摘要：本文以建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)，針對非計算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)中存在的問題，探討了如何設(shè)計以建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)的程序設(shè)計教學(xué)模式和教學(xué)方法。并對建構(gòu)主義教學(xué)模式下的程序設(shè)計教學(xué)，提出了若干應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：建構(gòu)主義理論 教學(xué)模式 教學(xué)方法

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5913(2007)14-0051-04

為培養(yǎng)大學(xué)生的信息素養(yǎng)，非計算機(jī)專業(yè)大都開設(shè)了程序設(shè)計基礎(chǔ)課程。學(xué)習(xí)計算機(jī)語言并進(jìn)行編程訓(xùn)練，是學(xué)生深入理解計算機(jī)的一個突破口，是熟悉計算機(jī)思維的一個重要途徑。但如何讓這些非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生掌握程序設(shè)計的基本概念和基本方法，并能用一種程序設(shè)計語言編寫計算機(jī)程序，難度很大。首先，他們主觀上會認(rèn)為，將來他們不會從事編寫程序的工作，學(xué)習(xí)編程對他們沒用；其次，計算機(jī)技術(shù)的概念比較抽象，不易掌握；其三，學(xué)習(xí)程序設(shè)計過程中，不光需要掌握所學(xué)的程序設(shè)計語言的語言規(guī)則，還要學(xué)會程序設(shè)計的思維方法，而前者全是一些嚴(yán)格的規(guī)定，后者卻要求靈活運用，學(xué)生在初學(xué)編程時，如果長時間調(diào)試不通一個程序時會氣餒，會產(chǎn)生一定的厭學(xué)情緒，此情緒對后面內(nèi)容的學(xué)習(xí)會形成阻礙，以至影響整個課程的學(xué)習(xí)。

為了讓非計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生充分認(rèn)識到程序設(shè)計課程的重要性，對程序設(shè)計產(chǎn)生興趣，需要任課教師的不斷探索、改進(jìn)教學(xué)方法，改變“以教師為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，使學(xué)生從被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供豐富的學(xué)習(xí)資源，從而取得較好的學(xué)習(xí)成效。這正是現(xiàn)代教學(xué)理論——建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論所倡導(dǎo)的。

本文首先介紹了建構(gòu)主義的核心內(nèi)容；然后，探討了在非計算機(jī)專業(yè)程序設(shè)計教學(xué)中運用建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和教學(xué)方法，結(jié)合教學(xué)改革實踐，對程序設(shè)計教學(xué)模式；最后，對于如何切實提高程序設(shè)計課的教學(xué)效果，提出了若干應(yīng)注意的問題。

1建構(gòu)主義理論概述

建構(gòu)主義理論的核心內(nèi)容是：以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對知識的主動探索，主動發(fā)現(xiàn)和對所學(xué)知識意義的主動建構(gòu)。

建構(gòu)主義教學(xué)理論認(rèn)為，知識主要不是通過教師傳授得到，而是學(xué)習(xí)者在一定的情景及社會文化背景下，借助他人(包括教師和學(xué)習(xí)伙伴)的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資源，通過意義建構(gòu)的方式而獲得的；學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者主動建構(gòu)內(nèi)部心理表征的過程，它不僅包括結(jié)構(gòu)性的知識，而且包括大量的非結(jié)構(gòu)性的經(jīng)驗背景；學(xué)生是信息加工的主體，是意義的主動建構(gòu)者，而不是外部刺激的被動接受者和被灌輸?shù)膶ο?；教師是意義建構(gòu)的幫助者、促進(jìn)者，而不是知識的傳播者和灌輸者；“情境”、“協(xié)作”、“會話”、和“意義建構(gòu)”是學(xué)習(xí)環(huán)境的四大要素。

與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論以及建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境相適應(yīng)的教學(xué)模式概括為：“以學(xué)生為中心，在整個教學(xué)過程中由教師起組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進(jìn)者的作用，利用情境、協(xié)作、會話等學(xué)習(xí)環(huán)境要素充分發(fā)揮學(xué)生的主動性、積極性和首創(chuàng)精神，最終達(dá)到使學(xué)生有效地實現(xiàn)對當(dāng)前所學(xué)知識的意義建構(gòu)的目的。在這種模式中，學(xué)生是知識意義的主動建構(gòu)者；教師是教學(xué)過程的組織者、指導(dǎo)者、意義建構(gòu)的幫助者、促進(jìn)者；教材所提供的知識不再是教師傳授的內(nèi)容，而是學(xué)生主動建構(gòu)意義的對象；媒體也不再是幫助教師傳授知識的手段、方法，而是用來創(chuàng)設(shè)情境、進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)和會話交流，即作為學(xué)生主動學(xué)習(xí)、協(xié)作式探索的認(rèn)知工具。

