面向復雜學習的高校計算機實踐類教材建設
——以《JavaEE技術實驗教程》為例

韓姍姍，王春平

（浙江工業(yè)大學 計算機科學與技術學院，浙江 杭州 310023）

浙江省計算機應用與教育學會教育委員會第二十屆年會

面向復雜學習的高校計算機實踐類教材建設
——以《JavaEE技術實驗教程》為例

韓姍姍，王春平

（浙江工業(yè)大學 計算機科學與技術學院，浙江 杭州 310023）

針對計算機實踐類教材的現(xiàn)狀以及計算機實踐類課程的復雜學習特點，提出從復雜學習的角度思考教材中教學產(chǎn)出的定位、教學內(nèi)容的組織和教學方案的設計，通過教材實例說明相應的建設方案。

計算機實踐；教材設計；復雜學習；能力培養(yǎng)

0 引 言

教材是根據(jù)教學目標和內(nèi)容編寫的材料，是教學活動中最基本的工具，是教學思想最基本的反映，也是教學內(nèi)容展示與教學方法實施最基本的載體，因此提高課程教材的質(zhì)量是提高課程教學水平、深化教學改革以及推進人才培養(yǎng)的重要保證[12]。高等教育中的計算機專業(yè)應用類課程是一系列以獲得專業(yè)知識、掌握專業(yè)技能、培養(yǎng)學生解決實際問題能力為目標的課程[3]。此類課程對動手實踐能力的要求很高，與課程相配套的實踐教材顯得尤為重要，實踐教材的優(yōu)劣將直接影響學習者對知識的理解和應用；同時，計算機專業(yè)類課程往往要求能靈活地綜合應用多種知識和技能，具有典型的復雜學習特點，因此在高校計算機實踐類教材的建設過程中，從復雜學習的角度對教材中教學產(chǎn)出的定位、教學內(nèi)容的組織、教學方案的設計等多方面進行探索和思考，有利于提高教材質(zhì)量和教學效果。

1 計算機實踐類教材現(xiàn)狀

計算機課程的實踐應用性很強，但往往實踐類教材的受重視程度不如以傳授理論知識為主要目的的課程主教材。由于計算機專業(yè)自身的特點、教學理念的變化等原因，計算機實踐類教材在教材內(nèi)容的選擇和組織方面，與長期以來形成的教材撰寫固有模式存在一些矛盾。

（1）技術發(fā)展速度與教材更新周期之間的矛盾。計算機學科的相關技術發(fā)展迅猛，更新周期短，可替代技術多；而計算機課程中對教材的選擇卻相對穩(wěn)定，更新周期長，教材中的內(nèi)容落后于實際應用水平[24]。具體到計算機實踐類教材，則反映在實驗設計簡單和內(nèi)容陳舊。在實驗內(nèi)容的設計上，沒有反映出隨科學技術發(fā)展而產(chǎn)生的新變化，與社會的實際需求脫節(jié)；在解決問題的過程中，欠缺對學生可遷徙技能、思維方式和探索意識的培養(yǎng)。造成的問題是學生不能靈活運用知識和技能，在實際應用的分析、設計和實現(xiàn)過程中出現(xiàn)很多困難。

（2）理論知識模塊與實踐操作步驟之間的矛盾。目前，實踐類教材的內(nèi)容安排呈現(xiàn)出兩個極端，要么只考慮知識結構，要么只考慮項目進程。第一種，按照知識結構順序安排實踐教學內(nèi)容，實踐內(nèi)容僅滿足于配合某一個知識點，往往造成各實驗之間沒有內(nèi)容上的連貫性，學生難以將各實驗內(nèi)容系統(tǒng)地聯(lián)系起來并進行綜合應用；第二種，按照項目進程安排實驗教學內(nèi)容，實踐內(nèi)容僅滿足于項目開展的需要，既缺乏技術上的分析比較，又缺少內(nèi)容上的總結提煉，造成學生只知道照著教材步驟做，卻不知道步驟之間的邏輯關系，也不清楚步驟背后的基本原理，不能活學活用。

（3）教學目標制訂與教學對象需求之間的矛盾。目前的實踐教材往往是針對一個知識模塊或項目模塊配套展開一次實踐任務，其中實踐的目標、內(nèi)容和要求是標準的、統(tǒng)一的，但在高等教育階段，學習任務往往更為開放和自由，任務的解決方案并不唯一[56]；同時，學生的知識結構、能力水平以及學習態(tài)度和目標差異性大，因此教材中統(tǒng)一的目標要求不利于學生根據(jù)自身特點進行自主學習，也不利于教師“因材施教”。另外，這樣的實踐教材缺乏由易到難、層層遞進的內(nèi)容安排：有的實踐任務難度過高，無法培養(yǎng)學生解決問題的信心和興趣；有的又過于簡單和缺乏挑戰(zhàn)，無法激發(fā)學生進行探索和創(chuàng)新。

