基于建構主義的程序設計教學實例設計

　　摘要：在程序設計教學中，實例設計的優劣影響整個程序設計的教學效果。本文以VB程序設計教學為例，提出一種基于建構主義學習理論、融合情境創設教學理念的實例設計方法。使用生活中真實熟悉的軟件實例，從整體上由淺入深漸進式把握程序設計的教學。教研組多次教學實踐證明，使用該方法設計實例進行教學，易于激發學生的學習興趣和探究欲望，利于學生的主動意義建構。
　　關鍵詞：建構主義；程序設計教學；實例設計；意義建構
　　
　　1　研究背景
　　
　　在程序設計教學中，為了幫助學生理解某個知識點的內容，教師通常會針對知識點設計一些實例，中間不乏一些經典實用的好例。但是，很多時候教師設計用例只是為了讓學生理解知識點而已，與上下文知識點沒有聯系，割裂了程序設計課程內在的邏輯性和整體性，不利于學生的主動意義建構。甚至有些用例只是為了舉例而舉例，完全脫離實際生活，讓學生感覺程序設計這門課程沒有實際意義，逐漸喪失學習興趣。實例設計的優劣影響整個程序設計的教學效果。如何科學地進行教學實例的設計，是本文研究的內容。筆者根據多年的程序設計教學經驗和教學研究，在建構主義教學觀的指導下，提出一種基于建構主義學習理論、融合情境創設教學理念的實例設計方法。下面以Visual Basic程序設計為例，講述程序設計教學中的實例設計方法。
　　
　　2　基于建構主義教學觀的實例設計方法
　　
　　建構主義(constructivism)認為，知識不是通過教師傳授得到，而是學習者在一定的情境即社會文化背景下，借助其他人(包括教師和學習伙伴)的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲得。在建構主義學習環境下，教學設計不僅要考慮教學目標分析，還要考慮有利于學習者建構意義的情境的創設問題，并把情境創設看做是教學設計的最重要內容之一。由于建構主義強調學習的主動性、社會性和情境性，因此建構主義對學習和教學提出了許多新的見解，內容如下：
　　第一，建構主義教學要求學生在復雜的真實情境中完成任務；教學應使學習在與現實情境相類似的情境中發生，以解決學生在現實生活中遇到的問題為目標。
　　第二，在教學過程中，學習內容要選擇真實性的任務，在課堂上展示出與現實中專家解決問題相類似的探索過程，提供解決問題的原型，并指導學生的探索。
　　第三，在教學進程的設計上，建構主義者提出要呈現整體性的任務，讓學生嘗試進行問題的解決。在此過程中，學生要自己發現完成整體任務所需完成的子任務，以及完成各級任務所需的各級知識技能。
　　程序設計是一門整體性和邏輯性很強的課程，實例的設計要注重這一特征，設計的實例要體現這一特征。光靠知識點設計實例幫助學生理解遠遠不夠，應該從整體上引導學生主動系統地建構知識。建構主義學習理論認為，意義建構是學習的目的，它要靠學生
　　自覺、主動去完成，教師和外界環境的作用都是為了幫助和促進學生的意義建構。因此，為了使教學實例設計得更科學，更符合學生的認知規律，教學設計需要在建構主義教學觀的指導下進行。筆者提出的這種基于建構主義的實例設計方法，注重課程內在的邏輯性和整體性，使用生活中真實熟悉的軟件實例，從整體上由淺入深漸進式把握程序設計的教學。通過少數幾個軟件實例，將多個上下文知識點串成一個整體，并系統地講述。每一章節對應軟件實例的某個(些)功能部分，每個部分又是獨立的小實例。程序設計課程教學之初，教師就把該課程教學的綜合實例展示給學生，從而激發學生的學習興趣和探究欲望。
　　使用這種綜合實例教學，脈絡清晰，系統完整，不但可以幫助教師實施整體教學，也利于學生主動意義建構，加強邏輯思維訓練，并提高解決實際問題的能力。當然，這種實例設計并不排除列舉一些好的小例，針對具體某個知識點講解。在實際的教學中，教師可以靈活地運用兩種方式，以綜合軟件實例設計為主，以知識點設計小例為輔。基于建構主義的實例的設計方法包括兩步：實例的選取和實例的分解。
　　
　　2.1　實例的選取
