結合認知結構的KM教學法在C語言教學中的應用

李忠慧

摘 要： 針對C語言程序設計實踐課程中學生預習不充分，語法知識不扎實，遺忘快，編程思維混亂等問題，探討將認知結構學習理論和KM教學法相結合的教學方法應用到實際教學中。文章基于KM教學法開發一套C語言程序設計課程的分層認知結構圖，搭建課程自主學習平臺，提供課程知識圖譜、預習資源、習題資源。采用過程性考核方式，加大實驗成績所占百分比。教學實踐結果表明，結合認知結構的KM教學方法激發了學生的學習積極性，達到了較好的實驗教學效果。

關鍵詞： 認知結構； KM教學法； 自主學習； 知識圖譜

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2019）03-64-03

The application of cognitive structure combined KM teaching method in C language teaching

Li Zhonghui

（School of Information Engineering， Yancheng Teachers University， Yancheng， Jiangsu 224002， China）

Abstract： In order to solve the problems that students' insufficient preview， inadequate grammar knowledge， fast forgetting and confused programming thinking in C language practice courses， the application of cognitive structure learning theory and KM teaching method in actual teaching is discussed. With KM teaching method， this paper develops a series of hierarchical cognitive structure graph of C language programming course， builds an autonomous learning platform， and provides curriculum knowledge graph， preview resources， exercise resources， and uses process assessment method to increase the percentage of the experiments. Through teaching practice， KM teaching method combined with cognitive structure stimulates students' learning enthusiasm and achieves better experimental teaching effect.

Key words： cognitive structure； KM teaching method； autonomous learning； knowledge graph

0 引言

“C語言程序設計”是我校數學、物理相關專業開設的一門通識課程，具有較強的理論性、實踐性和創造性。該課程計劃授課96課時，其中理論64課時，實驗32課時。實驗課時較少。普遍存在這些現象：部分學生課前不預習，課后不及時復習，遺忘快，上課能理解老師講解的內容。在實驗課，做講過的習題，就變成練習打字，做稍微變換的習題，就編程思維混亂。很多學生把實驗課用來檢驗理論課中例題。這樣實踐教學不能達到培養學生編程和調試程序的能力。在實際教學時，我們應充分發揮教師“導”的作用，利用一些好的教學措施提高學生學習興趣，鼓舞學生學習這門課程的信心，從而達到培養學生動手編程的能力，為學生后續的專業學習奠定扎實的基礎。

1 結合認知結構的KM教學法

認知結構是指學生在某一學科的特殊知識領域的全部內容及其組織[1]。美國心理學家奧蘇貝爾強調認知結構的重要性，認為學習過程是將已有的內部的知識組織結構與新的經驗知識相結合的過程。奧蘇貝爾系統地闡述了認知結構及其與課堂學習的關系。學生已有的認知結構會影響新的學習，如果對新的學習起促進作用，則稱為學習的正遷移；如果起干擾或抑制作用，則稱為學習的負遷移。

KM教學法是楊炳儒教授在2009年提出的教學方法，在頂層，列出課程知識邏輯結構（Knowledge Logic Structure） 的總體框架。在中間層用思維形式注記圖來表示每一章節的知識點，在底層將每個層次的各知識點注記圖又相互聯系，形成一個知識系統[2-3]。

本文在認知結構學習理論的基礎上，采用KM教學法，開發一套C語言程序設計課程知識認知結構圖。本套圖冊分為三層，頂層是課程知識的總體框架圖，中間層是各知識點思維導圖，底層是每一層知識點關系圖。這套圖冊利用自主學習平臺發布，幫助學生建立良好的認知結構，促進知識學習正遷移。

2 課程認知結構圖的開發與應用

2.1 課程認知結構圖的開發

本文按知識點由易到難的順序，將課程內容分為三個層次。圖1是C語言知識的總體框架圖，是頂層總體框架圖，旨在給學生介紹本課程的教學內容及各知識點之間的關系，為學生建立良好的認知結構奠定基礎。實際授課時，按照圖1的三個層次依次遞進教學。

