摘要:本文以筆者多年教學(xué)經(jīng)驗為基礎(chǔ)，結(jié)合美國當(dāng)代教育心理學(xué)家加涅的教學(xué)理論和學(xué)習(xí)層級說，探討該教學(xué)理論在教學(xué)設(shè)計中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:加涅;學(xué)習(xí)層級說;逐級向上，教學(xué)設(shè)計

1加涅教學(xué)理論

羅伯特#8226;M#8226;加涅博士(Robert M. Gagne 1916- 2002)是美國當(dāng)代教育心理學(xué)家，在教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域是一位真正的巨匠[1]。

加涅提出了學(xué)習(xí)層級說，認(rèn)為知識是有層次結(jié)構(gòu)的，教學(xué)要從基本的子概念、子技能出發(fā)，逐級向上，逐漸學(xué)習(xí)到高級的知識技能。在以他們的思想為基礎(chǔ)進(jìn)行教學(xué)進(jìn)程設(shè)計時，教師首先對要學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行任務(wù)分析，逐級找到應(yīng)該提前掌握的知識，而后分析學(xué)生既有的水平，確定合適的起點，設(shè)計出向?qū)W生傳遞知識的方案;在展開教學(xué)時，讓學(xué)生從低級的基本知識技能出發(fā)，逐級向上，直至達(dá)到最終的教學(xué)目標(biāo)[2]。

2教學(xué)設(shè)計

本人經(jīng)過多年的教學(xué)實踐，深知第一次課的重要性。第一次課既要讓學(xué)生對本門課程有基本的了解，又要調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時，還要讓學(xué)生找出本門課程與其已經(jīng)學(xué)習(xí)過的其他課程之間的相似之處，以增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;而C語言程序設(shè)計課程是各高校為理工科學(xué)生開設(shè)的一門程序設(shè)計類課程，由于該課程是大學(xué)生接觸到的第一門程序設(shè)計類課程，所以，教師要考慮如何幫助學(xué)生建立程序設(shè)計的思想、如何結(jié)合其他各門課程的知識、如何通過第一次的講解使學(xué)生對此門課程的性質(zhì)、任務(wù)有概要性了解，從而達(dá)到快速入門的目的。筆者在多年講授此門課程的基礎(chǔ)上，結(jié)合加涅的學(xué)習(xí)層級說的基本思想，為C語言的第一次課設(shè)計了幾個案例式的教學(xué)過程，并將它們應(yīng)用在每一次的教學(xué)過程中，達(dá)到了預(yù)期的效果。

案例1:輸出信息

(1) 提出問題。

在屏幕上輸出“Hello!”信息。

(2) 基本的子概念。

寫出如下程序:

#include /* 這是C程序包含的標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出頭文件 */

void main(void) /* 這是C程序主函數(shù)的函數(shù)頭 */

{ /* 一對大括號之間是C主函數(shù)的函數(shù)體 */

printf(\"Hello!\"); /* 這是C語言的輸出函數(shù) */

}

在VC環(huán)境下展示這個程序的運行結(jié)果后，重點介紹其中printf函數(shù)的功能，其可以將雙引號中的信息在屏幕上原樣顯示，并強調(diào)函數(shù)的結(jié)構(gòu)是由函數(shù)頭和函數(shù)體組成。

(3) 逐級向上。

逐級向上，繼續(xù)提出新的問題，在屏幕上顯示\"Welcome to Beijing!\"，學(xué)生自然會想到將雙引號中的信息Hello!替換為Welcome to Beijing!，正如學(xué)生所預(yù)測的那樣，屏幕上輸出了相應(yīng)的信息，這樣的結(jié)果立刻調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在這之后，教師繼續(xù)提出新問題，并在屏幕上顯示\"北京歡迎您!\"，學(xué)生經(jīng)過短暫的思考后，自然會提出切換到中文方式輸入信息。

(4) 最終的教學(xué)目標(biāo)。

經(jīng)過兩次逐級向上，進(jìn)而拋出一個一般性的問題，教師在屏幕上輸出任意的信息，學(xué)生自然可以掌握printf函數(shù)輸出信息的功能，從而達(dá)到這個案例的教學(xué)目標(biāo)。布置作業(yè):在屏幕上輸出“新年快樂!”的信息，以強化掌握的知識，并給學(xué)生一個展現(xiàn)自已能力的機會。