　　程序設計的教學希望能夠達到兩個基本的目的：第一，幫助學習者理解計算機軟件背后的奧妙；第二，培養學習者基本的程序設計能力。計算機文化素質教育要求學生不光要學會使用常用的基本軟件，還要理解這些軟件背后的基本實現原理。如今，計算機的應用已經深入到社會的各個領域，使用者通過計算機軟件操作計算機，讓計算機為自己服務，而計算機軟件是通過計算機語言編寫的。因此，在計算機語言程序設計的教學中，選取常見軟件實例進行教學，可以達到上述兩個目的。基于建構主義學習環境的教學實例的選取，要考慮到以下幾個因素：現實性、學生感興趣的程度、覆蓋知識面的范圍和難易程度。
　　1)現實性原則是軟件實例選取的一個重要原則。建構主義環境下的教學實例設計要注意結合學生實際，貼近學生生活，教師要將現實生活中發生的與課堂教學有關的素材引入課堂，以此拉近程序設計和生活的距離，培養學生“處處皆學問”的意識。同時讓學生感覺到學習程序設計可以解決實實在在的問題，學習的東西很有用，教師不再是為了舉例而舉例，學生不再是為了學習而學習。
　　2)選取的實例要是學生感興趣的，樂于學習的。愛因斯坦說：“興趣是最好的老師。”學生對所學內容感興趣，積極性就會明顯提高，才能樂于接受，此所謂“好之者不如樂之者”。“人以物思，辭以情發”。情從何來?樂從何生?這就要求在教學過程中，教師為學生學習創設的實例能夠激發學生的學習興趣，激起學生探究的欲望。
　　3)選取的實例覆蓋知識面的范圍要廣。一門課程只需精選少數幾個軟件實例，就可以覆蓋整個課程絕大部分的知識面和重難點，這樣能幫助學生從整體上系統全面、邏輯清晰地把握程序設計，自然而然地將上下文知識點主動聯系起來，進行意義構建。
　　4)在選取軟件實例時，需要根據學生已有的認知結構選取難易適中的實例。任何學習都要涉及到學習者原有的認知結構，即學習是以學習者自己的經驗為背景，對外部信息進行主動的選擇、加工和處理，從而獲得自己的意義。教師進行教學實例設計時，應關注學生原有的認知結構。選擇的實例既要有一定的難度，又要學生經過努力可以解決，這樣的問題是引起學生探究，激發學生思維的主要條件。太易不能激發學生探究的興趣，太難又會使學生感到力不從心，不知從何下手，因而可能會失去探究的學習興趣。
　　考慮到上述因素，本文例舉了兩個軟件實例：字處理軟件和網絡聊天工具。
　　Microsoft Office Word是常用的字處理軟件，在人們的工作和生活中扮演著重要的角色，也是計算機初學者需要學習的軟件之一。QQ聊天程序也是人們上網聊天時常用的工具。這兩個軟件是學生經常接觸和使用的軟件，熟悉、真實，來源于生活，軟件實現覆蓋的知識面廣。更重要的是，通過這幾年的實踐教學，我們發現學生對兩個軟件背后實現的奧秘饒有興致，樂于探究。當然，以軟件Word和網絡聊天工具QQ作為教學實例，涉及的內容太多，在程序設計教學時，教師可以根據具體教學任務靈活選取幾個基本的功能模塊，一步一步幫助學生揭開軟件背后的奧秘。這樣不僅可以幫助學生深刻地理解軟件，從而更好地使用軟件，同時潛移默化地培養了學生的程序設計能力，提高其計算機文化素養。
　　
　　2.2　實例的分解
　　傳統的教學，學生通常選擇缺乏“認知沖突”的學習道路，也就是說學生傾向于選擇對他們沒有難度的任務。而在建構主義教學中，學生需要面對體現認知復雜性的真實世界的情境，學生要在復雜的真實情境中完成任務，這對他們無疑是個挑戰。對沒有任何編程經驗的學生而言，要去實現這兩個軟件的某些功能模塊，是非常困難的。面對這樣一個硬骨頭，怎么啃下來呢?由于程序設計的學習是一個循序漸進的過程，軟件實例的實現過程也可以循序漸進，因此按照教學進度對實例進行合理的分解、簡化，可以解決這個問題。實例的分解采取兩種方式：一是橫向分解；二是縱向分解。
　　1)橫向分解是不斷地增加新的功能實現。
　　針對Word軟件，我們可以選取如文本的編輯排版和查找／替換等常用功能進行橫向分解。譬如在學習了命令按鈕控件、文本框控件的基本知識后，就可以設計并實現如圖1所示的“我的文本編輯器”。Word主要是通過菜單和工具欄提供操作命令的，然而目前我們還沒有學習菜單和工具欄的知識，就可以先使用命令按鈕組建工具欄；現階段還不能實現的功能就以灰色顯示，禁止使用。隨著學習的推移，在學習了相關的知識技術點后，一步一步實現查找、替換、新建、保存、字體等新功能。在學習了菜單、工具欄、RichTextBox控件和MDI應用程序設計等相關知識和技術后，我們可以設計與Word環境類似的“我的文本編輯器”，如圖2所示。當學習和掌握的知識技術越來越豐富后，我們就可以把“我的文本編輯器”的功能逐漸完善，慢慢地使其接近任務目標。
