“程序设计”课程目标的认知结构解析

1、程序设计”课程目标的认知结构解析 2006-01-0223:33, 田俊华、李艺 ,7175 字,1/1445, 原创 |引用 本文将“算法与程序设计”模块的目标描述为：内化为一个“结构” ，外显 为若干“层次 / 亚层”；并认为，在基础教育阶段， “程序设计”课程的关键是要 帮助学生建立合理的算法与程序设计的认知结构， 而不在于要求学生掌握多少语 法知识与编程技巧， 进一步的目标在于提升学生的信息素养， 为其终身发展奠定 良好的基础。最后根据这一认识对高中“程序设计”的教学提出了相应的建议。 在我国信息技术课程的发展历史中， “程序设计”一直扮演着重要的角色。 在教学实践中， 关于其存在性和

2、价值， 引发过许多争论， 而因其单调的逻辑形式 等原因，素来被认为是难教、 难学的典型代表， 许多中小学信息技术课程的承担 （实践） 者和研究者， 都曾经对它产生过困惑。 从最初以极大的热情在中小学开 设 BASIC 语言教学，到 1997 年中小学计算机课程指导纲要（修订稿） 中将 “程序设计”作为“选学模块” ，再到 2000 年中小学信息技术课程指导纲要 （试行）中作为“基本模块”但有条件地“选取适当的教学内容”的发展历程 看，大家对“程序设计”在基础教育阶段的教学既感到难以割舍，又感到无所适 从。当前，随着普通高中技术课程标准（实验稿） （以下简称“课标” ）的颁 布与实施，“算法与程

3、序设计”作为选修模块设置于信息技术部分， “程序设计” 再次成为人们关注的焦点。 与其它几个选修模块相比， 考虑到大多数不同高中教 师的习惯及教学设备配备等因素， “算法与程序设计”很可能成为被选频率较高 的模块，因此不能低估它的可能影响与价值， 对此，我们有必要从更深层面对课 程目标进行思考。本文从心理学的角度就“程序设计”的课程目标作如下探讨。 、“程序设计”课程目标的心理学分析 1、“程序设计”课程目标的简单历史回顾 在我国中小学信息技术教育中， “程序设计”的教学具有较长的历史，我们 认为，“程序设计”课程目标的变化大约经历了三个阶段，形成三个认识层次。 第一层次， 1982 年教育部

4、决定在清华大学、北京大学等 5 所大学的附中试 点开设 BASIC 语言选修课，启动了我国中小学信息技术教育（计算机教育）的 历程。这时“计算机文化观 1 ”刚刚形成，并且开始对我国的信息技术教育产 生影响，受技术发展的局限，这时的信息技术（计算机）课就是程序设计课，就 是学习 BASIC 语言。于是，大多数人又将“程序设计”教学基本等同于“程序 设计能力” 的教学，课程目标可以描述为： 训练学生使用程序设计语言进行程序 设计的能力。这是“程序设计”课程目标的最初层次，这个课程目标的影响延续 时间较长， 影响较大，直至今天， 实际教学中存在的不少误区还是缘发于它的作 用。 程序设计”课 随着信

5、息技术的发展和信息技术课程开设经验的积累， 人们对计算机文化观 的理解渐趋成熟， 与此同时，1995 年，国外学者针对我国千军万马齐学 “BASIC 的现象提出了忠告， 人们逐渐意识到， 除了赋予信息技术课程更多的教育责任以 外，仅仅程序设计部分还应该蕴藏 / 负载更多的文化意义。这一认识使“程序设 计”课程目标发生了很大的转变，上升至第二个层次： 1997 年的中小学计算 机课程指导纲要（修订稿） 指出，“程序设计”课程的目的是“要通过程序设计 的教学让学生更深入地理解计算机的工作原理，初步学会程序设计的一般方法， 并了解用程序设计的方法解决实际问题的几个基本步骤。 ”这一认识与第一层次 的

