論盲人摸象帶給計(jì)算機(jī)教育的新思維

阮宏瑋 李 華 邢海峰

摘要:本文針對(duì)計(jì)算機(jī)教學(xué)的難點(diǎn)和普遍存在的重理輕文傾向,以盲人摸象的新解另辟蹊徑,提出教學(xué)過程中應(yīng)注重結(jié)合文、哲等學(xué)科以提升教學(xué)效果,實(shí)踐教學(xué)證明,這樣的思維方式有益于啟發(fā)學(xué)生的跳躍思維,對(duì)傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)教育有一定的啟示意義。

關(guān)鍵詞:盲人摸象;重理輕文;新思維

中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

1引言

隨著計(jì)算機(jī)學(xué)科的發(fā)展進(jìn)步,各種新穎的技術(shù)蓬勃發(fā)展,吸引了越來(lái)越多學(xué)校的教師、學(xué)生關(guān)注,競(jìng)爭(zhēng)的資本相應(yīng)地演變?yōu)榫唧w技術(shù)掌握多少的評(píng)比。為了使學(xué)生在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出,也就迫切要求學(xué)校努力跟進(jìn)比拼,在不斷追逐的過程中,計(jì)算機(jī)的教與學(xué)之間暴露了一些不平衡現(xiàn)象。

對(duì)于教師而言,由于其本身素質(zhì)積淀,直接獲取信息能力、理解能力都比較強(qiáng),從技術(shù)到技術(shù)的過渡并不需要很大周折。相對(duì)于教師全面綜合地教授,對(duì)學(xué)生來(lái)說,其自身能力有限,底子薄,甚至于沒有任何基礎(chǔ)知識(shí),直接接觸、吸收消化起來(lái)就會(huì)感到艱澀,直接從技術(shù)層面入手困難重重,許多學(xué)生經(jīng)過幾年學(xué)習(xí)依舊跨不過門檻,實(shí)際動(dòng)手能力很弱。

是什么導(dǎo)致了這樣的結(jié)果?應(yīng)該承認(rèn),教師在每節(jié)課前都會(huì)精心準(zhǔn)備,力求生動(dòng)細(xì)致,融會(huì)貫通,講授必盡心竭力。但每門課程都會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣的現(xiàn)象,學(xué)生的入門過程及靈活實(shí)踐是困難的。比如,在講解C++語(yǔ)言編程的時(shí)候,一個(gè)首先的問題就是如何認(rèn)識(shí)編程語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類型。一般講授時(shí)都會(huì)把它作為一個(gè)重點(diǎn)反復(fù)闡述,而學(xué)生雖在數(shù)學(xué)課上學(xué)了不少的數(shù),也知道有整數(shù)、小數(shù)等等之分,但仍舊被計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中的數(shù)據(jù)類型弄得一頭霧水,不知所以。最后導(dǎo)致徘徊在門外很久,即便入門,很多學(xué)生很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)也都是“機(jī)械的”,“短視的”。本文針對(duì)這一教學(xué)實(shí)踐碰到的普遍問題,試圖通過探討新的思維教學(xué)方法以改善教學(xué)效果。

2盲人摸象的新思維

2.1新解盲人摸象

盲人摸象,出自《大般涅槃經(jīng)》三二:“其觸牙者即言象形如蘆菔根,其觸耳者言象如箕,其觸頭者言象如石,其觸鼻者言象如杵,其觸腳者言象如木臼,其觸脊者言象如床,其觸腹者言象如甕,其觸尾者言象如繩?！边@個(gè)典故的大意是幾個(gè)盲人將大象理解為他接收的信息所表達(dá)的樣子,比喻對(duì)事物只憑片面的了解或局部的經(jīng)驗(yàn)就亂加猜測(cè),試圖作出全面的判斷。

