基于奧蘇貝爾理論的編程教學(xué)前端分析

肖升　李勇帆　陽小

摘 要 編程教學(xué)前端分析是保證編程教學(xué)順利實(shí)施的基礎(chǔ)，包括學(xué)習(xí)需要分析、學(xué)習(xí)者特征分析以及教學(xué)內(nèi)容分析。目前對編程教學(xué)研究雖已涉及教學(xué)模式、教學(xué)評價(jià)、教學(xué)方法、學(xué)習(xí)者創(chuàng)新思維培養(yǎng)等諸多方面，但仍缺乏系統(tǒng)的編程教學(xué)前端分析。由于奧蘇貝爾理論能夠?qū)虒W(xué)前端分析的核心問題，如學(xué)習(xí)心理作用、知識框架構(gòu)建等形成有效分析，因此本文提出基于奧蘇貝爾理論的編程教學(xué)前端分析框架，并在此框架下探討編程教學(xué)前端分析所涉及的內(nèi)容及所應(yīng)遵循的原則。

關(guān)鍵詞 編程教學(xué) 前端分析 奧蘇貝爾理論

1前言

編程教學(xué)前端分析是指在編程教學(xué)設(shè)計(jì)之前，分析直接影響編程教學(xué)設(shè)計(jì)但又不屬于具體設(shè)計(jì)事項(xiàng)的問題，包括學(xué)習(xí)需要分析、學(xué)習(xí)者特征分析以及教學(xué)內(nèi)容分。編程作為實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，教學(xué)目的通常是使學(xué)生掌握編程技巧，因此在編程教學(xué)過程中，任教者往往只會重視教學(xué)流程設(shè)計(jì)和教學(xué)技巧運(yùn)用，而不會在意前端分析。但作為后續(xù)教學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，前端分析既是制定教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)策略的主要依據(jù)，也是實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容有效分析的關(guān)鍵手段，還是提高教學(xué)效果的重要前提。因此，對編程教學(xué)而言，前端分析具有一定的研究價(jià)值。

從已有成果看，目前對編程教學(xué)的研究雖已涉及教學(xué)思想、教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)效果、學(xué)習(xí)者思維培養(yǎng)等諸多方面，但仍缺乏系統(tǒng)的前端分析?？紤]到奧蘇貝爾理論能夠?qū)虒W(xué)前端分析的核心問題，如學(xué)習(xí)需要、學(xué)習(xí)者特征、教學(xué)內(nèi)容等形成有效分析，以及它在其它教學(xué)領(lǐng)域的成功運(yùn)用，本文提出基于奧蘇貝爾理論的編程教學(xué)前端分析框架，并在此框架下探討編程教學(xué)前端分析所涉及的內(nèi)容及所應(yīng)遵循的原則。

2前端分析框架

戴維·保羅·奧蘇貝爾（David Pawl Ausubel， 1918-2008）是美國認(rèn)知教育心理學(xué)家。他的“學(xué)與教”理論內(nèi)涵非常豐富，其中涉及子理論主要有3個(gè)，即動(dòng)機(jī)理論、有意義接受學(xué)習(xí)理論和先行組織者策略。由于動(dòng)機(jī)理論能夠分析學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，因此可被運(yùn)用于學(xué)習(xí)需要分析；而有意義接受學(xué)習(xí)理論能夠分析學(xué)習(xí)風(fēng)格和認(rèn)知結(jié)構(gòu)，因此可被運(yùn)用于學(xué)習(xí)者特征分析；加之有意義接受學(xué)習(xí)理論和先行組織者策略能夠分析新舊知識的實(shí)質(zhì)聯(lián)系和組織結(jié)構(gòu)，因此可被運(yùn)用于教學(xué)內(nèi)容分析。綜合上述三點(diǎn)，本文提出如圖1所示的編程教學(xué)前端分析框架。

3前端分析內(nèi)容

在前端分析中，學(xué)習(xí)需要分析、學(xué)習(xí)者特征分析、教學(xué)內(nèi)容分析3者是并列關(guān)系，均為教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的后續(xù)環(huán)節(jié)提供依據(jù)。

