基于奧蘇貝爾理論的編程教學前端分析

肖升　李勇帆　陽小

摘 要 編程教學前端分析是保證編程教學順利實施的基礎，包括學習需要分析、學習者特征分析以及教學內容分析。目前對編程教學研究雖已涉及教學模式、教學評價、教學方法、學習者創新思維培養等諸多方面，但仍缺乏系統的編程教學前端分析。由于奧蘇貝爾理論能夠對教學前端分析的核心問題，如學習心理作用、知識框架構建等形成有效分析，因此本文提出基于奧蘇貝爾理論的編程教學前端分析框架，并在此框架下探討編程教學前端分析所涉及的內容及所應遵循的原則。

關鍵詞 編程教學 前端分析 奧蘇貝爾理論

1前言

編程教學前端分析是指在編程教學設計之前，分析直接影響編程教學設計但又不屬于具體設計事項的問題，包括學習需要分析、學習者特征分析以及教學內容分。編程作為實踐性較強的課程，教學目的通常是使學生掌握編程技巧，因此在編程教學過程中，任教者往往只會重視教學流程設計和教學技巧運用，而不會在意前端分析。但作為后續教學設計的基礎，前端分析既是制定教學目標和教學策略的主要依據，也是實現教學內容有效分析的關鍵手段，還是提高教學效果的重要前提。因此，對編程教學而言，前端分析具有一定的研究價值。

從已有成果看，目前對編程教學的研究雖已涉及教學思想、教學模式、教學方法、教學效果、學習者思維培養等諸多方面，但仍缺乏系統的前端分析。考慮到奧蘇貝爾理論能夠對教學前端分析的核心問題，如學習需要、學習者特征、教學內容等形成有效分析，以及它在其它教學領域的成功運用，本文提出基于奧蘇貝爾理論的編程教學前端分析框架，并在此框架下探討編程教學前端分析所涉及的內容及所應遵循的原則。

2前端分析框架

戴維·保羅·奧蘇貝爾（David Pawl Ausubel， 1918-2008）是美國認知教育心理學家。他的“學與教”理論內涵非常豐富，其中涉及子理論主要有3個，即動機理論、有意義接受學習理論和先行組織者策略。由于動機理論能夠分析學習動機，因此可被運用于學習需要分析；而有意義接受學習理論能夠分析學習風格和認知結構，因此可被運用于學習者特征分析；加之有意義接受學習理論和先行組織者策略能夠分析新舊知識的實質聯系和組織結構，因此可被運用于教學內容分析。綜合上述三點，本文提出如圖1所示的編程教學前端分析框架。

3前端分析內容

在前端分析中，學習需要分析、學習者特征分析、教學內容分析3者是并列關系，均為教學系統設計的后續環節提供依據。

3.1學習需要分析

所謂學習需要是指學習者學習現狀和期望之間的差距。學習需要分析的主要目的是找到這種差距，并為縮小這種差距設計能提高學習者學習興趣的教學目標和方法。學習興趣是學習者內部動機在學習上的體現，通常認為，內部動機越強，學習者的自主性和積極性也越強，學習者主動學習新知識以及構建知識框架的可能性也越大。奧蘇貝爾的動機理論認為，成就動機（學習者試圖獲取好成績的傾向）是內部動機的重要體現，并將成就動機分為認知驅力、自我-增強驅力、和附屬內驅力。

（1）認知驅力；在編程教學中，認知驅力是指學習者渴望理解、掌握編程知識，以及陳述和解決編程問題的傾向，它是學習者自發形成的驅力，通常由愛好觸發。例如，在編程教學開始時，可以介紹圖靈獎獲得者ken和dmr開發c語言和UNIX的初衷是為了游戲。同時，給學生展示幾個有足夠吸引力的游戲案例，如最近很受歡迎的消消樂、貪吃蛇大戰等，以便讓學生知道編程學習和休閑娛樂可以相輔相成。

（2）自我-增強驅力；在編程教學中，自我-增強驅力是指學習者為贏得行業地位而提升自己勝任能力的傾向，通常由外部刺激觸發。例如，為了激發學生內心自強不息、堅韌不拔的斗志，可以通過引入同齡人的成功案例，如獲得全國第二屆微軟“編程之美全國挑戰賽”冠軍——李雪的奮斗歷程來實現這一目標。

（3）附屬內驅力；附屬內驅力是指學習者為贏得附屬對象（如老師、同學、朋友等）的認同而努力學習、積極表現的學習傾向。由于具有比較明顯的年齡特征，因此，隨著學習者年齡的增長和獨立性的增強，附屬內驅力不僅在強度上有所減弱，而且附屬對象也從家長和教師轉移到同伴身上。在編程教學中，學生的附屬對象上一般為同學或朋友，故而應該發揮同學和朋友的積極作用，例如，在講授“用數組來實現簡單的學生成績管理系統”這一程序時，教師可以給出不同難度的選題，讓學生組隊完成任務，通過組內成員間的相互討論和組間成員間的相互競爭來激發學生提高編程效率的熱情。

