基于探究式的程序設(shè)計實驗教學(xué)模式的構(gòu)建

嚴彩梅

摘要：堅持創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，不斷提高教學(xué)水平，是高等學(xué)校內(nèi)涵建設(shè)和教育教學(xué)改革的重要任務(wù)。該文針對程序設(shè)計課程的實驗教學(xué)，提出了三個層次的探究式教學(xué)模式，具體給出了在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維方法及創(chuàng)新能力等方面的一些做法。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新型人才；程序設(shè)計；案例；探究式；實驗教學(xué)

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）06-0193-03

Abstract： Adhere to the cultivation of innovative talents and constantly improve the level of teaching， it is an important task for higher school connotation construction and educational reform. This paper puts forward three levels of inquiry teaching mode in the experimental teaching of programming courses， and gives some methods to cultivate students' innovative consciousness， innovative thinking and innovative ability.

Key words： innovative talents； programming； case； inquiry type； experiment teaching

1 概述

卓越教學(xué)的本質(zhì)是提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。如何創(chuàng)新教育教學(xué)理念，采取切實措施提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，已成為高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的重要組成部分。傳統(tǒng)的以傳授知識為主的教學(xué)模式，因忽視了對學(xué)生獨立性和批判性思維能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生的創(chuàng)新能力不足。為適應(yīng)當(dāng)前教育教學(xué)改革的發(fā)展，滿足高等學(xué)校計算機基礎(chǔ)教育對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求，該文針對程序設(shè)計課程的實驗教學(xué)，提出了構(gòu)建探究式的教學(xué)模式，旨在倡導(dǎo)以學(xué)生為主體，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性和創(chuàng)造性，通過對具體案例中一系列問題的探究，引導(dǎo)學(xué)生逐漸掌握思考問題、解決問題的方法，讓學(xué)生學(xué)有所獲學(xué)有所用，從而激發(fā)出學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維方法，促進學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展。

2 探究式程序設(shè)計實驗教學(xué)模式的作用與意義

程序設(shè)計是一門應(yīng)用性很強的課程，強調(diào)學(xué)生對知識的實際運用能力。通過該課程的學(xué)習(xí)，不僅要使學(xué)生掌握程序設(shè)計的過程、程序設(shè)計的設(shè)計風(fēng)格、設(shè)計規(guī)則、計算機求解問題的常用算法、編碼和調(diào)試能力，其核心任務(wù)還在于培養(yǎng)學(xué)生具備靈活應(yīng)用這些知識的能力，掌握用計算機求解和問題描述的思維方法去解決今后工作中遇到的實際問題，并且面對快速發(fā)展的計算機學(xué)科，能使學(xué)生形成終生學(xué)習(xí)的習(xí)慣和能力，這對培養(yǎng)復(fù)合創(chuàng)新型人才有著十分重要的意義。

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式雖然也強調(diào)學(xué)生實驗的重要性，但常常被看做程序設(shè)計理論課的一部分，教學(xué)理念仍然同理論課一樣，把注意力較多的放在對于知識點的掌握上，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的實驗環(huán)節(jié)較少，大部分實驗為驗證性實驗，少量的綜合性實驗也因缺少引導(dǎo)而流于形式。但單靠死記硬背概念和一些設(shè)計規(guī)則，是不可能真正掌握和領(lǐng)會計算機求解問題所用的思維方法的，為了更好地發(fā)揮實驗課的作用，做到理論與實驗的互補，把創(chuàng)新能力素質(zhì)的培養(yǎng)常態(tài)化并貫穿到每個實驗環(huán)節(jié)中，我們提出了基于探究式的實驗教學(xué)模式，目的在于配合理論課的講解內(nèi)容，適時推出一系列具有三個層次的實驗案例：第一個層次從探究基礎(chǔ)知識和基本程序控制結(jié)構(gòu)實際用途的角度，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識；第二個層次從常見算法和探究計算思維本質(zhì)內(nèi)涵的角度，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維方法；第三個層次從探究解決實際復(fù)雜問題的角度，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。這樣，既能較好地完成該課程的教學(xué)目標(biāo)，又能注重創(chuàng)新型人才各方面素質(zhì)的培養(yǎng)。

3 基于探究式的程序設(shè)計課程實驗教學(xué)模式的具體構(gòu)建

3.1 強化對課堂教學(xué)內(nèi)容的認知，調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識

卓越的教學(xué)，首先要能做到如蔡元培先生說過的“起發(fā)學(xué)生之心意”。探究式學(xué)習(xí)就是通過對“是什么”和“為什么”等一系列問題的探究，引發(fā)學(xué)生獨立、批判性的思考，讓學(xué)生有一種學(xué)習(xí)的動力，從而激發(fā)起學(xué)生的創(chuàng)新意識。

