解 敏 梁 立 陳玉華

摘要:完成C語言綜合性實(shí)驗(yàn)是一個學(xué)習(xí)復(fù)雜任務(wù)的過程。本文依據(jù)馬扎諾的學(xué)習(xí)模式理論,就進(jìn)一步提高C語言綜合性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果,從任務(wù)設(shè)置、學(xué)習(xí)策略、基礎(chǔ)知識技能三方面探討了自我系統(tǒng)、元認(rèn)知系統(tǒng)和知識系統(tǒng)有效參與認(rèn)知的過程。

關(guān)鍵詞:自我系統(tǒng);元認(rèn)知系統(tǒng);知識系統(tǒng);綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué);C語言

中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

1引言

隨著社會對人才素質(zhì)及大學(xué)教學(xué)質(zhì)量要求的提高,2007年教育部提出了“本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”,綜合性實(shí)驗(yàn)成了很多學(xué)科及課程的必開部分和教學(xué)改革研究的熱點(diǎn)。C語言綜合性實(shí)驗(yàn)旨在提高學(xué)生利用程序設(shè)計(jì)解決問題的高層次能力。教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn),通過實(shí)驗(yàn),雖然學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力得到了發(fā)展,但其期末考試成績與那些沒有實(shí)施綜合性實(shí)驗(yàn)的學(xué)生相比,差異并不顯著。為此,有必要進(jìn)一步了解C語言綜合性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果及存在的問題。

2C語言綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐與存在的問題

在某高校2007級計(jì)算機(jī)專業(yè)開始C語言綜合性實(shí)驗(yàn)前,教師給出了實(shí)驗(yàn)要求及參考選題,并介紹了大型程序開發(fā)的一般步驟,實(shí)驗(yàn)中,教師提供必要的指導(dǎo)并督促實(shí)驗(yàn)進(jìn)度,學(xué)生則利用上機(jī)時間或課外時間,獨(dú)立或協(xié)作完

成實(shí)驗(yàn),學(xué)期末提交作品及綜合性實(shí)驗(yàn)報(bào)告,最后,教師挑選出優(yōu)秀作品參加展示。從表1可以看出,作品的源程序文件長度、所定義的函數(shù)量、程序功能等方面與平時的上機(jī)作業(yè)相比都有了很大的變化,這反映了學(xué)生分析與解決問題的能力、程序設(shè)計(jì)能力、程序調(diào)試能力都有了很大發(fā)展。

盡管表1說明學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力有所提高,但將2007級C語言期末成績與沒有開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)的2003級做獨(dú)立樣本T檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)差異不顯著。兩個年級在C語言課程開設(shè)情況、學(xué)生人數(shù)方面都相近,期末成績都呈正態(tài)分布。為了進(jìn)一步了解綜合性實(shí)驗(yàn)的效果,將各年級的成績排序,然后按27%的人數(shù)比例選取高分組(1組)和低分組(3組),剩下的作為中間組(2組)進(jìn)行比較。從表2、表3可以看出:兩個年級之間1組、2組差異不顯著,但3組差異顯著。該分析結(jié)果表明:通過綜合實(shí)驗(yàn),高分組同學(xué)得到了一定的提高,中間組沒有明顯變化,但低分組卻沒能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