這里,讓我們換一個(gè)角度,重新審視這個(gè)成語(yǔ)的含義。首先,暫且摘去其貶義詞的帽子,回歸它的本源,就是簡(jiǎn)單的一件事情:幾個(gè)盲人觸摸大象,感受信息,表達(dá)理解。大象,作為一種客觀存在,它本身所具有的性質(zhì)已經(jīng)固化了,并不為外界的思維所決定。下面就是我們認(rèn)識(shí)大象的過程了,這個(gè)認(rèn)識(shí)過程自然是包含對(duì)錯(cuò)多少的問題了。幾個(gè)盲人各自按照自己不同的視角,接收信息,得出了各自認(rèn)為正確的結(jié)論。這里還要注意一類人,在這個(gè)故事當(dāng)中,視力正常的人,在哄然大笑的同時(shí)也表達(dá)了他們的想法,那就是大象似乎應(yīng)該是幾個(gè)盲人結(jié)論的有機(jī)綜合才更合適一些,這樣的結(jié)論才更靠譜。結(jié)果,這個(gè)成語(yǔ)就被視力正常的人引為片面觀察的典范!其實(shí),這個(gè)摸象的過程還可以繼續(xù)深入下去,給視力正常的人空個(gè)位置出來(lái),也請(qǐng)下場(chǎng)摸摸,說說大象“如”“何”?恐怕這個(gè)問題也并不好回答。把所有盲人的感受都綜合了就是對(duì)了?好像是了。那對(duì)了多少?還有多少?zèng)]說清的?啥時(shí)候能說清?有個(gè)答案倒是似乎更貼切一些,大象就是大象,四不像。另外的一個(gè)表述會(huì)更玄妙一些,“大音希聲,大象無(wú)形”。明眼人都朦朧著,還苛求盲人看清么?那大象到底像什么?只有天知道!

現(xiàn)在,請(qǐng)?zhí)鲞@個(gè)有些讓人陷入詭辯的圈子,停止可能無(wú)休止的爭(zhēng)論,回到現(xiàn)實(shí)認(rèn)識(shí)的角度簡(jiǎn)單梳理一下。其實(shí),從上面的分析可以看出,各色人群都給出了基于自身視角的判斷,這些判斷都有一定的依據(jù),不能說其完全對(duì)錯(cuò)。站在某個(gè)角度看,這個(gè)判斷恰恰是一種正確的體現(xiàn),是有閃光之處的。這個(gè)閃光點(diǎn)在一定條件之下也是可以為我所用的。

2.2解困教學(xué)難點(diǎn)

如果上面的新解能夠被接受的話,那么回到前文提到的教學(xué)難點(diǎn),還是以對(duì)數(shù)據(jù)類型的理解作為突破口。以往的教學(xué)過程中,講授著重是從計(jì)算機(jī)的觀點(diǎn)入手,依托已有的數(shù)學(xué)知識(shí),硬性地將數(shù)據(jù)類型向現(xiàn)實(shí)模型需求映射的角度理解,有些還是語(yǔ)焉不詳。對(duì)于教師這是再自然不過的事情了,但對(duì)于學(xué)生則是一件痛苦的事情。剛學(xué)習(xí)編程的學(xué)生大多沒有任何基礎(chǔ),對(duì)于事物的理解多是基于現(xiàn)實(shí)模型的,而計(jì)算機(jī)入門突出的一點(diǎn)就是向機(jī)器學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)它的思維模式,將人腦中所理解的思維模型映射為機(jī)器可以理解的編程模型,這個(gè)是需要功底火候的,并不是一朝一夕就可以解決的。而講授的時(shí)候要求其從需求直接往類型上過渡,多數(shù)學(xué)生都要經(jīng)歷一定的時(shí)間,有些是死搬硬套,就著一鍋夾生飯吃了下去;還有一些則始終不得要領(lǐng),最后簡(jiǎn)單地斗爭(zhēng)在了編程怎么會(huì)有這么多不可思議的類型上了。一些學(xué)生從這里開始就感覺計(jì)算機(jī)編程并沒有想象中的那么有意思而逐漸拉開了距離。

