李忠慧

摘 要： 針對C語言程序設(shè)計(jì)實(shí)踐課程中學(xué)生預(yù)習(xí)不充分，語法知識(shí)不扎實(shí)，遺忘快，編程思維混亂等問題，探討將認(rèn)知結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)理論和KM教學(xué)法相結(jié)合的教學(xué)方法應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)中。文章基于KM教學(xué)法開發(fā)一套C語言程序設(shè)計(jì)課程的分層認(rèn)知結(jié)構(gòu)圖，搭建課程自主學(xué)習(xí)平臺(tái)，提供課程知識(shí)圖譜、預(yù)習(xí)資源、習(xí)題資源。采用過程性考核方式，加大實(shí)驗(yàn)成績所占百分比。教學(xué)實(shí)踐結(jié)果表明，結(jié)合認(rèn)知結(jié)構(gòu)的KM教學(xué)方法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，達(dá)到了較好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 認(rèn)知結(jié)構(gòu)； KM教學(xué)法； 自主學(xué)習(xí)； 知識(shí)圖譜

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2019）03-64-03

The application of cognitive structure combined KM teaching method in C language teaching

Li Zhonghui

（School of Information Engineering， Yancheng Teachers University， Yancheng， Jiangsu 224002， China）

Abstract： In order to solve the problems that students' insufficient preview， inadequate grammar knowledge， fast forgetting and confused programming thinking in C language practice courses， the application of cognitive structure learning theory and KM teaching method in actual teaching is discussed. With KM teaching method， this paper develops a series of hierarchical cognitive structure graph of C language programming course， builds an autonomous learning platform， and provides curriculum knowledge graph， preview resources， exercise resources， and uses process assessment method to increase the percentage of the experiments. Through teaching practice， KM teaching method combined with cognitive structure stimulates students' learning enthusiasm and achieves better experimental teaching effect.

Key words： cognitive structure； KM teaching method； autonomous learning； knowledge graph

0 引言

“C語言程序設(shè)計(jì)”是我校數(shù)學(xué)、物理相關(guān)專業(yè)開設(shè)的一門通識(shí)課程，具有較強(qiáng)的理論性、實(shí)踐性和創(chuàng)造性。該課程計(jì)劃授課96課時(shí)，其中理論64課時(shí)，實(shí)驗(yàn)32課時(shí)。實(shí)驗(yàn)課時(shí)較少。普遍存在這些現(xiàn)象：部分學(xué)生課前不預(yù)習(xí)，課后不及時(shí)復(fù)習(xí)，遺忘快，上課能理解老師講解的內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)課，做講過的習(xí)題，就變成練習(xí)打字，做稍微變換的習(xí)題，就編程思維混亂。很多學(xué)生把實(shí)驗(yàn)課用來檢驗(yàn)理論課中例題。這樣實(shí)踐教學(xué)不能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生編程和調(diào)試程序的能力。在實(shí)際教學(xué)時(shí)，我們應(yīng)充分發(fā)揮教師“導(dǎo)”的作用，利用一些好的教學(xué)措施提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，鼓舞學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的信心，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手編程的能力，為學(xué)生后續(xù)的專業(yè)學(xué)習(xí)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

1 結(jié)合認(rèn)知結(jié)構(gòu)的KM教學(xué)法

認(rèn)知結(jié)構(gòu)是指學(xué)生在某一學(xué)科的特殊知識(shí)領(lǐng)域的全部內(nèi)容及其組織[1]。美國心理學(xué)家奧蘇貝爾強(qiáng)調(diào)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重要性，認(rèn)為學(xué)習(xí)過程是將已有的內(nèi)部的知識(shí)組織結(jié)構(gòu)與新的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)相結(jié)合的過程。奧蘇貝爾系統(tǒng)地闡述了認(rèn)知結(jié)構(gòu)及其與課堂學(xué)習(xí)的關(guān)系。學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)會(huì)影響新的學(xué)習(xí)，如果對新的學(xué)習(xí)起促進(jìn)作用，則稱為學(xué)習(xí)的正遷移；如果起干擾或抑制作用，則稱為學(xué)習(xí)的負(fù)遷移。

KM教學(xué)法是楊炳儒教授在2009年提出的教學(xué)方法，在頂層，列出課程知識(shí)邏輯結(jié)構(gòu)（Knowledge Logic Structure） 的總體框架。在中間層用思維形式注記圖來表示每一章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)，在底層將每個(gè)層次的各知識(shí)點(diǎn)注記圖又相互聯(lián)系，形成一個(gè)知識(shí)系統(tǒng)[2-3]。

本文在認(rèn)知結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)理論的基礎(chǔ)上，采用KM教學(xué)法，開發(fā)一套C語言程序設(shè)計(jì)課程知識(shí)認(rèn)知結(jié)構(gòu)圖。本套圖冊分為三層，頂層是課程知識(shí)的總體框架圖，中間層是各知識(shí)點(diǎn)思維導(dǎo)圖，底層是每一層知識(shí)點(diǎn)關(guān)系圖。這套圖冊利用自主學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)布，幫助學(xué)生建立良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，促進(jìn)知識(shí)學(xué)習(xí)正遷移。

2 課程認(rèn)知結(jié)構(gòu)圖的開發(fā)與應(yīng)用

2.1 課程認(rèn)知結(jié)構(gòu)圖的開發(fā)

本文按知識(shí)點(diǎn)由易到難的順序，將課程內(nèi)容分為三個(gè)層次。圖1是C語言知識(shí)的總體框架圖，是頂層總體框架圖，旨在給學(xué)生介紹本課程的教學(xué)內(nèi)容及各知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系，為學(xué)生建立良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。實(shí)際授課時(shí)，按照圖1的三個(gè)層次依次遞進(jìn)教學(xué)。