進(jìn)一步分析后發(fā)現(xiàn),造成低分組差異顯著的原因主要有:(1)中學(xué)時期學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)主要來源于外部的升學(xué)壓力,而進(jìn)入高校以后由于缺乏類似的誘因,使學(xué)生的動機(jī)激發(fā)和維持變得困難。低分組學(xué)生在平時的練習(xí)中容易遭到挫敗,遇到高難度的綜合性實(shí)驗(yàn),更難樹立順利完成任務(wù)的信心,缺乏完成綜合性實(shí)驗(yàn)的必要動力。(2)我國高校大一學(xué)生的學(xué)習(xí)策略普遍低下,學(xué)生極不善于使用高級的認(rèn)知監(jiān)控策略,缺乏自主,這極大地影響了他們的學(xué)習(xí)效率。低分組學(xué)生缺乏有效的學(xué)習(xí)策略,在解決綜合性實(shí)驗(yàn)復(fù)雜任務(wù)的過程中遇到問題時,學(xué)生不知道怎樣去找出問題的原因,致使任務(wù)擱淺。(3)低分組學(xué)生沒有形成足夠的完成綜合性實(shí)驗(yàn)任務(wù)所需的知識技能,因而,實(shí)驗(yàn)中不能有效地獲取完成任務(wù)的信息,導(dǎo)致不能很好地完成學(xué)習(xí)任務(wù)。由于以上原因,基礎(chǔ)差、學(xué)習(xí)能力弱的學(xué)生被任務(wù)“難”住了,從而影響了教學(xué)的整體效果。

由此可見,如果不能很好地解決基礎(chǔ)差且不具備有效學(xué)習(xí)策略的低分組學(xué)生學(xué)習(xí)的問題,則C語言綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果必定大打折扣。為此,需要解決學(xué)生完成任務(wù)動力不足、學(xué)習(xí)策略欠缺、知識與技能基礎(chǔ)不夠這三個方面的問題,使大部分學(xué)生能順利地進(jìn)入綜合性實(shí)驗(yàn),從而在完成實(shí)驗(yàn)的過程中得到更好的發(fā)展。

3馬扎諾學(xué)習(xí)模式

羅伯特? 馬扎諾(Robert J. Marzano)2007年提出人的學(xué)習(xí)模式如圖1所示。該模式從人的行為模式出發(fā)整體考慮學(xué)習(xí)的機(jī)制,在各種學(xué)習(xí)情境中勾勒出信息的流程:加工過程總是從自我系統(tǒng)開始的,再向元認(rèn)知系統(tǒng)發(fā)展,然后是認(rèn)知系統(tǒng),最后是知識系統(tǒng)。其中一個系統(tǒng)中各種因子的狀況總是影響到另一個系統(tǒng)中各種因子的狀況。認(rèn)知系統(tǒng)負(fù)責(zé)有效處理信息以完成學(xué)習(xí)任務(wù),但為了有效地完成C語言綜合性實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜任務(wù),需要自我系統(tǒng)、元認(rèn)知系統(tǒng)、知識系統(tǒng)參與學(xué)習(xí)的過程。

3.1自我系統(tǒng)

自我系統(tǒng)用來判斷學(xué)習(xí)者介入一項(xiàng)新任務(wù)的收益,是一個人參與學(xué)習(xí)任務(wù)的主要動機(jī)激發(fā)力量,包括以下四個子系統(tǒng):(1)檢查重要性,指識別任務(wù)作為滿足人的基本需要或達(dá)到個人目標(biāo)的手段的程度;(2)檢查效能,涉及檢查個體相信自己擁有與任務(wù)相關(guān)的才能、力量或必要資源的程度;(3)檢查情感,反映包括分析個體對于給定任務(wù)的情感反映以及情感反映在個人動機(jī)中的作用;(4)檢查總體動機(jī),總體動機(jī)是前述三個因素的函數(shù)。三個決定性的自我系統(tǒng)對動機(jī)的影響可能不相等,有可能重要性的感知超過了缺少效能和負(fù)面情感反映的感知。當(dāng)學(xué)習(xí)者面對一個新任務(wù)時,首先由自我系統(tǒng)識別個體在給定任務(wù)中的動機(jī)水平,然后識別關(guān)于決定了動機(jī)水平的重要性信念、效能信念、情感反映的相互關(guān)系,決定是否需要介入。

學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后雖然缺少了升學(xué)的壓力,但是如果學(xué)習(xí)內(nèi)容確實(shí)令人感興趣,則學(xué)生愿意花精力去鉆研相關(guān)知識,反之則不愿去深入學(xué)習(xí),這就要求綜合性實(shí)驗(yàn)的任務(wù)內(nèi)容要盡可能地使學(xué)生感到:(1)任務(wù)有價值,對提升自己的能力很重要,(2)任務(wù)是自己能勝任的。這樣,增加了學(xué)生在試圖探索任務(wù)時的興趣,從而加強(qiáng)了學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的動機(jī)。

