摘要：本文介紹了如何將建構(gòu)主義教學(xué)理念滲透到教學(xué)工作中，來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：建構(gòu)主義；支架式教學(xué)；拋錨式教學(xué)；隨機進入教學(xué)；真實感圖形；OpenGL

中圖分類號：G642文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5913(2007)14-0016-03

1引言

建構(gòu)主義認為，學(xué)習(xí)是在一定的情境下，在教師和學(xué)習(xí)伙伴的幫助下，利用學(xué)習(xí)資料，通過意義建構(gòu)的方式獲得，而不是通過教師的傳授獲得。情境、協(xié)作、會話和意義建構(gòu)是建構(gòu)主義教學(xué)過程的四大要素，學(xué)生在教師創(chuàng)建的學(xué)習(xí)情境中獨立探索、自主學(xué)習(xí)，通過與學(xué)習(xí)伙伴的交流、協(xié)作，教師的適當(dāng)引導(dǎo)，實現(xiàn)意義建構(gòu)——對當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解和掌握。這種教學(xué)方法能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性與創(chuàng)造性，有利于開發(fā)學(xué)生智力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力；但是它以學(xué)生為中心，完全擯棄了教師在教學(xué)過程中的主導(dǎo)監(jiān)控作用。由于學(xué)生受到已有知識的限制，獨立探索、自主學(xué)習(xí)的進程勢必緩慢，往往事倍功半，特別是對于學(xué)習(xí)基礎(chǔ)差的學(xué)生，可能就失去了學(xué)習(xí)的信心；我國的教學(xué)方式長期以來主要以教師為中心，學(xué)生是被動的知識的接受者，如果生搬硬套建構(gòu)主義教學(xué)模式不可能收到好的教學(xué)效果。所以我們認為，教師應(yīng)該將建構(gòu)主義的教學(xué)理念滲透進教學(xué)活動中，靈活地應(yīng)用建構(gòu)主義教學(xué)方法，在教學(xué)過程中既發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性與創(chuàng)造性，只有將這二者結(jié)合起來，使二者優(yōu)勢互補，才能獲得最佳的教學(xué)效果。我們在“計算機圖形學(xué)”實驗教學(xué)中進行了嘗試，收到了較好的效果。

2建構(gòu)主義教學(xué)方法

應(yīng)用比較普遍的建構(gòu)主義教學(xué)方法有“支架式教學(xué)”、“拋錨式教學(xué)”和“隨機進入教學(xué)”。

支架式教學(xué)，為學(xué)習(xí)者建構(gòu)對知識的理解提供一種概念框架，把這種概念框架比作建筑行業(yè)中使用的“腳手架”而因此得名。支架式教學(xué)由以下五個環(huán)節(jié)組成：(1)搭“腳手架“：圍繞當(dāng)前學(xué)習(xí)主題建立概念框架；(2)創(chuàng)設(shè)情境：根據(jù)當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容，設(shè)置一個能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的問題情景；(3)獨立探索：讓學(xué)生獨立探索，教師給以必要的提示，引導(dǎo)學(xué)生沿概念框架逐步攀升；(4)協(xié)作學(xué)習(xí)：進行小組協(xié)商、討論，在集體討論的基礎(chǔ)上達到對當(dāng)前所學(xué)概念比較全面、正確的理解，即最終完成對所學(xué)知識的意義建構(gòu)。(5)效果評價：包括學(xué)生個人的自我評價和學(xué)習(xí)小組對個人的學(xué)習(xí)評價。

拋錨式教學(xué)，以真實事例或問題(作為“錨”)為基礎(chǔ)，所以有時也被稱為“實例式教學(xué)”或“基于問題的教學(xué)”。拋錨式教學(xué)由以下五個環(huán)節(jié)組成：(1)創(chuàng)設(shè)情境；(2)確定問題：讓學(xué)生面臨一個需要立即去解決的與當(dāng)前學(xué)習(xí)主題密切相關(guān)的問題；(3)自主學(xué)習(xí)：由教師向?qū)W生提供解決該問題的有關(guān)線索，讓學(xué)生獨立自主地探索解決問題的方法；(4)協(xié)作學(xué)習(xí)；(5)效果評價。

