平衡再平衡學(xué)習(xí)理論在Java編程教學(xué)中的應(yīng)用

章鐵飛 傅均

摘要：本文基于平衡再平衡學(xué)習(xí)理論，解釋了當(dāng)前Java教學(xué)過程中很多問題產(chǎn)生的根源，提出“推拉”的教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生對新知識技術(shù)的好奇心，促進(jìn)新知識技能替換舊知識，加速新舊知識思維平衡的更迭，并以正則表達(dá)式為例解釋并闡述“推拉”教學(xué)原理，助推學(xué)生學(xué)習(xí)新知識、應(yīng)用新技能的步伐。

關(guān)鍵詞：平衡再平衡;Java 教學(xué);推拉;正則表達(dá)式

中圖分類號：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2020）08-0102-03

Java程序設(shè)計(jì)課程是很多計(jì)算機(jī)院校的基礎(chǔ)課程，教學(xué)效果的優(yōu)劣直接影響后續(xù)如移動端程序開發(fā)以及互聯(lián)網(wǎng)后端服務(wù)器開發(fā)等課程的教學(xué)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，Java程序語言匯聚積累大量的概念和技術(shù)，這給教學(xué)帶來困難：直接灌輸大量的知識概念容易淪為填鴨式教育，對于編程語言如此強(qiáng)調(diào)動手實(shí)踐的課程，效果可想而知;如果削減課程內(nèi)容，收縮課程覆蓋廣度，又會陷入與C程序語言教學(xué)內(nèi)容重疊的尷尬境地，使得學(xué)生無法體會Java語言魅力。

在實(shí)際編程過程中，普遍存在的問題包括相同代碼片段的重復(fù)與冗余、一個源代碼文件中大量類的堆積、過分依賴結(jié)構(gòu)式語言開發(fā)方式等。出現(xiàn)這些問題的原因在于學(xué)生對新概念的理解應(yīng)用速度慢，過分依賴舊有的知識技術(shù)。根據(jù)平衡再平衡學(xué)習(xí)理論，人腦趨向停留已有知識技能的思維平衡狀態(tài)，而掌握以及應(yīng)用新的知識技能，則要求脫離舊有的思維平衡狀態(tài)達(dá)到新的平衡。學(xué)習(xí)的過程就是舊平衡不斷被新平衡替代的過程。

因此，提升學(xué)生接受新概念和新技術(shù)的速度，就要加快學(xué)生頭腦中平衡到再平衡的過程，但大腦又趨向于停留在舊有思維平衡。所以，在教學(xué)過程中，要主動地去打破學(xué)生頭腦中的舊平衡，不斷地推動學(xué)生進(jìn)入新的平衡狀態(tài)。筆者提出“推拉”方法，加速舊有平衡到建立新平衡的過程，即縮短新知識替換舊知識和解決問題的時間，同時引入了正則表達(dá)式的具體教學(xué)案例，來說明基于“推拉”的教學(xué)方法，加速學(xué)生理解和掌握運(yùn)用正則表達(dá)式。

平衡再平衡學(xué)習(xí)理論

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論以學(xué)生為中心，而平衡再平衡學(xué)習(xí)理論更進(jìn)一步，主要描述學(xué)生的思維發(fā)展過程，其核心思想是大腦學(xué)習(xí)全新的知識技能后，并不是馬上替換舊知識，而是潛藏在思維深處，平常行事時，仍舊采用舊有的成熟思維，直到現(xiàn)實(shí)環(huán)境證明新的思維能夠勝出舊的思維，或者舊思維不再勝任時，才會啟用新的思維，采用新的知識技能解決問題。這個過程發(fā)生在潛意識中，需要時間且不被意識感知。

因此，思維能力的提升不是線性平滑上升的，而是呈現(xiàn)階梯狀，如圖1所示。只要還能應(yīng)付當(dāng)下的問題，根據(jù)能量經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)作穩(wěn)定性，大腦不會輕易更新當(dāng)前的思維結(jié)構(gòu)，即處于圖1中的舊平衡狀態(tài)。即使解決當(dāng)前問題要大量的重復(fù)操作，大腦也不愿脫離當(dāng)前的平衡。只有當(dāng)前知識技能對遇到的新問題不再勝任時，舊的平衡才被迫打破，新知識和概念替換舊有的，新的思維平衡狀態(tài)才會建立。學(xué)習(xí)的過程就是舊平衡不斷被新平衡替代的過程。因此，要加快學(xué)生學(xué)習(xí)新知識、應(yīng)用新技能的步伐，首要的就是要加快其頭腦中新舊思維平衡的替代速度。

對Java教學(xué)的指導(dǎo)

大學(xué)的Java編程教學(xué)內(nèi)容的安排一般是先易后難、先初級再高級。其優(yōu)勢是學(xué)生易于接受，不足之處在于學(xué)生在面對新問題時，總是采用已知的、熟悉的方式，而不是用高效的方式來解決問題，如將所有的代碼都寫在同一個源代碼中（不以職責(zé)為界切分）、大量地復(fù)制和拷貝相同的代碼片段（不采用構(gòu)造工具類）等，這是因?yàn)閷W(xué)生停留在既有知識的思維平衡中。學(xué)生知識能力與當(dāng)前的問題相匹配，但匹配只是就可解性而言，如果引入新的評價(jià)維度，如時間效率，學(xué)生當(dāng)前的知識技術(shù)只能低效地解決問題。

