提高程序設(shè)計(jì)類(lèi)基礎(chǔ)課教學(xué)實(shí)效的途徑與方法

摘要：提出基于核心語(yǔ)法子集優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、基于認(rèn)知理論優(yōu)化教學(xué)方法和建立多元化優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源3大改革途徑，結(jié)合科學(xué)實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)提出程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言核心語(yǔ)法子集的確定方法。總結(jié)認(rèn)知理論的基本教學(xué)原則，以實(shí)例的形式闡述程序設(shè)計(jì)類(lèi)基礎(chǔ)課程的優(yōu)化教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知理論；核心語(yǔ)法子集；程序設(shè)計(jì)；教學(xué)改革

文章編號(hào)：1672-5913（2013）03-0022-04

中圖分類(lèi)號(hào)：G642

計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)類(lèi)基礎(chǔ)課程是高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)體系的核心課程，從國(guó)內(nèi)教學(xué)現(xiàn)狀來(lái)看，許多學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)技能訓(xùn)練不夠，不能很好地樹(shù)立“程序設(shè)計(jì)思維”，多數(shù)學(xué)生不能獨(dú)立編寫(xiě)解決實(shí)際問(wèn)題的程序。究其原因，一是在有限的課時(shí)內(nèi)灌輸大量繁雜語(yǔ)法知識(shí)，導(dǎo)致程序設(shè)計(jì)技能培養(yǎng)投入不足；二是限于初學(xué)者的認(rèn)知水平難以建立程序設(shè)計(jì)的邏輯思維方式。死的語(yǔ)法知識(shí)是“魚(yú)”，而程序設(shè)計(jì)能力是“漁”，“授人以魚(yú)”不如“授人以漁”。因此，我們提出精簡(jiǎn)和優(yōu)化語(yǔ)法教學(xué)內(nèi)容，以核心語(yǔ)法子集進(jìn)行教學(xué)的思想，以認(rèn)知理論為指導(dǎo)，探討優(yōu)化的教學(xué)方法，以此提高程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)類(lèi)課程的教學(xué)實(shí)效。

1 基于語(yǔ)法子集的教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

目前大多數(shù)學(xué)校在教學(xué)內(nèi)容方面注重語(yǔ)句、語(yǔ)法等語(yǔ)言細(xì)節(jié)，基本是以高級(jí)語(yǔ)言的語(yǔ)法體系為脈絡(luò)展開(kāi)教學(xué)，沒(méi)有把邏輯與編程解題思路放在主體地位，對(duì)如何分析問(wèn)題和解決問(wèn)題講得不夠，對(duì)學(xué)生的編程能力、上機(jī)解題能力訓(xùn)練不夠，以至于學(xué)生難以獨(dú)立編寫(xiě)正確的程序，面對(duì)實(shí)際問(wèn)題求解的編程顯得束手無(wú)策。由于在語(yǔ)法教學(xué)內(nèi)容上追求大而全，導(dǎo)致教師迫于完成教學(xué)任務(wù)進(jìn)行“填鴨式”的“滿(mǎn)堂灌”，忽略了學(xué)生的學(xué)習(xí)主體特征，不能很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性。學(xué)生創(chuàng)新能力的重要性已普遍共識(shí)，程序設(shè)計(jì)類(lèi)課程對(duì)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)主要體現(xiàn)在解決實(shí)際問(wèn)題的獨(dú)立編程能力上。只有重視算法和程序設(shè)計(jì)技能的教學(xué)，才能達(dá)到這一目的。對(duì)于語(yǔ)言的語(yǔ)法內(nèi)容，夠用即可，每種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言應(yīng)選擇其核心語(yǔ)法子集來(lái)教學(xué)。因此，首先要按照教學(xué)目標(biāo)要求確定所要解決的各類(lèi)基本問(wèn)題，得到基本問(wèn)題所構(gòu)成的問(wèn)題空間；然后確定問(wèn)題空間求解涉及的基本算法范圍。根據(jù)算法范圍尋找核心教學(xué)語(yǔ)法子集。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)合人工經(jīng)驗(yàn)，分別得出實(shí)驗(yàn)語(yǔ)法子集和經(jīng)驗(yàn)語(yǔ)法子集；再將兩者結(jié)合起來(lái)，最終確立核心教學(xué)語(yǔ)法子集。

