支架式理論在計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)中的應(yīng)用研究

孫亮

摘 ?要：計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課是計(jì)算機(jī)專業(yè)群公共基礎(chǔ)課程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題分析和思維提升等能力有著重要支撐作用。鑒于此，探索調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀能動(dòng)性和有效更新實(shí)踐教學(xué)范式就顯得尤為重要。支架式理論高度契合了計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課的培養(yǎng)初衷，為之提供了規(guī)范化教學(xué)操作流程，規(guī)避了傳統(tǒng)課程的教學(xué)弊端。本文基于支架式教學(xué)理論，探究在計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課教學(xué)中如何搭建腳手架和創(chuàng)造學(xué)習(xí)情境，討論怎樣培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能動(dòng)性和獨(dú)立探索能力。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課;支架式理論;腳手架;學(xué)習(xí)情境;評(píng)價(jià)機(jī)制

中圖分類號(hào)：G434 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-4437（2020）03-0049-03

計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課是一門提升大學(xué)生計(jì)算機(jī)編程能力的主干課程，是學(xué)習(xí)VB程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、C語(yǔ)言等課程的基礎(chǔ)。對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)等相關(guān)專業(yè)知識(shí)的欠缺極大影響了其對(duì)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)興趣，自身主觀能動(dòng)性受其影響難以發(fā)揮[1]。計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課具有邏輯性強(qiáng)、抽象程度高等特點(diǎn)，使得學(xué)習(xí)者難以快速地熟悉課程知識(shí)點(diǎn)，大概率阻滯程序設(shè)計(jì)能力的提升，實(shí)際教學(xué)呈現(xiàn)“教師難教，學(xué)生難學(xué)”的二難境地。通過(guò)引入支架式教學(xué)理論，在課程教學(xué)過(guò)程中搭建概念框架，能幫助學(xué)生鍛煉算法思維，營(yíng)造良好的課堂教學(xué)生態(tài)環(huán)境，為學(xué)生更好的工作與學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)[2]。

一、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)問(wèn)題分析

如今互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、人工智能以及物聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)如火如荼，對(duì)于信息技術(shù)的研發(fā)和計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的需求呈現(xiàn)幾何級(jí)增長(zhǎng)，作為基礎(chǔ)程序開發(fā)的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課就顯得尤為重要。該課程是計(jì)算機(jī)類專業(yè)的公共基礎(chǔ)課，能夠促進(jìn)學(xué)生逐漸形成程序設(shè)計(jì)思維，逐步擁有程序設(shè)計(jì)能力，為學(xué)習(xí)更高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言和研發(fā)各類程序提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

然而，在實(shí)際教學(xué)中，教師無(wú)法擺脫傳統(tǒng)教學(xué)模式的窠臼，熱衷于依托教材進(jìn)行說(shuō)教式傳授，理論教學(xué)有余，實(shí)驗(yàn)教學(xué)嚴(yán)重不足，這極易阻礙理性思維能力弱、專業(yè)基礎(chǔ)差的學(xué)習(xí)者對(duì)對(duì)程序設(shè)計(jì)的建構(gòu)和發(fā)散能力的培養(yǎng)，更談不上實(shí)際開發(fā)與應(yīng)用，嚴(yán)重挫傷學(xué)生深入學(xué)習(xí)的積極性。當(dāng)前，該課程教學(xué)問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

首先是課程教學(xué)缺乏親和力。構(gòu)建融洽暢通的教與學(xué)良好生態(tài)學(xué)習(xí)環(huán)境，興趣是調(diào)和教學(xué)關(guān)系的核心要素，也是提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)水平的內(nèi)生動(dòng)力。計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課作為公共基礎(chǔ)性課程幾乎涵蓋所有理工類專業(yè)，因而應(yīng)充分考量各專業(yè)的不同學(xué)情。傳統(tǒng)“一刀切”教學(xué)模式十分不利于非計(jì)算機(jī)類專業(yè)的理科生，其在思維能力和情感需求等方面是準(zhǔn)備不足的，又加以課程本身的晦澀難懂，學(xué)生融入該課程學(xué)習(xí)將非常困難。

其次是知識(shí)結(jié)構(gòu)不明晰。該課程主要講述計(jì)算機(jī)語(yǔ)言程序的設(shè)計(jì)和算法控制，知識(shí)點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)密切、邏輯嚴(yán)密。傳統(tǒng)教學(xué)依據(jù)教材，按部就班進(jìn)行知識(shí)傳授，重在單點(diǎn)知識(shí)的講解，忽略知識(shí)點(diǎn)之間關(guān)系，缺少章節(jié)之間的邏輯關(guān)聯(lián)架構(gòu)，使學(xué)生難以建立起宏觀的層次分明的課程脈絡(luò)，導(dǎo)致無(wú)法養(yǎng)成系統(tǒng)性、工程性的思維方式，難以做到對(duì)新舊知識(shí)的融會(huì)貫通，知識(shí)體系較為零散。