　　我們選擇軟件實例進行教授的初衷，并不是一開始就要求學生完全獨立地實現這個任務。而是通過教師對教學進度的安排，借助這個實例的實現，幫助學生理解這個軟件，從整體上系統地把握程序設計，幫助學生主動意義建構，加強學生的邏輯思維訓練，從而潛移默化地培養學生的程序設計能力。隨著學習能力和程序設計能力的提高，學生通常會主動探究該軟件其他一些功能模塊的實現方法，從而逐漸達到教學的真正目的。
　　2)縱向分解是不斷地用所學的新技術實現同一功能，一步一步完善該功能。
　　下面針對QQ程序注冊與登錄這一個功能進行縱向分解，將復雜的QQ程序注冊與登錄功能由易而難地分解成以下幾個小例來實現。
　　例1：模仿QQ網絡聊天程序設計“MyQQ”聊天程序的用戶登錄與注冊界面。
　　例2：模仿QQ網絡聊天程序，利用簡單變量實現本地一個用戶注冊與登錄。
　　例3：模仿QQ網絡聊天程序，利用數組實現本地多個用戶注冊與登錄。
　　例4：模仿QQ網絡聊天程序，利用文件在本地實現用戶注冊與登錄。
　　例5：模仿QQ網絡聊天程序，利用數據庫技術在本地實現用戶注冊與登錄。
　　例6：模仿QQ網絡聊天程序，利用網絡和數據庫相關技術實現網絡注冊與登錄。
　　隨著教學的循序漸進，在學習了標簽、文本框和命令按鈕幾個常用的控件后，學生就可以設計出例1這樣的界面。在學習了簡單變量和if語句的基本知識后，學生就可以輕松實現例2。在例2中，用戶注冊的用戶名和密碼只是使用兩個簡單變量保存起來，因此一次只能注冊一個用戶。在學習了數組后，學生就可以使用數組輕松實現例3，實現多個用戶注冊。在例2和例3中，注冊的用戶信息沒有永久保存，因此當程序運行結束后，變量或數組的內容不復存在，以致下一次運行該程序時，還得重新注冊用戶名和密碼才能登錄。在學習了VB文件的訪問后，我們可以將用戶注冊的信息保存到文件中，這樣就在例4完善了例2和例3的不足。但是利用文件存取用戶信息的安全性能不高，而且存在數據的獨立性差、冗余度大、一致性差等問題。由于數據庫系統提供數據安全性、完整性、并發控制和恢復功能，在學習了數據庫相關知識后，我們就可以利用數據庫文件保存用戶注冊信息，完善了例4的不足，這就是例5。例1至例5都是在本地實現用戶的注冊和登錄，本地兩個用戶進行聊天并沒有實際的意義，真正意義上的聊天是通過網絡進行的。隨著教學的進行，在學習網絡編程和Winsock控件后，我們就可以實現例6了，并且可以利用Winsock控件來編寫網絡聊天的程序，具體實現可參考文獻[6]。同時可以布置實驗作業“利用Winsock控件實現迷你聊天室”，具體實現可以參考文獻[7]。實驗課是理論課程教學的延續，我們讓學生在實驗課堂完成軟件實例相關的功能部分，從而推動實驗課程設置改革。
　　上述兩個實例是基于文獻[7]的教學進度進行分解的。教師可根據使用教材的具體情況，靈活地結合這兩種實例分解方式，合理地將實例簡化、拆分，由簡單到復雜，逐步豐富和完善實例的功能，最終達到我們的教學目的。
　　
　　
　　3　結語
　　
　　建構主義教學的目的是培養新世紀善于學習的終生學習者。筆者基于建構主義教學觀，提出一種融合了建構主義、情境創設教學理念的實例設計方法，在程序設計教學中使用貼近學生生活的真實熟悉的軟件實例，從整體上由淺入深漸進式地把握程序設計的教學，不斷地引出認知沖突，從而激發學生的探究欲望，提高學生的學習興趣。在后續的學習過程中不斷地解決沖突，幫助學生主動意義建構。在不斷豐富和完善實例，使其一步一步接近真實的過程中，學生不僅鍛煉了邏輯思維，程序設計能力也在潛移默化中提高，同時獲得了強大的成就感，更加堅定學習意愿。更重要的是，這種建構主義的探索學習方式有利于培養學生成為一個善于學習、善于思考和善于解決問題的。
　　
　　參考文獻：
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　　[7]陽小華，王穎.大學Visual Basic程序設計實驗教程[M].北京：北京郵電大學出版社，201