3.2學習者特征分析

學習者特征分析是指在學習新知識前分析學習者的初始能力和學習風格，以便更好地因材施教。學習者具有的認知、情感、社會等特征都會對學習信息加工過程產生影響。因此，學習者特征分析是決定編程教學前端分析成功與否的關鍵因素。

奧蘇貝爾的有意義接受學習理論認為，形成學習者特征的主要因素包括個性化學習風格和認知結構。

（1）個性化學習風格；個性化學習風格是學習者保持的帶有個性特征的學習方式，是學習策略和學習傾向的總和。在編程教學前，如果能夠了解學生的個性化學習風格，將有助于教師有針對性地施教。所羅門從信息加工、感知、輸入、理解4個方面將學習風格分為4組8類（活躍型與沉思型、感悟型與直覺型、視覺型與言語型、序列型與綜合型），并設計了具有很強操作性的學習風格量表。這一量表測試簡單，是進行學生學習風格測試的有效途徑。學生只需填好量表，并通過簡單計算就可以匹配出與自己對應的學習風格。

在編程學習中，活躍型學生思維比較靈活，敢于嘗試新的學習方法，但不夠嚴謹，而沉思型學生對問題的解決辦法考慮得更加全面細致、透徹合理。可見，不同學習風格的學生各有優劣，所以在編程教學中教師可以根據學生的個性化學習風格進行分組，實現學生間的優勢互補。

（2）認知結構；認知結構是指學習者已有觀念的全部內容和組織。具體到編程教學中，它是指學生在編程領域內已有觀念的全部內容和組織。由于認知結構分析強調“已有性”，因此，首先要重視對學生已有知識儲備及技能上限的分析。同時，奧蘇貝爾理論認為，認知結構中對新知識獲得和保持的影響因素主要有3個：觀念的可用性、可辨性和清晰性，因此，在摸清學生已有知識儲備及能力上限的基礎上，還要進一步分析他們對知識細節的辨析能力、靈活運用能力，以及技能的可擴展空間。例如在講解“常用字符與ASCII值”編程時，可以結合高中所學的關于數制轉換的知識幫助學生理解，但考慮到高中運算不用二進制，學生對常用字符的ASCII碼表示也不熟悉，因此不宜過分講解常用字符與二進制的同質性。

3.3教學內容分析

教學內容分析是對學生起始能力變化為終點能力所需要的從屬知識和技能，及其上下、左右關系進行詳細剖析的過程。奧蘇貝爾提出的有意義接受學習理論、先行組織者策略揭示教學內容各個部分之間的聯系，安排其呈現順序。

（1）有潛在意義材料的挖掘

有意義接受學習理論提出，如果教師能將有潛在意義的學習材料與學生已有認知結構聯系起來，融會貫通，學生也能采取相應的有意義學習的心向，從而獲得更好的學習效果。實踐性較強編程教學中挖掘有潛在意義的材料不僅能激發學生主動思考，還有利于學生形成多種思維方式。例如，實現兩個數的交換，數學的思維方式是直接對兩個數重新賦值，而計算機思維方式是借助中間變量進行交換，通過“實現兩數交換”可以幫助學生理解和掌握多種思維方式，實現更好的教學效果。

（2）教學內容分類

先行組織者是指先于新知識本身呈現的一種引導性知識或材料，它包括上位組織者、下位組織者、并列組織者3類。

豍上位組織者；所謂上位組織者是指包容性和抽象概括性均高于新知識的先行組織者。從知識層次看，作為上位組織者的先行組織者位于新知識的上方，或者說先行組織者是上位觀念，新知識是下位觀念。例如，在講解二叉樹遍歷之前，先回顧二叉樹的相關知識，此時，由于二叉樹的包容性和抽象概括性均高于二叉樹遍歷，因此，它是上位概念，或者說它是被引入的上位組織者。

豎下位組織者；所謂下位組織者是指包容性和抽象概括性均低于新知識的先行組織者。從知識層次看，作為下位組織者的先行組織者位于新知識的下方，或者說先行組織者是下位觀念，新知識是上位觀念。例如，在講解最優二叉樹之前，先引入哈夫曼編碼，此時，由于哈夫曼編碼的包容性和抽象概括性均低于最優二叉樹，因此，它是下位概念，或者說它是被引入的下位組織者。

豏并列組織者；所謂并列組織者是指包容性和抽象概括性既不高于、也不低于新知識的先行組織者。從知識層次看，作為并列組織者的先行組織者與新知識之間存在并列組合關系。例如，在講解樹后序遍歷之前，先引入樹前序和中序遍歷的相關知識，此時，由于前序、中序及后序遍歷都是指遵循某種次序訪問樹中節點，因此，樹前序和中序遍歷就是被引入的并列組織者。