最后是實(shí)踐教學(xué)管理的缺位。學(xué)生在學(xué)習(xí)上天然依附于教師，學(xué)習(xí)惰性滋生，在基礎(chǔ)知識(shí)、思維能力以及操作水平等方面的欠缺制約了其對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的整體把控，計(jì)算機(jī)語(yǔ)言程序調(diào)試失誤率常常處于高值?；谠撜n程的特殊性，授課教師扮演著至關(guān)重要的角色，實(shí)驗(yàn)前要梳理理論知識(shí)框架結(jié)構(gòu)，現(xiàn)實(shí)中這個(gè)環(huán)節(jié)是執(zhí)行不到位的。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師要強(qiáng)化督學(xué)和溝通，關(guān)注學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)，然而實(shí)際情況是，學(xué)生在進(jìn)行編程實(shí)踐時(shí)，傾向于通過(guò)復(fù)制教材中的編程代碼開展實(shí)驗(yàn)，缺乏自主創(chuàng)新，且只對(duì)單點(diǎn)驗(yàn)證操作，難以對(duì)系統(tǒng)知識(shí)做到融會(huì)貫通，割裂了編程語(yǔ)言的整體性和連續(xù)性，限制了學(xué)生的發(fā)散性思維。實(shí)驗(yàn)后也鮮見(jiàn)實(shí)驗(yàn)教師以問(wèn)題為導(dǎo)向?qū)?shí)驗(yàn)失誤率較高的難點(diǎn)進(jìn)行分析講解。

二、關(guān)于支架式教學(xué)理論

支架式教學(xué)是以維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)理論”為基礎(chǔ)，通過(guò)“概念框架”（conceptual framework）的支撐作用，圍繞學(xué)科知識(shí)范疇，構(gòu)建學(xué)習(xí)過(guò)程“腳手架”（Scaffolding），將學(xué)習(xí)者引入框架情境，按照框架節(jié)點(diǎn)，以獨(dú)立探索和與他人協(xié)作學(xué)習(xí)的方式，共同完成全部學(xué)習(xí)過(guò)程?！白罱l(fā)展區(qū)”理論主要是解決問(wèn)題的實(shí)際發(fā)展水平與其對(duì)應(yīng)的外界幫助下潛在發(fā)展水平兩種發(fā)展?fàn)顟B(tài)之間構(gòu)成的距離[3]，也就是在學(xué)習(xí)者“現(xiàn)在發(fā)展區(qū)”（第一水平）和“潛在發(fā)展區(qū)”（第二水平）之間搭建學(xué)習(xí)支架，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者知識(shí)習(xí)得和認(rèn)知水平的跨越，因此支架式教學(xué)理論強(qiáng)調(diào)始終走在學(xué)生智力發(fā)展的前面，起著至關(guān)重要的引領(lǐng)作用。

支架式教學(xué)核心環(huán)節(jié)是“腳手架”的搭建?！澳_手架”的形式具有多樣性，諸如圖表支架、范例支架、向?qū)еЪ堋⒐ぞ咧Ъ艿鹊?，這為不同課程教學(xué)的個(gè)性化需求提供了選擇的空間。通過(guò)引入不同類型的“腳手架”為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)所需要的個(gè)性定制范式，打通已有的知識(shí)概念和預(yù)期教學(xué)目標(biāo)之間的阻隔，進(jìn)而使得學(xué)習(xí)者科學(xué)便捷地正確認(rèn)知事物的本質(zhì)屬性、發(fā)展規(guī)律以及內(nèi)在聯(lián)系，在不斷的學(xué)習(xí)中自主搭建個(gè)人知識(shí)體系。教師是搭建“腳手架”的關(guān)鍵角色，需要對(duì)所授課程的知識(shí)框架進(jìn)行歸納與重構(gòu)，在此基礎(chǔ)上細(xì)致規(guī)劃教學(xué)實(shí)施整個(gè)進(jìn)程，在重要知識(shí)節(jié)點(diǎn)提供學(xué)習(xí)支架，幫助學(xué)生快速理解所學(xué)知識(shí)。因此，支架式教學(xué)過(guò)程就是對(duì)晦澀難懂課程的解構(gòu)與重構(gòu)的過(guò)程，善于把復(fù)雜的教學(xué)內(nèi)容分解，通過(guò)螺旋式循序漸進(jìn)的方式引領(lǐng)學(xué)習(xí)者掌握知識(shí)。