在建構(gòu)主義的教學(xué)模式下，比較成熟的教學(xué)方法主要有支架式教學(xué)，拋錨式教學(xué)，隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)等。

2建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境下程序設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)設(shè)計

非計算機(jī)專業(yè)的程序設(shè)計課，是一門公共必修課，一般來說是學(xué)生在大學(xué)所學(xué)的第一門計算機(jī)編程課，目前大多講述C語言程序設(shè)計。該門課的特點是：語言規(guī)則枯燥、難記；數(shù)組、函數(shù)、指針等概念比較抽象，不易理解；需掌握的常用算法較多；程序設(shè)計的思維方法較難掌握；編寫的程序需要上機(jī)檢驗、調(diào)試。

在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境下，非計算機(jī)專業(yè)的程序設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)設(shè)計內(nèi)容如下：

(1) 教學(xué)目標(biāo)分析

C語言程序設(shè)計課程的教學(xué)目標(biāo)：掌握C語言程序的基本結(jié)構(gòu)、C語言程序的基本數(shù)據(jù)類型和數(shù)組、結(jié)構(gòu)、指針數(shù)據(jù)類型，掌握運算符、表達(dá)式、輸入/輸出處理、流程控制語句、函數(shù)定義和函數(shù)調(diào)用語句。通過以上各主題的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)程序設(shè)計思維方法和技巧。

每個主題的教學(xué)目標(biāo)是與該主題相關(guān)的基本概念、基本原理、基本方法與技巧。

(2) 情景創(chuàng)設(shè)

情景創(chuàng)設(shè)是指創(chuàng)設(shè)與當(dāng)前學(xué)習(xí)主題相關(guān)的、盡可能真實的情景。程序設(shè)計課程的一個顯著特點是每學(xué)習(xí)到一個主題，都可以在計算機(jī)上直接編寫程序、調(diào)試程序、運行程序、查看運行結(jié)果，從上機(jī)編程的操作上來講，學(xué)生體驗到的是真實情景。另一方面，對于C語言程序中所涉及的概念、算法的學(xué)習(xí)，要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)資源豐富的學(xué)習(xí)環(huán)境，其中應(yīng)包括實例案例、相關(guān)學(xué)習(xí)資料，使得學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)需要、學(xué)習(xí)興趣去主動發(fā)現(xiàn)、主動探索要掌握的知識。

(3) 信息資源設(shè)計

確定學(xué)習(xí)本課程的每個主題所需的信息資源的種類以及每種資源在主題學(xué)習(xí)過程中所起的作用。經(jīng)過分析綜合，為本課程設(shè)計了具有不同作用的信息資源：教材和課件；校園網(wǎng)課程教學(xué)網(wǎng)站上的學(xué)習(xí)指導(dǎo)、常見問題解答，以及學(xué)習(xí)參考資料、參考習(xí)題和解答，用于學(xué)生的閱讀或查閱學(xué)習(xí)內(nèi)容；課程教學(xué)網(wǎng)站上的自測練習(xí)系統(tǒng)、作業(yè)系統(tǒng)、答疑系統(tǒng)用于學(xué)生自測、自我反饋。

(4) 自主學(xué)習(xí)設(shè)計

在教學(xué)過程中，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，使學(xué)生主動探究問題；為學(xué)生設(shè)計不同的情景去應(yīng)用他所學(xué)的知識，幫助學(xué)生實現(xiàn)知識的“外化”；并讓學(xué)生能根據(jù)自身行動的反饋信息，來形成對客觀事物的認(rèn)識和解決實際問題的方案，從而實現(xiàn)自我反饋?？傊?，自主學(xué)習(xí)設(shè)計中要充分考慮體現(xiàn)以學(xué)生為中心的三個要素：發(fā)揮學(xué)生的首創(chuàng)精神、知識外化和實現(xiàn)自我反饋。

(5) 協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計

在本課程教學(xué)中，由教師精心設(shè)計問題，引導(dǎo)學(xué)生開展小組討論、協(xié)商，并對學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑u價，從而進(jìn)一步完善和深化對主題的意義建構(gòu)。

