面向软件人才培养的类DNA教学结构的建设策略

[作者简介] 冀付军（1975—），男，河北馆陶人。讲师，博士，主要从事教育技术学计算机教育应用研究。
　　一、引 言
　　脱氧核糖核酸（DNA）是生物界最重要的大分子体系，在生物进化中起着非常重要的作用，其结构中蕴藏着决定遗传、细胞分裂、分化、生长和蛋白质生物合成等生命过程的信息。DNA分子具有双螺旋结构，其螺旋的骨架是由磷酸根和糖基通过共价键连接而成。同时，DNA分子具有两个独特的性质，即自识别和自组装功能。由于DNA自身结构的复杂性，科学家一直在寻找一个最为恰当的模型来对它进行研究，到目前为止，科学家已建立了一维紧束缚模型、鱼骨模型、梯子模型、三维紧束缚模型等几个模型，从不同的侧重点来研究DNA分子。[1]
　　DNA结构的特点和优势在于其双螺旋式循环上升，既简单重复，又有递进，结合作者十余年的软件教学经验，敏感地觉察到DNA双螺旋与软件教学中的知识与技能双主线循环递进的内在一致性；同时DNA分子的自识别和自组装特性与软件教学的技能自反馈和知识自建构也是出奇的一致，因此提出面向软件人才培养的类DNA教学结构。当前软件人才培养的主要问题是什么呢？国际上有哪些可以借鉴的先进理念？
　　当前我国软件行业发展迅速，但与世界其他国家相比仍存在较大差距，印度原来与我国处于同一起跑线上，如今却成为仅次于美国的世界软件大国，其高速增长的背后是强大的人才队伍支持，其NIIT的MCLA（榜样教学法）教学模式是印度软件教学的创举。[2]MCLA是印度NIIT教学模式的基础和核心，它是以实际应用为导向，在全任务驱动中教学，强调基本技能和动手操作能力的培养，[3]按照NIIT课程体系技术路线[4]设置课程，实现软件理论与实践对接。
　　我国软件产业所面临的主要问题，一是软件人才匮乏，供需矛盾突出，直接影响了产业发展和市场的占有份额；二是知识、能力结构不尽合理。[5]软件行业低迷的主要原因在于培养的软件人才不符合当前市场经济的需求，其中课堂教学结构的不合理又直接影响软件人才的培养。[6]人才培养包括课堂和课外两个阵地，其中课堂教学是专业技术人才培养的主渠道，抓住了课堂教学的变革，就抓住了教学改革实施的主要渠道之一。而课堂教学结构又是课堂教学中的关键因素，因此软件人才培养中的课堂教学结构就成为重中之重，课堂教学结构对人才培养起着至关重要的作用，这与何克抗教授关于教学深化改革的主要目标应当指向教学结构变革的观点是一致的。何克抗教授指出，教学结构是指在一定的教育思想、教学理论和学习理论指导下的，在某种环境中展开的教学活动进程的稳定结构形式， 是教学系统四个组成要素（教师、学生、教材和教学媒体）相互联系、相互作用的具体体现。在多年从事教学改革试验研究探索的基础上， 何教授经过深层次的理论思考指出： 当前各级各类学校教学深化改革的主要目标应当指向教学结构的变革。[7]
　　在以教师为中心的传统教学结构下的软件教学中，通常都是照本宣科讲述软件的功能以及工具栏里各种工具的作用，没有将软件的功能与设计中的应用相结合，[8]而如今市场经济体制下企事业单位尤其是IT 企事业单位只招聘有经验的专业人才。[9]因此，产生了软件人才培养与人才需求的矛盾。显然，人才需求不易改变，能够进行控制和改变的是对人才的培养，改革现有的软件教学结构，才能更好地培养出符合企事业单位需要的软件人才。
　　对于当前软件教学中的这些问题，我国教育学者已经提出一些有效解决思路。
