面向复杂学习的高校计算机实践类教材建设——以《JavaEE技术实验教程》为例

韩姗姗，王春平

（浙江工业大学 计算机科学与技术学院，浙江 杭州 310023）

浙江省计算机应用与教育学会教育委员会第二十届年会

面向复杂学习的高校计算机实践类教材建设
——以《JavaEE技术实验教程》为例

韩姗姗，王春平

（浙江工业大学 计算机科学与技术学院，浙江 杭州 310023）

针对计算机实践类教材的现状以及计算机实践类课程的复杂学习特点，提出从复杂学习的角度思考教材中教学产出的定位、教学内容的组织和教学方案的设计，通过教材实例说明相应的建设方案。

计算机实践；教材设计；复杂学习；能力培养

0 引 言

教材是根据教学目标和内容编写的材料，是教学活动中最基本的工具，是教学思想最基本的反映，也是教学内容展示与教学方法实施最基本的载体，因此提高课程教材的质量是提高课程教学水平、深化教学改革以及推进人才培养的重要保证[12]。高等教育中的计算机专业应用类课程是一系列以获得专业知识、掌握专业技能、培养学生解决实际问题能力为目标的课程[3]。此类课程对动手实践能力的要求很高，与课程相配套的实践教材显得尤为重要，实践教材的优劣将直接影响学习者对知识的理解和应用；同时，计算机专业类课程往往要求能灵活地综合应用多种知识和技能，具有典型的复杂学习特点，因此在高校计算机实践类教材的建设过程中，从复杂学习的角度对教材中教学产出的定位、教学内容的组织、教学方案的设计等多方面进行探索和思考，有利于提高教材质量和教学效果。

1 计算机实践类教材现状

计算机课程的实践应用性很强，但往往实践类教材的受重视程度不如以传授理论知识为主要目的的课程主教材。由于计算机专业自身的特点、教学理念的变化等原因，计算机实践类教材在教材内容的选择和组织方面，与长期以来形成的教材撰写固有模式存在一些矛盾。

（1）技术发展速度与教材更新周期之间的矛盾。计算机学科的相关技术发展迅猛，更新周期短，可替代技术多；而计算机课程中对教材的选择却相对稳定，更新周期长，教材中的内容落后于实际应用水平[24]。具体到计算机实践类教材，则反映在实验设计简单和内容陈旧。在实验内容的设计上，没有反映出随科学技术发展而产生的新变化，与社会的实际需求脱节；在解决问题的过程中，欠缺对学生可迁徙技能、思维方式和探索意识的培养。造成的问题是学生不能灵活运用知识和技能，在实际应用的分析、设计和实现过程中出现很多困难。

（2）理论知识模块与实践操作步骤之间的矛盾。目前，实践类教材的内容安排呈现出两个极端，要么只考虑知识结构，要么只考虑项目进程。第一种，按照知识结构顺序安排实践教学内容，实践内容仅满足于配合某一个知识点，往往造成各实验之间没有内容上的连贯性，学生难以将各实验内容系统地联系起来并进行综合应用；第二种，按照项目进程安排实验教学内容，实践内容仅满足于项目开展的需要，既缺乏技术上的分析比较，又缺少内容上的总结提炼，造成学生只知道照着教材步骤做，却不知道步骤之间的逻辑关系，也不清楚步骤背后的基本原理，不能活学活用。

（3）教学目标制订与教学对象需求之间的矛盾。目前的实践教材往往是针对一个知识模块或项目模块配套展开一次实践任务，其中实践的目标、内容和要求是标准的、统一的，但在高等教育阶段，学习任务往往更为开放和自由，任务的解决方案并不唯一[56]；同时，学生的知识结构、能力水平以及学习态度和目标差异性大，因此教材中统一的目标要求不利于学生根据自身特点进行自主学习，也不利于教师“因材施教”。另外，这样的实践教材缺乏由易到难、层层递进的内容安排：有的实践任务难度过高，无法培养学生解决问题的信心和兴趣；有的又过于简单和缺乏挑战，无法激发学生进行探索和创新。