教與學(xué)之間的差距是怎么產(chǎn)生的呢?這里拐個(gè)彎兒,先看看教材是如何編寫的吧。大部分編程的教程,其立足的基點(diǎn)都是有經(jīng)驗(yàn)的作者千錘百煉提純而后生成的結(jié)果。為避免繁復(fù)使學(xué)生陷入混亂,為什么定義數(shù)據(jù)類型等探討本質(zhì)源泉的知識(shí)統(tǒng)統(tǒng)都被抹掉了,留下的僅是思考后的結(jié)果。這在編寫教材的角度是可以理解的,畢竟不能苛求它一網(wǎng)打盡。下面就是講授階段了。教師在講授的時(shí)候,站立的源點(diǎn)是已經(jīng)有了數(shù)據(jù)類型,要做的就是講授數(shù)據(jù)類型的用處和怎么用。如果回憶一下自身的感受,可能會(huì)發(fā)現(xiàn),當(dāng)初就是這樣走過來(lái)的,思想斗爭(zhēng)了一段也就接受了,再往前往深似乎是無(wú)意識(shí)的過濾掉了。當(dāng)初的學(xué)習(xí)歷程就是這樣,現(xiàn)在的講授歷程也就是這樣,以后的學(xué)習(xí)歷程就還是這樣。

講授的書定了,講授的對(duì)象定了,那差距就要從講授的人身上找了。如果以往的教學(xué)方法效果不佳的話,換個(gè)思維也許會(huì)好些?，F(xiàn)在重新來(lái)認(rèn)識(shí)下我們的老朋友,數(shù)據(jù)類型。

為什么要有數(shù)據(jù)類型?類型是對(duì)系統(tǒng)的實(shí)體的一種抽象,它描述了某種實(shí)體的基礎(chǔ)特性,包括值的表示以及對(duì)該值的操作。這個(gè)定義高度概括了類型的本質(zhì)。和現(xiàn)實(shí)事物對(duì)比,這個(gè)概念不難理解。如果這個(gè)容易的話,看看下面的問題。為什么要有這么多不同的數(shù)據(jù)類型?為什么要有長(zhǎng)度限制?……最后,為什么不能沒有數(shù)據(jù)類型或者有個(gè)省事的方法,想什么就是什么,不要讓程序員受累?大概最后一個(gè)問題的答案才是學(xué)習(xí)C++語(yǔ)言的學(xué)生最希望的。

所有這些問題的答案可以試試采用盲人摸象的思維方式來(lái)思考。從計(jì)算機(jī)的角度看,所有的信息都采用0、1組成的二進(jìn)制流表達(dá)。面對(duì)滾滾而來(lái)的二進(jìn)制流,如何才能明白它的意思?這首先就是一個(gè)切分的問題。切分之后,又該如何理解這些一段又一段的片段呢?所有這些就好比是大象,客觀地?cái)[在那里,如何認(rèn)識(shí)就看理解方式了。這時(shí)就需要一個(gè)視角,即以什么樣的視角來(lái)認(rèn)識(shí)問題。一般,我們?cè)诙x時(shí)就指定了視角,也就是數(shù)據(jù)類型。接下來(lái)所有的操作都按照這個(gè)視角去理解。如果有什么需求的話,還有強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)化,這恰好是從另一個(gè)視角來(lái)看待,如果在精度范圍內(nèi)那就相當(dāng)于看對(duì)了,反之就是看偏了。再想想C++的重要特征,繼承與多態(tài)。子類與父類相互轉(zhuǎn)換也可以理解為對(duì)于同一實(shí)體的不同視角。如果可以轉(zhuǎn)換就是對(duì)了,否則就是類型匹配出錯(cuò)。現(xiàn)在換個(gè)新穎的角度。在并行編程庫(kù)MPI,提供了許多適合于數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖远x數(shù)據(jù)類型。發(fā)送者和接收者在進(jìn)行消息傳遞的時(shí)候,并不需要類型嚴(yán)格匹配,相反,只要能保證數(shù)據(jù)正常傳遞,雙方完全可以按照各自所定義的類型去看待數(shù)據(jù)。再來(lái)更廣泛地看看數(shù)據(jù)類型的發(fā)展。C++作為強(qiáng)類型語(yǔ)言對(duì)于程序員的要求比較高,自然也比較精確,但很多時(shí)候用起來(lái)感到并不順手,學(xué)習(xí)曲線比較長(zhǎng)。后來(lái)逐漸發(fā)展出了各種各樣的動(dòng)態(tài)語(yǔ)言,比如JavaScript。也許是傾聽到了程序員的心聲,基本上各種動(dòng)態(tài)語(yǔ)言都支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),好多都只有寥寥的幾個(gè),一般時(shí)候只要一個(gè)就包辦了,采用的是“想要它是什么,它就應(yīng)該是什么”的理念設(shè)計(jì)的,一下子將程序員從數(shù)據(jù)類型的“苦?！碑?dāng)中解放了出來(lái)。當(dāng)然,數(shù)據(jù)類型演變到如今,各有所長(zhǎng),不能一概而論。

