實驗項目驅動式教學促進四大關鍵能力的實證研究

胡 燕，孔凡哲，陳心浩

（中南民族大學a.教育學院；b.實驗教學與實驗室管理中心，武漢 430074）

0 引言

中共中央辦公廳、國務院辦公廳在《關于深化教育體制機制改革的意見》中明確提出，要注重培養人才“支撐終身發展、適應時代要求的關鍵能力”，即認知能力、合作能力、創新能力、職業能力［1］。“認知能力”不局限于心理學范疇，包含獨立思考、信息加工、學會學習、表達交流、終身學習等能力；“合作能力”包括自我管理能力，與他人合作共處的能力，處理個人、集體與社會之間關系的能力等；“創新能力”包括好奇心、想象力、創新思維、創新人格、創新方法和創新產出；“職業能力”在學生階段主要表現為職業感知、職業認同、職業精神，知行合一的自覺意識與能力，學以致用的意識與能力等［1］。在現行高校教學中，以“講授+一般性提問”為主，對知識“條塊性分離”，脫離概念與概念間的復雜關聯、脫離實踐，偏重理論而相對地忽視實踐，這樣的教學方式可能導致學生學習類型單一，學習自主性不足，知識向實踐能力難以有效轉化，學生善于動腦而拙于動手，創新能力不足。教導學生理論本身并非終點，引導學生將理論與實踐相結合，將所學技能自如運用于現實世界才是學習的目標。如何引導呢？引入項目驅式教學，將基本技能培養和主流技術相結合，培養學生的實踐能力，將學、思、練相結合，通過項目實踐，使知識從書本中釋放并轉化為專業技能，促進創新能力和職業能力，是目前教學改革的趨向［2-3］。

1 概念界定及研究的內容

1.1 項目驅動式教學的內涵

項目驅動式教學法以情景認知、社會建構主義和實用主義教育觀等為理論基礎，其典型特征是，以項目為主線，在教學過程中以項目的層層推進來帶動學科基礎概念和理論的學習，注重解決實際問題，將學習過程與實踐活動相融合，項目的完成驅使學生進行有意義的知識建構；以教師為主導，學生為主體，強調學生之間的合作學習，將小組協作和獨立學習相結合［4］。

在教育領域中，項目一般是指學生圍繞所選主題所進行的一系列調查、觀察、研究、表達新學知識、展示及分享等的學習活動［4］。在本研究中，項目驅動式教學中“項目”是指實驗項目，實驗項目是具體的，能實踐的，能馬上看到因果關系的練習，與現實世界中的任務相關的實驗項目利于學生理解知識及其在情境中運用，容易激發學生興趣和求知欲［5］。

1.2 項目驅動式教學研究現狀

目前，項目驅動式教學的研究方興未艾，多位學者紛紛發表了他們的研究成果［6-10］。袁磊等［7］從內容設計的角度研究了基于學科課程項目化重構STEAM 課程內容，可以促進學生對知識的綜合應用，進而促進復雜思維的發展；馬志強等［8］研究了項目式學習對發展計算思維的作用；張執南等［9］、楊毅剛等［10］論述了項目驅動式教學是以提升解決“復雜工程問題”能力為目標的有效方式。項目驅動式教學重新定位了教與學的關系，將教學內容貫穿不同階段和不同項目任務中，教師的教與學生的學都圍繞項目及項目分解的任務展開，學生可以在實踐中發現問題、分析問題、解決問題，學生的專業技能得以培養［11］。項目驅動教學能促進學生對知識的綜合應用，項目驅動式教學可以打破僅僅是認知取向的知識運用，轉向實踐取向的知識運用。以知識的實踐運用為目標的課程，強調學生所獲得的、能靈活遷移、能運用于解決實際問題的能力，而不僅是知識的再現和學生認知能力的發展［2-3］。

針對現階段的“知識條塊性”分離和學生創新不足的痛點，確定實踐取向的學習目標，著眼學生認知能力、合作能力、創新能力、職業能力的發展，采用實驗項目驅動式教學，是可選之策。