隨機進入教學(xué)，學(xué)習(xí)者可以隨意通過不同途徑、不同方式進入同樣教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，從而獲得對同一事物或同一問題的多方面的認識與理解，由以下五個環(huán)節(jié)組成：(1)創(chuàng)設(shè)情境；(2)隨機進入學(xué)習(xí)：學(xué)生根據(jù)自身需要隨機選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容；(3)思維發(fā)展訓(xùn)練：隨機進入學(xué)習(xí)的內(nèi)容通常比較復(fù)雜，所研究的問題往往涉及許多方面，因此在這類學(xué)習(xí)中，教師設(shè)計若干有利于促進學(xué)生認知能力發(fā)展的問題，幫助學(xué)生建立適當(dāng)?shù)乃季S模型，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維；(4)協(xié)作學(xué)習(xí)；(5)效果評價。

3建構(gòu)主義教學(xué)方法的改進及其在教學(xué)中的應(yīng)用

建構(gòu)主義教學(xué)方法重視“情境”和“協(xié)作學(xué)習(xí)”對意義建構(gòu)的重要作用，能夠激發(fā)學(xué)生積極探索的求知欲望，培養(yǎng)學(xué)生互相幫助、合作學(xué)習(xí)的優(yōu)良學(xué)風(fēng)；但是支架式教學(xué)和拋錨式教學(xué)的核心步驟“獨立探索”和“自主學(xué)習(xí)”，對于新知識的教學(xué)顯然是不合適的。我們對此進行了改進，將創(chuàng)設(shè)情境、協(xié)作學(xué)習(xí)和效果評價引入教學(xué)中，綜合利用以上教學(xué)方法，將本課程的教學(xué)目的和每節(jié)課的教學(xué)目的設(shè)計成適當(dāng)?shù)膯栴}，拋給學(xué)生，激起學(xué)生的求知欲，再引導(dǎo)學(xué)生探索解決問題的方法。在這個過程中，以支架式教學(xué)方法為主，引導(dǎo)學(xué)生沿著概念框架不斷攀升，從而完成意義建構(gòu)。充分利用校園網(wǎng)絡(luò)資源，開發(fā)了“計算機圖形學(xué)”實驗輔助教學(xué)系統(tǒng)發(fā)布到校園網(wǎng)，幫助學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后拓寬課堂內(nèi)容，開闊學(xué)生視野。

對于本科生來說，“計算機圖形學(xué)”課程的實驗教學(xué)目的就是生成簡單的具有真實感的圖形或場景。首先把生成具有真實感的圖形(場景)這個問題拋給學(xué)生，作為錨；然后充分利用多媒體教學(xué)設(shè)施演示了多個具有代表性的真實感圖形(場景)實例，創(chuàng)設(shè)情境幫助學(xué)生理解真實感圖形(場景)的概念。為了幫助學(xué)生建立生成真實感圖形的概念框架，編寫了一個基于VC++和OpenGL的演示程序，程序啟動以后，在屏幕上顯示一個彩色立方體，提出問題：為了生成一個立方體必須怎樣做？經(jīng)過幾分鐘的討論得出結(jié)論：用數(shù)學(xué)的方法為這個立方體建立幾何描述，并用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計算機內(nèi)表示，得出幾何建模概念，我在黑板上畫一個矩形框，框內(nèi)寫“幾何建?！?。提出問題：為了把3D幾何描述的立方體顯示在屏幕上，計算機應(yīng)該具有什么功能？經(jīng)過討論得出透視變換的概念，按“Home”鍵立方體翻滾，按“End”鍵停止翻滾，引導(dǎo)學(xué)生分析立方體的運動經(jīng)過討論得出幾何變換概念，我在黑板上畫出第二個矩形框，框內(nèi)寫“變換”，從“幾何建?！笨蛞粭l帶箭頭的線指向“變換”。按空格鍵顯示一個單一著色的二十面體，被立方體部分遮擋，從視覺上不可見的部分應(yīng)該不畫引出消隱和裁減概念，在黑板上畫第三個矩形框，框內(nèi)寫“消隱、裁減”，從“變換”框引一條帶箭頭的線指向該框。單擊二十面體增加紋理，引導(dǎo)學(xué)生分析二十面體和立方體的色彩，再單擊立方體增加光源，引導(dǎo)學(xué)生分析增加光源后的色彩效果，經(jīng)過討論畫出最后一個矩形框，框內(nèi)寫“顏色、光照、紋理、材質(zhì)”，從“消隱、裁減”框引一條帶箭頭的線指向該框。之后，帶領(lǐng)學(xué)生分析生成立方體的程序，給出有關(guān)OpenGL的基礎(chǔ)知識，引導(dǎo)學(xué)生建立生成真實感圖形的概念框架(見圖1)。以便刺激學(xué)生的求知欲，促使他們沿著概念框架不斷攀升，使學(xué)生明確本課程的教學(xué)目的和流程、每一階段的學(xué)習(xí)目的和學(xué)習(xí)內(nèi)容，在學(xué)習(xí)中有的放矢。