以上矛盾的存在，促使我們從計算機實踐類教材中所反映出的一些本質(zhì)特點來思考此類教材的建設方式。

2 高校計算機實踐類課程的復雜學習特點

知識的學習以及能力的轉化是一個復雜的過程，受到學習者的能力和態(tài)度、面對的學習任務、所處的學習環(huán)境等多方面因素的影響[4]，尤其到了高等教育階段，專業(yè)課程學習和實踐反映出更為典型的復雜學習特點，如JavaEE技術課程就是一門典型的計算機綜合實踐應用類課程，是浙江工業(yè)大學軟件工程專業(yè)高年級學生的專業(yè)必修課，旨在培養(yǎng)學生具有完整的企業(yè)應用開發(fā)概念，掌握JavaEE體系架構的主要技術，熟悉JavaEE平臺的開發(fā)模式。表1描述了JavaEE技術課程在學習產(chǎn)出及對應知識能力上的具體要求。在課程的學習產(chǎn)出上，要求能夠運用工程化思想構建系統(tǒng)總體解決方案，并按照工程化要求對系統(tǒng)的子模塊、子單元或部件進行設計。在對應知識和能力的要求上，具體表現(xiàn)在能夠運用Java服務器技術完成多層架構的JavaEE系統(tǒng)分析、開發(fā)、布署和運行；能夠通過探索分析、交流討論、團隊協(xié)作等方式發(fā)現(xiàn)和解決問題。這需要在綜合程序設計、數(shù)據(jù)庫、計算機網(wǎng)絡等多種知識的基礎上，再結合企業(yè)級分布式應用開發(fā)的相關技術框架和組件以及設計模式的相關思想，并能進一步根據(jù)實際應用中的不同需求加以分析，做到靈活運用和對癥下藥，才能夠找到恰當?shù)慕鉀Q方案。

表1 JavaEE技術課程學習產(chǎn)出及對應知識能力要求

可以發(fā)現(xiàn)，這類課程表現(xiàn)出的復雜學習特點有：①課程的學習目的除了獲得知識技能之外，還強調(diào)綜合能力、應用能力和可遷徙能力的培養(yǎng)，對課程的學習產(chǎn)出[7]提出更高的要求；②課程的學習內(nèi)容不再僅涉及單個知識領域或單個技能，而往往是多種知識和能力相互滲透和相互關聯(lián)；③課程的學習過程不再是單一和固定的，而是多樣和開放的，包含許多目標模糊和解題途徑多樣的非良構問題。

除此之外，由于在高等教育階段學習者各方面能力的差異化增大、學習資源及其獲取途徑的極大豐富等原因，高等教育中的實踐應用課程具有更綜合、更復雜、更多樣和更開放的特點，也對學習者提出更高的要求。

3 面向復雜學習的計算機實踐類教材建設方案

根據(jù)計算機實踐類課程在學習產(chǎn)出、學習內(nèi)容和學習過程中所體現(xiàn)出的復雜學習特點，在課程配套教材的建設中同樣應該從復雜學習的角度，對其教學產(chǎn)出的定位、教學內(nèi)容的組織、教學方案的設計等方面進行探索和思考，從而提高教材質(zhì)量和教學效果，改善目前此類教材存在的矛盾和問題。

3.1 教學產(chǎn)出的能力指向性

在教學產(chǎn)出上，復雜學習強調(diào)在真實復雜的環(huán)境中對復雜問題進行探究，以獲取解決問題的基本規(guī)律和方法，形成包括工程實踐、分析探索、交流討論、團隊協(xié)作等在內(nèi)的可遷徙能力，用以應對環(huán)境的變化、問題的變化、方法的變化和技術的變化，因此面向復雜學習的計算機實踐類教材應由“知識指向”逐漸向“能力指向”轉化，弱化在具體知識掌握層面上的要求，強調(diào)可遷徙能力的習得。

以《JavaEE技術實驗教程》為例，教材以雙線索組織和展開實踐內(nèi)容，其中，明線是綜合項目的構建過程和層次結構，暗線就是學生的能力發(fā)展。教材中的實驗都包括基本、提高和擴展3個層次，分別針對于基礎能力、組合能力和可遷徙能力的培養(yǎng)。隨著實驗的深入，教材在基本實驗步驟及相應知識點說明的基礎上，逐步增加“查找資料”“總結比較”等探索性任務以及“可替換技術的選擇”“遇到的問題及解決方案”等開放性問題。