1.3 項目驅動式教學與思政元素的融入

《教育部關于一流本科課程建設的實施意見》（教高［2019］8 號）指出“推動課程思政的理念形成廣泛共識，構建全員全程全方位育人大格局”。在專業課的教學設計與實施中融入思政元素，使專業教學和思想政治教育相互促進、相得益彰，提升教學質量，這是培養素質全面的專業人才的必經之路。專業知識承載思政要點，根據課程學習目標和要求來挖掘本課程的思想政治元素是基本方法。典型案例如孫凡［12］在漢語國際教育中“踐行教授漢語、傳播中國文化，同時進行價值性的引導和傳播”“漢語國際教育的學科本性與課程思政具有內在一致性”，這為專業知識的傳授和思政元素的融合奠定了基礎。

同樣，項目驅動式教學與課程思政具有內在一致性，項目驅動式教學注重解決實際問題，強調小組成員之間的合作學習，求實創新、團結協作是21 世紀大力提倡的時代精神，也是項目驅動式教學得以成功實施的保障。

1.4 項目驅動式教學研究的內容

基于項目驅動式教學研究大多集中在教學內容如項目的設計和實施及影響，項目驅動式教學如何有效促進學生認知能力提高和促進創新，項目驅動式教學融合思政元素是否成效更大，正是本研究旨在所要探討的核心問題。

2 研究過程

2.1 實驗項目設計和實驗假設

（1）實驗項目設計。以改革創新為核心的時代精神要求人們解放思想，求真務實，積極探索，勇于創新。計算機網絡技術是國家級一流本科專業“教育學”的一門應用性強的課程，它并不嚴格要求具有學習純科學性理論知識通常所要求的嚴密邏輯性與抽象思維能力，教育技術學方向的專業培養目標之一是學生今后可以從事網站的設計、開發和維護等工作。本著解放思想、求實創新的原則，基于專業培養目標根據實際應用價值選擇系列實訓項目，以實驗項目實訓為中心將其所涉及知識點進行專業研討，即由具體動手“做”到抽象理論“學”，創建“體→面→線→點”逆序認知過程。

計算機網絡技術課程中有關內容涉及很多前期課程知識點，如電路分析、信號與系統等課程，但是對于教育技術方向課程體系沒有足夠的課時來設置這些前修課程，因此在講授計算機網絡技術這門課程時，在有限的課時內，基于專業培養目標，對教材進行適度的重組和改造。

要想使項目驅動式教學能順利開展，必須設計出好的實驗教學項目。實驗項目的設計是以課程目標為依據，實驗項目內容涵蓋課程的核心知識點，實驗項目的難度設置在學生的“最近發展區”內，并且考慮到學生特征，讓學生在做中學［13-14］。首先由能夠引起學生興趣的“驅動問題”入手，以相應的實驗項目為指南，組織圍繞此實驗項目所涉及的相關理論知識進行學習，課堂外安排研討與擴展閱讀作為實驗項目活動的拓展部分［15］。

本實驗以計算機網絡技術課程為例，采用準實驗研究法，實驗項目驅動式教學融入思政元素為單因素自變量，因變量為計算機網絡技術學習成效，被試為教育技術學方向的兩屆本科學生。2016 級教育技術學方向學生是控制組，采取的是常規教學；2017 級教育技術學方向學生是實驗組，采取項目式驅動式教學并融入思政元素。教育技術學方向的學生來源是文理兼收，一方面學生前期知識基礎不同，另一方面邏輯思維能力有區別或落差。2017 級和2016 級學生入校分數相當，班級學生層次結構相當，學習人文課程時成績分布相當。

（2）實驗假設。通過實驗項目驅動式教學的實施，可以促進學生的認知能力、合作能力、創新能力、職業能力。具體表現在：通過實驗項目驅動式教學后，學生學習成效提高，對缺乏前修課程的學生或邏輯思維能力不足的學生學習成效明顯；項目驅動式教學融入思政元素有助于師生學習共同體的發展，團結協作精神得以促進和提升。