案例2:算術(shù)四則運算

(1) 提出問題。

利用C語言程序進(jìn)行加法的計算。

(2) 基本的子概念。

首先從數(shù)學(xué)出發(fā)，提出加法運算的4個要素:加數(shù)、被加數(shù)、和、加。其中加數(shù)和被加數(shù)是待加工的原始數(shù)據(jù)，加是實施加工的操作，和是加工的結(jié)果。

寫出如下程序:

#include

void main(void)

{

short int x，y，z;/* 說明3個數(shù)據(jù) */

x=24; /* 輸入2個原始數(shù)據(jù) */

y=12;

z=x+y;/* 利用2個原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加法運算，得到結(jié)果交給z */

printf(\"z=%d\"，z); /* 將結(jié)果z輸出在屏幕上 */

}

在VC環(huán)境下展示這個程序的運行結(jié)果后，重點介紹數(shù)據(jù)的加工流程，即說明數(shù)據(jù)、輸入數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)。本題的輸入數(shù)據(jù)是x和y，加工過程是“+”，輸出數(shù)據(jù)是z，并強調(diào)輸入在先，加工在輸入之后，輸出一般在后的處理流程;而printf函數(shù)中的“%d”可暫時不講，只是告訴學(xué)生這是一個C語言必需的格式符。

(3) 逐級向上。

逐級向上，繼續(xù)提出新的問題，如何利用C語言程序進(jìn)行減法的計算?啟發(fā)學(xué)生分析減法與加法同樣具備4個要素，只是具體的操作是減，其他過程應(yīng)該與加法一致，學(xué)生自然會讓教師將程序中的“+” 修改為“-”，運行后達(dá)到了減法的目的。

繼續(xù)提出新的問題，如何利用C語言程序進(jìn)行乘法的計算?同時提出一個問題，即“╳”，這個符號如何解決，絕大多數(shù)學(xué)生都知道用“*”代替，這樣很自然地解決了乘法問題。進(jìn)而在24和12的后面加3個0，將數(shù)據(jù)24和12改為2個較大的數(shù)據(jù)，請學(xué)生設(shè)想結(jié)果。學(xué)生一般都會按照已知的數(shù)學(xué)知識報出答案，接著運行程序卻得出了負(fù)數(shù)，這個答案根據(jù)學(xué)生的數(shù)學(xué)知識是不可能有的。此時方解釋“short int x，y，z;”這條語句的作用是說明3個短整型數(shù)據(jù)，而系統(tǒng)則為這3個短整型數(shù)據(jù)分配2個字節(jié)的存儲單元，而2個字節(jié)的存儲單元所能存放的數(shù)據(jù)是有范圍的，當(dāng)數(shù)據(jù)的大小超過了這個范圍時，則出現(xiàn)了上述問題。此時當(dāng)學(xué)生正在思考數(shù)據(jù)的范圍問題時，將語句“short int x，y，z;”中的“short”刪除，運行程序得出了正確的結(jié)果。再解釋“int x，y，z;”語句，系統(tǒng)為這3個一般整型數(shù)據(jù)分配4個字節(jié)的存儲單元，盡管4個字節(jié)的存儲單元所能存放的數(shù)據(jù)是有范圍的，但此范圍比2個字節(jié)的應(yīng)大一些，此時只需要強調(diào)數(shù)據(jù)范圍的概念，而這是計算機中的數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)中的數(shù)據(jù)的不同。通過這個問題向?qū)W生傳遞一種信息，即數(shù)據(jù)類型不同其性質(zhì)也不同。而數(shù)據(jù)的類型極其相關(guān)的問題在后續(xù)課程中解釋，為以后的內(nèi)容留一些懸念。