　　从宏观策略上看，软件教育者主张形成软件人才培养梯队， 构建软件人才的金字塔结构，如图1所示；[10]倡导与企业的合作，提高学生的动手操作能力，如图2所示。[11]当前我国也充分意识到与企业合作培养工程人才的重要性，于2012年6月7日公布了国家级工程实践教育中心的第一批名单。[12]
　　从微观策略来看，案例教学通过对具体情境的分析，提升学生的分析能力与解决问题能力；[13]基于网络视频资源的小组合作教学模式开展计算机应用软件教学，培养学生自我反思、讨论和交流的能力，培养学生的知识共享和社会交往能力。[14]
　　以上软件人才培养梯队、企业合作、案例教学和合作教学等策略从宏观方面和微观方面为我国软件人才的培养作出了积极有益的贡献。本文则试图依据软件学科的特点，在软件教学结构上进行变革，提出适合软件学科特点的新型教学结构，从根本上解决软件学科的教学问题。
　　那么，软件学科究竟有哪些特点？ 要想了解软件学科的特点，就必须首先洞悉软件科学的研究内容。软件学科研究内容主要包括：软件开发范型、软件设计方法、工程支持技术和工程管理技术。杨芙清院士指出，软件开发范型涉及软件工程的“方向”问题；软件设计方法涉及软件工程的“途径”问题；工程支持技术和过程管理技术涉及工程过程质量和产品质量问题；软件开发就是实施了一个从“高层概念模型”到“低层概念模型”的映射，从“高层处理逻辑”到“低层处理逻辑”的映射，而且在这一映射中还涉及人员、技术、成本、进度等要素。[15]由此可见，软件学科不同于常见的语文或数学学科，它是建立在计算机科学基础上，指导计算机软件开发和维护的工程性学科，其理论性、技术性、工程性、抽象性与应用性都很强。这决定了软件是一门实践性很强的课程，因此常用于语文或数学的教学结构并不能较好地适应软件学科特点，盲目套用指导其他学科取得很好效果的教学结构、教学模式、教学策略等到软件学科教学中，并不一定产生同样的好效果。软件学科教学迫切需要提出适合其特点的新型教学结构。
　二、类DNA教学结构研究
　　（一）类DNA教学结构的理论基础
　　类DNA教学结构并不是直接创造出来的，是作者在十余年来从事软件相关教学经验的积累和总结的基础上，借鉴了生物学DNA结构的优势特点引进到软件教学领域中而来的。事实上，关于类DNA教学结构中的螺旋式教学，最早是孔子提出的，即孔子通过使没有疑问的学生产生疑问，有了疑问并帮助他解决疑问，还要产生新的疑问。如此反复，螺旋上升，使发问和解疑节节逼近，相辅相成。作者考虑到软件学科的知识性和技能性双主线循环上升的学习特点，结 合自身的软件螺旋式教学经验，总结了教师与学生群体的一对多交互特征，吸引借鉴了网游沉溺动机中的螺旋式任务奖励机制、场景循环变换机制、装备人物生长发展机制、竞争协作促进机制等，历经十余年至今才提出类DNA教学结构。
　　类DNA教学结构的理论基础有建构主义学习理论、实用主义教学思想和要素教育论等。从建构主义学习理论方面讲，类DNA教学结构旨在通过教师的层层螺旋上升式引导，在知识和技能两个方面，不断激发学生求知的欲望，一步步使学生提出关键问题，在教师的引导下分析问题并解决问题，再提出新的关键问题，形成螺旋，使学生不断循环校正完善自主构建的知识体系。类DNA教学结构汲取杜威实用主义教育思想的精华，践行“做中学”这一杜威教学理论的基本原则，[16]以实现学生知识与技能的同步发展为目标，真正实现软件学生在“做中学”。类DNA教学结构同时以裴斯泰洛奇的要素教育[17]为指导，从最基本、最简单的知识技能出发，使“零基础”的学生轻松地获取知识技能，逐步积累知识技能，从而达到较高的知识技能水平。它抛弃了以往教学中盲目追求知识和技能的深度的做法，注重从学生现有水平出发，尽量使每个学生都跟得上教学进度，不断循环，逐渐进行知识和技能的深化。螺旋吸收发展相应知识和技能更利于学生知识的同化和异化。就像网游玩家之所以容易沉溺一样，不断在其最近发展区中获得进步，享受自己追求上的愉悦感和成就感。
