建構主義學習理論在算法與程序設計類

吳浩 高飛

摘要：針對算法與程序設計類課程群的特點，結合建構主義學習理論的意義和以學生為中心的教學理念，提出基于建構主義學習理論的創新教學模式。通過情境創設、自主學習、協作學習、會話交流、綜合評價等教學活動，學習者能夠在與客觀環境的交互過程中主動地建構認知結構，完成知識的學習。

關鍵詞：建構主義；算法與程序設計；教學模式

引言

建構主義源于20世紀后期人類對自身認知過程及認知發展理論的深入研究，是由認知主義發展而來的學習理論和哲學理念。由于人類的認知發展與學習過程聯系緊密，因此建構主義可以很好地說明人類學習過程的認知規律和發展水平。建構主義學習理論已經成為世界范圍內教育教學改革的重要指導思想和理論基礎。

算法與程序設計類課程群通常包括c語言程序設計、數據結構與算法設計、面向對象程序設計、高級算法設計等。將建構主義學習理論引入算法與程序設計類課程的教學中，對于提高學生的主動性、創造性和實踐能力具有深遠的影響和積極的意義。

1建構主義學習理論

1.1建構主義知識觀

建構主義知識觀認為人類總是以自身原有的知識經驗為基礎來理解現實世界并賦予其意義。由于個體原有知識經驗的差異和學習情境的不同，個體對現實世界的理解也不同，由此建構的知識也就不可能完全客觀地反映現實世界。因此，知識僅僅是一種對現實世界的較為合理的解釋或者假說，并不是對現實世界絕對真實和客觀的表征。建構主義強調知識的動態性和情境性。由于知識的非客觀屬性，知識必然會隨著人類對現實世界的深入理解而不斷發展變化，因此，知識是動態變化的。在解決具體問題時，知識也不可能被簡單地直接應用，而需要針對具體問題情境對知識進行再加工，以適應問題的具體要求。

1.2建構主義學習觀

建構主義認為學習不是簡單地將知識傳遞或灌輸給學習者，而是學習者主動建構知識意義的過程。學習者通過“同化”與“順應”實現對所學知識的意義建構。同化指學習者吸收外部信息，并將其整合到自己原有認知結構中的過程；順應是指當學習者的原有認知結構無法同化外部信息時，對其認知結構進行重組和改造的過程。認知結構是在同化與順應的過程中逐漸建構起來的，并在認知結構與外部世界之間的“平衡—不平衡一新的平衡”往復循環中不斷豐富和發展。認知結構與外部世界的平衡是指能夠使用現有認知結構同化新信息的認知狀態，反之即為不平衡狀態。

1.3建構主義教學觀

在建構主義教學觀中，教師的角色由傳統的知識傳遞者和灌輸者轉變為知識意義建構的幫助者和引導者，學習者也由外部信息的被動接受者轉變為外部信息的加工主體和知識意義的主動建構者。建構主義教學觀強調協作學習和已有知識對于知識意義建構的重要作用。由于個體認知結構和對客觀世界理解的差異，學習者對知識的意義建構結果是不同的。而這種差異正是學習者非常寶貴的資源，通過學習者之間的合作可以使知識理解更加全面，意義建構更加準確。同時，建構主義教學觀重視學習者原有的知識和經驗，引導學習者建立新舊知識之間的聯系，通過新舊知識的相互作用建構出新知識的意義。

2基于建構主義學習理論的創新教學模式

2.1突出學生的主體地位，以學生為中心開展教學活動

算法與程序設計類課程建構主義教學模式，首先要在學習過程中充分發揮學習者的主動性和創造性，通過采用任務驅動式教學、情境創設和協作學習等教學方法激發學習者的學習主動性和積極性，使學習者主動地建構所學知識的意義，將知識真正內化為自身的認知結構。其次要讓學習者在不同的情境下應用所學的知識，將知識外化于具體環境，掌握用知識解決不同情境下實際問題的具體方法，真正實現知識的雙向意義建構。鼓勵和引導學習者不斷反思意義建構的過程和結果，通過對自身學習活動進行階段性反思和整體性反思，實現知識的深層次理解和完善的意義建構，探索解決問題的最優方法。