2.2 實驗項目驅動式教學實施程序

局域網的組建是工程上的常見應用情境，是計算機網絡技術課程的核心學習內容之一，以局域網的組建項目為主線來展開教學，把相關知識點貫穿在這個實驗項目中。以組建一個小型辦公室網絡為例，其為綜合性的工程應用項目，首先以網絡的用途為核心進行合理的規劃，然后進行方案設計與實施，如確定以太網的類型，確定邏輯拓撲圖和物理拓撲圖，設備和線路連接及檢測，設置IP 地址，然后驗證網絡的連通性等［15］。實驗項目確定后，按照知識點之間的前后聯系即邏輯性，對實驗項目進行分解和綜合。此教學情境中的實驗項目驅動式教學法實施流程見圖1。

圖1 實驗項目驅動式教學法實施流程

此實驗項目所涉及的知識圖譜見圖2，以項目為中心進行以下系列相關知識點的學習。

圖2 組建一個局域網應具備的知識圖譜

2.3 實驗項目驅動式教學中的合作學習

教學過程的實施是指用實驗項目來驅動教學，項目為情境，問題為導向，教師引導，小組內及小組間協作、師生及學生之間進行討論、學生獨立思考等，通過這些活動來推動項目的實施，進而實現教學目標。

小組合作是項目驅動式教學的核心之一，小組內成員之間的協作、團結是項目驅動式教學成功的重要因素。在小組團隊中，成員有著共同的目標，通過協商形成解決問題方案并付諸行動，成員之間相互影響、相互學習并相互促進［16］。

（1）實驗項目概況。網線的制作與測試小實驗對于網絡的連接效果是入門的直觀實驗，通過該實驗建立起對有線傳輸媒體及物理層組件的感性認識。其教學目標：能制作符合工業標準的基于RJ-45 接口的雙絞線。

根據我校實驗中心網絡實驗室的場地大小和設備配置，班級30 人被分成5 組，每組6 人，采取組長負責制。每個實驗臺配有若干5 類非屏蔽雙絞線、若干RJ-45 水晶頭、RJ-45 剝線及壓線鉗1 把、網線測試儀1個等［15］。

該實驗的關鍵環節為區分RJ-45 接頭的質量；使用雙絞線制作鉗；了解T568A 和T568B 標準，制作直通線和交叉線，使用雙絞線測試儀測試雙絞線。

實施步驟：在實驗室場地，教師在單個實驗臺演示時，有些同學可能看不清或沒跟上老師的講解和演示，老師拍了一段演示視頻發布給同學們。小組內每個同學自己用手機先看一遍視頻，有個初步印象，就開始拿起雙絞線試著剝線和理線，基于T568A 和T568B 標準，確定正確線序，然后插線和壓線，最后進行雙絞線的測試。

（2）小組成員合作完成實驗。在此實驗過程中，小組成員必須積極參與、緊密合作才能完成實驗項目。

看1 遍演示視頻同學們就開始動手，對于雙絞線制作鉗，同學們可以直接摸索著使用；T568A和T568B標準則需要自己查閱；通過同學之間的討論，確定線序；插線和壓線直接簡單；進行雙絞線的測試時由于T568A和T568B的連接順序不同，線路兩端的測線器LED（發光二極管）顯示順序不同，有的同學在動手測試，有的同學負責觀察LED 是否發光，查找問題出現在哪里。每個實驗臺只有壓線鉗1 把、1 個網線測試儀，組內成員分工協作，小組內有的同學在動手做，有的同學在一旁檢查，有的同學舉著手機給正在動手的同學演示步驟，有的同學在查資料，在討論中同學們也了解了T568A和T568B標準，懂得直通網線和交叉網線分別用在哪里，通過這種協作和溝通，同學們可以看到問題的不同側面和不同解決途徑，快速形成方案；在參與同小組的制作過程中，也熟悉了制作流程，動手慢一點的同學也開始動手自己做1 遍了。當老師說，每個小組上交1 根符合標準的網線，另外同學們所做網線可以自己保留，上交作品最快的小組可以多做1根網線帶走，這時實驗室的學習氛圍熱烈，教師成功地引導、激勵、驅動了學生，最后幾乎每位同學都自制了1 根測試成功的網線，教師加以及時總結評價，師生之間的凝聚力、學生之間的團結、協作氛圍在項目驅動式教學的實施中建立。