3.2元認(rèn)知系統(tǒng)

作為一種需要較高意識控制水平的認(rèn)知活動,元認(rèn)知系統(tǒng)有以下功能:(1)確定目標(biāo)和計(jì)劃,包括建立關(guān)于特定知識的清晰的目標(biāo)并提出完成目標(biāo)的計(jì)劃;(2)過程監(jiān)控和調(diào)節(jié),負(fù)責(zé)監(jiān)控實(shí)際過程的有效實(shí)施,并作出相應(yīng)的調(diào)整;(3)對過程清楚準(zhǔn)確的評價,確定個體對特定知識清楚和正確理解的程度。如果個體選擇了某項(xiàng)新任務(wù)之后,就會由元認(rèn)知系統(tǒng)提出與完成新任務(wù)有關(guān)的目標(biāo),并選擇達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)的策略。

C語言綜合性實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù),對于元認(rèn)知系統(tǒng)的訓(xùn)練尤為重要,學(xué)生需要學(xué)會:(1)確定任務(wù)目標(biāo),(2)反思與調(diào)控程序設(shè)計(jì)的過程確保實(shí)驗(yàn)任務(wù)按計(jì)劃順利完成,(3)學(xué)會正確評價學(xué)習(xí)的過程和結(jié)果,借此獲得良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和對學(xué)習(xí)過程進(jìn)行調(diào)控的反饋信息。

3.3知識系統(tǒng)

知識系統(tǒng)由信息(陳述性知識)、心理過程(程序性知識)和心理動作過程(運(yùn)用復(fù)雜的身體活動的能力)組成。自我系統(tǒng)、元認(rèn)知系統(tǒng)、認(rèn)知系統(tǒng)的運(yùn)作都需要借助已經(jīng)貯存的知識系統(tǒng),要想取得學(xué)習(xí)的成功,很大程度上取決于個體對某一任務(wù)所掌握的知識量。

C語言綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,教師需要:(1)促進(jìn)陳述性知識向程序性知識的轉(zhuǎn)換,促進(jìn)知識的遷移,以幫助學(xué)生建立合理的認(rèn)知結(jié)構(gòu),(2)讓學(xué)生學(xué)會更新知識的方法,及時補(bǔ)充完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)所欠缺的知識。

由此可知,作為學(xué)習(xí)過程必不可少的組成部分,認(rèn)知過程需要自我系統(tǒng)、元認(rèn)知系統(tǒng)、知識系統(tǒng)的有效參與,無論缺少了哪一部分的參與都不可能取得滿意的學(xué)習(xí)結(jié)果。若能促進(jìn)自我系統(tǒng)、元認(rèn)知系統(tǒng)、知識系統(tǒng)參與學(xué)習(xí)活動,則能解決學(xué)生完成任務(wù)的動力不足、學(xué)習(xí)策略欠缺、知識與技能基礎(chǔ)不夠三方面的問題,從而進(jìn)一步提高C語言綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

4C語言綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何促進(jìn)自我系統(tǒng)、元認(rèn)知系統(tǒng)、知識系統(tǒng)參與學(xué)習(xí)過程

4.1精心設(shè)置學(xué)習(xí)任務(wù),調(diào)動自我系統(tǒng),促使學(xué)生愿意完成綜合性實(shí)驗(yàn)任務(wù)

任務(wù)內(nèi)容應(yīng)該是有用的、有趣的,能讓學(xué)生感覺到完成任務(wù)對于提升自己的程序設(shè)計(jì)能力是重要的。應(yīng)該選擇與學(xué)生日常生活有聯(lián)系的題目,如“學(xué)生成績管理系統(tǒng)”、“通信錄管理系統(tǒng)”等,由于學(xué)生對這些系統(tǒng)有一定的了解,所以,他們?nèi)菀桩a(chǎn)生動手試試的想法,而完成這樣的任務(wù),會使學(xué)生有成就感。

