基于C語言課程的新工科人才編程能力培養(yǎng)支架式教學(xué)研究與實踐

于 波,劉 佳，張云晶,張 晶

(1.吉林化工學(xué)院 信息與控制工程學(xué)院，吉林 吉林 132022；2.吉林機電工程學(xué)校 電氣實訓(xùn)處，吉林 吉林 132021)

第四次工業(yè)革命的到來，促使工程教育進行全方位的變革。建設(shè)“新工科”是高等工程教育面對《中國制造2025》所做的積極回應(yīng)。研究表明高等工程教育的改革必須重視基于能力的教育[1]。高等工程教育能力培養(yǎng)改革的源頭是基于課程的“自下”的改革，課程改革的發(fā)端是基礎(chǔ)課，《C語言程序設(shè)計》是高等工科院校普遍開設(shè)的一門計算機基礎(chǔ)課，該課程現(xiàn)有的教學(xué)模式是以“考”為中心的教學(xué)，考核以考試成績?yōu)楹饬拷虒W(xué)的標準。針對新工科人才能力培養(yǎng)需求，大學(xué)生計算機編程能力是新工科人才能力組成的重要部分。為在C語言教學(xué)中實現(xiàn)學(xué)生編程能力培養(yǎng)，解決C語言教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)的困難；嘗試實施C語言支架式教學(xué)，通過支架降低學(xué)生學(xué)習(xí)困難，提升自主學(xué)習(xí)能力，消除認知障礙。支架式C語言教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生編程思維與能力的探索與實踐。

一、支架式教學(xué)簡介

(一) 支架教學(xué)的定義

根據(jù)歐共體“遠距離教育與訓(xùn)練項目”(DGX Ⅲ)的有關(guān)文件，支架式教學(xué)被定義為:“支架式教學(xué)應(yīng)當為學(xué)習(xí)者建構(gòu)對知識的理解提供一種概念框架(conceptualframe work)。這種框架中的概念是為發(fā)展學(xué)習(xí)者對問題的進一步理解所需要的，為此，事先要把復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)加以分解，以便于把學(xué)習(xí)者的理解逐步引向深入[2]?！?/p>

(二) 支架教學(xué)的心理理論基礎(chǔ)

支架式教學(xué)的理論基礎(chǔ)是來源于前蘇聯(lián)著名心理學(xué)家維果斯基的“最鄰近發(fā)展區(qū)”理論[3]。維果斯基認為，在兒童智力活動中，對于所要解決問題和原有能力之間可能存在差異，通過教學(xué)，兒童在教師幫助下可以消除這種差異，這個差異就是“最鄰近發(fā)展區(qū)”。換句話說，最鄰近發(fā)展區(qū)定義為，兒童獨立解決問題時的實際發(fā)展水平(第一個發(fā)展水平)和教師指導(dǎo)下解決問題時的潛在發(fā)展水平(第二個發(fā)展水平)之間的距離?？梢妰和膬蓚€發(fā)展水平之間的狀態(tài)是由教學(xué)決定的，即教學(xué)可以支架式教學(xué)設(shè)計的方法創(chuàng)造最鄰近發(fā)展區(qū)[4]。

在教學(xué)中學(xué)生的發(fā)展水平有兩種：一是學(xué)生現(xiàn)有水平，指獨立活動時所能達到的解決問題的水平；另一是學(xué)生可能發(fā)展水平，也就是通過教學(xué)所獲得的潛在目標發(fā)展水平。兩者之間的差異就是最近發(fā)展區(qū)。

(三) 支架教學(xué)的學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論提倡在教師指導(dǎo)下的、以學(xué)習(xí)者為中心的學(xué)習(xí)[5]。既強調(diào)學(xué)習(xí)者的認知主體作用，又不忽視教師的指導(dǎo)作用。教師是意義建構(gòu)的一個環(huán)境因素，對意義建構(gòu)起著不可或缺的幫助和促進作用，是整個學(xué)習(xí)過程中的組織者、幫助者和促進者，而不是知識的傳授者和灌輸者。支架式教學(xué)的學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)是建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論。

二、C語言教學(xué)中學(xué)生的“最鄰近發(fā)展區(qū)”

(一) C語言教學(xué)的第一發(fā)展水平

C語言教學(xué)的授課對象是大學(xué)一年級學(xué)生，通常電類相關(guān)專業(yè)開設(shè)課程時間是大一上學(xué)期，非電類專業(yè)開設(shè)課程時間是大一下學(xué)期。大一學(xué)生的原有知識結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)模式、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)成績、學(xué)生學(xué)習(xí)偏好是學(xué)生程序設(shè)計學(xué)習(xí)第一發(fā)展水平。

(二) C語言教學(xué)的第二發(fā)展水平

C語言教學(xué)中學(xué)生的最終目標發(fā)展水平是：建立編程思維、養(yǎng)成編程習(xí)慣、獲得編程能力。學(xué)生個人能力表現(xiàn)：具備簡單問題分析、算法建立、編程解決問題的能力。

(三) C語言教學(xué)的“最鄰近發(fā)展區(qū)”

C語言教學(xué)中，學(xué)生主要學(xué)習(xí)困難表現(xiàn)為：固有學(xué)習(xí)模式與計算機科學(xué)學(xué)習(xí)模式的不一致，固有思維模式與程序設(shè)計學(xué)習(xí)思維模式的矛盾，原有知識基礎(chǔ)與編程學(xué)習(xí)存在的縫隙、不匹配，個人學(xué)習(xí)習(xí)慣缺乏障礙，程序設(shè)計學(xué)習(xí)中高階思維建立客觀障礙與主觀困難，這些困難區(qū)就是學(xué)生的“最鄰近發(fā)展區(qū)”。