以上矛盾的存在，促使我们从计算机实践类教材中所反映出的一些本质特点来思考此类教材的建设方式。

2 高校计算机实践类课程的复杂学习特点

知识的学习以及能力的转化是一个复杂的过程，受到学习者的能力和态度、面对的学习任务、所处的学习环境等多方面因素的影响[4]，尤其到了高等教育阶段，专业课程学习和实践反映出更为典型的复杂学习特点，如JavaEE技术课程就是一门典型的计算机综合实践应用类课程，是浙江工业大学软件工程专业高年级学生的专业必修课，旨在培养学生具有完整的企业应用开发概念，掌握JavaEE体系架构的主要技术，熟悉JavaEE平台的开发模式。表1描述了JavaEE技术课程在学习产出及对应知识能力上的具体要求。在课程的学习产出上，要求能够运用工程化思想构建系统总体解决方案，并按照工程化要求对系统的子模块、子单元或部件进行设计。在对应知识和能力的要求上，具体表现在能够运用Java服务器技术完成多层架构的JavaEE系统分析、开发、布署和运行；能够通过探索分析、交流讨论、团队协作等方式发现和解决问题。这需要在综合程序设计、数据库、计算机网络等多种知识的基础上，再结合企业级分布式应用开发的相关技术框架和组件以及设计模式的相关思想，并能进一步根据实际应用中的不同需求加以分析，做到灵活运用和对症下药，才能够找到恰当的解决方案。

表1 JavaEE技术课程学习产出及对应知识能力要求

可以发现，这类课程表现出的复杂学习特点有：①课程的学习目的除了获得知识技能之外，还强调综合能力、应用能力和可迁徙能力的培养，对课程的学习产出[7]提出更高的要求；②课程的学习内容不再仅涉及单个知识领域或单个技能，而往往是多种知识和能力相互渗透和相互关联；③课程的学习过程不再是单一和固定的，而是多样和开放的，包含许多目标模糊和解题途径多样的非良构问题。

除此之外，由于在高等教育阶段学习者各方面能力的差异化增大、学习资源及其获取途径的极大丰富等原因，高等教育中的实践应用课程具有更综合、更复杂、更多样和更开放的特点，也对学习者提出更高的要求。

3 面向复杂学习的计算机实践类教材建设方案

根据计算机实践类课程在学习产出、学习内容和学习过程中所体现出的复杂学习特点，在课程配套教材的建设中同样应该从复杂学习的角度，对其教学产出的定位、教学内容的组织、教学方案的设计等方面进行探索和思考，从而提高教材质量和教学效果，改善目前此类教材存在的矛盾和问题。

3.1 教学产出的能力指向性

在教学产出上，复杂学习强调在真实复杂的环境中对复杂问题进行探究，以获取解决问题的基本规律和方法，形成包括工程实践、分析探索、交流讨论、团队协作等在内的可迁徙能力，用以应对环境的变化、问题的变化、方法的变化和技术的变化，因此面向复杂学习的计算机实践类教材应由“知识指向”逐渐向“能力指向”转化，弱化在具体知识掌握层面上的要求，强调可迁徙能力的习得。

以《JavaEE技术实验教程》为例，教材以双线索组织和展开实践内容，其中，明线是综合项目的构建过程和层次结构，暗线就是学生的能力发展。教材中的实验都包括基本、提高和扩展3个层次，分别针对于基础能力、组合能力和可迁徙能力的培养。随着实验的深入，教材在基本实验步骤及相应知识点说明的基础上，逐步增加“查找资料”“总结比较”等探索性任务以及“可替换技术的选择”“遇到的问题及解决方案”等开放性问题。

3.2 教学内容的综合复杂性

复杂学习理论认为复杂知识技能的掌握和可迁徙能力的获得，并不能简单地依靠各个孤立成分的组合和累积，而需要始终有复杂学习任务贯穿在学习过程中，通过协调和灵活运用各种知识和技能，锻炼和提高综合能力，因此面向复杂学习的计算机实践类教材也不能简单地按照理论知识模块与实践操作步骤组织教材内容，而应始终围绕一个综合应用加以展开，避免割裂多种知识能力之间的联系。