教學(xué)演示系統(tǒng)COT(Constructivist- Oriented Teaching)具有圖1中生成真實感圖形各模塊的基本功能，可以滿足應(yīng)用建構(gòu)主義教學(xué)方法進行“計算機圖形學(xué)”實驗教學(xué)的基本需要。例如“基本圖元生成”的教學(xué)，啟動COT后：(1)顯示一個星空圖，引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析、討論這幅圖的組成：背景色、前景色、組成星空的點、點的大小等，提出問題：在計算機內(nèi)怎樣實現(xiàn)？通過討論得出需要設(shè)置背景色、前景色、定義點坐標(biāo)和點的大小，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計程序結(jié)構(gòu)，然后給出相應(yīng)的源碼，引導(dǎo)學(xué)生分析在OpenGL中實現(xiàn)以上功能的命令，幫助學(xué)生建構(gòu)起OpenGL中編成框架、創(chuàng)建應(yīng)用程序窗口的意義、繪制點以及其如何組織點等有關(guān)函數(shù)原型的格式、功能及應(yīng)用的意義。(2)顯示一條直線，提出問題：由于兩點確定一條直線，那么怎樣修改“星空圖”的程序使得能夠畫出這條直線？通過討論得出關(guān)鍵是要將glBegin(Points)中的參數(shù)改為表示直線的參數(shù)，將“Points”換為“Lines”，運行程序驗證設(shè)計結(jié)果，接著把程序中的點數(shù)改為六點，再次運行程序生成三條直線。在此基礎(chǔ)上提出問題：怎樣畫折線、閉合線？學(xué)生立即得出答案-修改glBegin()中的參數(shù)。然后顯示一幅有不同粗細、不同線型的直線組成的圖形，根據(jù)指定點的大小經(jīng)驗，學(xué)生立即得出答案-指定這些直線的寬度和形狀即可，幫助學(xué)生建構(gòu)起設(shè)置直線的寬度和線型的意義。(3)以類似的方法完成三角形(帶、扇)、四邊形(帶)、多變形的意義建構(gòu)(4)顯示一幅類似兒童簡筆畫的圖形：有一個房子、一棵樹、一個人。經(jīng)過分析、討論，帶領(lǐng)學(xué)生一步一步的設(shè)計，然后給出源碼，幫助學(xué)生建構(gòu)OpenGL中的平移、旋轉(zhuǎn)和比例等有關(guān)函數(shù)原型的格式、功能及應(yīng)用意義。整個教學(xué)過程以顯示的圖形為支架建構(gòu)“生成基本圖元”的意義，綜合運用了“支架式”、“拋錨式”、“討論法”等多種教學(xué)方法。教學(xué)地點選在機房，可以邊講邊練，還便于進行討論，講授大約需要1學(xué)時，學(xué)生練習(xí)1學(xué)時。課后布置一個設(shè)計性實驗：應(yīng)用所學(xué)知識設(shè)計一個簡單場景，要求用一周的課外時間完成設(shè)計、編碼，提供2學(xué)時上機調(diào)試運行。將學(xué)生按照自由為主、指定為輔的原則分組，一組4~5人，討論設(shè)計中遇到的共同問題，培養(yǎng)團隊協(xié)作精神，為綜合實驗設(shè)計打下基礎(chǔ)。其余的實驗內(nèi)容(如變換、顏色、光照紋理等)基本上按照這種模式進行教學(xué)。