　　（二）类DNA教学结构的理论提出
　　类DNA教学结构位于双主教学结构之下（教学结构分为以教为主的教学结构、以学为主的教学结构和教学并重的以教师为主导、以学生为主体的双主教学结构[18]——笔者注），是双主教学结构在软件人才培养领域的具体教学结构。类DNA教学结构中的双螺旋是指知识与技能双主线，螺旋的骨架是由教师和学生通过交互连接而成，通过知识与技能的双螺旋师生交互，知识和技能的学习深化呈现类似DNA结构的双螺旋递进上升的特征。
　　类DNA教学结构是专门针对软件学科课堂教学，以建构主义认知教学理论、实用主义教育思想、要素教育论为指导，以学生、教师为主体，以知识与技能为主要方面，以知识与技能在实践中的应用效果为评价机制，运用教材、教学媒体和实验器材，在教师的情境引导下学生主动提出新的问题，进行新的探究，实现知识与技能基本同步发展的教学结构。类DNA教学结构突破了原有传统教学结构仅注重知识而忽略技能的限制，以螺旋方式充分发挥了教师的引导职能，螺旋培养学生不断上升的思维和质疑能力，可以成功解决软件人才培养中所缺乏的经多层螺旋深化的熟练技能问题。
　　（三）类DNA教学结构的理论设计
　　类DNA教学结构以教师与学生为双主体，以知识与技能为双主线，教师与学生在教学过程中逐步进行教与学的螺旋交互，最终实现知识与技能的同步螺旋式上升发展。类DNA教学结构在交互过程中，教师以螺旋式形成性评价对学生学习效果进行查漏补缺，并确定更高层次螺旋的内容，同时利用螺旋反馈不断完善自己的教学。
　　类DNA教学结构倡导教师螺旋式指导学生的主动学习，教师是类DNA教学结构的知识传授者和技能培育者，教师在了解学生现有知识水平的基础上，以最简单、最直白的方式将新知识传授给“零基础”的学生，使学生轻而易举的获取知识，并在学生消化知识之后积极指导学生进行技能训练，对学生在训练中的表现进行螺旋式评估，促使学生及时改正错误，不断开始教学过程的更高层次螺旋。学生则在螺旋吸收知识技能基础之上，积极、大胆地提出新问题，逐步进行新知识的探究，通过螺旋式情境培养深化学生的思维能力及探索创新精神。类DNA教学结构设计俯视示意图如图3所示。
　　类DNA教学结构在以教师与学生为双主体、以知识与技能为主要内容的前提之下，四者交互进行，以促进学生的学、教师的教。为了详细说明这四者之间的交互关系，将这种关系分为三个层次：一个是以知识为轨道的层次，一个是以技能为轨道的层次，一个是以知识与技能两个轨道交互的层次。其中知识与技能双轨的交互教学结构有以下几方面的特点。
　　1. 在类DNA教学结构中，教师与学生各自位于锥体的两端，知识与技能是实现师生交互的媒介，教师首先在知识方面与学生进行交互，教师以简洁方式将最基本知识传授给学生并对学生进行引导，学生汲取知识，两者教与学相遇于知识轨道的起点处，学生求知欲逐渐得到激发，教师不断引导学生探求新知识。学生在学习知识时，教师不断提出疑问，使学生带着疑问进行深层次的学习，促使学生积极思考并进行创造性思维活动。
　　2. 在知识不断增长的同时开始技能培养训练，此时教师与学生技能的交互点将落在技能这条轨道上，技能与知识两者的交互点之间有一定的距离。在对知识的探索过程中，技能的学习有可能赶上或者超过知识的学习。总体上，知识与技能在各自的轨道上基本同步运行。最终，教师与学生在知识和技能方面所形成的交互点不断形成类DNA结构的螺旋式轨道循环上升，达到学生知识与技能的互相促进和提高。