因此在引入新的知識技能前，首先要讓學(xué)生認(rèn)識到當(dāng)前其所掌握的知識技能與要解決的問題在新的評價(jià)維度上是不匹配的，進(jìn)而產(chǎn)生失衡感，催生對新的技能和知識的心理渴望。下面，以解決問題的時間效率維度為例，說明教師如何采用“推拉”方式，加速舊有平衡到建立新平衡的過程，也即縮短理解新知識到替換舊知識解決問題的時間。所謂“推”，就是提供與學(xué)生當(dāng)前知識能力匹配的可解性問題，待學(xué)生解決后，再提供大量相同類型的可解性問題，以致學(xué)生產(chǎn)生厭煩情緒，激發(fā)學(xué)生對更高效解決方案的好奇心;所謂“拉”，就是展示新的概念技術(shù)如何高效地解決問題，對比“推”過程中的繁復(fù)低效，學(xué)生自然產(chǎn)生原來可以這么快速方便解決問題的頓悟感，激發(fā)其學(xué)習(xí)掌握新知識技術(shù)的內(nèi)在動力，保證教學(xué)過程的流暢性，加速舊平衡的打破到新平衡建立的進(jìn)度，提升課堂教學(xué)效率。

實(shí)際的Java教學(xué)案例

“正則表達(dá)式”是表示和處理字符串的強(qiáng)大工具，但繁雜的內(nèi)容和高度的抽象性讓學(xué)生心生畏懼，不愿嘗試使用，取而代之，學(xué)生更習(xí)慣自己手寫代碼實(shí)現(xiàn)字符串對比、查找等功能。要打破這種舊有的思維平衡狀態(tài)，在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)上，可讓學(xué)生依次解決如下的問題（在介紹正則表達(dá)式之前）：

問題1：輸入一字符串，編寫一方法找出其中以“13”開頭的手機(jī)號碼;

問題2：輸入一字符串，編寫一方法找出其中以“15”開頭的手機(jī)號碼;

問題3：輸入一字符串，編寫一方法找出其中以“13”或“15”開頭，并且以“9”結(jié)尾的手機(jī)號碼。

在沒有正式講授“正則表達(dá)式”教學(xué)內(nèi)容前，面對上述問題，學(xué)生基本是自己動手實(shí)現(xiàn)字符串處理功能，代碼中必然存在大量的if、else等條件判斷語句，學(xué)生容易厭煩。同時，教師需要引入代碼重用率的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，來評價(jià)代碼的重用率。雖然上述三個問題屬于同類問題，但前者的代碼不能直接應(yīng)用于后者，這種實(shí)現(xiàn)方式代碼重用率低，每次解決一個問題，都是重復(fù)地對大量的if、else條件判斷代碼的操作（如上頁圖2），令人心生厭煩也在情理之中。利用大腦對重復(fù)勞動的厭惡，基于代碼重用率評價(jià)維度，筆者構(gòu)建了打破舊有思維平衡的“推”力。

在學(xué)生完成問題1、2和3后，教師再展示如何利用正則表達(dá)式漂亮而簡潔地解決上述三個問題，則是建立新平衡的“拉”力?；谡齽t表達(dá)式，三個問題的代碼可以完美重用，即第一個問題的代碼可以不經(jīng)修改地用于問題2和問題3，唯一的微調(diào)在于表示正則表達(dá)式的StringRegex變量，如圖3中代碼所示，不同問題對應(yīng)的值不同。通過對比，正則表達(dá)式代碼重用率高、出錯率低、維護(hù)簡單的多重優(yōu)點(diǎn)，自然誘導(dǎo)學(xué)生建立以正則表達(dá)式為中心的新思維平衡，用以解決字符串相關(guān)的問題。后續(xù)教師可以采用更多的案例來展示正則表達(dá)式的強(qiáng)大字符串處理能力，學(xué)生則更加容易接受;同時，輔以針對性的練習(xí)，可以加快學(xué)生對正則表達(dá)式的理解與應(yīng)用。

結(jié)語

結(jié)合Java程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的常見問題，筆者提出了“推拉”的教學(xué)方式，幫助學(xué)生擺脫了對既有知識和技能的慣性依賴，打破了舊有的思維平衡，促進(jìn)新思維平衡的構(gòu)建。本文引入正則表達(dá)式為具體教學(xué)案例，來說明“推拉”的教學(xué)方法，加速學(xué)生理解和掌握運(yùn)用正則表達(dá)式，激發(fā)其學(xué)習(xí)掌握新知識技術(shù)的內(nèi)在動力，保證教學(xué)過程的流暢性，加快舊平衡的打破到新平衡建立的進(jìn)度，提升課堂教學(xué)效率。

參考文獻(xiàn)：

高振國，劉彥文，趙蘊(yùn)龍，等.基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的Java網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2011（05）：116-119.

作者簡介：章鐵飛，男，浙江工商大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院副教授。

基金項(xiàng)目：浙江工商大學(xué)研究生教育改革項(xiàng)目（YJG2019222）;2019年校級線上線下混合式教學(xué)改革項(xiàng)目;浙江工商大學(xué)省級及以上教學(xué)平臺自主設(shè)立校級教學(xué)項(xiàng)目（1130XJ0513027-003）。