《深圳市計算機編程普及教育研究》課題成果簡介

　日期：2011-07-11   來源：深圳市社會科學院

《深圳市計算機編程普及教育研究》

課題成果簡介

管建福

一、開展計算機編程普及教育的意義

青少年編程普及教育不僅有利于培養學生的信息素養，還有利于推進整個民族軟件業的發展，其重要性不容忽視。在當前環境下，開展青少年編程普及教育具有重要意義和廣泛價值。

1．人文價值

正如繪畫不只是顏料的調配，音樂不只是音符的組合一樣，編程也不只是符號的匯集。編程離不開人的情緒和動機，離不開人的情感和意志。因此，編程是人類的一種創造性文化活動，學生學習編程絕非單純為了獲得相關的知識，更重要的是通過學習，形成對待問題、對待挫折的正確態度和追求真理、追求卓越、追求完美的精神并將其內化成意志品質遷移到工作、學習和生活的各個方面。

計算機編程普及教育的人文價值，體現在程序語言的提出及演變過程中，體現在編程方法的發現和完善過程中，體現在人們孜孜以求、百折不繞的研究過程中，體現在編程對科學、經濟和社會發展的推動和促進過程中。

2．思維價值

編程是思維的體操。它在培養學生的辨證思維和邏輯思維方面具有其他學科難以替代的功能。

精確定量思維是對當代科技人員的共同要求，所謂定量思維是指人們從實際中提煉數學問題，抽象化為數學模型，用數學計算求出此模型的解或近似解，然后回到現實再進行檢驗，必要時修改模型使之更切合實際，最后編制解題的軟件包，以便得到廣泛的方便的應用。

編程的思想方法可遷移到日常生活、生產實際和科學研究的各個方面，成為人們分析問題和解決問題的重要策略。

3．美育價值

編程將雜亂整理為有序、將復雜轉化為簡單、使經驗升華為規律、尋求各種物質運動的統一表達等，都是美的體現。程序美是工作美、生活美的重要組成部分，對人的精神世界陶冶起著潛移默化的作用。

青少年編程普及教育的美育價值體現在兩個方面：一是內容，二是形式。從內容上看，

青少年編程普及教育是人們認識世界和改造世界的基礎知識，它具有邏輯的嚴密性、應用的廣泛性和一定的抽象性。它能夠不斷地引起學生的認知沖突，打破學生的心理平衡，激發學生的學習動機和興趣，使學生在學習過程中獲得成功的情感體驗，感受到克服困難、得到新知的歡樂。從形式上看，青少年編程普及教育選用合適的程序語言將研究對象用符號和函數來表示，通過形式化的程序將問題的結果呈現出來，都使得編程獨具魅力。這種魅力成為培養學生良好個性品質的催化劑，從而對造就人才發揮著一種美育的功能。

4．發展價值

前蘇聯計算機教育專家伊爾肖夫（A.P.Ershov）在瑞士洛桑舉行的第三屆世界計算機教育應用大會上提出的“程序設計——人類的第二文化”的觀點，反映了對青少年編程普及教育發展價值的正確認識，他認為編程有兩層意思：一是指計算機程序設計；二是指有序地安排生活。不論人們是否意識到，人類總是生活在一個“程序設計的世界中”：科學上的發現、社會的組織、學習、甚至人的日常生活都是一種面向程序的工作與生活，平常我們做事時也自覺地把事情分解成許多小步驟，然后再分步去完成，如同編程時總是把程序按照一個模塊一個模塊地設計一樣，顯然，編程的這種結構化設計思維和方法對于培養學生的生存能力和生涯規劃能力有著積極的促進作用。伊爾肖夫認為，“善于還是不善于編排與執行自己工作的程序是人們能不能有效地完成各種任務與能不能獲得有條理生活的關鍵；現代人除了傳統的讀、寫、算能力以外，還應該具有一種可以與之相比擬的程序設計能力，這就是說具有第二種文化——程序設計文化”。也就是說，伊爾肖夫把計算機編程向人類生活的更深層次遷移，對它的定位不止是計算機信息處理、開發與應用本身，而是上升到人類生存的“文化”高度，而學生學習編程可以幫助他們從小培育一種程序設計意識與能力，培養程序設計文化。使他受教于一時，受益于一世。

5．實用價值

編程不僅是一門科學，還是一種普適性技術，從航天到家庭，從大型工程到工商管理，無一不受惠于編程技術。編程已滲入各行各業，并物化到各種先進設備中，從飛行著的衛星到運轉著的核電站，從天氣預報到家用電器，從飛機、汽車的全數字化開發到指紋分析中的小波技術，高技術的高精確、高速度、高自動、高安全、高效率和高質量等特點，無一不是建立數學模型通過計算機編程來控制實現的。