3.1學(xué)習(xí)需要分析

所謂學(xué)習(xí)需要是指學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)現(xiàn)狀和期望之間的差距。學(xué)習(xí)需要分析的主要目的是找到這種差距，并為縮小這種差距設(shè)計(jì)能提高學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)興趣的教學(xué)目標(biāo)和方法。學(xué)習(xí)興趣是學(xué)習(xí)者內(nèi)部動(dòng)機(jī)在學(xué)習(xí)上的體現(xiàn)，通常認(rèn)為，內(nèi)部動(dòng)機(jī)越強(qiáng)，學(xué)習(xí)者的自主性和積極性也越強(qiáng)，學(xué)習(xí)者主動(dòng)學(xué)習(xí)新知識以及構(gòu)建知識框架的可能性也越大。奧蘇貝爾的動(dòng)機(jī)理論認(rèn)為，成就動(dòng)機(jī)（學(xué)習(xí)者試圖獲取好成績的傾向）是內(nèi)部動(dòng)機(jī)的重要體現(xiàn)，并將成就動(dòng)機(jī)分為認(rèn)知驅(qū)力、自我-增強(qiáng)驅(qū)力、和附屬內(nèi)驅(qū)力。

（1）認(rèn)知驅(qū)力；在編程教學(xué)中，認(rèn)知驅(qū)力是指學(xué)習(xí)者渴望理解、掌握編程知識，以及陳述和解決編程問題的傾向，它是學(xué)習(xí)者自發(fā)形成的驅(qū)力，通常由愛好觸發(fā)。例如，在編程教學(xué)開始時(shí)，可以介紹圖靈獎(jiǎng)獲得者ken和dmr開發(fā)c語言和UNIX的初衷是為了游戲。同時(shí)，給學(xué)生展示幾個(gè)有足夠吸引力的游戲案例，如最近很受歡迎的消消樂、貪吃蛇大戰(zhàn)等，以便讓學(xué)生知道編程學(xué)習(xí)和休閑娛樂可以相輔相成。

（2）自我-增強(qiáng)驅(qū)力；在編程教學(xué)中，自我-增強(qiáng)驅(qū)力是指學(xué)習(xí)者為贏得行業(yè)地位而提升自己勝任能力的傾向，通常由外部刺激觸發(fā)。例如，為了激發(fā)學(xué)生內(nèi)心自強(qiáng)不息、堅(jiān)韌不拔的斗志，可以通過引入同齡人的成功案例，如獲得全國第二屆微軟“編程之美全國挑戰(zhàn)賽”冠軍——李雪的奮斗歷程來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

（3）附屬內(nèi)驅(qū)力；附屬內(nèi)驅(qū)力是指學(xué)習(xí)者為贏得附屬對象（如老師、同學(xué)、朋友等）的認(rèn)同而努力學(xué)習(xí)、積極表現(xiàn)的學(xué)習(xí)傾向。由于具有比較明顯的年齡特征，因此，隨著學(xué)習(xí)者年齡的增長和獨(dú)立性的增強(qiáng)，附屬內(nèi)驅(qū)力不僅在強(qiáng)度上有所減弱，而且附屬對象也從家長和教師轉(zhuǎn)移到同伴身上。在編程教學(xué)中，學(xué)生的附屬對象上一般為同學(xué)或朋友，故而應(yīng)該發(fā)揮同學(xué)和朋友的積極作用，例如，在講授“用數(shù)組來實(shí)現(xiàn)簡單的學(xué)生成績管理系統(tǒng)”這一程序時(shí)，教師可以給出不同難度的選題，讓學(xué)生組隊(duì)完成任務(wù)，通過組內(nèi)成員間的相互討論和組間成員間的相互競爭來激發(fā)學(xué)生提高編程效率的熱情。