3.2 教學內(nèi)容的綜合復雜性

復雜學習理論認為復雜知識技能的掌握和可遷徙能力的獲得，并不能簡單地依靠各個孤立成分的組合和累積，而需要始終有復雜學習任務貫穿在學習過程中，通過協(xié)調(diào)和靈活運用各種知識和技能，鍛煉和提高綜合能力，因此面向復雜學習的計算機實踐類教材也不能簡單地按照理論知識模塊與實踐操作步驟組織教材內(nèi)容，而應始終圍繞一個綜合應用加以展開，避免割裂多種知識能力之間的聯(lián)系。

《JavaEE技術實驗教程》選擇用戶登錄模塊作為綜合學習項目進行切入，隨著課程的展開使該模塊功能不斷豐富和完善，如增加用戶注冊、用戶信息編輯、購物車、權限控制等功能；然后圍繞該綜合項目，劃分成若干個知識單元，每個知識單元通過真實案例設立問題并以實驗的形式布置任務。這樣的安排可以保證學習內(nèi)容之間的連貫性，也使學生能夠在一個難度和規(guī)模適中的模塊里，通過逐步添加新的功能，完成新舊知識的聯(lián)系。表2以教材中的“輕量級JavaEE應用框架”內(nèi)容為例，說明針對綜合“用戶登錄模塊及擴展功能”設計的問題和任務。

3.3 教學方案的開放多樣性

由于復雜學習的難度較大，需要通過教學材料和手段幫助學習者降低認知負荷和提高學習效果，以促進學習者對知識的理解及對技能的掌握，因此教材中需要對綜合知識進行多元化的表征，也需要提供針對綜合技能而進行的多角度和多層次練習；同時，復雜學習理論認為，由于學習者在學習基礎、學習方法、學習態(tài)度、學習環(huán)境等方面的差異，他們進行意義建構的過程也會產(chǎn)生多種可能，因此在教材的撰寫方案中也應重視學生學習的自主性和差異性，提供多方向可選擇的知識能力發(fā)展途徑。

表2 “輕量級JavaEE應用框架下的用戶登錄及擴展功能模塊”綜合應用設計范例

為降低認知負荷，《JavaEE技術實驗教程》注重實驗任務及相關問題的設計，見表2，圍繞基本問題，從多個角度、采用多種方式制訂形式多樣的任務；同時，如前文所述，教材中的每一個實驗均包括基本實驗、提高實驗和擴展實驗3個層次。這3個層次在內(nèi)容上相互關聯(lián)，在難度上層層遞進，在能力要求上逐級發(fā)展。基礎實驗難度較低，用于培養(yǎng)學生解決問題的信心和興趣；進階實驗有挑戰(zhàn)性，用于激發(fā)學生探索和創(chuàng)新。學生可以根據(jù)自身的能力水平和知識結構選擇不同層次和難度的內(nèi)容進行實驗，這既有利于學生開展自主學習，又有利于教師“因材施教”。

4 結 語

從復雜學習角度對計算機實踐類教材的建設進行研究和分析，有助于此類教材在學生能力培養(yǎng)上發(fā)揮更大的作用。除了筆者在教學產(chǎn)出、教學內(nèi)容和教學方案方面所討論的建設方案外，還有很多問題值得探討，如在教材中如何設計符合復雜學習任務的真實情境、能引導學生自主探索的啟發(fā)性問題、與復雜學習相適應的能力評價與反饋機制等。

[1] 呂云翔, 張巖, 李朝寧. 高校計算機導論實踐教材建設初探[J]. 計算機教育, 2015(3)： 33-36.

[2] 姜世華, 陳新紅, 梁鵬. 高校計算機教材編寫研究[J]. 計算機教育, 2012(2)： 107-110.

[3] 韓姍姍. “PPT”聯(lián)合教學法在應用類課程教學中的實踐探索[J]. 中國成人教育, 2013(22)： 141-143.

[4] 徐順. 面向復雜學習的整體性教學設計模式研究[D]. 武漢： 華中師范大學, 2013.

[5] Van Merrienboer J J G, Kester L, 盛群力, 等. 四成分教學設計模型——面向復雜學習環(huán)境的多媒體原理[J]. 遠程教育雜志, 2008(2)：24-32.

[6] 徐順. 計算機學科應用型教材[D]. 武漢： 華中師范大學, 2013.

[7] 顧佩華, 胡文龍, 林鵬, 等. 基于“學習產(chǎn)出”(OBE)的工程教育模式汕頭大學的實踐與探索[J]. 高等工程教育研究, 2014(1)：27-37.

（編輯：宋文婷）

1672-5913(2017)03-0057-04

G642

浙江省高等教育教學改革項目“JavaEE課程面向復雜學習的聯(lián)合教學方法研究與實踐”（JG2015033）；浙江工業(yè)大學校級重點建設教材項目“JavaEE技術實驗教程”（JC1410）。

韓姍姍，女，副教授，研究方向為控制理論與控制工程，hanss@zjut.edu.cn。