繼續(xù)提出新的問題，如何利用C語言程序進(jìn)行除法的計算?同時提出一個問題，即“÷”，這個符號如何解決，同樣，大多數(shù)學(xué)生都知道用“/”代替，這樣很自然解決了24除以12的問題。進(jìn)而將24和12 互換位置，請學(xué)生設(shè)想結(jié)果，學(xué)生一般都會按照已知的數(shù)學(xué)知識報出答案0.5，而程序運行的結(jié)果又一次出乎學(xué)生的意料，此時再次解釋“int x，y，z;”這條語句的另一層意義是說明3個整型數(shù)據(jù)，即不使用小數(shù)，從而不可能得到小數(shù)的值，及時提出問題:如何才能獲得小數(shù)的值呢?當(dāng)學(xué)生在思考時，將“int”改為“float”，“%d”改為 “%f”，再一次運行程序達(dá)到了小數(shù)的值，解釋“float”的含義是浮點數(shù)據(jù)，即保留一定的小數(shù)位，通過這個問題再一次向?qū)W生傳遞了這樣的信息，即數(shù)據(jù)類型不同其范圍不同、性質(zhì)不同、格式符也不同。

逐級向上，繼續(xù)拋出新的問題:計算2個數(shù)的平均數(shù)。提出問題將語句“z=x+y;” 改為“z=x+y/2;”可否實現(xiàn)，根據(jù)已知的數(shù)學(xué)知識，學(xué)生自然會提醒你將“x+y”加括號以區(qū)分它們的優(yōu)先級。

(4) 最終的教學(xué)目標(biāo)。

經(jīng)過一次又一次問題的逐級向上，實現(xiàn)了最終的教學(xué)目標(biāo):進(jìn)行簡單的算術(shù)運算，并了解了數(shù)據(jù)類型。布置作業(yè):編寫程序計算同寢室4個學(xué)生的平均年齡和平均身高，同時告知學(xué)生已經(jīng)會對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和處理了，下面只是要通過實驗證明自己的能力。

案例3:找出2個數(shù)中的最大數(shù)

(1) 提出問題。

利用C語言程序找出2個數(shù)中的最大數(shù)。

(2) 基本的子概念。

首先從數(shù)學(xué)出發(fā)，提出找出2個數(shù)中的最大數(shù)的4個要素:2個數(shù)、確定2個數(shù)中誰最大、輸出最大數(shù)。與四則運算相同的是2個原始數(shù)據(jù)，1個結(jié)果，不同的是加工過程。而2個數(shù)中的最大數(shù)有2種可能:前者最大或后者最大，將這2種可能轉(zhuǎn)化為語句描述如下:如果(if)前者大于后者，則前者最大;否則(else)后者最大。

寫出如下程序:

#include

void main(void)

{

int x，y，z; /* 說明3個數(shù)據(jù) */

x=24;/* 輸入2個原始數(shù)據(jù) */

y=12;

if(x>y)

z=x; /*前者大于后者，則前者最大*/

else

z=y;/*后者大于前者，則后者最大*/

printf(\"z=%d\"，z);/* 將結(jié)果z輸出在屏幕上 */

}

解釋x>y可理解為數(shù)學(xué)中的不等式，if和else的含義與英語相同，學(xué)生非常容易接受這種描述形式。

(3) 逐級向上。

逐級向上，繼續(xù)提出新的問題，如何利用C語言程序找出2個數(shù)中的最小數(shù)。學(xué)生當(dāng)然會積極的參與，提出將“x>y”改為“xy”有沒有其他的方法?啟發(fā)學(xué)生將“if(x>y) z= x; elsez= y;”改為 “if(x>y) z= y; elsez= x;”一樣可以解決問題，這樣又提出了問題的多種解法，同時又強化了邏輯的概念。

反復(fù)運行這個程序，而每一次的結(jié)果都是相同的，啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)本程序的弱點，其原始數(shù)據(jù)是固定的，因而其答案也是固定的。逐級向上，繼續(xù)提出新的問題:可否實現(xiàn)任意2個數(shù)的大小問題，而不是固定2個數(shù)的大小問題?顯然應(yīng)該在“x=24; y=12;”這2條語句上想辦法。將此2句修改如下:

printf(\"please enter 2 data: \");/* 提示輸入2個數(shù)據(jù) */

scanf(\"%d%d\"，x，y);/* 輸入2個原始數(shù)據(jù) */

運行程序，請學(xué)生給出2個數(shù)據(jù)，驗證程序得到正確結(jié)果，提示學(xué)生還需輸入其他的不同的測試數(shù)據(jù)，如:前者大于后者、前者小于后者、前者等于后者，只有輸入各種測試數(shù)據(jù)方能測試程序的多種可能。在學(xué)生對語句“scanf(\"%d%d\"，x，y);”有了直觀的認(rèn)識后解釋此語句的作用，至于格式符、地址符可留在以后解釋，此時只強調(diào)語句的功能，而應(yīng)淡化語法。