3.2學(xué)習(xí)者特征分析

學(xué)習(xí)者特征分析是指在學(xué)習(xí)新知識前分析學(xué)習(xí)者的初始能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格，以便更好地因材施教。學(xué)習(xí)者具有的認(rèn)知、情感、社會等特征都會對學(xué)習(xí)信息加工過程產(chǎn)生影響。因此，學(xué)習(xí)者特征分析是決定編程教學(xué)前端分析成功與否的關(guān)鍵因素。

奧蘇貝爾的有意義接受學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，形成學(xué)習(xí)者特征的主要因素包括個(gè)性化學(xué)習(xí)風(fēng)格和認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

（1）個(gè)性化學(xué)習(xí)風(fēng)格；個(gè)性化學(xué)習(xí)風(fēng)格是學(xué)習(xí)者保持的帶有個(gè)性特征的學(xué)習(xí)方式，是學(xué)習(xí)策略和學(xué)習(xí)傾向的總和。在編程教學(xué)前，如果能夠了解學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)風(fēng)格，將有助于教師有針對性地施教。所羅門從信息加工、感知、輸入、理解4個(gè)方面將學(xué)習(xí)風(fēng)格分為4組8類（活躍型與沉思型、感悟型與直覺型、視覺型與言語型、序列型與綜合型），并設(shè)計(jì)了具有很強(qiáng)操作性的學(xué)習(xí)風(fēng)格量表。這一量表測試簡單，是進(jìn)行學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格測試的有效途徑。學(xué)生只需填好量表，并通過簡單計(jì)算就可以匹配出與自己對應(yīng)的學(xué)習(xí)風(fēng)格。

在編程學(xué)習(xí)中，活躍型學(xué)生思維比較靈活，敢于嘗試新的學(xué)習(xí)方法，但不夠嚴(yán)謹(jǐn)，而沉思型學(xué)生對問題的解決辦法考慮得更加全面細(xì)致、透徹合理?？梢?，不同學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生各有優(yōu)劣，所以在編程教學(xué)中教師可以根據(jù)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)風(fēng)格進(jìn)行分組，實(shí)現(xiàn)學(xué)生間的優(yōu)勢互補(bǔ)。

（2）認(rèn)知結(jié)構(gòu)；認(rèn)知結(jié)構(gòu)是指學(xué)習(xí)者已有觀念的全部內(nèi)容和組織。具體到編程教學(xué)中，它是指學(xué)生在編程領(lǐng)域內(nèi)已有觀念的全部內(nèi)容和組織。由于認(rèn)知結(jié)構(gòu)分析強(qiáng)調(diào)“已有性”，因此，首先要重視對學(xué)生已有知識儲備及技能上限的分析。同時(shí)，奧蘇貝爾理論認(rèn)為，認(rèn)知結(jié)構(gòu)中對新知識獲得和保持的影響因素主要有3個(gè)：觀念的可用性、可辨性和清晰性，因此，在摸清學(xué)生已有知識儲備及能力上限的基礎(chǔ)上，還要進(jìn)一步分析他們對知識細(xì)節(jié)的辨析能力、靈活運(yùn)用能力，以及技能的可擴(kuò)展空間。例如在講解“常用字符與ASCII值”編程時(shí)，可以結(jié)合高中所學(xué)的關(guān)于數(shù)制轉(zhuǎn)換的知識幫助學(xué)生理解，但考慮到高中運(yùn)算不用二進(jìn)制，學(xué)生對常用字符的ASCII碼表示也不熟悉，因此不宜過分講解常用字符與二進(jìn)制的同質(zhì)性。

3.3教學(xué)內(nèi)容分析

教學(xué)內(nèi)容分析是對學(xué)生起始能力變化為終點(diǎn)能力所需要的從屬知識和技能，及其上下、左右關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)剖析的過程。奧蘇貝爾提出的有意義接受學(xué)習(xí)理論、先行組織者策略揭示教學(xué)內(nèi)容各個(gè)部分之間的聯(lián)系，安排其呈現(xiàn)順序。