2.2重視教師的指導作用。引導知識的意義建構

在算法與程序設計類課程的建構主義教學實踐中，教師角色的變化對其在教學過程中發揮的作用提出了更高的要求。首先，教師要以具有挑戰性和應用性的問題激發學習者的學習興趣，提高其積極性和主動性，促進自主學習和主動的知識意義建構。其次，教師要在教學目標分析的基礎上確定學習任務，組織和引導學習活動，提供必要的指導和幫助。再次，教師要善于提示新舊知識之間的聯系，幫助學習者進行知識的遷移。此外，教師應該通過分組完成實訓項目的方式組織協作學習，并對協作學習過程進行監督和引導，使之向有利于知識意義建構的方向發展。

2.3重視對學習者知識基礎的分析

由于算法與程序設計類課程之間的緊密聯系性以及課程體系的知識遞進等特點，對學習者知識基礎的分析尤為重要。例如，在數據結構與算法設計課程的教學過程中，學習者對先修基礎課程c語言程序設計的掌握情況很大程度上決定了教學活動能否順利展開以及學習者對于所學知識的掌握程度。因此，基于建構主義學習理論的算法與程序設計類課程教學模式重視對學習者知識基礎的分析，以便教師根據分析結果采取相應措施、查缺補漏，以保證課程教學工作的順利展開。在教學實踐中，教師可以在每門課程開始之前，進行先修課程學習情況測驗，包括基礎知識和編程能力的檢驗，以掌握學習者先修課程的學習情況。例如，在數據結構和算法設計課程教學之前，通過測驗的方式檢查學生對先修課程C語言程序設計中數組、鏈表、函數等必備知識的掌握情況，并且重點考查學生利用c語言編程驗證算法的能力。

2.4任務驅動式教學，以問題驅動學習

將任務驅動教學法引入算法與程序設計類課程的教學中，具體操作可以分解為以下步驟：

首先是任務的提出。教師在備課階段先行完成任務系統的程序編制，將系統的運行結果展示給學生，讓學生對任務的結果有一個直觀的印象。友好的用戶界面、完善的系統功能，能夠激發學生嘗試編程實現系統功能的興趣，任務由此展開。

其次是任務的分解。在學生對目標任務有了直觀印象之后，教師要根據學生具體的知識結構特點，將任務進行分解，即將較大任務分解為若干子功能，降低編程難度，使學生有信心、有能力完成任務。

再次是任務的實施。在教師的指導下，學生主動查找相關資料，或獨立完成，或合作完成，逐步編程實現各個子功能模塊，最終集成一個完整的系統，完成整個任務。

最后是任務的驗收。任務驗收是對學習者任務完成情況的檢驗和評價，可以通過項目報告或項目答辯的形式驗收任務的完成情況。任務驗收結果作為學習評價的重要依據。

2.5創設真實的學習情境，促進知識的意義建構

建構主義學習總是與一定的情境聯系，情境包括個人知識經驗和社會文化背景兩個方面。建構主義教學模式將創建真實情境作為意義建構的基本前提，創造能夠表征知識結構、促進學生主動建構知識意義的社會化的、真實的情境，減少知識與現實應用之間的差距。在真實情境下學習有利于促進學習者同化、順應所學的新知識，促進知識的意義建構。

算法與程序設計類課程是實踐性較強的一類課程，其共同特點是每個學習主題都可以直接在計算機上編寫、調試、運行，并檢查運行結果。因此，上機編程實踐就是學習者在學習過程中體驗到的真實的學習情境。教學設計應著眼于為學習者提供實踐編程情境，讓學習者更多地上機實踐，體驗編寫程序、調試程序、運行程序、檢查運行結果等一系列過程，在實踐中掌握程序設計的知識和思想，縮小所學知識與實際編程應用之間的差距。此外，對于課程中的概念、語法和算法等理論基礎知識的學習，應當以豐富的學習資源作為學習情境，從而使學生能夠在不同的情境下利用各種學習資源完善對所學知識的意義建構。

2.6鼓勵協作學習，創建支持協作學習的環境

在算法與程序設計類課程中；教師依據課程的教學目標設計若干個中等規模的算法或程序設計實訓題目，如學生信息管理系統、校園游覽導游系統等，學生采用分組協作的方式完成選定的題目。實訓項目從系統規劃到成果展示的整個開發周期通常需要4～5人，項目小組由一名學習者擔任組長，負責統籌和協調項目小組的工作。項目小組需要完成任務分析、算法設計、編程實現、論文撰寫、項目答辯等任務。通過協作完成實訓題目，學習者不但提高了算法或程序設計實現能力，還培養了團隊協作意識，提高了論文撰寫和PPT制作的能力。