(6) 學(xué)習(xí)效果評價設(shè)計

包括小組對個人的評價和學(xué)生個人的自我評價。為了幫助學(xué)生在完成一個主題的學(xué)習(xí)后，進(jìn)行自我評價，在C語言程序設(shè)計教學(xué)網(wǎng)站設(shè)計了“自測練習(xí)系統(tǒng)”，自測練習(xí)的內(nèi)容精心挑選，使之能有效地測試學(xué)生對基本概念、基本原理、基本編程方法的理解和掌握。

(7) 強(qiáng)化練習(xí)設(shè)計

根據(jù)評價的結(jié)果，為每個學(xué)生設(shè)計出一套強(qiáng)化練習(xí)方案：指出其知識薄弱點，并設(shè)計有針對性的學(xué)習(xí)材料和練習(xí)題。以便通過強(qiáng)化練習(xí)糾正原有的錯誤理解或片面認(rèn)識，最終達(dá)到符合要求的意義建構(gòu)。

3建構(gòu)主義指導(dǎo)下的程序設(shè)計教學(xué)方法

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者是認(rèn)知主體，是意義的主動建構(gòu)者；同時又不能忽視教師的主導(dǎo)作用，認(rèn)為教師是意義建構(gòu)的幫助者、指導(dǎo)者、促進(jìn)者[2]。

因此，在教學(xué)過程中應(yīng)采取既要發(fā)揮學(xué)生的主體作用，又要發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生進(jìn)行主動的思考與探索；教師的主要任務(wù)是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生形成學(xué)習(xí)動機(jī)，創(chuàng)設(shè)符合教學(xué)內(nèi)容需要的多種情景，提示新舊知識之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生進(jìn)行知識的遷移，組織協(xié)作學(xué)習(xí)，把學(xué)生的學(xué)習(xí)引向深入，監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)活動，并適時給與引導(dǎo)和幫助。

在建構(gòu)主義教學(xué)模式下，筆者對c語言程序設(shè)計教學(xué)采用了支架式、拋錨式、隨機(jī)進(jìn)入式教學(xué)。實踐表明，這些教學(xué)方法的運用，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在教師為其創(chuàng)設(shè)的情境中，并在教師的引導(dǎo)下，一步步主動完成知識的意義建構(gòu)。

(1) 支架式教學(xué)

學(xué)生獨立解決問題時的發(fā)展水平與在教師指導(dǎo)下解決問題時的潛在發(fā)展水平之間的差異稱為“最鄰近發(fā)展區(qū)”。圍繞所學(xué)習(xí)的主題，按照“最鄰近發(fā)展區(qū)”的要求，建立概念框架，然后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入一定的問題情景，讓學(xué)生獨立探索，并通過小組協(xié)商，最終完成對所學(xué)知識的意義建構(gòu)。

數(shù)據(jù)排序算法(如選擇排序)的講解，采用了支架式教學(xué)方法。

利用數(shù)組將待排序的一組數(shù)(假設(shè)有N個)存儲起來。再設(shè)計一個雙重循環(huán)結(jié)構(gòu)，內(nèi)層實現(xiàn)一趟內(nèi)、在一定范圍內(nèi)、值最小的元素的查找，并將該元素與排序后應(yīng)所在位置上的元素互換；外層實現(xiàn)趟數(shù)的控制，這就可實現(xiàn)選擇排序。

在教師適時地引導(dǎo)下，學(xué)生先根據(jù)最小數(shù)算法寫出在數(shù)組全部元素的范圍內(nèi)找出最小值的程序代碼(這是排序的第一趟)，然后沿著概念框架逐步攀升：為實現(xiàn)元素互換，還需要記住最小值的位置。探索后面每趟排序的實現(xiàn)方法，通過討論、協(xié)商，學(xué)生發(fā)現(xiàn)每趟排序的實現(xiàn)代碼中相同的部分、不同的部分(可以適當(dāng)?shù)亟o出提示)。如果每趟排序的代碼都相同，可以直接將這部分代碼作為控制趟數(shù)的外層循環(huán)的循環(huán)體。為將每趟排序的代碼中不同的部分也轉(zhuǎn)化為相同的代碼，需要將代碼中的常量變?yōu)榘兞康慕y(tǒng)一的表達(dá)式。引導(dǎo)學(xué)生自己寫出實現(xiàn)這個兩重循環(huán)的最后的代碼，達(dá)到對選擇排序算法的深入理解，最終完成了對選擇排序算法的意義建構(gòu)。

(2) 拋錨式教學(xué)