（1）有潛在意義材料的挖掘

有意義接受學(xué)習(xí)理論提出，如果教師能將有潛在意義的學(xué)習(xí)材料與學(xué)生已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，融會貫通，學(xué)生也能采取相應(yīng)的有意義學(xué)習(xí)的心向，從而獲得更好的學(xué)習(xí)效果。實(shí)踐性較強(qiáng)編程教學(xué)中挖掘有潛在意義的材料不僅能激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，還有利于學(xué)生形成多種思維方式。例如，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)的交換，數(shù)學(xué)的思維方式是直接對兩個(gè)數(shù)重新賦值，而計(jì)算機(jī)思維方式是借助中間變量進(jìn)行交換，通過“實(shí)現(xiàn)兩數(shù)交換”可以幫助學(xué)生理解和掌握多種思維方式，實(shí)現(xiàn)更好的教學(xué)效果。

（2）教學(xué)內(nèi)容分類

先行組織者是指先于新知識本身呈現(xiàn)的一種引導(dǎo)性知識或材料，它包括上位組織者、下位組織者、并列組織者3類。

豍上位組織者；所謂上位組織者是指包容性和抽象概括性均高于新知識的先行組織者。從知識層次看，作為上位組織者的先行組織者位于新知識的上方，或者說先行組織者是上位觀念，新知識是下位觀念。例如，在講解二叉樹遍歷之前，先回顧二叉樹的相關(guān)知識，此時(shí)，由于二叉樹的包容性和抽象概括性均高于二叉樹遍歷，因此，它是上位概念，或者說它是被引入的上位組織者。

豎下位組織者；所謂下位組織者是指包容性和抽象概括性均低于新知識的先行組織者。從知識層次看，作為下位組織者的先行組織者位于新知識的下方，或者說先行組織者是下位觀念，新知識是上位觀念。例如，在講解最優(yōu)二叉樹之前，先引入哈夫曼編碼，此時(shí)，由于哈夫曼編碼的包容性和抽象概括性均低于最優(yōu)二叉樹，因此，它是下位概念，或者說它是被引入的下位組織者。

豏并列組織者；所謂并列組織者是指包容性和抽象概括性既不高于、也不低于新知識的先行組織者。從知識層次看，作為并列組織者的先行組織者與新知識之間存在并列組合關(guān)系。例如，在講解樹后序遍歷之前，先引入樹前序和中序遍歷的相關(guān)知識，此時(shí)，由于前序、中序及后序遍歷都是指遵循某種次序訪問樹中節(jié)點(diǎn)，因此，樹前序和中序遍歷就是被引入的并列組織者。

對實(shí)踐性較強(qiáng)的編程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分類，有利于幫助學(xué)生理解實(shí)踐性知識，從而形成完整的編程知識框架。

4前端分析原則

由于動(dòng)機(jī)理論強(qiáng)調(diào)學(xué)生主體地位；有意義的接受學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)知識融會貫通；先行組織者策略強(qiáng)調(diào)內(nèi)容合理分類。因此，在基于奧蘇貝爾理論的編程教學(xué)前端分析中，應(yīng)遵循如下3個(gè)基本原則：

4.1堅(jiān)持以學(xué)生為中心

一方面，由于學(xué)習(xí)者是學(xué)習(xí)活動(dòng)的主體，學(xué)習(xí)者具有的認(rèn)知、情感、社會等特征都會對學(xué)習(xí)的信息加工過程產(chǎn)生影響。另一方面，由于學(xué)習(xí)需要分析受學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的影響，動(dòng)機(jī)越強(qiáng)，縮小現(xiàn)實(shí)與理想間的差距，進(jìn)行高效教學(xué)的可能性越大。因此，奧蘇貝爾的動(dòng)機(jī)理論強(qiáng)調(diào)學(xué)生主體，基于奧蘇貝爾理論的編程教學(xué)前端分析也應(yīng)堅(jiān)持以學(xué)生為中心。例如，在雙向鏈表編程教學(xué)中，不能僅考慮學(xué)習(xí)者對雙向鏈表靈活程度的喜愛，還應(yīng)充分考慮學(xué)習(xí)者對鏈結(jié)構(gòu)及鏈操作的思維和實(shí)踐基礎(chǔ)。