三、C語言教學(xué)支架設(shè)計

基于C語言教學(xué)“最鄰近發(fā)展區(qū)”的剖析，類似美國教育學(xué)者伯尼·道奇教授的支架式教學(xué)法[6,7],根據(jù)學(xué)習(xí)支架在學(xué)習(xí)不同內(nèi)容，達到不同目標上將C語言支架教學(xué)從功能上劃分，可以搭建三類C語言教學(xué)支架。

(一) 知識接受型支架

知識接受型支架設(shè)計的目的有利于知識的識記、辨析、理解，主要應(yīng)用于C語言教學(xué)中語言關(guān)鍵字的記憶、語言使用規(guī)范的識記。這類支架設(shè)計的教學(xué)策略為應(yīng)用類比、比較、區(qū)分的方法建立支架。

(二) 模式固化式支架

模式固化式支架設(shè)計的目的是輔助，引導(dǎo)學(xué)生建立程序設(shè)計中的應(yīng)用范式框架，如程序的框架、函數(shù)的框架、算法設(shè)計的框架、函數(shù)應(yīng)用的框架等。這類支架設(shè)計的教學(xué)策略為結(jié)合工程實踐按實際需要、刪繁就簡搭建支架。

(三) 知識內(nèi)化式支架

知識內(nèi)化式支架設(shè)計的目的是提高學(xué)生的知識遷移和高階思維的建立，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)造能力。這類支架設(shè)計需要教師有較高的知識應(yīng)用能力，能夠靈活，動態(tài)、巧設(shè)題目，搭建支架。

四、C語言教學(xué)支架設(shè)計案例

支架式教學(xué)設(shè)計的核心是尋找學(xué)生的“最鄰近發(fā)展區(qū)”，對于計算機程序設(shè)計教學(xué)而言，尋找“最鄰近發(fā)展區(qū)”，首先要確立學(xué)生的原有知識區(qū)。大學(xué)生原有知識區(qū)的確定在教學(xué)設(shè)計中是按全體學(xué)生普遍具備的原有知識儲備為依據(jù)。C語言程序設(shè)計開設(shè)課程的時間為大一上或大一下，學(xué)生具有教育基礎(chǔ)為基本的英語和數(shù)學(xué)水平。支架式教學(xué)設(shè)計基礎(chǔ)為數(shù)學(xué)基本理解運算力及英語初級水平。

(一) 知識接受型C語言支架案例

C語言教學(xué)中，語言知識部分教學(xué)內(nèi)容比較枯燥，這部分內(nèi)容教學(xué)又是后續(xù)程序設(shè)計教學(xué)的基礎(chǔ)，為打好基礎(chǔ)，開啟學(xué)生學(xué)習(xí)C語言的興趣之門，激發(fā)學(xué)生求知欲是接受型C語言支架設(shè)計的核心。

這部分支架設(shè)計的要點是將繁雜內(nèi)容力求以“簡單”面目呈現(xiàn)出來，以學(xué)生原有知識為參照進行類比，比較，支架設(shè)計精煉。以C語言運算符內(nèi)容為例說明這部分支架[8,9]。見表1。

表1 知識接受型C語言支架案例

(二) 模式固化式支架

C語言教學(xué)中讓學(xué)生學(xué)會程序設(shè)計的教學(xué)目標，需要通過固化程序設(shè)計中的一些基本內(nèi)容，并反復(fù)重復(fù)應(yīng)用來強化，這部分內(nèi)容設(shè)計了固化簡化支架來輔助學(xué)習(xí)，教學(xué)上以教師總結(jié)的“三步教學(xué)”[10]經(jīng)驗和內(nèi)容提煉為教學(xué)設(shè)計的依據(jù)。針對C語言應(yīng)用進行梳理設(shè)計了“三步支架”。部分教學(xué)“三步支架”見表2。

表2 C語言“三步支架”

(三) 知識內(nèi)化式支架

知識內(nèi)化式支架設(shè)計目的是建立知識網(wǎng)絡(luò)。知識內(nèi)化式支架設(shè)計需統(tǒng)籌C語言程序設(shè)計的各部分知識，按照知識由點→線→面→網(wǎng)，能力培養(yǎng)由初級→中級→高級，從統(tǒng)一、整體角度設(shè)計教學(xué)支架，以問題為支架問題由簡單→稍復(fù)雜→復(fù)雜呈遞進形式設(shè)置。如以用海倫公式求三角形面積[11,12]為例設(shè)計內(nèi)化式支架見表3。

表3 海倫公式內(nèi)化式支架

五、結(jié) 語

應(yīng)用支架式C語言教學(xué)，在C語言的兩屆六個班進行教學(xué)實踐，實踐證明支架式C語言實踐教學(xué)能夠?qū)W(xué)生編程能力培養(yǎng)分級、分層納入課程教學(xué)中；能將學(xué)生發(fā)散、模糊、混亂的程序設(shè)計思維清晰、規(guī)范化；能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計思維、建立程序設(shè)計習(xí)慣；增強學(xué)生應(yīng)用程序設(shè)計語言解決實際問題的意識；提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能動性。支架式C語言教學(xué)可以將能力培養(yǎng)的過程清晰化、階段化、可操作化。