(4) 最終的教學(xué)目標(biāo)。

經(jīng)過一次又一次問題的逐級向上，實現(xiàn)了最終的教學(xué)目標(biāo):對分支程序有了一點了解，并了解了數(shù)據(jù)類型。布置作業(yè):由鍵盤任意輸入3個數(shù)據(jù)，輸出其中的最大數(shù)和最小數(shù)，并給學(xué)生一些提示，如果比較2次將如何?

經(jīng)過3個案例的逐級向上的講解，達(dá)到了以下幾個方面的效果:一是讓學(xué)生知道什么是程序，其與數(shù)學(xué)、英語有著較大的聯(lián)系，而這2種知識他們已經(jīng)研習(xí)了數(shù)年;二是達(dá)到了快速入門的目的，避免了傳統(tǒng)教學(xué)方式在基本內(nèi)容上盤帶過多的缺點;三使學(xué)生認(rèn)識到數(shù)據(jù)類型使用不當(dāng)會帶來一定的問題，而問題本身則由后續(xù)的內(nèi)容解決;四是讓學(xué)生熟悉了數(shù)據(jù)加工的一般流程，即說明、輸入、加工、輸出;五是調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，而這正是學(xué)習(xí)每一門課程的關(guān)鍵。

3結(jié)語

教學(xué)設(shè)計所研究的是如何設(shè)計教學(xué)以及怎樣確保效果好、效率高、富有吸引力的教學(xué)的實施，以幫助學(xué)習(xí)者達(dá)到教學(xué)目標(biāo)[2]。教學(xué)設(shè)計理論就是運用促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展的明確指導(dǎo)去改進(jìn)和優(yōu)化教與學(xué)的全過程和結(jié)果的理論[2]。教學(xué)設(shè)計理論可以應(yīng)用于不同層次的教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計，如一門課程、一個單元，甚至一節(jié)課。

教師在進(jìn)行教學(xué)前，應(yīng)仔細(xì)考慮在特定的時間里計劃教學(xué)的內(nèi)容是什么，其次要考慮有哪些可以利用的案例。同時應(yīng)盡可能做到所選案例可以調(diào)動學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的強烈興趣;同時在學(xué)習(xí)過程中及時進(jìn)行強化，并給予學(xué)生鼓勵[3]。

以上是筆者在教學(xué)過程中，根據(jù)教學(xué)設(shè)計理論，具體結(jié)合加涅的學(xué)習(xí)層級說，即按照知識的層次結(jié)構(gòu)，從基本的子概念子技能出發(fā)，逐級向上，逐漸學(xué)習(xí)到高級的知識技能，直到達(dá)到最終的教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計出的第一次課使用的案例。按照這種教學(xué)模式，經(jīng)過多次的使用和改進(jìn)，不僅降低了學(xué)習(xí)的難度，而且增加了學(xué)生的信心和課堂的互動，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，通過一次課即達(dá)到了快速入門的目的。

參考文獻(xiàn):

[1] 加涅. 教學(xué)設(shè)計原理[M]. 5版. 上海:華東師范大學(xué)出版社，2008.

[2] 張劍平. 現(xiàn)代教育技術(shù)[M]. 北京:高等教育出版社，2004.

[3] 李明. 斯金納教學(xué)理論在程序設(shè)計課程中的應(yīng)用[J]. 計算機教育，2008(14):75-76.

Applications of Theory of Learning Hierarchy in Instructional Design

XUAN Shan-li， LI Ming， LENG Jin-lin

(School of Computer and Information， Hefei University of Technology， Hefei 230009 ， China)

Abstract: In this paper， the author based on many years of teaching experience， combined with Gagne’s instructional theory and the theory of learning hierarchy that explored this theory in instructional design of teaching in the specific application.

Key words: Gagne; theory of learning hierarchy; top-down by level; instructional design

(編輯:郭小明)