1.1實(shí)驗(yàn)語(yǔ)法子集的確立

實(shí)驗(yàn)語(yǔ)法子集的確立要通過(guò)客觀實(shí)驗(yàn)完成，需要利用計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)，對(duì)主流教材、課件和其他材料中出現(xiàn)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言關(guān)鍵字和語(yǔ)法點(diǎn)的頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；利用計(jì)算機(jī)對(duì)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果進(jìn)行使用頻度排序，獲得各種語(yǔ)法點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)用頻率的客觀度量，然后以使用頻度為依據(jù)確立實(shí)驗(yàn)語(yǔ)法子集。獲得實(shí)驗(yàn)語(yǔ)法子集需要經(jīng)歷如下3類(lèi)步驟。

1）實(shí)驗(yàn)分析。這個(gè)階段要分析“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”類(lèi)課程的教學(xué)內(nèi)容要點(diǎn)，確定問(wèn)題空間，從而確定系列課程所涉及的算法大類(lèi)；結(jié)合具體語(yǔ)種的特點(diǎn)，分析具體語(yǔ)言涉及的關(guān)鍵字。為便于采用計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)進(jìn)行研究，可以只從關(guān)鍵字的角度研究基本語(yǔ)法要素構(gòu)成的語(yǔ)法子集，不必考慮語(yǔ)法結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。包括以下幾個(gè)子步驟：①原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集。原始數(shù)據(jù)可以來(lái)源于目前國(guó)內(nèi)外用于“程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的典型教材、課件和其他資料。②數(shù)據(jù)處理，對(duì)符合基本算法范圍的程序進(jìn)行單詞劃分和標(biāo)注，由實(shí)際材料中經(jīng)典程序里面出現(xiàn)的單詞組建詞表文件。③數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)數(shù)據(jù)處理階段得到的詞表文件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；找出具體程序語(yǔ)言的關(guān)鍵字在所有實(shí)際材料中出現(xiàn)的總頻數(shù)，得到語(yǔ)言關(guān)鍵字使用頻數(shù)統(tǒng)計(jì)表。④數(shù)據(jù)分析，通過(guò)對(duì)語(yǔ)言關(guān)鍵字使用頻數(shù)統(tǒng)計(jì)表進(jìn)行分析，得出統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

3）實(shí)驗(yàn)實(shí)施。該階段按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的步驟進(jìn)行具體操作，其中，在數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)要利用典型教材的電子版，有些教材電子版文件格式可能是非文本的，需要轉(zhuǎn)換為文本格式。轉(zhuǎn)換中可能用到的轉(zhuǎn)換軟件，如Pdg2Pic軟件可以將PDG文件轉(zhuǎn)換為T(mén)XT的文本格式；漢王PdfConverter（免費(fèi)版）能快速準(zhǔn)確地將PDF文件轉(zhuǎn)換成Word格式的rtf文件或txt文本文件。

1.2經(jīng)驗(yàn)語(yǔ)法子集的確立

與實(shí)驗(yàn)語(yǔ)法子集相并行的是經(jīng)驗(yàn)語(yǔ)法子集，它是靠人工經(jīng)驗(yàn)確立的語(yǔ)法子集。獲得經(jīng)驗(yàn)語(yǔ)法子集的操作過(guò)程有3步，第一步，針對(duì)具體的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言設(shè)計(jì)一種語(yǔ)法點(diǎn)使用頻度的問(wèn)卷調(diào)查表。第二步，利用調(diào)查表向教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的一線權(quán)威教師進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，從而獲得第一手原始資料。第三步，對(duì)獲得的調(diào)查表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)各語(yǔ)法點(diǎn)的使用頻度得出經(jīng)驗(yàn)排序，根據(jù)排序結(jié)果選取經(jīng)驗(yàn)語(yǔ)法子集。