程序設(shè)計的基礎(chǔ)知識和基本控制結(jié)構(gòu)是程序設(shè)計課程的基石，包含高級語言的基本語法與語句、變量和基本數(shù)據(jù)類型、表達式和賦值、選擇和循環(huán)結(jié)構(gòu)、簡單的輸入輸出、程序調(diào)試基礎(chǔ)等等。這部分內(nèi)容多而繁瑣，僅僅進行知識點的傳授，學(xué)生學(xué)過之后常常印象不深，也不知道為什么學(xué)，學(xué)了用在哪里，如實驗課再重復(fù)驗證各知識點，勢必失去繼續(xù)學(xué)習(xí)的動力。考慮到學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容只要能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，讓學(xué)生感到學(xué)有所獲，而不是學(xué)了些沒用的死知識，就能為后繼學(xué)習(xí)提供堅實的知識積累。因此必須轉(zhuǎn)變實驗教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，彌補課堂理論教學(xué)的不足，在基于探究式的實驗教學(xué)模式的第一個層次中，我們結(jié)合課堂理論教學(xué)的知識點，精煉出一系列以“基礎(chǔ)知識+控制結(jié)構(gòu)”為主體的改錯題案例。一方面，改錯題案例已經(jīng)給出了一個可編譯、執(zhí)行的完整程序，既節(jié)省了實驗時間，又便于通過編譯、執(zhí)行讓學(xué)生觀察結(jié)果，引發(fā)對錯誤原因的思考，不僅使學(xué)生直接關(guān)注于需強化加深的知識點，而且能明確和感知課堂教學(xué)中各知識點的實際用途、正確的運用方法及彼此之間的關(guān)聯(lián)性，從而加深對所學(xué)內(nèi)容的記憶和理解，提高對課堂理論教學(xué)的認知度，以至產(chǎn)生要進一步學(xué)習(xí)的愿望，極大地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。另一方面，探究式案例教學(xué)不是直接告訴學(xué)生答案，教師的作用是給學(xué)生適當(dāng)?shù)膯⑹竞鸵龑?dǎo)，調(diào)動學(xué)生自己去積極思考。例如，針對程序中出現(xiàn)的語法錯誤，要通過適當(dāng)?shù)姆治?，引發(fā)學(xué)生聯(lián)想課堂知識點的正確用法、規(guī)則和注意點，從而加深對基本概念的印象和強化記憶；針對程序執(zhí)行結(jié)果的錯誤，給出可能的各種原因供學(xué)生探討，讓學(xué)生能輕松地融入到案例的研討中，通過一系列的設(shè)問引導(dǎo)學(xué)生進行獨立、批判性的深入思考，將錯誤發(fā)生的可能性和一些合理的改錯措施滲透其中，真正做到“起發(fā)學(xué)生之心意”，實現(xiàn)理論與實驗的交融，既強化了對知識的理解和吸收，又能激發(fā)出學(xué)生的創(chuàng)新意識。

3.2 突出課堂教學(xué)內(nèi)容的應(yīng)用，掌握常見算法和計算思維本質(zhì)內(nèi)涵，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維

知識構(gòu)建觀和認知心理學(xué)都認為，學(xué)生通過反復(fù)探究才能構(gòu)建自己的知識，也就是說知識是無法從教師的腦海中直接或簡單地搬到學(xué)生的腦海中，只有激發(fā)學(xué)生將已有的知識結(jié)構(gòu)與新的信息不斷交互、碰撞、再組織、再創(chuàng)新，通過主動構(gòu)建才能形成學(xué)生自己的知識，這個過程是教師無法替代的，而學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)正是在這一探究過程中實現(xiàn)的。