任務(wù)要求應(yīng)該是可選擇的、可實(shí)現(xiàn)的,讓學(xué)生感覺自己有足夠的知識,有能力完成任務(wù)。陳述參考題目時僅需按真實(shí)問題的形式給出基本要求。考慮到每個同學(xué)生活環(huán)境、所掌握的知識與能力的差異,題目要有適當(dāng)?shù)碾y度層次,按基本要求、一般要求和拓展要求分層給出。不同層次的學(xué)生都能選擇適合自己的任務(wù)難度,并體驗(yàn)到成功完成任務(wù)的快樂,以加強(qiáng)其自信心和對學(xué)科的興趣。

4.2改善學(xué)習(xí)策略,良好的元認(rèn)知系統(tǒng)讓學(xué)生善于完成綜合性實(shí)驗(yàn)

為學(xué)生描繪的任務(wù)目標(biāo)應(yīng)該是具體的、可觸及的圖景,這有利于學(xué)生形成清晰的目標(biāo)并形成開發(fā)計(jì)劃。一年級的學(xué)生,沒有一個自己設(shè)計(jì)程序最終的具體圖景,也不明白自己要做什么,不知從何下手。所以,課程伊始,教師要提出綜合性實(shí)驗(yàn)的任務(wù),并展示一些往屆學(xué)生實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)。此外,教師在上課的過程中要做一些啟發(fā)性的引導(dǎo),留一些“問題”給學(xué)生,這樣,可以為學(xué)生完成綜合實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ),使學(xué)生在此基礎(chǔ)上“跳一跳就能觸及目標(biāo)”。另外,還要讓學(xué)生學(xué)會“自頂向下”的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法,這有助于提出階段性的子目標(biāo),確保實(shí)驗(yàn)任務(wù)的順利完成,也有利于小組協(xié)作完成任務(wù)。

讓學(xué)生學(xué)會反思自己的學(xué)習(xí)過程,監(jiān)控自己的學(xué)習(xí)過程,并及時調(diào)節(jié)目標(biāo)和修改計(jì)劃,保證實(shí)驗(yàn)步驟的有效性。在基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)階段,教師要注意引入軟件工程實(shí)踐原則,讓學(xué)生知道為什么要這樣設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法,清楚每一階段要做什么、得到了什么,與目標(biāo)對比還需要做哪些改進(jìn),教師自己也應(yīng)注意在平時的教學(xué)中運(yùn)用這樣的思維方法。同時,也要要求學(xué)生在上機(jī)實(shí)踐的時候用心體會各個階段所做的工作并把握好進(jìn)度,應(yīng)用并學(xué)會程序設(shè)計(jì)的一般方法。另外,按軟件工程不同階段記錄的實(shí)驗(yàn)報(bào)告有助于學(xué)生理清思路,檢驗(yàn)自己的思維過程,以便及時調(diào)控學(xué)習(xí)過程。

讓學(xué)生獲得對自己學(xué)習(xí)結(jié)果評估的方法,為自己學(xué)習(xí)過程的調(diào)節(jié)提供反饋信息,樹立完成任務(wù)的信心,正確認(rèn)識自己在本學(xué)科學(xué)習(xí)中獲得的能力。從基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)階段開始,就應(yīng)讓學(xué)生學(xué)會設(shè)計(jì)基本的測試用例,通過觀察程序運(yùn)行結(jié)果來檢驗(yàn)程序是否達(dá)到題目要求,并根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果對程序進(jìn)行查錯和改進(jìn),學(xué)會評價自己設(shè)計(jì)的程序。到了綜合性實(shí)驗(yàn)的最后階段,優(yōu)秀作品的展示既是對小組的肯定,也是同學(xué)間互相學(xué)習(xí)和交流情感的機(jī)會。此時,讓一部分學(xué)生參與作品的評價既能避免教師評價的主觀性,又能讓學(xué)生了解外部評價的目標(biāo)傾向,增加參評學(xué)生的榮譽(yù)感。