支架式教學(xué)理論凸顯外因?qū)W(xué)習(xí)的推動(dòng)作用，通過(guò)支架的支撐，個(gè)體學(xué)習(xí)能力得到提高，促使學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生量的擴(kuò)充和質(zhì)的改變。量的擴(kuò)充體現(xiàn)在新刺激、新問(wèn)題、新知識(shí)不斷納入學(xué)習(xí)者自身原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)中，以達(dá)到水乳交融、兼容并蓄的情形，整體認(rèn)知結(jié)構(gòu)處于相對(duì)平衡狀態(tài);質(zhì)的改變則是當(dāng)認(rèn)知出現(xiàn)沖突或者現(xiàn)有認(rèn)知水平不能同化新問(wèn)題、新知識(shí)時(shí)，將會(huì)誘發(fā)原有知識(shí)結(jié)構(gòu)的重組，從而導(dǎo)致平衡被破壞，需要不斷修繕，以達(dá)到新的平衡狀態(tài)，呈現(xiàn)為原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的瓦解和新范式的誕生。

三、支架式教學(xué)方法在計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課中的應(yīng)用

（一）搭建有效的“腳手架”

計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課具有抽象性和系統(tǒng)性的特點(diǎn)，大多數(shù)學(xué)習(xí)內(nèi)容都是結(jié)構(gòu)化編程語(yǔ)言，其語(yǔ)法結(jié)構(gòu)及調(diào)試應(yīng)用對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力提出了考驗(yàn)。教師需要在掌握學(xué)生“最近發(fā)展區(qū)”的基礎(chǔ)上，完成“概念框架”的解構(gòu)與重建，開始搭建符合學(xué)情的學(xué)習(xí)支架。具體來(lái)說(shuō)，將計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言中難以理解的的結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句按照知識(shí)點(diǎn)的邏輯結(jié)構(gòu)逐級(jí)搭建，使其形成邏輯清晰、知識(shí)點(diǎn)明確、構(gòu)建層次分明的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系。關(guān)鍵要在重要學(xué)習(xí)節(jié)點(diǎn)置入“腳手架”，借助“腳手架”的支撐作用幫助學(xué)生逐級(jí)理解知識(shí)難點(diǎn)，直至掌握復(fù)雜的結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句。

具體來(lái)說(shuō)，就是將編程語(yǔ)言中的結(jié)構(gòu)化語(yǔ)句按照理解、掌握和運(yùn)用三個(gè)預(yù)期目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)任務(wù)分解，依靠學(xué)生已熟知的漢語(yǔ)句法范式重構(gòu)不熟悉的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，以隱喻的方式搭建計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的“腳手架”，例如將計(jì)算機(jī)語(yǔ)言映射為漢語(yǔ)中的字、詞、句等結(jié)構(gòu)，基于對(duì)母語(yǔ)的天然親近，學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)化程序語(yǔ)言的接受度得到很大提高，為規(guī)避教學(xué)誤區(qū)、增進(jìn)教與學(xué)親和力奠定了基礎(chǔ)。借助搭建的概念框架使學(xué)生以最直觀的方式發(fā)散思維，在運(yùn)用理性邏輯思維的過(guò)程中逐漸形成基礎(chǔ)知識(shí)的構(gòu)建。

（二）創(chuàng)造合適的學(xué)習(xí)情境

學(xué)習(xí)情境是支架式課程教學(xué)的基本要素，是基于現(xiàn)實(shí)生活擷取和選擇的應(yīng)用問(wèn)題和場(chǎng)景。這樣的學(xué)習(xí)情境必須同知識(shí)建構(gòu)體系緊密關(guān)聯(lián)，讓學(xué)習(xí)者在此類情境中體驗(yàn)知識(shí)的發(fā)現(xiàn)、識(shí)讀、應(yīng)用、升華等，領(lǐng)悟知識(shí)在生活中的意義，從而激發(fā)學(xué)習(xí)者的主觀能動(dòng)性，進(jìn)一步促進(jìn)理論向?qū)嵺`轉(zhuǎn)化。

學(xué)習(xí)“腳手架”需要在某個(gè)情境中展開，且不同類型的“腳手架”需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)不同情境，因此，情境的創(chuàng)設(shè)必須緊緊抓住不同教學(xué)主題的特性。計(jì)算機(jī)語(yǔ)言比較抽象晦澀，初學(xué)者往往學(xué)習(xí)起來(lái)十分困難，這就需要通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生在身臨其境中輕松愉快地了解函數(shù)、字符等概念及其應(yīng)用，例如通過(guò)設(shè)計(jì)大家都熟悉的乘法口訣表來(lái)學(xué)習(xí)“For循環(huán)”，來(lái)體會(huì)該循環(huán)的變量、語(yǔ)句和不同表達(dá)式，代碼如下：