1.3核心語(yǔ)法子集的確立

結(jié)合實(shí)驗(yàn)語(yǔ)法子集和經(jīng)驗(yàn)語(yǔ)法子集，取兩者的公共交集，即可得到核心語(yǔ)法子集。將核心語(yǔ)法子集作為教學(xué)語(yǔ)法子集，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)法教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化。

2 基于認(rèn)知理論的教學(xué)方法優(yōu)化

2.1認(rèn)知理論與教學(xué)設(shè)計(jì)原則

認(rèn)知學(xué)習(xí)理論是通過(guò)研究人的認(rèn)知過(guò)程來(lái)探索學(xué)習(xí)規(guī)律的學(xué)習(xí)理論。主要觀點(diǎn)包括，人是學(xué)習(xí)的主體，主動(dòng)學(xué)習(xí)；人類(lèi)獲取信息的過(guò)程是感知、注意、記憶、理解、問(wèn)題解決的信息交換過(guò)程；人們對(duì)外界信息的感知、注意、理解是有選擇性的以及學(xué)習(xí)的質(zhì)量取決于效果。

布魯納的認(rèn)知發(fā)現(xiàn)說(shuō)和奧蘇貝爾的認(rèn)知同化說(shuō)是現(xiàn)代認(rèn)知學(xué)習(xí)理論的兩大典型學(xué)說(shuō)。布魯納強(qiáng)調(diào)指出學(xué)習(xí)過(guò)程是一種積極的認(rèn)知過(guò)程，他認(rèn)為學(xué)習(xí)的實(shí)質(zhì)在于主動(dòng)地形成認(rèn)知結(jié)構(gòu)；重視人的主動(dòng)性和已有經(jīng)驗(yàn)的作用，重視學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)機(jī)與發(fā)展學(xué)生的思維，提倡知識(shí)的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)。認(rèn)知同化說(shuō)認(rèn)為，新知識(shí)的學(xué)習(xí)必須以已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)；學(xué)習(xí)新知識(shí)的過(guò)程，就是學(xué)習(xí)者積極主動(dòng)地從自己已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，提取與新知識(shí)最有聯(lián)系的舊知識(shí)，并且加以“固定”或者“歸屬”的一種動(dòng)態(tài)過(guò)程。

根據(jù)認(rèn)知學(xué)習(xí)理論關(guān)于學(xué)習(xí)的基本觀點(diǎn)，與教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合，國(guó)內(nèi)外研究者們提出了一系列指導(dǎo)教學(xué)設(shè)計(jì)的原則，這些原則有許多非常適合于程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)類(lèi)課程的教學(xué)。比如用直觀的形式向?qū)W習(xí)者顯示學(xué)科內(nèi)容結(jié)構(gòu)，應(yīng)該讓學(xué)習(xí)者了解教學(xué)內(nèi)容中涉及的各類(lèi)知識(shí)之間的相互關(guān)系；學(xué)習(xí)材料的呈示應(yīng)適合于學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展水平，應(yīng)按照由簡(jiǎn)到繁的原則來(lái)組織教學(xué)內(nèi)容；學(xué)習(xí)以求理解，才能有助于知識(shí)的持久和可遷移；學(xué)習(xí)材料既要以歸納序列提供，又要以演繹序列提供；學(xué)習(xí)材料應(yīng)體現(xiàn)辯證沖突，適當(dāng)?shù)拿苡兄谝l(fā)學(xué)習(xí)者的高水平思維。

2.2優(yōu)化程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課教學(xué)方法的若干實(shí)例

