基于４ＭＡＴ系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)模式探討

摘要：本文針對(duì)普遍存在的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程難學(xué)難教的問(wèn)題，分析了存在一些影響因素，然后結(jié)合現(xiàn)代的認(rèn)知學(xué)原理和信息加工理論，提出了一種基于4MAT系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)模式，并在教學(xué)中取得了很多積極的效果。

關(guān)鍵詞：4MAT系統(tǒng)；信息加工理論；程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是重要的公共基礎(chǔ)課，一般文科開設(shè)VFP或VB，而理科則開設(shè)c或JAVA。利用計(jì)算機(jī)求解的思維方式與之前傳統(tǒng)的思維方式不同，例如有一個(gè)表達(dá)式“y=x+1”，在數(shù)學(xué)中該式表示一個(gè)函數(shù)，而在計(jì)算機(jī)中表示對(duì)變量y賦值為變量x的值加1。所以首先要引導(dǎo)學(xué)生突破傳統(tǒng)的思維方式，理解和建立計(jì)算機(jī)編程的思維方式，逐步加強(qiáng)編程能力的實(shí)踐。但是在教學(xué)過(guò)程中存在著教師難教和學(xué)生難學(xué)的惡性循環(huán)，本文將對(duì)原因進(jìn)行分析，然后結(jié)合現(xiàn)代的認(rèn)知學(xué)原理和信息加工理論，即從學(xué)習(xí)者的認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，應(yīng)用基于當(dāng)代認(rèn)知科學(xué)研究成果的新方法，給出一些行之有效的教學(xué)方法與學(xué)習(xí)方法，促進(jìn)學(xué)生的深層學(xué)習(xí)。

2當(dāng)前存在的問(wèn)題

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，可以采用多媒體課件進(jìn)行授課，具有信息量大和實(shí)例演示效果好(突出信息的形象性及感染力)等優(yōu)點(diǎn)，但是教學(xué)方式大多卻還沿用了傳統(tǒng)的講授法，即以教師為中心、以講授為主，先講授概念原理、再運(yùn)用概念原理去解決問(wèn)題，形成了以教師的語(yǔ)法教學(xué)為主線的教學(xué)路線。這種方式偏重了知識(shí)的灌輸(重教輕學(xué))，重理論輕實(shí)踐(紙上談兵，忽略了程序設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng))，使學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中被動(dòng)地去理解、記憶老師講授的語(yǔ)法知識(shí)、程序結(jié)構(gòu)，逐漸導(dǎo)致學(xué)生缺少共鳴，同時(shí)對(duì)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求也不能較好地滿足。而且，學(xué)生學(xué)習(xí)的主要?jiǎng)訖C(jī)是外部動(dòng)機(jī)(如考試等)。

基于認(rèn)知科學(xué)的理論能夠幫助我們理解教學(xué)和學(xué)習(xí)之間的關(guān)系，從而提高教學(xué)效果，并使學(xué)習(xí)的主要?jiǎng)訖C(jī)是發(fā)自內(nèi)心的動(dòng)機(jī)，即內(nèi)部動(dòng)機(jī)，最終達(dá)到提高學(xué)生編程能力的教學(xué)目標(biāo)。

3基于認(rèn)知科學(xué)的理論

首先了解一下人類如何進(jìn)行學(xué)習(xí)的。除了知道學(xué)習(xí)是在與他人的合作中進(jìn)行的之外，信息加工理論給出了另外一部分答案，提出了人類只有通過(guò)主動(dòng)加工信息，才能取得最佳學(xué)習(xí)效果。其主要思想如下：被編碼(在新知識(shí)和保持于長(zhǎng)時(shí)記憶的先前知識(shí)間建立起聯(lián)系)進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)記憶的東西才有可能被學(xué)會(huì)。整個(gè)過(guò)程以刺激進(jìn)入感覺記錄器開始。信息一旦得到辨認(rèn)和注意，就進(jìn)入工作記憶。工作記憶是我們目前能意識(shí)到的東西，是人們進(jìn)行思維的地方。不再需要的信息被遺忘，而被選中進(jìn)一步加工的信息則被編碼進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)記憶。

此外，信息加工理論將知識(shí)區(qū)分為2種類型：陳述性知識(shí)(事實(shí)、概念和思想)和程序性知識(shí)(了解如何做)。由該理論衍生出了一些促進(jìn)學(xué)習(xí)的有效策略：聯(lián)系(Connect，使用記憶術(shù)記憶缺乏內(nèi)在意義的事物)、組織(Organize，以某種結(jié)構(gòu)形式將原有知識(shí)與新知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，是幫助學(xué)習(xí)者表現(xiàn)陳述性知識(shí)的工具)、形象化(Visualize，以圖的形式表示信息，“一圖抵千言”的方式更益于學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)和記憶)和精細(xì)復(fù)述(Elaborate Rehearse，即精細(xì)加工和復(fù)述，是有意識(shí)的思維過(guò)程——建立新舊信息的聯(lián)系，對(duì)新信息編碼并存入長(zhǎng)時(shí)記憶中)，統(tǒng)稱為COVER策略。而練習(xí)和明確反饋是學(xué)習(xí)程序性知識(shí)的方式。其實(shí)這些策略都是學(xué)習(xí)者以原有知識(shí)為基礎(chǔ)的對(duì)意義的主動(dòng)創(chuàng)建，都是以學(xué)習(xí)者主動(dòng)加工信息為特征的策略。