二、開展計算機編程普及教育的原則

１．引起注意原則

    注意是心里活動對一定對象的指向和集中。它具有選擇功能──選擇有意義的、符合需要的和當前活動相一致的有關刺激，避開與之無關的其它刺激并抑制對它們的反應；具有保持功能──使注意對象的映象或內容維持在意識中，得到清晰、準確的反映，直至達到目的為止；具有調節和監督的功能──控制心里活動向著一定的方向或目標前進。它是學習取得成效的前提條件。根據產生和保持注意有無目的性和意志努力程度的不同，可以把注意力分為無意注意和有意注意。無意注意也叫不隨意注意，是事先沒有預定的目的，也不需要作意志努力的注意。有意注意也稱隨意注意，是有預定的目的、需要作一定努力的注意。

    青少年編程普及教育首先要善于運用無意注意的規律。這要求教師充分利用刺激物的強度、刺激物之間的對比關系、刺激物的活動和變化、刺激物的新異性，充分考慮學生的需要、興趣、知識經驗和情緒狀態，綜合運用語言、色彩、聲音，聲姿、表情、眼神、手勢、電教等手段來創設教學情境，突出主題、表現主題。其次要善于培養學生的有意注意。這要求教師不斷激發學生學習的自覺性和克服困難的意志力，不斷對學生進行學習目的性教育，明確提出課題并說明課題內容的意義和重要性。再次，要善于運用兩種注意相互轉換的規律。在教學中，過分地要求依靠有意注意來學習，易引起疲勞和注意的渙散；但如果只讓學生依靠無意注意來學習，則不利于他們的主動性及與困難作斗爭的意志力的發展，且難于完成艱巨的學習任務。因此，青少年編程普及教育時，教師應當考慮使學生的有意注意和無意注意作有節奏的交替輪換。讓有意注意和無意注意協同作用，共同服務于教學目的。

    ２．激發興趣原則

    興趣是人們探究某種事物或從事某種活動所表現出的特殊積極的個性傾向。這種個性傾向性能使人對某種事物給予優先的注意，并且具有向往的心情。一個人的興趣愈濃，他的觀察就愈仔細，感知、思維、記憶、聯想等智力活動就愈有成效。在青少年編程普及教育的過程中，教師如能掌握學生力求認識、探究某種事物，渴望接近、了解這種事物的心里活動傾向，激發學生對此事物產生興趣，則能促使他們集中注意力，收到令人滿意的效果。

    認的興趣可因對象不同而分為直接興趣和間接興趣兩種。直接興趣指的是對事物或行動本身及最近結果的興趣，是引起無意注意的一個重要因素。間接興趣指的是對事物或行動的目的意義和最后結果的興趣，是有意注意的有力支柱。青少年學生，特別是中小學學生，由于他們對學習的目的意義缺乏認識，對編程的興趣常常是由生動、有趣的教學過程和教師的及時表揚、評分、獎勵等最近結果所引起和維持的，一般都是直接興趣。高年級學生對編程的興趣已經逐漸與掌握編程知識的目的意義相聯系，這是間接興趣。

    在青少年編程普及教育的過程中，既要注意直接興趣的利用，又要重視間接興趣的培養。要使直接興趣和間接興趣協同作用、交相輝映、相得益彰。為此，要做好以下幾個方面的工作：一是善于激發學習動機，對學生進行學習目的性教育；二是善于創設問題情境，以疑激思；三是善于以新穎活潑的話題引發興趣；四是善于發揮兒歌、童話、故事、謎語和游戲的啟迪追求真善美的功能；五是適當運用競賽、表演等形式，增強教學開初的刺激強度。

    ３．促進遷移原則

    遷移是一種學習對另一種學習的影響。促進遷移原則就是要求教師掌握遷移規律，使學生已獲得的知識、技能對學習新的知識、技能產生積極的影響，促進新學知識、技能的掌握。

    現代認知心里學認為，學生的學習過程是學生原有的認知結構同新知識相互作用形成新的認知結構的過程。新知識與學生原有認知結構的作用有兩種基本方式：一是同化，即把新知識直接納入原有的認知結構；二是順應，即改變原有的認知結構以接納新知識。這兩種作用方式都以新知識與原認知結構建立聯系為前提。遷移的主要功能就是建立這種聯系，即建立新知識與學生已有知識的聯系，從而使學生原有的認知策略遷移到新知識的學習上來，提高課堂教學效率。