2.7利用各種信息資源促進知識的意義建構

算法與程序設計類課程應具有三個層次的信息資源：第_個層次是教材和課件，這個層次的資源起到支撐基礎知識框架建構的作用，幫助學生建構課程知識的框架；第二層次的資源包括基于校園網的課程教學網站的“學習指導”“常見問題”“參考資料”“習題和答案”等功能模塊，第二層次資源在第一層次資源的基礎上幫助學生更好地完成知識的意義建構；第三層次信息資源包括課程教學網站的“自測練習”“課后作業”“網絡答疑”等功能模塊，第三層次資源幫助學生在完成基本的意義建構后進行自我評價、自我反饋和自我反思，以便糾正知識意義建構中存在的偏差或錯誤，從而實現對所學知識的意義建構。

2.8建立綜合學習評價體系，完善教學評價機制

教學評價是建構主義教學模式一個非常重要的組成部分。通過建設與教學方法相適應的、具有導向性的建構主義評價體系，可以幫助學習者客觀、準確地認識自身學習效果，引導學習者合理安排學習時間，提高學習效率。由于實現知識的意義建構是建構主義學習的最終目標，因此評價學習者的學習效果應該以完成知識意義建構的情況為依據，而知識意義建構的客觀表征就是學習者學習知識后解決實際問題的能力。建構主義教學評價通常包括總結性評價和形成性評價，這兩種評價方式發生在教學過程中不同的階段，其作用也不盡相同。

總結性評價是在教學活動結束后，為檢驗教學活動的最終效果是否滿足教學目標的要求而進行的評價，通常采用期末考試的方式。建構主義思想指導下的考試應注重對學習者解決實際問題能力的評價，因此程序與算法設計類課程的考試試題應以程序編寫為主，減少客觀題的比例，重點考察學生的實際編程能力，甚至可以采用上機考試的形式取代傳統的筆試。

形成性評價是為了取得更好的教學效果，在教學過程中進行的評價。由于學習者對外部世界理解的差異，建構主義教學評價側重于對學生認知過程的評價，即自主學習的形成性評價。源于學習過程的形成性評價體現了學習是知識積累的過程的特點，有利于及時了解學生的學習進展以及存在的問題，并據此調整和改進教學方法和學習策略。目前，算法與程序設計類課程的形成性評價普遍采用的方法是讓學習者完成一個真實的算法設計或編程任務來檢驗學習者的學習效果，在學習者完成任務的過程中對其進行評價。編程實踐過程能夠充分體現出學生能力發展的情況，從而為教師提供充足的評價空間。教師應以學生在完成編程實驗過程的各個環節中的表現為依據，以學生能力發展情況為重點考察對象，兼顧學生在協作學習過程中的表現，對學生做出客觀公正的形成性評價。此外，學習者的自我評價也是形成性評價的一個重要組成部分。為了讓學生能夠在學習完一個主題之后及時地進行自我評價，在教學網站中可以設置“自測練習”模塊，自測練習的題目經過精心設計，能夠有效地檢驗學生對基本概念、基本算法、基本編程方法的理解和掌握。通過完成“自測練習”，學生可以實現自我反饋，糾正錯誤理解或片面認識，建構符合要求的認知結構。

3結語

將建構主義學習理論引入算法與程序設計類課程的教學中，突破了以教師為中心的傳統教學模式的局限，建立了以學生為主體、教師為指導，通過情境創設、自主學習、協作學習、會話交流等教學活動，使學生在與客觀環境的交互過程中主動建構認知結構的全新教學模式。這一教學模式不僅有效地激發了學習者的積極性和主動性，提升了教學效果和教學效率，而且培養了學習者的創新思維能力、自主學習能力、實踐編程能力和協作探索能力，是算法與程序設計類課程教學改革的重要方向。

然而，在短短幾十年的發展歷程中，建構主義學習理論遠未成熟，雖然其提出了一系列適用于高級學習的教學模式和教學方法，但是建構主義學習理論本身的可操作性并不強，很多具體的模式或方法在教學實踐中不易實施和操作。因此，需要教師在教學實踐中根據課程的具體特點和具體要求進行積極的嘗試和探索，對建構主義學習理論進行靈活的變通，使之能夠真正地融入課程的教學活動，促進教學質量和教學水平的提升，服務于創新型高素質人才的培養。