從信息加工論可以看出，現(xiàn)代認(rèn)知理論的焦點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)引發(fā)學(xué)習(xí)，而非提供教學(xué)：學(xué)習(xí)者積極主動(dòng)地構(gòu)建自己的理解；學(xué)習(xí)具有整體性，遠(yuǎn)非信息的累加過(guò)程，所以教師無(wú)法簡(jiǎn)單地直接把信息傳遞到學(xué)生的長(zhǎng)時(shí)記憶中，學(xué)生只坐在那里聽、記教師的話無(wú)法有效獲取知識(shí)，因?yàn)闆]有對(duì)大量學(xué)習(xí)材料進(jìn)行深入處理，而把信息存入長(zhǎng)時(shí)記憶的關(guān)鍵是進(jìn)行精細(xì)加工。那么促進(jìn)教師幫助學(xué)習(xí)者主動(dòng)加工信息的教學(xué)方法就成為教學(xué)改革關(guān)注的焦點(diǎn)。

上面提到的所有策略——合作學(xué)習(xí)、COVER策略以及練習(xí)和反饋，都應(yīng)該在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)得到激發(fā)或安排自然的環(huán)境中進(jìn)行。雖然課堂講授是促進(jìn)學(xué)習(xí)的可行策略，但過(guò)多過(guò)濫的使用導(dǎo)致無(wú)法發(fā)揮出它的作用。由此，費(fèi)德恩教授給出一種新的模式：將美國(guó)著名教育家麥卡錫博士開發(fā)的4MAT系統(tǒng)與信息加工理論進(jìn)行結(jié)合。

4MAT系統(tǒng)根據(jù)人們感知處理信息的方式把學(xué)習(xí)描繪成一個(gè)由四個(gè)象限組成的圓，每個(gè)象限都是左右腦功能的結(jié)合，這個(gè)模式體現(xiàn)了一個(gè)自然(包含了人類學(xué)習(xí)的所有基本要素)循環(huán)的過(guò)程。從教與學(xué)的循環(huán)過(guò)程來(lái)看，隨著4MAT循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行，學(xué)習(xí)變得更加以學(xué)生而不是教師為中心。

4MAT系統(tǒng)把上述所有有效策略都融合在單元教學(xué)或每節(jié)課的教學(xué)中，提供了一種符合人類共有的自然學(xué)習(xí)循環(huán)的模式。其中，第一象限中教師傳達(dá)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容的意義和吸引力所在，即開始幫助學(xué)生建立與學(xué)習(xí)內(nèi)容間的個(gè)人聯(lián)系，并需要精心設(shè)計(jì)這些活動(dòng)，盡可能地抓住學(xué)生的注意，激活他們的原有知識(shí)(對(duì)于建立新舊知識(shí)間的聯(lián)系至關(guān)重要)，為學(xué)習(xí)即將出現(xiàn)的重要陳述性知識(shí)做好準(zhǔn)備。第二象限的活動(dòng)目的在于理解教師傳授的概念，教師要通過(guò)聯(lián)系起學(xué)生的舊知識(shí)來(lái)不斷鼓勵(lì)他們自己去發(fā)掘事實(shí)，此時(shí)使用COVER策略最恰當(dāng)，以促進(jìn)新知識(shí)的深層學(xué)習(xí)。第三象限中教師要鼓勵(lì)學(xué)生去測(cè)試對(duì)所學(xué)材料的理解，學(xué)生將對(duì)第二象限中傳授的知識(shí)進(jìn)行練習(xí)，教師對(duì)他們的表現(xiàn)做出反饋，形成程序性知識(shí)。在第四象限中教師應(yīng)創(chuàng)造實(shí)踐的機(jī)會(huì)，并要鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)造性地運(yùn)用知識(shí)。

因此可以看出，使用4MAT系統(tǒng)作為教學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)能提高學(xué)習(xí)者主動(dòng)學(xué)習(xí)的可能性，形成以學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)方法。

4教學(xué)模式的探討

程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)作為一門很重要的公共課程，很多高校越來(lái)越重視這門課程的建設(shè)，已經(jīng)在教學(xué)方面做了大量改進(jìn)工作，并建設(shè)成了各類精品課程。其主要思想是：采用“以程序設(shè)計(jì)為主線，語(yǔ)言知識(shí)為輔”的模式，跳出以語(yǔ)言知識(shí)教學(xué)為主線的傳統(tǒng)模式，推行案例教學(xué)，將教學(xué)內(nèi)容在教學(xué)過(guò)程中分成為若干個(gè)主題、以程序設(shè)計(jì)作為貫穿各個(gè)主題的主線，即將復(fù)雜枯燥的語(yǔ)言知識(shí)分解到一個(gè)個(gè)生動(dòng)實(shí)用的程序?qū)嵗?，同時(shí)輔以相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)體系，形成以學(xué)生為中心的教學(xué)模式。