    開展青少年編程普及教育的過程中，教師如能充分揭示新知識與舊知識的聯系，則能收到事半功倍的效果。概括是遷移的基礎。作為遷移基礎的概括，就是對兩種以上事物進行一系列的分析，并在此基礎上發現共同的本質因素時，才能發生實質的遷移作用。因此，教師在開展青少年編程普及教育時要對學生與編程有關的日常生活知識和經驗進行必要的概括并將其類化到編程上去，加強青少年編程普及教育與學生日常生活和學習的緊密聯系，從而實現有效的遷移。

4．理論聯系實際原則

理論聯系實際不僅是人類認識活動的普遍的基本規律之一，而且也是教學中傳授和學習科學知識本身的客觀要求。教學應該在理論與實際的結合過程中傳授和學習基本知識，從而引導學生運用所掌握的知識去分析問題和解決問題，在動手實踐中達到培養學生手腦并用能力的目的。科學研究的結果表明，如果學生在學習書本知識的同時注意做到密切聯系實際，則易于獲得關于客觀對象的比較完整的認識。因此我們在重視通過書本知識的教學使學生獲得系統的基礎知識的同時，必須加強基本技能的訓練，創造多種多樣的活動形式，使學生把所學知識運用于實際。除此之外，還要加強對學生自學能力的培養，盡可能使學生親自動手、動口、動腦地學習，培養學生利用舊知識獲取新知識的能力。青少年編程普及教育是一項實踐性很強的工作，因此教學不能采取純理論解析的教學方法。除了進行一些必要的概念講解之外，教師主要應該讓學生通過上機實踐的辦法來掌握所學內容。一方面，通過上機實踐可以加深對課堂理論內容的理解和掌握；另一方面，通過上機實踐可以培養學生的操作能力和靈活運用所學知識進行程序設計的能力

三、開展計算機編程普及教育的方法

教學方法是構成教學系統的要素之一，是師生為達到既定的教學和教育目的而進行的相互有聯系的活動和辦法，是平衡教學要求和認識能力的杠桿，是提高教學質量的重要條件和手段，它決定著所選教學形式的性質。

    長期以來，相當一部分人對教學方法的認識帶有片面性。有的把教學方法看作教的方法和學的方法的簡單組合而偏重于活動方式的拼湊；有的把教學方法單純看作教師的事而偏重于研究教的方法和講的方法從根本上忽視了學生的主體地位和作用，忽視了研究學生主動學習的方法；有的教師誤把教學方法的改革當作追求“三多”，即內容多、花樣多、練習多，造成師生負擔過重；也有的教師誤把教學方法的改革當作追求“三高”，即高速度、高難度和高強度，以少數尖子學生的特殊學情代替全班學生的一般學情，嚴重阻礙了多數學生的進步和發展。以上種種，導致了教學過程重灌輸輕思維，重結果輕過程，重知識輕能力，重外因輕內因，重形式輕實質的傾向，阻礙了高職數學教學改革的健康發展。因此，必須澄清關于教學方法的模糊認識。

    那么，怎樣正確理解教學方法的概念呢？

    現代教學論認為，教學方法應當體現教與學的統一，并反映教學活動的一切基本結構成分。它不是單一因素構成的，也不可能孤立地解決。應當把它放到教學系統中去研究。教師的主要任務是精心創設出恰當的教學情境，組織學生獨立地、集體地或者在教師的有效指導下去掌握知識、技能和技巧，并在思維能力和個性品質方面獲得良好發展。所謂教學方法包括教的方法（講解、指導和檢查學生認識活動的手段、方式和方法）和學的方法（掌握學習內容的手段、方式和方法，以及學習和自我檢查的有效方式）以及二者之間的有機聯系。應當理解為教學論的方式和手段的一套完整體系，通過它實現在教學的某一階段對學生的教學、教育和促進學生發展的目的，把教的目的和學的目的熔為一體。對于教學方法的結構，必須強調反映出教師活動和學生活動的統一性，即強調教師和學生相互聯系和作用。因此，我們認為教學方法可定義為：“為達到教學目的，實現教學內容，運用教學手段而進行的，由教學原則指導的，師生在教學過程中相互聯系、相互作用的一整套活動方式或辦法。”

１．發現教學法

    發現教學法又稱問題教學法。由美國心理學家布魯納在５０年代首先提出。它的主要特點是：教師不直接把現成的知識傳授給學生，而是引導學生利用課本和教師提出的問題。讓學生獨立思考，親自去發現應得的結論。這里所說的發現不限于尋求人類尚未知曉的事物，而包括用自己的大腦親自獲得知識的一切方式。采用發現法的目的，在于最大限度地發揮和發展學生認識的可能性，培養學生的探索態度、方法和創造精神。