《JavaEE技术实验教程》选择用户登录模块作为综合学习项目进行切入，随着课程的展开使该模块功能不断丰富和完善，如增加用户注册、用户信息编辑、购物车、权限控制等功能；然后围绕该综合项目，划分成若干个知识单元，每个知识单元通过真实案例设立问题并以实验的形式布置任务。这样的安排可以保证学习内容之间的连贯性，也使学生能够在一个难度和规模适中的模块里，通过逐步添加新的功能，完成新旧知识的联系。表2以教材中的“轻量级JavaEE应用框架”内容为例，说明针对综合“用户登录模块及扩展功能”设计的问题和任务。

3.3 教学方案的开放多样性

由于复杂学习的难度较大，需要通过教学材料和手段帮助学习者降低认知负荷和提高学习效果，以促进学习者对知识的理解及对技能的掌握，因此教材中需要对综合知识进行多元化的表征，也需要提供针对综合技能而进行的多角度和多层次练习；同时，复杂学习理论认为，由于学习者在学习基础、学习方法、学习态度、学习环境等方面的差异，他们进行意义建构的过程也会产生多种可能，因此在教材的撰写方案中也应重视学生学习的自主性和差异性，提供多方向可选择的知识能力发展途径。

表2 “轻量级JavaEE应用框架下的用户登录及扩展功能模块”综合应用设计范例

为降低认知负荷，《JavaEE技术实验教程》注重实验任务及相关问题的设计，见表2，围绕基本问题，从多个角度、采用多种方式制订形式多样的任务；同时，如前文所述，教材中的每一个实验均包括基本实验、提高实验和扩展实验3个层次。这3个层次在内容上相互关联，在难度上层层递进，在能力要求上逐级发展。基础实验难度较低，用于培养学生解决问题的信心和兴趣；进阶实验有挑战性，用于激发学生探索和创新。学生可以根据自身的能力水平和知识结构选择不同层次和难度的内容进行实验，这既有利于学生开展自主学习，又有利于教师“因材施教”。

4 结 语

从复杂学习角度对计算机实践类教材的建设进行研究和分析，有助于此类教材在学生能力培养上发挥更大的作用。除了笔者在教学产出、教学内容和教学方案方面所讨论的建设方案外，还有很多问题值得探讨，如在教材中如何设计符合复杂学习任务的真实情境、能引导学生自主探索的启发性问题、与复杂学习相适应的能力评价与反馈机制等。

[1] 吕云翔, 张岩, 李朝宁. 高校计算机导论实践教材建设初探[J]. 计算机教育, 2015(3)： 33-36.

[2] 姜世华, 陈新红, 梁鹏. 高校计算机教材编写研究[J]. 计算机教育, 2012(2)： 107-110.

[3] 韩姗姗. “PPT”联合教学法在应用类课程教学中的实践探索[J]. 中国成人教育, 2013(22)： 141-143.

[4] 徐顺. 面向复杂学习的整体性教学设计模式研究[D]. 武汉： 华中师范大学, 2013.

[5] Van Merrienboer J J G, Kester L, 盛群力, 等. 四成分教学设计模型——面向复杂学习环境的多媒体原理[J]. 远程教育杂志, 2008(2)：24-32.

[6] 徐顺. 计算机学科应用型教材[D]. 武汉： 华中师范大学, 2013.

[7] 顾佩华, 胡文龙, 林鹏, 等. 基于“学习产出”(OBE)的工程教育模式汕头大学的实践与探索[J]. 高等工程教育研究, 2014(1)：27-37.

（编辑：宋文婷）

1672-5913(2017)03-0057-04

G642

浙江省高等教育教学改革项目“JavaEE课程面向复杂学习的联合教学方法研究与实践”（JG2015033）；浙江工业大学校级重点建设教材项目“JavaEE技术实验教程”（JC1410）。

韩姗姗，女，副教授，研究方向为控制理论与控制工程，hanss@zjut.edu.cn。