4.3優(yōu)化知識結(jié)構(gòu),合理的知識系統(tǒng)讓學(xué)生能夠完成綜合性實(shí)驗(yàn)任務(wù)

幫助學(xué)生建立良好而有序的知識結(jié)構(gòu),這有利于知識的記憶和提取。教師在引入新知識時要注意應(yīng)用建構(gòu)主義的思想,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個問題情境,讓學(xué)生充分理解算法的應(yīng)用條件,這有利于新知識的同化,促進(jìn)知識結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,促使陳述性知識向程序性知識轉(zhuǎn)化。此外,還應(yīng)該提供相關(guān)的應(yīng)用新知識的環(huán)境,使學(xué)生有機(jī)會應(yīng)用所學(xué)的知識,通過反復(fù)練習(xí)達(dá)到自動化的程度。學(xué)生只有對一些基本概念和操作步驟達(dá)到自動化的水平后,才能在遇到復(fù)雜問題時為其分配更多的時間和精力,使實(shí)現(xiàn)程序性知識向策略性知識的轉(zhuǎn)換。

讓學(xué)生學(xué)會更新自身知識結(jié)構(gòu)的方法。在完成綜合性實(shí)驗(yàn)時,教師還應(yīng)讓學(xué)生懂得從何處能獲取完成任務(wù)所需的資料。對于軟件系統(tǒng)來說,最重要的是弄清用戶的需求。因?yàn)楹芏鄬?shí)驗(yàn)題目來源于身邊的真實(shí)環(huán)境,例如“醫(yī)院管理系統(tǒng)”和“超市管理系統(tǒng)”,可以鼓勵學(xué)生去了解現(xiàn)行系統(tǒng)的工作過程,界定自己將要重點(diǎn)完成真實(shí)系統(tǒng)中哪一部分功能。對于像“公交車模擬調(diào)度”這樣的程序,可以提示學(xué)生去了解“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”中關(guān)于隊(duì)列的知識。另外,可以給學(xué)生介紹一些庫函數(shù)手冊和經(jīng)典的C語言編程學(xué)習(xí)網(wǎng)站。

5結(jié)束語

完成C語言綜合性實(shí)驗(yàn)是一個復(fù)雜問題的學(xué)習(xí)過程,教學(xué)中要解決學(xué)生完成任務(wù)的動力不足、學(xué)習(xí)策略欠缺、知識與技能基礎(chǔ)不夠的問題,需要自我系統(tǒng)、元認(rèn)知系統(tǒng)和知識系統(tǒng)充分參與認(rèn)知活動過程。

C語言綜合性實(shí)驗(yàn)實(shí)施的過程中,根據(jù)馬扎諾學(xué)習(xí)模式,教師可以從三方面來提高教學(xué)效果:(1)實(shí)驗(yàn)任務(wù)應(yīng)該是有價值的并且是學(xué)生能勝任;(2)幫助學(xué)生確定任務(wù)目標(biāo),學(xué)會反思與調(diào)控程序設(shè)計(jì)的過程,學(xué)會正確評價學(xué)習(xí)的過程和結(jié)果;(3)幫助學(xué)生建立合理的認(rèn)知結(jié)構(gòu),學(xué)會更新知識的方法。

程序設(shè)計(jì)能力的提升是一個在整個C語言教學(xué)過程中動態(tài)積累的過程,不是一次綜合實(shí)驗(yàn)就能徹底改變的。因此,教師需要根據(jù)馬扎諾分類學(xué)的要求,從C語言課程整體的認(rèn)知、情感、技能目標(biāo)出發(fā),安排一系列循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)任務(wù),甚至從學(xué)科群的角度系統(tǒng)考慮和安排學(xué)習(xí)任務(wù)與目標(biāo),唯有如此才能全面提高教學(xué)質(zhì)量。

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