認(rèn)知結(jié)構(gòu)圖的中間層是由每一章各知識(shí)點(diǎn)的思維導(dǎo)圖組成。思維導(dǎo)圖易于呈現(xiàn)分類知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)系，利于學(xué)生記憶和理解，供學(xué)生隨時(shí)查閱各知識(shí)點(diǎn)的語法。為方便學(xué)生理解各知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了相關(guān)案例的交互式動(dòng)畫。設(shè)計(jì)這些案例時(shí)，融合計(jì)算思維的特征[4-5]，將編程分為六個(gè)小任務(wù)：問題分析、問題抽象、歸納分解、算法初步描述、算法細(xì)化、編程語言實(shí)現(xiàn)。學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)只有正確完成當(dāng)前任務(wù)后才能進(jìn)入下一任務(wù)的學(xué)習(xí)。最終通過多次查閱強(qiáng)化已有的課程認(rèn)知結(jié)構(gòu)，通過案例學(xué)習(xí)，理清編程思路，提高編程思維能力和分析問題解決問題的能力。

認(rèn)知結(jié)構(gòu)圖的底層是由每一層的編程思維知識(shí)總圖和細(xì)化圖以及本層知識(shí)點(diǎn)關(guān)系導(dǎo)圖組成。編程思維知識(shí)圖是以編程思維的邏輯方式，將本層的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)再次聯(lián)系起來。圖2是第一層的各知識(shí)點(diǎn)按照編程思維方式組織的總圖。學(xué)生在編程時(shí)，可按照此圖從上到下確定本題的語句，對于語法知識(shí)還沒完全掌握的，可進(jìn)一步查閱細(xì)化圖。這便于學(xué)生系統(tǒng)化的復(fù)習(xí)，理清編程思路，提高其編程能力，對進(jìn)一步學(xué)習(xí)下一層新知識(shí)起促進(jìn)作用。

2.2 課程認(rèn)知結(jié)構(gòu)圖的應(yīng)用平臺(tái)

本系統(tǒng)發(fā)布在已有的課程自主學(xué)習(xí)平臺(tái)上，成為自主學(xué)習(xí)平臺(tái)的子模塊。要求學(xué)生在每次上課前完成對應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的預(yù)習(xí)任務(wù)。由于各個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力不同，所以任務(wù)發(fā)布時(shí)間是課程開設(shè)日期，而結(jié)束時(shí)間是按本學(xué)期授課計(jì)劃上對應(yīng)知識(shí)授課日期的前一天。督促學(xué)生課前預(yù)習(xí)。對于學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生可以自主提前學(xué)習(xí)。為了提高學(xué)生完成預(yù)習(xí)任務(wù)的積極性，把預(yù)習(xí)任務(wù)的完成情況納入到實(shí)驗(yàn)平時(shí)成績考核中。這樣，在實(shí)驗(yàn)課上，學(xué)生已具備當(dāng)前內(nèi)容的理論基礎(chǔ)，有一定的編程思路。課堂時(shí)間主要花在算法實(shí)現(xiàn)和程序調(diào)試上，這對學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的提升大有益處。

2.3 實(shí)施效果評價(jià)

⑴ 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本文對本校物理專業(yè)的兩個(gè)班級(jí)（171班57人，172班61人）進(jìn)行教學(xué)實(shí)施，評價(jià)結(jié)合認(rèn)知結(jié)構(gòu)的KM教學(xué)法的教學(xué)實(shí)施效果。根據(jù)控制變量法原則，在實(shí)施教學(xué)時(shí)，兩個(gè)班級(jí)教材、教師、計(jì)劃授課時(shí)和教學(xué)進(jìn)度安排全部相同，171班學(xué)生通過平臺(tái)學(xué)習(xí)認(rèn)知結(jié)構(gòu)圖，按期完成預(yù)習(xí)任務(wù)。172班按傳統(tǒng)授課方式教學(xué)，按期布置預(yù)習(xí)任務(wù)。

課程教學(xué)內(nèi)容按難易程度分為三層，在每一層次授課完成后對兩組學(xué)生就本層內(nèi)容進(jìn)行編程測試。每次編程測試3題，所選題目都是沒有在課堂講過、練過的習(xí)題，防止學(xué)生死記代碼。測試按難易度規(guī)定完成時(shí)間分別為45、60和100分鐘。記下規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成的題目數(shù)。最后比對學(xué)生測驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)期末成績。

⑵ 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

兩個(gè)班級(jí)的測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1所示。171班學(xué)生整體編程實(shí)踐能力要高于172班學(xué)生。期末實(shí)驗(yàn)成績比對中171班的優(yōu)秀率和平均成績要明顯高于172班。

3 結(jié)束語

C語言實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生分析問題，歸納抽象問題，利用C語言解決實(shí)際問題的能力。本文頂層采用KM圖描述課程的認(rèn)知結(jié)構(gòu)圖，中間層采用知識(shí)點(diǎn)的思維導(dǎo)圖，底層采用知識(shí)點(diǎn)關(guān)系圖的三層模式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。教學(xué)實(shí)踐證明，采用該模式可以提高C語言實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，可以幫助學(xué)生建立起良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，為今后其他課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。今后，將為系統(tǒng)開發(fā)手機(jī)端平臺(tái)，讓學(xué)生把C語言“字典”隨身帶，更方便他們的學(xué)習(xí)。

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