總之,從上面可以看出,視角決定了認(rèn)識(shí)的程度,不同視角都有其作用的方面。從實(shí)際效果觀察,最初在引入盲人摸象新解的思維時(shí),這已經(jīng)不僅局限于計(jì)算機(jī)教學(xué)了,所以這種顛覆性的思維必定有個(gè)短暫的接受過程,一旦禁錮的思維打開了一扇天窗,反響必定熱烈,而事實(shí)上取得的效果也是明顯的。

3新思維的啟示

計(jì)算機(jī)編程課程設(shè)計(jì)是體系化,一環(huán)套一環(huán),并不是一蹴而就的。一般每位老師只是從某一環(huán)入手,在了解了學(xué)生基礎(chǔ)現(xiàn)狀后,按照所授課程目標(biāo)著力精煉、塑造學(xué)生,力求符合本門課程要求,為后續(xù)課程提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。但實(shí)際當(dāng)中往往并不如意,等到后續(xù)課程跟上來(lái)才發(fā)現(xiàn)原來(lái)的基礎(chǔ)也不如意。

以筆者所教軟件編程實(shí)踐為例,這一環(huán)就是以“C++編程”課為基礎(chǔ)的。如果照本宣科,那么就應(yīng)該以實(shí)例帶動(dòng)能力,通過高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求的實(shí)訓(xùn),不斷訓(xùn)練以打磨出專業(yè)的氣質(zhì)和素質(zhì)。但經(jīng)常是真正開始的時(shí)候才注意到所要求的基礎(chǔ)其實(shí)并不扎實(shí),并且思維僵固。實(shí)訓(xùn)開始時(shí)期,許多學(xué)生經(jīng)常停留在某個(gè)數(shù)據(jù)類型如何定義上面,提起筆來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間就是落不下去,即便落下去也是寫五行刪三行,反反復(fù)復(fù)好幾回。通過交流調(diào)查發(fā)現(xiàn),學(xué)生在當(dāng)初學(xué)習(xí)編程基礎(chǔ)時(shí)對(duì)于這些概念就半生不熟,而教師在講解的時(shí)候又將其作為重點(diǎn)反復(fù)加強(qiáng),結(jié)果在學(xué)生看來(lái)就是越描越黑、不知所以,最后只能是按書本例子強(qiáng)化記憶,其結(jié)果就導(dǎo)致思維僵化,應(yīng)用生硬,一旦遇到實(shí)際問題就難免畏首畏尾,這時(shí)侯就不得不暫停下來(lái)先克服數(shù)據(jù)類型帶來(lái)的困惑。如果仍然照搬套路原地打轉(zhuǎn),其結(jié)果難免流于形式。此時(shí)需要有新鮮的思維方式注入,這樣才能給禁錮的思維起些化學(xué)變化。從前面也已看到,其實(shí)就是要換個(gè)視角,但是直白的講解可能會(huì)變得蒼白,頂多就是翻些浪花,感受并不深刻。但是如果講授時(shí)能夠跳出自己的圈子,充分借鑒其他門類,尤其是對(duì)于學(xué)生影響很大但又經(jīng)常忽略的文、哲領(lǐng)域可能更好,而事實(shí)上這些領(lǐng)域又的確在更宏觀的范圍內(nèi)提供了高度概括的思想,比如以筆者借鑒的盲人摸象,在軟件編程實(shí)踐課中將其引入并加以結(jié)合,針對(duì)困惑講解問題,就可能會(huì)掀起大浪。