1）挖掘新知識(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn)，促進(jìn)知識(shí)正遷移。正遷移就是要把已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)作為新知識(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生從原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)中生長(zhǎng)新的知識(shí)。

以“兩變量值交換”的教學(xué)為例，可以用“酒、水交換”這種已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)作為其新知識(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn)，促使“酒、水交換”操作向“兩變量值交換”操作正向遷移，學(xué)生就很容易將新知識(shí)納入已有知識(shí)結(jié)構(gòu)，牢固掌握“兩變量值交換”的算法。

又如，關(guān)于“循環(huán)”概念的教學(xué)，可以用近義詞“反復(fù)”做類(lèi)比，用累加算法作例題，以學(xué)生熟悉的身邊學(xué)習(xí)生活事例為算法素材。如學(xué)生每周的固定時(shí)間都要來(lái)教室聽(tīng)同一門(mén)課就是合適的循環(huán)例子，以反復(fù)聽(tīng)課增加知識(shí)量為算法素材。這種教學(xué)方法容易引起正向遷移的發(fā)生，加深對(duì)“循環(huán)”新概念的理解。

再如，很多抽象概念可以用學(xué)生熟悉的概念做比喻，引發(fā)正遷移。筆者在教學(xué)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)“消息多態(tài)性”概念時(shí)，常舉這樣的例子：當(dāng)老師向不同學(xué)生宣布同一消息“今天停課”時(shí)，不同學(xué)生的反應(yīng)不同，這就是消息的多態(tài)性。在教學(xué)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)“構(gòu)造函數(shù)與析構(gòu)函數(shù)”的功能時(shí)，常用“接生員與火化員”的作用作類(lèi)比，使學(xué)生牢牢記住構(gòu)造函數(shù)的功能是對(duì)剛創(chuàng)建的對(duì)象進(jìn)行初始化；析構(gòu)函數(shù)的功能是對(duì)使命完成后的對(duì)象進(jìn)行清除。

2）突出新舊知識(shí)對(duì)比，避免負(fù)遷移發(fā)生。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，如果對(duì)表面相似的新舊知識(shí)把握不足，反而使某種舊知識(shí)對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，這就是負(fù)遷移現(xiàn)象需要有效避免。

如學(xué)生對(duì)“=”號(hào)形成了根深蒂固的概念，一看到“=”號(hào)就想到兩邊相等；在C/C++語(yǔ)言中經(jīng)常將應(yīng)當(dāng)用等號(hào)“==”的地方誤用“=”號(hào)。于是，數(shù)學(xué)“=”號(hào)對(duì)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的賦值符號(hào)“=”形成正確概念帶來(lái)干擾。因此，在教學(xué)中要突出傳統(tǒng)數(shù)學(xué)符號(hào)“=”與程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言運(yùn)算符“=”的差異對(duì)比。

又如，傳統(tǒng)數(shù)學(xué)的運(yùn)算符求值順序規(guī)則對(duì)C/C++中“右結(jié)合性”算符的求值順序規(guī)則理解有干擾，對(duì)于容易引起負(fù)遷移的知識(shí)點(diǎn)要突出其對(duì)比。

3）由具體到一般的教學(xué)模式。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中有的句式有非常復(fù)雜的完整形式，如果先寫(xiě)出其完整的理論形式，再舉例說(shuō)明，往往開(kāi)始就會(huì)引起學(xué)生的厭倦情緒。相反，若先通過(guò)具體實(shí)例說(shuō)明，然后再總結(jié)出一般性規(guī)律，對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)更易于接受。如，VB語(yǔ)言中的InputBox函數(shù)的運(yùn)用問(wèn)題，由于該函數(shù)有多個(gè)參數(shù)，每個(gè)參數(shù)有不同的含義，控制對(duì)話框中出現(xiàn)不同內(nèi)容。為使初學(xué)者易于理解，可先對(duì)參數(shù)逐個(gè)演示其運(yùn)行效果，用具體的結(jié)果突出每個(gè)參數(shù)的作用，最后總結(jié)出該函數(shù)的一般語(yǔ)法格式。這一教學(xué)原則可以推廣到許多復(fù)雜語(yǔ)法格式的教學(xué)方法中。