認知結構圖的中間層是由每一章各知識點的思維導圖組成。思維導圖易于呈現分類知識點間的關系，利于學生記憶和理解，供學生隨時查閱各知識點的語法。為方便學生理解各知識點，設計了相關案例的交互式動畫。設計這些案例時，融合計算思維的特征[4-5]，將編程分為六個小任務：問題分析、問題抽象、歸納分解、算法初步描述、算法細化、編程語言實現。學生學習時只有正確完成當前任務后才能進入下一任務的學習。最終通過多次查閱強化已有的課程認知結構，通過案例學習，理清編程思路，提高編程思維能力和分析問題解決問題的能力。

認知結構圖的底層是由每一層的編程思維知識總圖和細化圖以及本層知識點關系導圖組成。編程思維知識圖是以編程思維的邏輯方式，將本層的各個知識點再次聯系起來。圖2是第一層的各知識點按照編程思維方式組織的總圖。學生在編程時，可按照此圖從上到下確定本題的語句，對于語法知識還沒完全掌握的，可進一步查閱細化圖。這便于學生系統化的復習，理清編程思路，提高其編程能力，對進一步學習下一層新知識起促進作用。

2.2 課程認知結構圖的應用平臺

本系統發布在已有的課程自主學習平臺上，成為自主學習平臺的子模塊。要求學生在每次上課前完成對應知識點的預習任務。由于各個學生的學習能力不同，所以任務發布時間是課程開設日期，而結束時間是按本學期授課計劃上對應知識授課日期的前一天。督促學生課前預習。對于學習能力強的學生可以自主提前學習。為了提高學生完成預習任務的積極性，把預習任務的完成情況納入到實驗平時成績考核中。這樣，在實驗課上，學生已具備當前內容的理論基礎，有一定的編程思路。課堂時間主要花在算法實現和程序調試上，這對學生動手實踐能力的提升大有益處。

2.3 實施效果評價

⑴ 實驗設計

本文對本校物理專業的兩個班級（171班57人，172班61人）進行教學實施，評價結合認知結構的KM教學法的教學實施效果。根據控制變量法原則，在實施教學時，兩個班級教材、教師、計劃授課時和教學進度安排全部相同，171班學生通過平臺學習認知結構圖，按期完成預習任務。172班按傳統授課方式教學，按期布置預習任務。

課程教學內容按難易程度分為三層，在每一層次授課完成后對兩組學生就本層內容進行編程測試。每次編程測試3題，所選題目都是沒有在課堂講過、練過的習題，防止學生死記代碼。測試按難易度規定完成時間分別為45、60和100分鐘。記下規定時間內完成的題目數。最后比對學生測驗和實驗期末成績。

⑵ 實驗結果及分析

兩個班級的測試結果統計如表1所示。171班學生整體編程實踐能力要高于172班學生。期末實驗成績比對中171班的優秀率和平均成績要明顯高于172班。

3 結束語

C語言實驗教學是培養學生分析問題，歸納抽象問題，利用C語言解決實際問題的能力。本文頂層采用KM圖描述課程的認知結構圖，中間層采用知識點的思維導圖，底層采用知識點關系圖的三層模式進行實驗教學。教學實踐證明，采用該模式可以提高C語言實驗教學效果，可以幫助學生建立起良好的認知結構，為今后其他課程學習奠定基礎。今后，將為系統開發手機端平臺，讓學生把C語言“字典”隨身帶，更方便他們的學習。

參考文獻（References）：

[1] 陳婷.C語言程序設計實驗教學改革探究[J].實驗技術與管

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[2] 楊炳儒，張桃紅.理工科課堂KM教學法研究[J].現代大學教

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[3] 周穎，李葆萍，馬超等.基于KM教學法的知識圖開發、教學及

評估研究[J].中國電化教育，2016.39（8）：87-92

[4] 劉光蓉.融入計算思維的C語言實驗教學設計[J].實驗室研

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[5] 朱前飛，楊鼎強，蔣加伏等.基于計算思維的程序設計課程改

革研究與實踐[J].計算機時代，2017.35（6）：69-73