這種以案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)來(lái)提高課堂教學(xué)效果、以實(shí)踐教學(xué)體系來(lái)強(qiáng)化實(shí)踐的方法與教學(xué)模式是一致的，下面給出該模式在程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的具體實(shí)施過(guò)程。

該課程教學(xué)環(huán)節(jié)包括：課堂教學(xué)、課外自學(xué)、上機(jī)實(shí)踐、答疑討論和考核，其基本流程為“案例分析一知識(shí)點(diǎn)導(dǎo)入——編程實(shí)踐(作業(yè)、上機(jī))／自學(xué)—疑難解答—考核”。其中：

(1)“案例分析”是在課堂教學(xué)開始時(shí)教師先引入一種實(shí)際需要解決的問(wèn)題，一般精選與實(shí)際生活關(guān)系密切的問(wèn)題作為案例，引導(dǎo)學(xué)生的思考和分析，對(duì)應(yīng)著第一象限的活動(dòng)(引起注意)；以C語(yǔ)言中的結(jié)構(gòu)(Struemre)的講解作為例子說(shuō)明，可以引入通信錄的結(jié)構(gòu)。

(2)“知識(shí)點(diǎn)導(dǎo)入”是在分析案例的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方法中，進(jìn)而引出該案例中用到的知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)入第二象限的活動(dòng)。這個(gè)過(guò)程使用COVER策略：教師以多媒體課件等方式將教學(xué)內(nèi)容形象、生動(dòng)、直觀地顯示在學(xué)生面前，這對(duì)概念的形象化、組織以及相互關(guān)系的展現(xiàn)有極大益處；然后再舉一反三，啟發(fā)學(xué)生對(duì)案例進(jìn)一步討論、歸納，對(duì)案例完善和擴(kuò)展，鼓勵(lì)學(xué)生以畫圖、類推和用自己的話總結(jié)回答問(wèn)題等方式，進(jìn)行信息的精細(xì)加工。還可以安排如分組討論等合作學(xué)習(xí)策略，通過(guò)這些策略使學(xué)生在新知識(shí)和保持在長(zhǎng)時(shí)記憶的舊知識(shí)間建立起聯(lián)系，那么新知識(shí)就可以轉(zhuǎn)入長(zhǎng)時(shí)記憶，形成陳述性知識(shí)。

(3)“編程實(shí)踐(作業(yè)、上機(jī))／自學(xué)一疑難解答”包括課程實(shí)踐教學(xué)和課外實(shí)踐活動(dòng)(競(jìng)賽等)，同時(shí)廣泛應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化輔助教學(xué)手段幫助學(xué)生自學(xué)。每一部分課結(jié)束時(shí)，教師將布置作業(yè)并安排相應(yīng)的上機(jī)實(shí)驗(yàn)課，這樣有利于學(xué)生形成程序性知識(shí)，對(duì)應(yīng)第三象限的活動(dòng)。其中實(shí)踐教學(xué)體系的設(shè)計(jì)對(duì)于程序設(shè)計(jì)尤為重要，因?yàn)橹挥型ㄟ^(guò)大量的編程練習(xí)，學(xué)生才能真正掌握語(yǔ)言知識(shí)，培養(yǎng)程序設(shè)計(jì)的能力。由于學(xué)生在計(jì)算機(jī)知識(shí)與實(shí)踐能力上存在較大的差異，教師在教學(xué)內(nèi)容和實(shí)施上應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)亩鄻有院挽`活性，學(xué)生可以根據(jù)自身水平和興趣選擇適合的訓(xùn)練方式、數(shù)量和難度，自主安排學(xué)習(xí)進(jìn)程。另外，在達(dá)到課程基本要求的前提下，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)(綜合實(shí)驗(yàn))和參加競(jìng)賽等課外實(shí)踐活動(dòng)，使自己得到充分的發(fā)展和提高，進(jìn)入了第四象限的活動(dòng)。

(4)“考核”：通過(guò)筆試和實(shí)驗(yàn)考查學(xué)生的知識(shí)掌握程度和實(shí)踐能力，對(duì)應(yīng)第四象限的活動(dòng)。

5結(jié)束語(yǔ)

這種基于4MAT系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)模式正是以學(xué)習(xí)者為中心的教學(xué)方法，并且在實(shí)踐中也取得了很好的教學(xué)效果，當(dāng)然還需要在實(shí)踐中不斷地完善。從目前大量的高等院校的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的精品課程建設(shè)中也可以看出，這種以促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)為主的教學(xué)方法已經(jīng)成為了積極推行的一種教學(xué)模式，是一種值得繼續(xù)完善和探索的教學(xué)模式。