通過這個典型的“做中學”小實驗，同學們學會了制作網線和檢測網線，對網絡工程有個初步的感性認識，也為后續理論學習、下一個子項目的推進、綜合實訓項目的進行奠定了基礎。實驗項目驅動式教學任務層層推進的路徑，使其過程富含挑戰性，學生自主、自覺和自信的專業品質得以培養和促進。

2.4 虛實結合的立體化實驗及理論教學體系

基于學校實驗條件，實驗項目實驗部分可以采用真實實驗和虛擬實驗相結合的方式進行。虛擬實驗是利用軟件實現相關功能，例如應用Cisco Packet Tracer進行小型局域網的組建和路由器的配置。虛擬實驗雖然不及真實實驗的體驗感強，但是具有操作上的便利性和觀測的迅速性，以及無場地和時間的制約等優勢。將虛擬實驗和真實實驗有效結合是目前值得大力提倡的一種混合式實訓方式［17］。

由于目前教育技術學方向對于計算機網絡技術課程有些前期相關課程無足夠的課時設置，同學們有可能缺乏相關的知識鋪墊，可以利用MOOC 等網絡學習資源，或者由授課老師設計開發網絡學習資源，授課老師將知識顆粒化制作成微課，基于瑞奇魯斯所提出的細化理論，由一般到特殊的順序呈現概念，考慮到學科課程內容之間各個部分彼此的相關性，關注各個部分和整個學科之間的關系，將若干知識按序顆粒化制作，學生可以根據自己的基礎和需求進行知識點的串接和訪問［18］。

利用信息化工具或手段，如組建班級QQ 群加強師生、學生之間的交流互動，老師加以引導、同學之間互助，及時答疑解惑，形成一個活躍、溫暖、積極向上的學習集體。

3 研究結果

2017 級教育技術學方向學生是實驗組，采取了實驗項目驅動式教學，融入思政元素如倡導團隊協作，定位實踐應用導向的教學目標，改革了教學活動方式，進行了教學內容的重組，以項目實訓為中心將其所涉及知識點進行專業研討；2016 級教育技術學方向學生是控制組，采取常規教學。

將實驗組和控制組學生的學習成效采用定量研究和定性研究相結合的方法進行了對比和分析。

3.1 定量分析

2017 級實驗組和2016 級控制組所做的期末考試試卷知識點分布一致，難度一致。期末考試試卷最后一道題是設計一個小型局域網，并進行IP 地址的規劃。2017 級30 名同學得分率達到80%，而2016 級學生得分率為70%。由差異系數（Coefficient of Varlation，CV）可以反映學生學習的差異程度，差異系數是標準差量數S和平均數量數兩相對比后所形成的相對差異量數，標準差能綜合反映一組數據的離散程度或個別差異程度，差異系數CV反應相對離散程度。如表1 所示，2017 級學生學期測評的相對差異系數比2016 級的明顯要小，這說明通過這種以實踐為導向的教學方式使得2017 級學生的總體學習效果提升，不再是2016 級優秀學生和差生學習效果落差較大的情況，這也說明以實驗項目為主導的學習方式將相關知識點進行了有效整合和內化，可以使缺乏基礎知識或基礎知識不足的同學在應用中能快速鏈接起相關知識并學以致用。這種自上而下的設計模式有利于學生知識的串接、理解、融合和應用。

