的编辑功能，有利于教学资源库的建设。此外，系统的数据分析功能还可为教师提供教学数据支撑，智慧学习平台对学生的学习行为进行跟踪及数据采集，研究记录学生在平台学习过程中的学习行为，并将采集得到的任务绩效数据、学习行为数据与评价指标体系进行精准关联和深入分析，最后形成個性化的学生学情分析报告和教师教学改进建议，同时对学生未来的学习结果趋势进行科学的预测，如图7所示。

3.后台管理端。后台管理系统具有最高使用权限，通过后台管理端，课程组负责人可以查看所有数据，具有编辑分配教师端权限等功能，如图8所示。

四、“4C”理念与Aero?Racing模式的教学效果分析

（一）教学验证对象

在中国民航大学2021—2022学年下学期，课程组将“4C”理念与Aero?Racing模式引入管制规则与程序课程教学中，根据2019级民航交通运输专业9个教学班共计361名学生对智慧学习平台管制规则与程序课程教学任务的参与和体验结果，对“4C”理念与Aero?Racing模式的实践效果进行了分析与总结。

管制规则与程序是民航交通运输专业的专业限选课，同时也是专业培养方案指定的专业主干课程，其共计8章教学内容，32学时。根据课程各章节知识结构和教学内容的分布情况，智慧学习平台开发设计出8个虚拟仿真实验任务，分别对应课程中学生需要掌握的重点知识、民航规章以及运行标准等，如表1所示。

（二）教学方案设计

基于“4C”理念与Aero?Racing模式，在智慧学习平台支持下使用新型的线上线下混合教学模式，即教师课堂讲授与智慧学习平台学习相结合的方式完成课程的授课。在课程授课过程中，学生先通过智慧学习平台以自主学习的方式完成一个个学习任务，从中获得知识与技能。智慧学习平台为每个任务都提供了丰富的学习资源，学生在完成任务的过程中需要自行去寻找、探索与辨识。从学生执行任务开始，其在智慧学习平台上的全部学习行为包括学习时间、鼠标操作、查找文档、文档学习、测验成绩等数据都会被记录下来，智慧学习平台通过这些数据分析学生的学习风格、学习习惯、学习态度。在学生完成全部学习任务后，智慧学习平台会给每个学生提供定制的学情报告。

为了对比分析，本次教学实验将8个任务分成甲、乙两组，其中甲组共包含任务一、三、五、八等4个任务，乙组共包含任务二、四、六、七等4个任务。相应的，课程组将361名学生按照教学班分成A、B两个大组，每组学生都要体验和完成甲、乙组平台任务。甲、乙组各4个任务所对应的课程内容，由完成任务那组的学生利用课下时间通过智慧学习平台在线上自学，教师不再讲解；而对于余下的一组的4个平台任务所对应的课程内容，依然采取传统课堂教学模式，由教师在线下对学生进行课堂讲解。平台任务与学生的交叉匹配关系如图9所示。

（三）教学效果分析

在传统教学模式下，上述平台任务对应内容的课堂讲授时长累计达240分钟，具体到每组学生则为120分钟，以每45分鐘1学时计，折合共计2.7个学时，如今通过使用智慧学习平台自主完成对应知识内容的学习，每组学生便可节省下这2.7个学时，如表2所示。在现阶段课堂教学课时不变的前提下，教师利用所节省的这宝贵的2.7个学时，通过开展课堂规章创新性研讨、管制模拟演示等方式进行了充分的拓展性教学，显著提高了课堂的教学效率和学生的课堂参与热情。

此外，为了对比传统课堂教学模式与学生自主学习模式的学习效果，课程组针对8个任务对应的知识点进行了随堂测验，采取体验组和对照组的方式开展分析，将使用智慧学习平台的学生作为体验组，接受传统课堂教学的学生作为对照组。使用SPSS对两组学生的测验成绩数据进行独立样本T检验，因篇幅限制，此处仅列出“空域分类”任务的检验结果。如表3所示，在“空域分类”任务中，体验组成绩平均值4.27，明显高于对照组成绩平均值3.86，且标准差0.90明显低于对照组1.27；如表4所示，根据F检验，体验组与对照组测验成绩方差不相等，t=3.410，p=0.001＜[α]=0.05，即体验组与对照组测验成绩有显著差异。以上检验结果也证明了学生通过智慧学习平台自主学习的有效性。

五、结语

课题组面向工程教育类专业教学改革，通过对以学生为中心、经典教育理论、现代教育方法、工程教育认证理念以及基于能力教育理论等相关理论和相互关系进行分析、研究，最终形成了完整的“4C”理念及Aero?Racing模式，并以此为基础设计开发出了实践“4C”理念及Aero?Racing模式的智慧学习平台。课题组为学生设计出了一条自主学习的路径，使其在兴趣驱动下实现自主学习，从根本上解决了有关“学习环境”与“学习动机”的两个难题，实现了学生知识掌握与综合能力的同步提升，达成了以学生为中心、面向学生能力培养的新时代高等教育人才培养目标。

工程教育类专业的教学改革不是一朝一夕可以完成的，高校教师应该根据课程特点，结合信息技术的发展不断调整、更新教学理念和教学模式。基于本次对管制规则与程序课程的试用效果分析，下一步，课题组将进一步完善与发展“4C”理念及Aero?Racing模式，同时通过补充教学资源对智慧学习平台进行持续建设，一方面提高智慧学习平台中每门课程虚拟仿真任务所占比例，另一方面提高智慧学习平台中民航交通运输专业课程的覆盖比例，以期在民航院校及民航在职培训机构中推广与应用。

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