基本實驗教學(xué)內(nèi)容完成以后，布置一個綜合試驗，設(shè)計一個具有真實感的場景(校園一角)，要求必須具有光照、紋理、陰影和可交互移動對象的功能，我們提供了一個基本的系統(tǒng)框架，學(xué)生完成建模、變換、消隱、光照、紋理、陰影等功能。用兩學(xué)時討論以下問題：(1)系統(tǒng)需要的功能模塊以及小組內(nèi)每個學(xué)生承擔(dān)的任務(wù)；(2)為了解決所承擔(dān)的任務(wù)已經(jīng)掌握的知識和擁有的資料、需要學(xué)習(xí)的知識和查找的資料。要求學(xué)生利用兩周課外時間完成設(shè)計，每周有一次小組會議：匯報工作進展，討論遇到的問題，并要求盡量通過小組內(nèi)成員之間討論、協(xié)商解決，教師僅給予必要的指導(dǎo)。兩周后提供兩學(xué)時的上機時間，調(diào)試運行所開發(fā)的系統(tǒng)。要求每個學(xué)生根據(jù)所承擔(dān)的任務(wù)寫出實驗報告，召開一次小組會進行總結(jié)并在組內(nèi)為每個成員評分，最后上交一份總結(jié)報告、系統(tǒng)開發(fā)文檔和操作手冊。

開發(fā)了一個初步的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)輔導(dǎo)系統(tǒng)，知識內(nèi)容由三部分組成：(1)基于教材的教學(xué)內(nèi)容。(2)高于教材的擴展，比如陰影、紋理，由于學(xué)時數(shù)的限制，教學(xué)中僅講授了基本知識，在此從深度和廣度兩方面進行了擴展。針對生成真實感圖形的各主要環(huán)節(jié)配有比較大的程序開發(fā)實例。(3)計算機圖形學(xué)發(fā)展前沿課題介紹：計算機動畫、科學(xué)可視化、計算機建模、計算機輔助設(shè)計、人機交互界面、虛擬現(xiàn)實。學(xué)生可以隨機進入各個學(xué)習(xí)單元及其子單元，目前還沒有實現(xiàn)在線交流，教師使用少量學(xué)時對知識擴展和學(xué)科發(fā)展前沿部分組織學(xué)生進行討論，學(xué)生以課題組形式撰寫綜述報告。

應(yīng)用上述教學(xué)模式極大地激發(fā)了學(xué)生的求知欲，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)“計算機圖形學(xué)”的熱情，教學(xué)效率明顯提高，不但解決了過去教學(xué)學(xué)時不足的問題，而且擴大了學(xué)生的知識面，更好地培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力。

4結(jié)束語

建構(gòu)主義教學(xué)理念和方法是打破“以教師為中心向?qū)W生灌輸知識”的傳統(tǒng)教學(xué)模式的有力工具，但是怎樣在教學(xué)中正確、靈活運用它，既以學(xué)生為認知主體又發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，探索適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)模式和方法，是教育改革中的重要問題，本文在這方面進行了初步探索。今后進一步的研究方向為完善“計算機圖形學(xué)”實驗的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)輔助系統(tǒng)，深入研究建構(gòu)主義、Blended Learning等新的教學(xué)理論，在教學(xué)中靈活運用。

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[2] 張建平. 現(xiàn)代教育技術(shù)理論與應(yīng)用[M]. 北京：高等教育出版社，2003.

作者簡介：尹星云，淮南師范學(xué)院信息技術(shù)系副教授

通信地址：安徽淮南師范學(xué)院信息技術(shù)系，郵編232001