3.2 定性分析

（1）任課教師視角。2017 級教育技術學方向學生對于課程的模塊框架、知識點的理解和應用上比2016級學生要清晰；當整個學期課程結束時2017 級學生對需要重點掌握的知識和所應具備的技能都很明了，對網絡知識的掌握和實際應用能力比2016 級學生要強。這種基于實驗項目導出知識點的學習和應用符合學生的認知特點，尤其對于缺乏前修課程的學生和邏輯思維能力有欠缺的學生，由需要動手的實驗項目導出相關知識點的學習更加有的放矢，更加直接有效，對激發學生學習潛能、提高學生綜合能力具有明顯作用。

（2）學生體驗。有同學談學后感受時說：老師總有辦法讓我們將不懂的知識弄明白，如果單看這些知識點，肯定是不懂的，但是放在實驗實踐項目里就能體驗到知識點的原理和用處了，以后在工作崗位上如果遇到問題也能學以致用、上手較快，這有利于增強學生的職業適應能力和創新能力。

（3）專家觀點。學生的學科學業水平不僅表現在學生對于學科知識技能的理解和掌握狀況，而且包含學生學科學習的能力、積極的學習態度、創新精神、發現提出問題與分析解決問題的能力、合作與溝通能力，以及正確的人生觀、價值觀、世界觀等［19］。實施項目驅動式教學有利于提高學生的學科學業水平。

（4）輔導員觀察。2017 級班是參加學校大學生創新活動和競賽最積極的班級，學生團隊拿獎的數目最多，同學之間摩擦也少見。項目驅動式教學促進了同學之間的團結協作。

4 討論

4.1 實驗項目驅動幫助學生構建有效的知識組織

在研究設計中，由局域網的組建這個大項目分解為3個子項目，層層推進，由此導出組建1個局域網應具備的知識圖譜，這種探查知識組織的策略幫助學生創建概念圖，面對任務，分析最合適的知識組織；幫助學生把概念之間的聯系明晰化，幫助學生在認知的基礎上，面向實踐，運用所掌握的知識解決實際生活中的問題。

4.2 實驗項目任務導向的機制倒逼學生知識的整合

實驗項目完成的前提是要具備完成項目所必需的知識，知識整合是實驗項目驅動式任務導向型教學的必然選擇。理解是一個認知的過程，整合是基于理解之上的一個消化吸收的過程。將相互關聯的知識組成網絡狀的知識體系是知識整合的實質，這其中包括整合舊知識，也包括整合新知識。由單一實驗任務項目到綜合實驗項目實施促進了學生對新舊知識的鏈接與整合，促進了學生對知識的運用，形成系統的工程應用思想。

項目驅動式教學中教師的主要任務在于啟發、引導學生解決問題［13-14］。這種“以教師為主導、學生為主體”的教學模式改變了學生的思維模式和學習習慣，促進學生的自主探究以及學習能力，激發學生的積極性，促進學生在學習過程中對該課程產生興趣，積極應用知識解決問題，學生知識得到了基于應用的整合。

以實驗項目為中心，圍繞項目實施所用到的知識點進行講解，即以實驗項目為主線來組織教材內容，以教師作為課程的創生者，根據教學目標、學生特征以及具體的教學條件，對教材進行創造性地改造和轉換，讓學生建立起知識與生活的聯系［2-3］，理解知識在實際問題情境中運用的條件，從而激活學生對知識的鏈接與整合。

4.3 實驗項目團隊成員的交互激發知識的鏈接

在項目驅動式教學中，學習者之間及師生之間的協作與對話非常重要，采用小組合作學習，這有利于學生學會溝通、分享和合作。為了避免少數同學參與意識不強，考慮到學生能力、知識、性格等相關因素的差異性，采用異質分組，通過項目團隊成員之間的交互激發知識的鏈接［13-14］。在項目驅動式教學中，不同社會背景和習得知識等方面存在差異的學生通過學習共同體內的小組分工合作等方式主動探索并解決現實問題，實現知識共享和建構，能力培養和提升；學生愿意分享知識并互相幫助，得到其他同學和教師認可，證明自己的價值，從而獲得更深刻的學科知識、方法技能、實踐能力和團隊向心力［20］。