從后期效果對(duì)比來(lái)看,很多學(xué)生都能夠充分意識(shí)并有意地開拓思維,即使一些學(xué)生仍然有困難,但由于觸動(dòng)了思維,也會(huì)更加積極思考?，F(xiàn)在再深入思考一下,是什么阻礙了我們放寬視野呢?目前,計(jì)算機(jī)教與學(xué)當(dāng)中普遍存在的一個(gè)問題是重理輕文傾向嚴(yán)重,不僅僅是學(xué)生對(duì)于文科有偏見,就是一些教師也有這種傾向。學(xué)生本身學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)對(duì)于理科要求就很高,這已經(jīng)是很大一塊了,還得拿出大把時(shí)間去學(xué)習(xí)文、哲方面的內(nèi)容,而且很多時(shí)候并不能學(xué)以致用,反倒有耽誤精力之嫌。所以教學(xué)時(shí)不自覺地只在相關(guān)的領(lǐng)域內(nèi)打轉(zhuǎn),講授偏重技術(shù),學(xué)習(xí)更是看重代碼,這樣,按照原本的算法思路直接講授、理解起來(lái)頗費(fèi)周折。即便理解了,多數(shù)也局限于這個(gè)圈,難于跳出。事實(shí)上,很多定理、概念、算法等等都滲透了鮮明的文學(xué)、哲學(xué)色彩,從這樣的角度來(lái)解釋會(huì)更加清晰明了。比如操作系統(tǒng)中經(jīng)典的LRU算法,即便以示例方式解釋起來(lái)也比較麻煩,其實(shí),可以換一種精煉的解釋方法,“溫故而知新”,這就高度概括了該算法的核心思想。再比如計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu),無(wú)論是奠定基石的基本原則、大概率事件優(yōu)先和Amdahl定律,還是指令集設(shè)計(jì)等,處處閃現(xiàn)了抓主要矛盾的思想。而在許多時(shí)候?qū)W習(xí)這些都被認(rèn)為是在浪費(fèi)時(shí)間,學(xué)用兩張皮,即便事實(shí)上直接或間接地在起著作用,但不能做到有意識(shí)地積極發(fā)揮。這固然有文、哲課程本身值得檢討的地方,但計(jì)算機(jī)教學(xué)也要有意識(shí)地積極包容,博采眾家之長(zhǎng)。

從上面分析可以得到這樣的啟示,無(wú)論是教還是學(xué),應(yīng)當(dāng)綜合充分利用各個(gè)門類的知識(shí),而不是厚此薄彼,這樣才能事半功倍,真正做到融會(huì)貫通。

4結(jié)束語(yǔ)

本文從“盲人摸象”這個(gè)人所共知的成語(yǔ)入手,通過新的思維方式對(duì)目前計(jì)算機(jī)教學(xué)中的一些問題做了探討,并引申到各個(gè)層面啟示傳統(tǒng)學(xué)科對(duì)于計(jì)算機(jī)教學(xué)的重要意義。通過實(shí)踐教學(xué)發(fā)現(xiàn),這樣的思維方式不僅使教學(xué)本身取得了良好的效果,而且也有益于啟發(fā)學(xué)生的跳躍性思維。

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