摘要：本文針對普遍存在的程序設(shè)計基礎(chǔ)課程難學難教的問題，分析了存在一些影響因素，然后結(jié)合現(xiàn)代的認知學原理和信息加工理論，提出了一種基于4MAT系統(tǒng)的程序設(shè)計基礎(chǔ)教學模式，并在教學中取得了很多積極的效果。

關(guān)鍵詞：4MAT系統(tǒng)；信息加工理論；程序設(shè)計基礎(chǔ)；教學模式

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

1引言

程序設(shè)計基礎(chǔ)是重要的公共基礎(chǔ)課，一般文科開設(shè)VFP或VB，而理科則開設(shè)c或JAVA。利用計算機求解的思維方式與之前傳統(tǒng)的思維方式不同，例如有一個表達式“y=x+1”，在數(shù)學中該式表示一個函數(shù)，而在計算機中表示對變量y賦值為變量x的值加1。所以首先要引導學生突破傳統(tǒng)的思維方式，理解和建立計算機編程的思維方式，逐步加強編程能力的實踐。但是在教學過程中存在著教師難教和學生難學的惡性循環(huán)，本文將對原因進行分析，然后結(jié)合現(xiàn)代的認知學原理和信息加工理論，即從學習者的認知規(guī)律出發(fā)，應用基于當代認知科學研究成果的新方法，給出一些行之有效的教學方法與學習方法，促進學生的深層學習。

2當前存在的問題

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，可以采用多媒體課件進行授課，具有信息量大和實例演示效果好(突出信息的形象性及感染力)等優(yōu)點，但是教學方式大多卻還沿用了傳統(tǒng)的講授法，即以教師為中心、以講授為主，先講授概念原理、再運用概念原理去解決問題，形成了以教師的語法教學為主線的教學路線。這種方式偏重了知識的灌輸(重教輕學)，重理論輕實踐(紙上談兵，忽略了程序設(shè)計能力的培養(yǎng))，使學生在整個學習過程中被動地去理解、記憶老師講授的語法知識、程序結(jié)構(gòu)，逐漸導致學生缺少共鳴，同時對學生個性化學習的需求也不能較好地滿足。而且，學生學習的主要動機是外部動機(如考試等)。

基于認知科學的理論能夠幫助我們理解教學和學習之間的關(guān)系，從而提高教學效果，并使學習的主要動機是發(fā)自內(nèi)心的動機，即內(nèi)部動機，最終達到提高學生編程能力的教學目標。

3基于認知科學的理論

首先了解一下人類如何進行學習的。除了知道學習是在與他人的合作中進行的之外，信息加工理論給出了另外一部分答案，提出了人類只有通過主動加工信息，才能取得最佳學習效果。其主要思想如下：被編碼(在新知識和保持于長時記憶的先前知識間建立起聯(lián)系)進入長時記憶的東西才有可能被學會。整個過程以刺激進入感覺記錄器開始。信息一旦得到辨認和注意，就進入工作記憶。工作記憶是我們目前能意識到的東西，是人們進行思維的地方。不再需要的信息被遺忘，而被選中進一步加工的信息則被編碼進入長時記憶。

此外，信息加工理論將知識區(qū)分為2種類型：陳述性知識(事實、概念和思想)和程序性知識(了解如何做)。由該理論衍生出了一些促進學習的有效策略：聯(lián)系(Connect，使用記憶術(shù)記憶缺乏內(nèi)在意義的事物)、組織(Organize，以某種結(jié)構(gòu)形式將原有知識與新知識聯(lián)系起來，是幫助學習者表現(xiàn)陳述性知識的工具)、形象化(Visualize，以圖的形式表示信息，“一圖抵千言”的方式更益于學習者的學習和記憶)和精細復述(Elaborate Rehearse，即精細加工和復述，是有意識的思維過程——建立新舊信息的聯(lián)系，對新信息編碼并存入長時記憶中)，統(tǒng)稱為COVER策略。而練習和明確反饋是學習程序性知識的方式。其實這些策略都是學習者以原有知識為基礎(chǔ)的對意義的主動創(chuàng)建，都是以學習者主動加工信息為特征的策略。

從信息加工論可以看出，現(xiàn)代認知理論的焦點是強調(diào)引發(fā)學習，而非提供教學：學習者積極主動地構(gòu)建自己的理解；學習具有整體性，遠非信息的累加過程，所以教師無法簡單地直接把信息傳遞到學生的長時記憶中，學生只坐在那里聽、記教師的話無法有效獲取知識，因為沒有對大量學習材料進行深入處理，而把信息存入長時記憶的關(guān)鍵是進行精細加工。那么促進教師幫助學習者主動加工信息的教學方法就成為教學改革關(guān)注的焦點。

上面提到的所有策略——合作學習、COVER策略以及練習和反饋，都應該在學習動機得到激發(fā)或安排自然的環(huán)境中進行。雖然課堂講授是促進學習的可行策略，但過多過濫的使用導致無法發(fā)揮出它的作用。由此，費德恩教授給出一種新的模式：將美國著名教育家麥卡錫博士開發(fā)的4MAT系統(tǒng)與信息加工理論進行結(jié)合。

4MAT系統(tǒng)根據(jù)人們感知處理信息的方式把學習描繪成一個由四個象限組成的圓，每個象限都是左右腦功能的結(jié)合，這個模式體現(xiàn)了一個自然(包含了人類學習的所有基本要素)循環(huán)的過程。從教與學的循環(huán)過程來看，隨著4MAT循環(huán)系統(tǒng)的運行，學習變得更加以學生而不是教師為中心。