4）歸納與演繹的綜合運(yùn)用。以C/C++中的二維數(shù)組“行指針”及二級(jí)指針的教學(xué)為例，為了突出該類(lèi)指針的“性質(zhì)”以及“*”號(hào)對(duì)指針的作用結(jié)果，可先進(jìn)行演繹教學(xué)：將該類(lèi)指針變量加減一個(gè)整數(shù)，觀察值的變化規(guī)律，得出性質(zhì)（移動(dòng)的地址以什么為單位？）；再將“*”號(hào)作用到指針變量前，觀察值的變化，發(fā)現(xiàn)仍然為地址，再加第二個(gè)“*”號(hào)上去，觀察得到的值，發(fā)現(xiàn)新地址性質(zhì)的不同。通過(guò)演繹再歸納，筆者將“行指針”稱(chēng)為“二維指針”，而將簡(jiǎn)單變量或數(shù)組元素的指針?lè)Q為一維指針，歸納出如下結(jié)論：二維指針加減一個(gè)整數(shù)n移動(dòng)n個(gè)“行”的距離，而一維指針加減一個(gè)整數(shù)n只移動(dòng)n個(gè)“元素”的距離。“*”號(hào)作用于二維指針或二級(jí)指針前，得到的值仍然是指針值（地址），前者得到的指針值數(shù)量不變但性質(zhì)降為一維；后者得到的指針值是一級(jí)指針變量的值（即普通變量的地址）。“*”號(hào)作用于一維指針或一級(jí)指針前，得到的值才是普通值（非地址）。

3 優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的建設(shè)

精煉優(yōu)化的教學(xué)內(nèi)容和適合的教學(xué)方法為提高程序設(shè)計(jì)課程的教學(xué)實(shí)效打下了良好的基礎(chǔ)。通過(guò)優(yōu)質(zhì)建材建設(shè)和優(yōu)質(zhì)電子資源建設(shè)將內(nèi)容和方法體現(xiàn)在教學(xué)資源方面。

一是編寫(xiě)基于優(yōu)化核心語(yǔ)法子集的簡(jiǎn)明程序設(shè)計(jì)教材。在教材中要充分體現(xiàn)優(yōu)化教學(xué)方法的思想，精選例題，善用類(lèi)比，盡量發(fā)現(xiàn)可引起正遷移的知識(shí)點(diǎn)；要有效避免可引起負(fù)遷移的因素，對(duì)復(fù)雜知識(shí)點(diǎn)的處理要遵循從具體到抽象、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜原則；要善于將歸納與演繹進(jìn)行綜合運(yùn)用。

二是建立優(yōu)質(zhì)電子資源，包括精美課件、電子教案、網(wǎng)上練習(xí)題庫(kù)，尤其是學(xué)生實(shí)驗(yàn)源程序代碼的電子版很值得提供，為學(xué)生做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)節(jié)省很多代碼輸入時(shí)間，學(xué)生可以將主要精力放在對(duì)程序理解、調(diào)試和修改方面，提高實(shí)驗(yàn)課的實(shí)際效果。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，望能對(duì)非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)類(lèi)課程的教學(xué)改革起拋磚引玉作用，同時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程起參考借鑒作用。為了今后繼續(xù)提高程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)類(lèi)課程的教學(xué)實(shí)效，必須強(qiáng)調(diào)程序設(shè)計(jì)技能的培養(yǎng)，必須精簡(jiǎn)和優(yōu)化語(yǔ)法內(nèi)容，采用符合初學(xué)者認(rèn)知水平的教學(xué)方法，配合優(yōu)化的多元化教學(xué)資源。

（編輯：趙廓）