如何提高学生的培养质量，一直是教育界所关心的话题。但是当前学生的学习效率和质量并不乐观，主要表现在消化吸收新的知识、无法进行知识的迁移、问题解决能力比较差。改善这种状况必须使学生进行有意义的学习，而有意义的学习又是以良构的认知结构为前提的。因此，本研究关注的是如何帮助学生提高认知水平、优化认知结构，进而提高学生的培养质量。 本文围绕加涅所提出的学习层级这一概念来讨论其应用在优化学生认知结构方面的作用，主要从优化学生知识结构、促进学生的思维质量和反思性学习、提高问题解决能力以及学生学习方式的变化等方面来论述。 目前计算机图形图像类课程教学中，较多见的“案例教学”常以教师示范和学生模仿为主要教学形式，其实质是把动作技能的教学方法应用于智慧技能的教学过程，导致学生的机械学习现象，本文试图应用学习层级理论分析这类教学低效的原因和改进的途径，并以职校学生学习计算机三维建模为例进行行动研究，以验证自己的设想，期望能为教学一线的教师提供些许启发。