4MAT系統(tǒng)把上述所有有效策略都融合在單元教學或每節(jié)課的教學中，提供了一種符合人類共有的自然學習循環(huán)的模式。其中，第一象限中教師傳達要學習的內(nèi)容的意義和吸引力所在，即開始幫助學生建立與學習內(nèi)容間的個人聯(lián)系，并需要精心設(shè)計這些活動，盡可能地抓住學生的注意，激活他們的原有知識(對于建立新舊知識間的聯(lián)系至關(guān)重要)，為學習即將出現(xiàn)的重要陳述性知識做好準備。第二象限的活動目的在于理解教師傳授的概念，教師要通過聯(lián)系起學生的舊知識來不斷鼓勵他們自己去發(fā)掘事實，此時使用COVER策略最恰當，以促進新知識的深層學習。第三象限中教師要鼓勵學生去測試對所學材料的理解，學生將對第二象限中傳授的知識進行練習，教師對他們的表現(xiàn)做出反饋，形成程序性知識。在第四象限中教師應創(chuàng)造實踐的機會，并要鼓勵學生創(chuàng)造性地運用知識。

因此可以看出，使用4MAT系統(tǒng)作為教學設(shè)計系統(tǒng)能提高學習者主動學習的可能性，形成以學習者為中心的教學方法。

4教學模式的探討

程序設(shè)計基礎(chǔ)作為一門很重要的公共課程，很多高校越來越重視這門課程的建設(shè)，已經(jīng)在教學方面做了大量改進工作，并建設(shè)成了各類精品課程。其主要思想是：采用“以程序設(shè)計為主線，語言知識為輔”的模式，跳出以語言知識教學為主線的傳統(tǒng)模式，推行案例教學，將教學內(nèi)容在教學過程中分成為若干個主題、以程序設(shè)計作為貫穿各個主題的主線，即將復雜枯燥的語言知識分解到一個個生動實用的程序?qū)嵗?，同時輔以相應的實踐教學體系，形成以學生為中心的教學模式。

這種以案例驅(qū)動教學來提高課堂教學效果、以實踐教學體系來強化實踐的方法與教學模式是一致的，下面給出該模式在程序設(shè)計教學中的具體實施過程。

該課程教學環(huán)節(jié)包括：課堂教學、課外自學、上機實踐、答疑討論和考核，其基本流程為“案例分析一知識點導入——編程實踐(作業(yè)、上機)／自學—疑難解答—考核”。其中：

(1)“案例分析”是在課堂教學開始時教師先引入一種實際需要解決的問題，一般精選與實際生活關(guān)系密切的問題作為案例，引導學生的思考和分析，對應著第一象限的活動(引起注意)；以C語言中的結(jié)構(gòu)(Struemre)的講解作為例子說明，可以引入通信錄的結(jié)構(gòu)。

(2)“知識點導入”是在分析案例的設(shè)計思路和實現(xiàn)方法中，進而引出該案例中用到的知識點，進入第二象限的活動。這個過程使用COVER策略：教師以多媒體課件等方式將教學內(nèi)容形象、生動、直觀地顯示在學生面前，這對概念的形象化、組織以及相互關(guān)系的展現(xiàn)有極大益處；然后再舉一反三，啟發(fā)學生對案例進一步討論、歸納，對案例完善和擴展，鼓勵學生以畫圖、類推和用自己的話總結(jié)回答問題等方式，進行信息的精細加工。還可以安排如分組討論等合作學習策略，通過這些策略使學生在新知識和保持在長時記憶的舊知識間建立起聯(lián)系，那么新知識就可以轉(zhuǎn)入長時記憶，形成陳述性知識。

(3)“編程實踐(作業(yè)、上機)／自學一疑難解答”包括課程實踐教學和課外實踐活動(競賽等)，同時廣泛應用網(wǎng)絡(luò)化輔助教學手段幫助學生自學。每一部分課結(jié)束時，教師將布置作業(yè)并安排相應的上機實驗課，這樣有利于學生形成程序性知識，對應第三象限的活動。其中實踐教學體系的設(shè)計對于程序設(shè)計尤為重要，因為只有通過大量的編程練習，學生才能真正掌握語言知識，培養(yǎng)程序設(shè)計的能力。由于學生在計算機知識與實踐能力上存在較大的差異，教師在教學內(nèi)容和實施上應考慮適當?shù)亩鄻有院挽`活性，學生可以根據(jù)自身水平和興趣選擇適合的訓練方式、數(shù)量和難度，自主安排學習進程。另外，在達到課程基本要求的前提下，鼓勵學生進行創(chuàng)新實驗(綜合實驗)和參加競賽等課外實踐活動，使自己得到充分的發(fā)展和提高，進入了第四象限的活動。

(4)“考核”：通過筆試和實驗考查學生的知識掌握程度和實踐能力，對應第四象限的活動。

5結(jié)束語

這種基于4MAT系統(tǒng)的程序設(shè)計基礎(chǔ)教學模式正是以學習者為中心的教學方法，并且在實踐中也取得了很好的教學效果，當然還需要在實踐中不斷地完善。從目前大量的高等院校的程序設(shè)計基礎(chǔ)的精品課程建設(shè)中也可以看出，這種以促進學生主動學習為主的教學方法已經(jīng)成為了積極推行的一種教學模式，是一種值得繼續(xù)完善和探索的教學模式。