6、认识相比显然全面而深刻， 但如果纵观信息技术 （计算机） 课的整个教学体系 不难发现，当时的课程目标明显带有“计算机工具论”的倾向， 程目标主要是让学生了解计算机， 学会使用计算机解决问题， 而对其携带的信息 文化价值、思想方法价值等尚未提升到相应的高度。 需要指出的是， 2000 年指 导纲要中虽然写出了“信息素养培养”的字样，但未在课程指导纲要中予以真 正落实，其围绕具体工具展开的模块化结构显然是工具论的简单延伸， 未有实际 的变革和超越。 随着基础教育课程改革的展开，人们对信息技术课程的认识不断走向深入， 在 2003 年推出的“课标”中，程序设计部分随着整体课程目标再次得以升华， 从而

7、进入第三个层次。 “提升学生信息素养” 、“关注全体学生”不仅是课程的基 本理念，而且也实实在在地落实到整个课程中。通过“程序设计”的教学，让学 生掌握程序设计的基本知识与基本技能固然重要， 但对程序设计方法与过程的体 验，对其携带的思想方法、 文化内涵的了解， 以及正确态度的形成同样不可忽视。 这一层次的目标更多关注 “整体的人” 的发展，而不仅仅是学科知识的系统性与 完整性，从提升学生信息素养的高度对“程序设计”的知识与技能、方法与过程 以及态度、 情感与价值观提出了要求， 由此构成一个全方位的立体目标体系。 具 体地，算法与程序设计模块在继承信息技术课程总目标的前提下， 又具体地提出：

8、“旨在使学生进一步体验算法思想， 了解算法和程序设计在解决问题过程中的地 位和作用； 能从简单问题出发， 设计解决问题的算法， 并能初步使用一种程序设 计语言编制程序实现算法解决问题。 ” 与以往的课程目标相比， 新的课程目标着眼于人的终身学习和个性发展， 目 标中除规定了外显行为外， 更加注重对学习者内部心理过程的描述， 因此，准确 把握“程序设计”课程目标需要从心理学的角度加以理解。例如，对大部分学生 来说，从“程序设计”课中能学到哪些“有用”知识？体验程序设计过程的意义 30 何在？在商业应用软件日益丰富的今天，还有没有必要学习程序设计？短短 多个学时能学会程序设计吗？ “程序设计” 课

9、的基础教育性质体现在哪里？它是 如何支撑学生进一步发展的？等等。 2、“程序设计”课程目标的心理学内涵 在与高中信息技术课教师的交流中我们发现，部分教师在教授“程序设计” 时比较注重所谓的 “编程技巧”，而对程序设计的整体结构及思想方法重视不够， 而且这种认识在高中信息技术课教师中具有一定的代表性。 我们认为， 在高中阶 段，“程序设计”课程应该是让学生学习那些具有广泛迁移意义的知识与方法， 是“为迁移而教”，其实质是塑造学生良好的认知结构。 何为认知结构？奥苏伯尔( D.P.Ausubel )认为，所谓认知结构，就是学习 者头脑里的知识结构。 广义地说， 它是学习者的观念的全部内容和组织；

10、狭义地 说，它是学习者在某一特殊知识领域内的观念的内容和组织。 学习者学习时， 新 旧知识通过反复同化， 最后形成一个综合贯通的网络结构。 从认知心理学的这一 基本理论来看， 学习者认知结构的建立是一个长期的过程， 教学的意义在于尽可 能帮助学生建立一个合理的认知结构。 一般而言， 认知结构建立得越合理， 有效 学习发生的可能性就越大； 认知结构越完善， 复杂程度越高， 学习者的外显能力 就越强。从这方面看， “程序设计”课程目标就是要在学生已有的适当观念上， 帮助他们建立尽可能合理的算法与程序设计的认知结构， 学习用程序设计的思想 方法解决问题， 培养学习程序设计的兴趣爱好， 为学生将来的发