在項目驅動式教學中，課程的教學主要是圍繞項目的設計與實施這一主線進行的，實驗項目的完成以小組合作形式完成，評價學生的學習效果不再是單一的傳統評價方式，制定具體的項目設計和實施的評價指標，采用組內評價、學生自評和教師評價相結合的多元化的評價方式［4，13-14］，項目團隊成員的交互貫穿在整個學習和評價過程中，可以有效激發知識的一次又一次的鏈接。

4.4 實驗項目驅動利于學生知識的內化和創生

在計算機網絡技術這門課程中運用項目驅動式教學法，學生的動手能力、解決實際問題能力的得以提高，學生的積極性得以激發，通過項目小組成員的努力，各個項目小組基本都能完成所選項目的設計與開發。項目驅動式成功實施燃起學生知識活化的激情，活化的知識激發了學生知識的內化。

“創生”泛指創造事物新的存在形式并賦予其意義，學生對知識的創生是指在掌握學科知識、應用學科知識解決問題的能力培養過程中，學生習得方法，生成情感，提升素養，生成智慧和能力。“學”一個活動的最好方法是“做”，通過“做”來實現“再創造”，這就是一種創生學習過程［21-23］。教師設計并實施的學習活動，應利于學生進行“再創造”，項目驅動式教學就是較好的促進學生對知識創生的途徑，項目驅動導致的知識內化促進學生對知識的創生。通過教學活動、知識交流及項目實踐，學生理解、吸收、應用新知識，從而影響學生的認知模型發生改變，進而幫助學生實現創新。創新的本質是突破，即突破舊的思維定勢，在工程領域，基于實際場景的不同能省力省時實現所要求的功能就是一種創新，這也是當前學生應該培養和具備的素質。

4.5 實驗項目驅動式教學和課程思政的雙向促進

實驗項目驅動式教學目的是提高學生的實踐能力，以任務為導向，在教學過程中以實驗項目層層推進來帶動課程學習，需要小組成員的相互合作，小組成員之間的團結協作意識有助于提升項目驅動式教學成效；在課程教與學過程中學生的實踐能力得以逐步培養，學習共同體內的交互也促進了學生之間的團隊協作，幫助學生樹立和諧進取的社會價值觀，培養了學生的自信、尊重、協作、友善等合作態度和品格，培養了學生的求實、探索、創新精神。項目驅動式教學融入思政元素在計算機網絡技術這門課程中的實踐體現了項目驅動式教學和課程思政的雙向促進，促進了學生專業知識整合與實踐及創新，提升了同學之間的團隊意識，通過項目驅動式教學達到了價值塑造、能力培養、知識傳授育人的目的。

5 結語

針對高校課程教學中知識條塊性分離和學生實踐能力及創新不足等問題，以計算機網絡技術課程為例，采用項目驅動式教學融入思政元素，研究其如何有效促進學生認知能力、合作能力、創新能力、職業能力的提高，實現全員全過程全方位育人。采用準實驗研究法，被試為教育技術學本科專業的兩屆學生，研究結果為項目驅動式教學融入思政元素的實施提高了學生的學習成效，對缺乏前修課程的學生或邏輯思維能力不足的學生學習成效明顯。研究表明：實驗項目為主導并融合思政元素的學習方式符合學生的認知特點，起到了在課程教學中育人作用。由實驗項目導出相關知識點的學習使得學生在應用中將相關知識點快速鏈接并有效整合和內化，進而促進學生對知識的創生和創新，項目驅動式教學的小組合作方式有助于師生學習共同體的發展，團結協作精神得以促進和提升。項目驅動式教學融入思政元素達到了更全面更有效的育人目的，在其他工程類課程中值得大力推廣，形成有助于培養學生實踐能力和創新能力及全面育人的課程群及體系。這個研究也凸顯了實驗教學的重要性和實驗室建設的重要性，對今后的實驗教學方向和實驗室建設投入有啟發意義。