算法和設(shè)計是程序設(shè)計課程的重點難點內(nèi)容，包含了掌握算法的概念與屬性、算法在求解中的作用、問題求解策略、設(shè)計的基本概念和原理。這部分內(nèi)容要求學(xué)生仔細體會各種算法在解決問題中的魅力，深刻理解設(shè)計的本質(zhì)內(nèi)涵在于掌握以“抽象”和“自動化”為主的計算思維方法。而理論課往往重在傳授，受課時的限制，反復(fù)應(yīng)用、體會的機會較少，如實驗課放手讓學(xué)生按實驗教材的內(nèi)容和步驟自己練習(xí)，難以達到預(yù)計效果?？紤]到這部分內(nèi)容抽象程度高，對初學(xué)者有一定的難度，在基于探究式的實驗教學(xué)模式的第二個層次中，我們精煉出一系列以“算法+設(shè)計”為主體的填空題案例，便于讓學(xué)生深入了解所選擇的算法與詳細的設(shè)計過程。由于第一層次的實驗是教師預(yù)先給出了功能及語句，它適合于基本概念的學(xué)習(xí)，而第二個層次則要求學(xué)生根據(jù)預(yù)先給定的功能自己選擇適當(dāng)?shù)乃惴ú⒃O(shè)計出描述語句，所以實施時，要讓學(xué)生反復(fù)觀摩教師設(shè)置問題的角度、引導(dǎo)的具體過程，才能使學(xué)生從中獲得分析問題、解決問題的方法和技能。例如，從如何進行求解問題的特征分析、算法的選擇、抽象和自動化的詳細設(shè)計過程等方面，教會學(xué)生學(xué)會怎樣一步步抓住問題的切入點，打開思路激發(fā)思維的。探究過程中要鼓勵學(xué)生充分發(fā)表自己的意見，給出自己的思維過程和具體描述語句，教師應(yīng)給予及時點評和糾正。經(jīng)過在師生之間、學(xué)生之間的相互交流來交換思想，集思廣益，不斷修正等，讓學(xué)生感知程序設(shè)計的基本原理和方法，學(xué)會計算機求解和問題描述的思維方式，在反復(fù)練習(xí)中達到主動豐富和自我構(gòu)建知識的目的。其次在第二層次的實驗教學(xué)模式中還要注意通過對同一問題進行多種求解的比較案例，培養(yǎng)學(xué)生的問題求解能力。如在求兩個正整數(shù)最大公約數(shù)時，可分別采用窮舉、迭代和遞歸三種不同的方法來實現(xiàn)，讓學(xué)生真正掌握問題的求解策略，充分理解遞歸函數(shù)調(diào)用的執(zhí)行過程，領(lǐng)略各種算法在程序設(shè)計中的區(qū)別、特點和魅力所在。

3.3 重視解決實際問題的綜合性運用，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力

隨著大數(shù)據(jù)、云計算在各行各業(yè)的深入應(yīng)用，信息社會對高校計算機基礎(chǔ)教育的期望在不斷提升。從培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，促進經(jīng)濟社會發(fā)展的角度出發(fā)，程序設(shè)計課程絕不能滿足于培養(yǎng)只懂知識和技術(shù)，而不能靈活運用所學(xué)為社會服務(wù)的工具。

為了促進學(xué)生對程序設(shè)計課程實際價值的認知和踐行，解決今后工作生活中遇到的各類非通用計算問題，基于探究式的實驗教學(xué)模式的第三個層次是提出以“綜合+自主”為主體的框架式設(shè)計案例。一方面，綜合框架式設(shè)計案例能鍛煉學(xué)生面對復(fù)雜問題進行全局把控的能力，掌握程序設(shè)計的設(shè)計原則和方法，且能使學(xué)生不局限于只用某個知識點解決簡單問題，而能將前兩個實驗層次中學(xué)會的各個知識點與技能融會貫通，串聯(lián)起來綜合、靈活應(yīng)用并準(zhǔn)確把握它們之間內(nèi)在的因果關(guān)系，如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法選擇、控制結(jié)構(gòu)等之間的關(guān)聯(lián)性等等。另一方面，框架式的綜合案例蘊含了極大的自主學(xué)習(xí)空間，所謂框架式案例就是教師先粗略給出程序的基本功能框架，再通過一系列的質(zhì)疑、補充等，留給學(xué)生選擇、細化、擴展、調(diào)整、完善等再創(chuàng)造的余地。例如，從注重個性化人才培養(yǎng)的角度，提供難度不一，具有一定層次，可供學(xué)生自主選用的若干個功能模塊；或者，對某一功能模塊中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法、輸入輸出方式等提出質(zhì)疑，引導(dǎo)學(xué)生進行合理的改進和完善；或者，設(shè)置開放性實驗項目，根據(jù)學(xué)生自己的專業(yè)知識、興趣愛好，自主選擇實驗題目，自由組合實驗團隊等。通過這些做法，讓學(xué)生學(xué)會自己查閱資料、分析借鑒、獨立思考、解決問題的一系列方法，養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，從而不斷提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4 結(jié)論

創(chuàng)新型人才培養(yǎng)是立國之本，更是每一個教師，每一門課程必須努力踐行的目標(biāo)。結(jié)合自身所教課程的特點和教學(xué)目標(biāo)，積極研究如何遵守教育規(guī)律，構(gòu)建合理、科學(xué)的人才培養(yǎng)方案不僅是教學(xué)改革的重要課題，也是每個教師的應(yīng)盡的職責(zé)，教師需要把注意力從“教什么”轉(zhuǎn)向“如何教”，以促進人才培養(yǎng)質(zhì)量的不斷提高。

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