拋錨式教學(xué)也稱“基于問題的教學(xué)”。實際情境中的真實事件或真實問題的確定稱為“拋錨”。這些問題要能引出與所學(xué)主題密切相關(guān)的基本概念、基本原理，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，激起他們探索、學(xué)習(xí)的興趣。在解決問題的過程中逐步訓(xùn)練學(xué)生的抽象思維能力和邏輯思維能力。

“函數(shù)”是C語言程序設(shè)計的重點和難點，學(xué)生普遍反映函數(shù)抽象、難學(xué)。為此，在教學(xué)過程中采用“拋錨式教學(xué)”，讓學(xué)生在真實的問題情境中體會模塊化程序設(shè)計的思想，學(xué)會用“函數(shù)”來解決規(guī)模較大、復(fù)雜的問題。

教師在講解函數(shù)的概念之前，提出如下實際問題：用弦截法計算出函數(shù)f(x)=x5- 4x2+1的根。弦截法求方程根的過程：假定求根區(qū)間為[x1，x2]，則當(dāng)f(x1)與f(x2)異號時，以點(x1，f(x1)) 、(x2，f(x2))為端點的弦與x軸的交點由公式x=x1f(x2)-x2f(x1)/( f(x2)-f(x1))計算出來，然后根據(jù)f(x)是正是負(fù)，將求根區(qū)間縮小為[x1，x]或[ x，x2]，并繼續(xù)求新的弦與x軸的交點x，當(dāng)f(x)足夠小時，認(rèn)為該x就是方程的根。

分析上述問題，發(fā)現(xiàn)解決它需要完成多個獨立的計算過程：①計算數(shù)學(xué)函數(shù)f(x)、f(x1)、f(x2)的值的過程②用公式x=x1f(x2)-x2f(x1)/( f(x2)-f(x1))計算弦與x軸的交點的過程 ③縮小求根區(qū)間后不斷計算與x軸的交點，直至f(x)小于某個值，則x就是方程的根。

如果將x、f(x)的求值過程的程序代碼封裝起來，使之成為程序中的一個獨立實體，并通過一個名字來命名，當(dāng)程序中需要這段計算時，可以通過一種簡潔的形式要求執(zhí)行這段計算過程，則程序中會避免大量重復(fù)代碼，變得更簡潔、更清晰。進(jìn)一步指出：封裝求值過程的代碼就是函數(shù)定義，在需要執(zhí)行被封裝的代碼的地方使用函數(shù)調(diào)用。此時，由問題出發(fā)，為學(xué)生引入了C語言函數(shù)定義、函數(shù)調(diào)用的概念，然后，以f(x)為例，向?qū)W生展示C語言函數(shù)定義的格式；以x的求解過程為例，向?qū)W生展示C語言函數(shù)調(diào)用的格式與參數(shù)傳遞機(jī)制。

然后，進(jìn)一步向?qū)W生講解C語言主函數(shù)main與用戶自定義函數(shù)的關(guān)系——主函數(shù)由操作系統(tǒng)調(diào)用，而主函數(shù)調(diào)用自定義函數(shù)，自定義函數(shù)之間可以互相調(diào)用。每一個函數(shù)看做一個程序模塊，讓學(xué)生自己分析、協(xié)商：弦截法求根的程序有幾個模塊組成，這些模塊之間的調(diào)用關(guān)系如何？并引導(dǎo)學(xué)生畫出程序的模塊圖。

進(jìn)一步分析函數(shù)的定義，指出只要知道了函數(shù)定義的首部信息，在主調(diào)函數(shù)中就可以寫出函數(shù)調(diào)用，這樣就引出了函數(shù)原型的概念。最后，在多媒體計算機(jī)上給出完整的程序代碼，并演示程序的運行過程和運行結(jié)果。

完成上述方程求根問題的程序后，教師提出問題：如果把函數(shù)f的形參去掉，將函數(shù)體中的變量x換成一個數(shù)，函數(shù)f的每次調(diào)用結(jié)果怎樣？從而引出無參函數(shù)的概念。

整個教學(xué)過程圍繞建構(gòu)主義情境、協(xié)作、會話和意義建構(gòu)這幾個認(rèn)知環(huán)節(jié)自然展開，學(xué)生通過對真實問題的感受、體驗，以及所學(xué)知識的意義建構(gòu)，深刻理解了函數(shù)的概念、原理，以及自頂向下模塊化程序設(shè)計的思想。

(3) 隨機(jī)進(jìn)入式教學(xué)