11、展提供该领域的 知识与能力准备。 那么，什么样的算法与程序设计认知结构才是合理的呢？合理的算法与程序 设计的认知结构应该是程序设计的一般规律及其基本思想方法在学习者认知结 构中的合理映射，是利用程序设计解决问题的能力的合理映射，同时还是欣然 / 乐于此道的态度的合理映射 （延伸/ 收获/ 体验）（疑问：认知结构主要指广义知识 的内部存储形式， 说它是情感、态度的映射能否说得通？） ，（布卢姆的认知目标 分类就是知识、技能、情感）它是一个系统结构，而不是语法命令、方法技巧的 简单堆砌，知识 /技能/ 能力间的联系是非人为的和实质性的。对于高中生来说， 这一认知结构所映射的是算法与程序设计的最具普

12、遍意义的程序设计的知识体 系，是灵活运用习得的知识改造旧有观念， 以及解决基本问题的能力， 并形成积 极主动的探究态度，在此基础上，学生可以通过继续学习逐步完善这一认知结构。 由于学生原有的知识准备、主动加工的心理倾向以及个性发展等因素的差 异，其通过学习形成的认知结构各不相同， 但如果建立了合理的认知结构， 其差 异将主要表现在量上而非质上， 即个体间的整体认知结构大体相似， 主要差异在 于个体间认知结构的复杂程度， 以及对自身期望的强弱 （疑问： 这一点是否和建 构主义的观点相矛盾？） （讨论认知结构时，一定程度上是对状态的客观描述， 而没有关注其获得过程， 使用认知理论可以解决问题， 当

13、然不用去套用什么建构 主义）。我们认为，关于一般意义上的程序设计，个体间认知结构差异在外显行 为上将表现为三个层次： 第一层， 能读懂简单的程序代码， 能模仿范例对简单问 题设计算法并编程实现，理解基本的程序设计思想方法，并乐意学习程序设计； 第二层，能够运用程序设计的局部知识解决比较复杂的问题， 能准确地理解程序 设计的基本思想与方法，对程序设计有较高的兴趣， 并能体会到这方面的成就感； 第三层，能系统地运用程序设计的基本知识设计算法并编写程序解决问题， 具有 一定的技巧性、艺术性，对程序设计有某种程度的痴迷。 由于对基础教育阶段来说， 达到第二或者第三层次是不够现实的， 因此，我 们对第一

14、层次可以再细分为三个亚层： 1、就某种程序设计语言，能初步掌握最基本的语法与命令，通过简单应用 体验人机合作中的对话感， 形成对人工语言概念的初步了解， 知道存在一种利 用计算机解决问题的新方法； 2、知道程序设计的一般步骤，对程序设计的基本思想方法有一定的理解， 能通过模仿或者改造别人的程序解决简单的问题，学习比较积极主动； 3、透过程序设计语言层面，能够理解程序设计实质上是人们利用人工语言 与计算机进行对话而开展工作， 解决问题， 开始喜爱程序设计， 个人意识中开始 具有专业发展的趋向。 第一个亚层是“程序设计” 课程的基本目标， 也是绝大多数学生要达到的目 标。这一亚层对于任何一个选修了

15、“算法与程序设计”的学生，即使其将来并不 从事计算机技术开发或者应用工作， 甚至是一个文科发展取向的学生， 都将产生 积极意义。达到这一目标，学生虽然无法从真正意义上做到设计程序解决问题， 但通过学习， 他们能从语言处理层面知道计算机的基本工作原理， 进而消除对信 息技术的神秘感与畏惧感， 并在新旧知识的相互作用中改造原有的认识结构， 面 对信息技术（程序、软件等）应用及其现象具有较准确的理解和足够的自信心。 例如，学生能领悟 Excel 中“ A1+B1 ”与“ =A1+B1 ”的区别在于，前者表示 字符串而后者表示表达式。 第二个亚层是小部分学生可以达到的。 达到这一亚层， 他们可以通过知