#include

int main（）

{int i，j;for（i=1;i<=9;i++）

{for（j=1;j<=i;j++）

{printf（"%d*%d=%d "，i，j，i*j）;}

printf（"＼n"）;}

return 0;}

計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)要解決的問(wèn)題與現(xiàn)實(shí)生活的結(jié)合十分緊密，教師應(yīng)當(dāng)從中選擇經(jīng)典且富有趣味的現(xiàn)實(shí)案例，創(chuàng)設(shè)適應(yīng)“腳手架”的學(xué)習(xí)情境，讓學(xué)習(xí)者在快樂(lè)中完成知識(shí)的遷移和應(yīng)用。

（三）培養(yǎng)獨(dú)立的探索能力

獨(dú)立探索能力是支架式教學(xué)模式的核心教學(xué)目標(biāo)。教師充當(dāng)引導(dǎo)者的角色，給予學(xué)生充分的自主探究空間和時(shí)間，盡量減少非必要的干預(yù)和制約。概念框架確立之后，學(xué)生自主學(xué)習(xí)過(guò)程基本可以分為兩個(gè)階段。

第一階段是以概念框架作為探索學(xué)習(xí)的基本支架，圍繞某個(gè)知識(shí)節(jié)點(diǎn)，學(xué)習(xí)者逐漸完成對(duì)程序設(shè)計(jì)知識(shí)的自我建構(gòu)，這個(gè)過(guò)程充分體現(xiàn)學(xué)習(xí)主體的主觀能動(dòng)性。初始掌握資料是有限的，迫使學(xué)習(xí)者補(bǔ)充完善資料，接著對(duì)資料進(jìn)行初級(jí)分析處理，再進(jìn)一步進(jìn)行資料補(bǔ)充分析，最終勾勒出完整的知識(shí)體系。例如IF和ELSE語(yǔ)句，首先要掌握順序結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)的區(qū)別，了解IF“如果”和ELSE“否則”的概念意義，進(jìn)一步掌握在不同判斷條件下“語(yǔ)句塊”的執(zhí)行，再進(jìn)一步掌握單一“IF語(yǔ)句”“IF ELSE語(yǔ)句”以及“IF語(yǔ)句的嵌套”等所有結(jié)構(gòu)類型。

第二階段以具體任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，在實(shí)踐過(guò)程中將知識(shí)體系學(xué)以致用。例如用IF和ELSE語(yǔ)句，篩選是否可以使用網(wǎng)絡(luò)游戲軟件的人群，學(xué)習(xí)者首先要找到關(guān)鍵條件，即“age>=18”，然后依據(jù)是否符合此條件，執(zhí)行不同的自行設(shè)定的語(yǔ)句。這個(gè)過(guò)程，十分考驗(yàn)學(xué)習(xí)者對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)邏輯順序的把握以及不同語(yǔ)句塊的編輯能力，學(xué)習(xí)者需要不斷修改與調(diào)試，才能完成整個(gè)代碼的有效執(zhí)行。

支架式教學(xué)是融合“最近發(fā)展區(qū)”和建構(gòu)主義理論的實(shí)踐性教學(xué)模式，其通過(guò)搭建學(xué)習(xí)者當(dāng)前發(fā)展區(qū)和潛在發(fā)展區(qū)之間的“腳手架”，創(chuàng)設(shè)同知識(shí)點(diǎn)高度契合的學(xué)習(xí)環(huán)境，以案例式教學(xué)、獨(dú)立探索、協(xié)助合作等多種方式促進(jìn)學(xué)習(xí)者主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)技能，從而讓其在不斷的循環(huán)調(diào)試中提高自身學(xué)習(xí)能力，成為獨(dú)立自律的學(xué)習(xí)者。本文在支架教學(xué)效果評(píng)價(jià)方面尚需要開展進(jìn)一步研究，支架理論的創(chuàng)建目的是促進(jìn)學(xué)生對(duì)復(fù)雜抽象知識(shí)的有效掌握，支架搭建、情境創(chuàng)設(shè)、學(xué)習(xí)完成度以及學(xué)習(xí)過(guò)程中自主學(xué)習(xí)能力、溝通協(xié)作能力等方面是否達(dá)標(biāo)，需要構(gòu)建科學(xué)的評(píng)價(jià)機(jī)制進(jìn)行考量。

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