隨意通過不同途徑、不同方式進(jìn)入同樣教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，從而使學(xué)生獲得對同一事物或同一問題的多方面的認(rèn)識與理解。

循環(huán)程序設(shè)計是程序設(shè)計教學(xué)的難點之一。循環(huán)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，用循環(huán)語句實現(xiàn)時牽涉的問題比較多，因此，本部分內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計采用隨機(jī)進(jìn)入式教學(xué)法。

首先為學(xué)生創(chuàng)設(shè)能從不同側(cè)面、不同角度表現(xiàn)循環(huán)程序設(shè)計的多種情境以便供學(xué)生在自主探索過程中隨意進(jìn)入其中任一種情境去學(xué)習(xí)。

在循環(huán)算法中，迭代與窮舉是兩類具有代表性的基本算法。迭代和窮舉算法各有其特點，二者恰好體現(xiàn)了循環(huán)程序設(shè)計的不同側(cè)面。因此，在教學(xué)設(shè)計中，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)從迭代和窮舉兩類循環(huán)算法進(jìn)入循環(huán)程序設(shè)計的學(xué)習(xí)情境，在“迭代”情境下，可設(shè)計“人口增長問題、fibonacci數(shù)列、一元方程的迭代解法”等任務(wù)；在“窮舉”情境下，可設(shè)計“找水仙花數(shù)、判斷素數(shù)、找最大數(shù)”等任務(wù)。在導(dǎo)學(xué)時先向?qū)W生明確迭代和窮舉的含義：迭代是一個不斷用新值取代變量的舊值，或用舊值遞推得出變量的新值的過程。窮舉是對問題的所有可能狀態(tài)逐一測試，直到找到解或?qū)⑷靠赡軤顟B(tài)都測試完為止。

這兩種循環(huán)算法都涉及到的循環(huán)程序設(shè)計的共性問題：如何發(fā)現(xiàn)算法中的重復(fù)性動作，循環(huán)中涉及哪些變量，循環(huán)變量初值的如何確定？什么情況下循環(huán)應(yīng)該繼續(xù)或中止？選用哪個循環(huán)語句來實現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)？循環(huán)結(jié)構(gòu)的中途退出與重復(fù)周期的中途結(jié)束(素數(shù)判斷)的處理，等等。無論學(xué)生選擇哪一個情境去學(xué)習(xí)，都能從達(dá)到發(fā)現(xiàn)問題→解決問題→意義建構(gòu)的目的。在自主學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的系統(tǒng)思維能力得到發(fā)展。

4建構(gòu)主義教學(xué)模式下的程序設(shè)計教學(xué)中應(yīng)注意的問題

(1) 綜合運用多種教學(xué)方法。每一種教學(xué)方法有其局限性，如拋錨式教學(xué)以問題為中心，使用不當(dāng)，會影響學(xué)生系統(tǒng)的掌握知識。在實際教學(xué)中，不一定采用某種單一的教學(xué)方法，針對具體教學(xué)任務(wù)，可以將兩種以上的方法結(jié)合在一起，靈活運用。

(2) 不要片面強(qiáng)調(diào)學(xué)生的中心地位，而忽視了教師的主導(dǎo)作用。

(3) 程序設(shè)計課程的一個重要任務(wù)是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的程序設(shè)計系統(tǒng)化思維能力。因此，在引導(dǎo)學(xué)生分析問題、解決問題的過程中，要把培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的程序設(shè)計系統(tǒng)化思維能力放在首位。

(4) 加強(qiáng)學(xué)習(xí)資源的建設(shè)。開發(fā)基于Web網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)課件，建設(shè)程序設(shè)計常見問題庫、自測練習(xí)題庫。

參考文獻(xiàn)

1. 何克抗. 建構(gòu)主義革新傳統(tǒng)教學(xué)的理論基礎(chǔ)[J]. 電化教育研究，1997，(3).

2．陳琦，張建偉. 建構(gòu)主義與教學(xué)改革[J]. 教育研究與實驗，1998，(3):46-50.

3．張基溫. 從語法體系走向問題體系—程序設(shè)計課程教學(xué)改革探索[J]. 計算機(jī)教育，2004，(7):68-69.

4．裘宗燕. 從問題到程序[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2005.

投稿日期：2007-6-7

作者聯(lián)系方式：北京海淀區(qū)清河小營東路12號北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院計算中心

郵編：100085

E-mail: liumeiyan2003@tom.com

電話：13366768285，82426944(辦)