　　3. 类DNA教学结构中蕴含形成性评价，重视教学过程中的反馈和矫正，通过网络系统体现个别化教学反馈优势，在整个教学结构中，教师在每堂课后会以学生原有知识经验积累为基础对学生学习效果进行螺旋层次检验，并不断纠正学生存在的错误与其自身在教学过程中存在的问题，从而完成学生和教师的知识和技能的不断自主建构。这正是类DNA教学结构的自组装特性。类DNA教学结构的自识别特性和自组装特性正是生物界DNA分子结构的固有特性。
　4. 类DNA教学结构实现了学生知识与技能的同步发展，螺旋交互教学过程的设计有利于学生深化知识与技能，提升学生学习效果，使得学生在理论与实践方面齐头并进，有效地解决当前软件教学难题，为软件行业培养出理论结合实践、知识配备技能的应用性创新人才。图4为类DNA教学交互点微观示意图。
　　5. 类DNA教学结构以知识与技能为主要内容，两者沿两条不同的螺旋骨架同步运行。知识在整个类DNA教学结构中处于基础地位，一定的 基础知识是进行技能训练的必要条件。技能是此教学结构中的核心组成部分，交互作为骨架的“共价键”，对于在软件教学中最终实现知识与技能起着至关重要的作用。知识与技能的成功交互是实现类DNA教学结构的关键环节。网游沉溺动机机制的实现也都有赖于这种“共价”交互。
　　6. 以知识与技能为双主线的类DNA教学结构，从教学起点就开始激发学生的学习动机，使“零基础”的学生首先掌握基本知识，并获得成就感，再及时训练学生基本技能，获取新的成就感，充分感受到进步所带来的尊重，在网游沉溺机制动机的驱动下，自主学习欲望强烈，然后在此循环教学中不断进行形成性评价，不断在最近发展区内给学生以适度鼓励或刺激，进一步激发起学习动机，从而通过以知识与技能的螺旋式共同发展逐步实现软件人才的培养革新。它避免了传统教学结构只注重教师传授知识的弊端，知识与技能并重更符合当前软件人才的需求，对推进软件人才培养进程有重要意义，有利于软件人才的理论知识与实践能力的并重发展，从而彻底解决软件人才需求与软件人才培养的突出矛盾问题。
　　三、类DNA教学结构的案例及应用
　　（一）基于类DNA教学结构的教学案例
　　为简化起见，在这里以基于类DNA教学结构的Word教学为案例。在Word教学中，将熟练运用Word作为教学目标，将教学内容分为五部分，分为安装、文字、表格、图形及打印。第一部分为Word最基本的安装知识，教师首先讲解Word的一些基本常识，如基本简介、功能特点等，并演示安装过程，在学生进行一段时间的消化以后，开始进行技能练习，自己动手进行安装；第二部分为Word的文字编辑教程，文字的编辑是Word最核心的功能，同样也是教学的重中之重，为了便于学生理解，激发学生的求知欲，教师从最简单的文字录入讲起，在教师一步步“还有没有简单的办法，希望达到某某效果该怎么办呢”等提问之下，逐步进行知识深化教学，最终掌握Word文字编辑的全部功能，在进行系统知识的讲解的同时，在学生对知识的理解过程中，穿插相对应的技能训练，最终实现知识与技能的同步进行；表格、图形及打印的教学结构与文字编辑的结构大致相同，均采用螺旋递进的教学方式，深化教学内容，最终达到精通Word的教学目标。其具体示意如图5所示。
　　（二）类DNA教学结构的实践应用