16、识的 迁移，在未来的学习和工作中能够用程序设计的一些知识解决具体问题， 能够在 初步地知其所以然的基础上小试牛刀。例如，他们能够在Word 、Excel 中创建 宏，能用这些软件提供的内部函数进行比较复杂的操作， 能用学到的知识编写简 单的 JavaScript 小程序创建动态网页等。 对于第三个亚层， 呈现为比较复杂的认知结构。 达到这一亚层， 学生能够独 立地或与他人合作设计程序解决学习、 生活中的一些简单问题。 具备了通过进一 步发展成为程序设计专业人员的良好基础和可能性。 可以认为，这一亚层并非“共 同基石”性质的大众目标，但不排除少数特长学生通过个人努力能达到这一亚层， 而对课程，对

17、教师来说，促使他们向这个目标迈进恰好是关注学生个性发展的意 义所在。 从以上的分析我们可以得出如下结论： “程序设计”在高中阶段的教学，旨 在帮助学生建立尽可能合理的算法与程序设计的认知结构， 使其达到某一合理的 层次，或者促使其由低层次目标向较高层次目标迈进， 最终目的在于从程序设计 领域提升学生的信息素养，为学生将来的发展奠定扎实的基础。 二、“程序设计”课程目标心理学内涵的指导意义 帮助学生建立合理的算法与程序设计的认知结构是 “程序设计”教学的关键， 不同“层次”（尤其是“亚层”）的划分为学生提供了一个学习阶梯，两者虽然关 系密切，但地位不同，“结构”是“层次”的内在根源， “层次”是

18、“结构”的外 部表现。在高中阶段， 局部的程序设计知识与编程技巧固然重要， 但不宜过分强 调，否则将本末倒置。这犹如少儿学习弹钢琴，正确、规范的指法以及对乐感的 培养远比熟练弹奏多少支曲子更为重要。 程序设计是一项复杂的活动， 它与人类 的诸如逻辑推理、 计划协调等高级认知能力密切相关， 并不是选修了算法与程序 设计模块的所有学生都具有这个能力； 对大部分学生来说， 选修“算法与程序设 计”模块的初衷也并不是希望将来成为计算机开发人员， 但至少可以肯定， 他们 都需要使用信息技术，都需要在信息社会中生存，学习“程序设计”是要了解程 序设计的思想方法，理解基于人工语言的思维方式，激发学习信息技术

19、的兴趣， 培养学习信息技术的成就感，从程序设计的角度提升个人的信息素养。 即使少部 分对程序设计具有浓厚兴趣的学生，完善这一认知结构也不是一蹴而就的， 它需 要一个长期的过程，因此，我们不要期望学生在短时间内能掌握很多所谓的“技 巧”，从而达到较高层次。合理的算法与程序设计认知结构是学生进一步发展的 基石，它将在学生头脑中形成正确的程序设计观念， 并促使其原有的认知结构合 理分化，增强学习兴趣，加快学习信息技术的步伐；而混乱的算法与程序设计认 知结构，将产生一些错误观念，不仅不利于学生今后的发展，而且对已经习得的 程序设计知识也难以长久保持，知识的有效迁移非常微弱，这就是为什么有些学 生总是抱

20、怨学了“程序设计”感觉稀里糊涂，没多大用处，学完之后很快就会忘 得一干二净的原因。 在学生头脑中，算法与程序设计的认识结构与其原有的认知结构之间并没有 明确的界线，广义上讲，认知结构是一个相互交织、综合贯通的网状结构，各方 面的知识相互作用，互相制约，形成一个统一的整体。“程序设计”知识的习得 不仅依赖于原有的信息技术知识，而且依赖于其他方面的知识与经验，它们共同 构成学习“程序设计”的知识与能力准备，因此，在教材编写和教学方法上，应 该从微观着手，作宏观把握，多从学生的已有知识经验出发组织内容， 贵在方法 与过程的体验，注重知识间的相互联系，善于引导学生在变式练习中领会具有广 泛迁移意义的知识，感悟“程序设计”的一般规律及基本的思想方法，培养学生 学习“程序设计”的兴趣，在方法与过程的体验中体会成就感。 根据认知心理学的观点，认知结构的建立和组织是遵循着“渐进分化”和“综