對實踐性較強的編程教學內容進行分類，有利于幫助學生理解實踐性知識，從而形成完整的編程知識框架。

4前端分析原則

由于動機理論強調學生主體地位；有意義的接受學習理論強調知識融會貫通；先行組織者策略強調內容合理分類。因此，在基于奧蘇貝爾理論的編程教學前端分析中，應遵循如下3個基本原則：

4.1堅持以學生為中心

一方面，由于學習者是學習活動的主體，學習者具有的認知、情感、社會等特征都會對學習的信息加工過程產生影響。另一方面，由于學習需要分析受學習動機的影響，動機越強，縮小現實與理想間的差距，進行高效教學的可能性越大。因此，奧蘇貝爾的動機理論強調學生主體，基于奧蘇貝爾理論的編程教學前端分析也應堅持以學生為中心。例如，在雙向鏈表編程教學中，不能僅考慮學習者對雙向鏈表靈活程度的喜愛，還應充分考慮學習者對鏈結構及鏈操作的思維和實踐基礎。

4.2重視有潛在意義學習材料的挖掘

有潛在意義的學習材料是指能夠幫助學生更好理解和掌握新知識的材料。在編程教學中，有潛在意義的學習材料一方面可以幫助學生實現新舊知識之間的溝通，建立起基本的知識框架；另一方面由于其挖掘的基礎是學生原有的認知結構，因此，可以提高學生學習積極性，即學生在學習新知識的過程中積極主動的從原有知識結構中提取出最易于與新知識聯系的舊知識。例如，在學生已掌握了棧相關知識的基礎上，進行隊列知識的教學時，可以將棧知識作為有潛在意義的學習材料，一方面可以降低隊列知識的教學難度，另一方面通過分析棧與隊列的異同點，可以幫助學生理解掌握隊列知識。

4.3根據組織者類型采取合適的教學策略

根據不同的組織者類型，選擇不同的教學策略。只有當先行組織者類型與教學策略匹配時，才能幫助學生更好地理解新知識，建立合理的知識框架，實現高效的教學效果。反之，若兩者不匹配，則容易導致學生的思路混亂，不利于建構知識框架，更不能實現高效率的編程教學。例如，由于棧與隊列都是線性結構且兩者屬于并列組織者類型，因此宜采取整合協調的策略進行教學，而不宜采取適合上下位觀念的教學策略，如逐級歸納、漸進分化等。

5小結

編程教學前端分析是保證編程教學順利實施的基礎。基于奧蘇貝爾理論的編程教學前端分析利用動機理論、有意義接受學習理論和先行組織者策略從如下3個方面完善了傳統的編程教學前端分析：

（1）關注學生內部動機、情感、興趣等對教學的影響，重申學習積極性對教學質量的正面影響。

（2）重視有潛在意義學習材料的挖掘，強調構建包含新舊知識的知識框架是保持教學連貫性的重要基礎。

（3）指出對教學內容進行合理分類是實現編程教學優化的前提。

除上述優點外，基于奧蘇貝爾理論的編程教學前端分析還存在如下2點不足：

（1）教學情境設計比較欠缺。編程教學的復雜性和枯燥性要求教學情境更加豐富，以便激發學生的學習熱情和興趣；

（2）缺少對教學效果再反饋的分析。編程教學的長期性和更新性要求任教者經常關注教學效果的再反饋和再提升。

故而，在利用奧蘇貝爾理論進行編程教學前端分析時，還需要進一步考慮教學情境設計和教學效果再反饋，教學前端分析只有在實踐中不斷改進，才能與時俱進。

參考文獻

[1] 徐偉.步進順序思想在基于S7-300系列PLC編程教學中的應用探討[J].實驗技術與管理，2017，34（3）：183-186.

[2] 王旭卿.學習編程，編程助學——2014年哈佛大學Scratch教程評析[J].現代教育技術，2016，26（5）：115-121.

[3] 魏妮妮，宋翌.結對編程在程序設計基礎課程實驗教學中的研究與實踐[J].實驗技術與管理，2013，30（12）：163-165.

[4] 寇海蓮，萬正剛.概念圖用于C程序設計教學評價的實踐研究[J].中國電化教育，2012，（10）：114-119.

[5] 吳博.“任務驅動教學法”在“網絡編程”課程教學中的應用[J].中國大學教法，2010，（7）：63-64.

[6] 張仁競.基于奧蘇貝爾的對話型教學模式構建[J].教育理論與實踐，2016，36（13）：59-62.

[7] 伍葉琴，鄭志輝.論課堂教學時間的理性存在與優化[J].教學與管理，2013，30（7）：3-6.

[8] 赫興無.認知同化說指導下的地理教學策略[J].教學與管理，2013，30（32）：151-153.

[9] 馮霞.奧蘇貝爾的“有意義接受學習”理論對國內成人教育的啟示[J].中國成人教育，2016，（23）：17-19.

[10] 丁淑平.基于有意義接受學習理論的非指導性教學研究[J].教學與管理，2013，30（2）：12-14.