　　为了验证类DNA教学结构的有效性，在类DNA教学结构指导下进行了相应的教学设计，在2012—2013第一学期计算机技能教学中进行了具体实践应用。首先对全校2012级新生进行了授课前测，之后，笔者在实验班（班级编号20120405）贯彻类DNA教学结构的指导，实施类DNA教学设计，在学期结束时，对全校新生进行计算机技能期末测试。学期前测和期末测试均采用机考自动化测评得分方式进行，以保证客观公平。两次机考测评难度系数相同。经统计，前后两次具体成绩情况见表1。
　　由此可见，实验班在学期授课开始前，其前测平均分与全校总平均分相比，相应的Z分数为0.3<1.96，即实验班与全校新生在授课前测中并无显著差异，或者说实验班与全校的平均成绩是一致的。而实验班期末测评的Z分数为4.047**>2.58，这说明，实验班与全校新生在期末测评中的成绩呈现显著性差异。由于只有笔者所任教班级实施了类DNA教学结构指导下的教学设计，且前测成绩一致，尽管在期末测评中全校平均分大大提高，但是因为检验的是实验班平均分与全校平均分的显著性差异，因此已经排除了全校教学方面努力的共同普遍因素，这就只剩下任课教师特殊教学方面的因素，故此数据可在某种程度上表明类DNA教学结构的有效性。
　　四、结 束 语
　　本研究着眼于软件人才培养教学中的问题，分析软件学科的特点，在建构主义学习认知理论、实用主义教学思想、要素教育理论基础上，借鉴国外软件人才培养的先进教学理念，结合自身十余年软件相关教学的经验积累，从软件人才培养的课堂教学主渠道着手，抓住了软件课堂教学结构这个关键因素，对于软件教学结构变革进行有意义的探索和研究，借鉴引进了生物学中的DNA结构，创新提出了软件学科教学结构——类DNA新型教学结构，并对该结构进行理论和实践研究，并在实践应用后基于统计学原理进行显著性检验，数据验证表明了所提类DNA新型教学结构的有效性。
　　类DNA教学结构符合以“知识与技能、过程与方法、情感态度和价值观”的三维培养目标为核心的素质教育理念，对于改变当前软件类课程注重知识讲解、轻视技能传授的现状有着积极意义。该教学结构能充分尊重学生的主体地位，促进学生积极、主动地思维与学习，同时发挥教师的螺旋式层层主导作用。既有利于教师掌控整个教学过程和系统知识的传授，又有利于学生自主学习能力和探索能力的螺旋上升式发展。从宏观角度来看，类DNA教学结构适应当今市场对实践应用性创新软件人才的需求，而高质量的人才培养对改善我国当前软件行业的现状具有重要意义。同时，类DNA教学结构为具体领域新型教学结构的提出提供了研究范式，在类DNA新型教学结构的理论构建和应用方面具有一定的示范研究意义。
　　[参考文献]
　　[1] 高绪团. DNA分子的电子结构及其电荷输运性质研究[D]. 济南： 山东大学，2007.
　　[2] 李洛等. 印度NIIT软件人才培养模式的探索与实践[J]. 广东轻工职业技术学院学报， 2003（3）： 49～53.
　　[3] 刘彦姝， 唐乘花，张克俭. 引入印度NIIT构建教学新模式[J]. 计算机光盘软件与应用， 2012（3）： 232～233.
　　[4]. 田祥宏，陈爱萍. 构建NIIT嵌入式软件人才培养课程体系[J]. 金陵科技学院学报， 2009，（02）.
　　[5] 向毅， 彭军，吴英. 普通高校应用型软件人才培养存在的问题及对策[J]. 计算机教育， 2009，（22）： 9～11.
　　[6] [7] [9] 赵春雨，栗红霞，李鸿宝. 我国软件教育的发展趋势[J]. 黄河科技大学学报， 2005（2）： 118～119.
　　[8] [18] 李蓟宁. 多途径教学方法在艺术设计专业计算机软件教学的应用[J]. 艺术与设计（理论）， 2011，（9）： 190～192.