4.2重視有潛在意義學(xué)習(xí)材料的挖掘

有潛在意義的學(xué)習(xí)材料是指能夠幫助學(xué)生更好理解和掌握新知識的材料。在編程教學(xué)中，有潛在意義的學(xué)習(xí)材料一方面可以幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)新舊知識之間的溝通，建立起基本的知識框架；另一方面由于其挖掘的基礎(chǔ)是學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，因此，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，即學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識的過程中積極主動(dòng)的從原有知識結(jié)構(gòu)中提取出最易于與新知識聯(lián)系的舊知識。例如，在學(xué)生已掌握了棧相關(guān)知識的基礎(chǔ)上，進(jìn)行隊(duì)列知識的教學(xué)時(shí)，可以將棧知識作為有潛在意義的學(xué)習(xí)材料，一方面可以降低隊(duì)列知識的教學(xué)難度，另一方面通過分析棧與隊(duì)列的異同點(diǎn)，可以幫助學(xué)生理解掌握隊(duì)列知識。

4.3根據(jù)組織者類型采取合適的教學(xué)策略

根據(jù)不同的組織者類型，選擇不同的教學(xué)策略。只有當(dāng)先行組織者類型與教學(xué)策略匹配時(shí)，才能幫助學(xué)生更好地理解新知識，建立合理的知識框架，實(shí)現(xiàn)高效的教學(xué)效果。反之，若兩者不匹配，則容易導(dǎo)致學(xué)生的思路混亂，不利于建構(gòu)知識框架，更不能實(shí)現(xiàn)高效率的編程教學(xué)。例如，由于棧與隊(duì)列都是線性結(jié)構(gòu)且兩者屬于并列組織者類型，因此宜采取整合協(xié)調(diào)的策略進(jìn)行教學(xué)，而不宜采取適合上下位觀念的教學(xué)策略，如逐級歸納、漸進(jìn)分化等。

5小結(jié)

編程教學(xué)前端分析是保證編程教學(xué)順利實(shí)施的基礎(chǔ)?；趭W蘇貝爾理論的編程教學(xué)前端分析利用動(dòng)機(jī)理論、有意義接受學(xué)習(xí)理論和先行組織者策略從如下3個(gè)方面完善了傳統(tǒng)的編程教學(xué)前端分析：

（1）關(guān)注學(xué)生內(nèi)部動(dòng)機(jī)、情感、興趣等對教學(xué)的影響，重申學(xué)習(xí)積極性對教學(xué)質(zhì)量的正面影響。

（2）重視有潛在意義學(xué)習(xí)材料的挖掘，強(qiáng)調(diào)構(gòu)建包含新舊知識的知識框架是保持教學(xué)連貫性的重要基礎(chǔ)。

（3）指出對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理分類是實(shí)現(xiàn)編程教學(xué)優(yōu)化的前提。

除上述優(yōu)點(diǎn)外，基于奧蘇貝爾理論的編程教學(xué)前端分析還存在如下2點(diǎn)不足：

（1）教學(xué)情境設(shè)計(jì)比較欠缺。編程教學(xué)的復(fù)雜性和枯燥性要求教學(xué)情境更加豐富，以便激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣；

（2）缺少對教學(xué)效果再反饋的分析。編程教學(xué)的長期性和更新性要求任教者經(jīng)常關(guān)注教學(xué)效果的再反饋和再提升。

故而，在利用奧蘇貝爾理論進(jìn)行編程教學(xué)前端分析時(shí)，還需要進(jìn)一步考慮教學(xué)情境設(shè)計(jì)和教學(xué)效果再反饋，教學(xué)前端分析只有在實(shí)踐中不斷改進(jìn)，才能與時(shí)俱進(jìn)。

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