    運用發現法教學的一般步驟是：創設問題情境，使學生在這種問題情境中明確要解決的問題；學生利用教師和教材提供的某些材料，擬定解決問題的途徑，提出假設，或對答案作出猜測；從理論上或實踐上檢驗自己的假設、猜測，對不同的見解展開討論；最后作出結論。

    運用發現法教學有如下優點

    （１）可以最大限度地發揮學生的主動性和創造性，充分挖掘智慧的潛力。

    （２）能有效地激發學生的學習興趣，產生自行學習的內在動機，增強克服困難的信心。

    （３）學生可以從發現的試探中學到科學的認識方法。學生通過問題的解析分析，尋求解答問題的途徑和方法，并從已有經驗出發提出各種可能的假設，這就有效地促使學生運用遷移規律去獲取新知識，學會發現的探究方法。

    （４）從發現中獲得的知識易于記憶。學生在發現過程中，必須主動地思索探求，既動手又動腦，促進對過程的理解，有助于保持記憶。

    總之，發現教學法充分地體現了教和學這對矛盾在發展中的關系，即以學生的學習為主體，教師的指引為主導。但是，發現教學法費時較多，不易控制且隨機性很大，甚至在失去有效的具體幫助時，學生在發現中會迷失方向而不得要領，不能達到預期的效果。

    為了克服上述缺點，美國的柯爾士提出了“引導發現法”，這是一種在教師的積極引導下，學生主動地發現新知識的方法。它的理論基礎是發現教學法和啟發式教學的基本原理，它主張在擬定解決問題的途徑和提出假設的過程中，教師可以而且必須給學生以必要的提示和幫助，把握思考方向而少走彎路。

    引導發現教學法的基本模式是形成三個過程和組織三次反饋。

    （１）導入過程。靈活運用各種方法，從新舊知識的聯系處導入，注重遷移，使學生的認識從舊知轉向新知，為進行探究活動準備條件。為此，要進行一次反饋，根據學生的基礎和自學課本的情況，確定后續指導方式。

    （２）探究過程。學生在問題的誘發下，以各種學習方法，主動地選擇途徑、理順思路、形成概念、解決問題、獲得結論。教師要按照探究的進程善于設問誘導，并盡力使教、學雙方在知識的重點處和探究的關鍵區域展開思維交流，克服種種困難，促進探究的深入發展，在這個過程中，一般需要經過體驗、分析和歸納三個探究認識階段。

    （３）運用過程。教師按照各個認識階段不同的質量水平（即再現性水平、發現性水平和創造性水平），以口頭或書面的方式，設計并組織適當的作業，讓學生獨立或半獨立性進行練習，利用學習效果的反饋強化，使學生獲得知識遷移的能力。

    ２．嘗試教學法

    嘗試教學法是江蘇省特級教師邱學華先生從實踐中總結出來的一種教學方法。嘗試教學法簡單地說，不是教師先講，而是讓學生在舊知識的基礎上先來嘗試練習，在嘗試的過程中指導學生自學課本，引導學生討論，最后在學生嘗試練習的基礎上，教師再進行講解。

    嘗試教學法一般分為五步進行。

    第一步，出示嘗試題。這一步是提出問題。出示的嘗試題要同課本中的例題相仿，同類型同結構，這樣便于學生通過自己閱讀課本后去解決嘗試題。出示嘗試題時，要注意打破學生的心理平衡，引起認知沖突，使學生產生好奇心、求知欲和學習興趣，積極主動地去尋求嘗試題的解法。

    第二步，自學課本。出示嘗試題后，學生產生了解題的欲望，這時閱讀課本就成為學生自身的需要。閱讀課本前，教師可先提出一些思考性問題，使學生明確閱讀課本的目標和要求，帶著問題從課本中尋求解答嘗試題的方法。

    第三步，嘗試練習。讓學生根據閱讀課本所得的體會，自己動手試解嘗試題，并讓好、中、差三類學生代表上臺板演。學生練習時還可以再閱讀課本，一邊看一邊做。

    第四步，學生討論。嘗試練習后，根據板演情況，引導學生評講討論。板演的同學可以講述自己的思路和依據，不同的看法允許爭論，讓學生在評講嘗試講算理。

    第五步，教師講解。教師根據學生在自學、嘗試練習和討論過程中暴露出來的問題進行有針對性地重點講解，使學生系統地掌握知識。

    以上五個步驟不是一堂新授課的全過程，它只是一般新授課中“講解新知識”這個環節中的五個步驟。值得注意的是，這五個步驟是一個有機的整體，并不是固定不變的，教師應根據情況靈活掌握。

    嘗試教學法是按照學生的心理特點和內在需要安排教學的發展順序。嘗試教學法的目標是讓學生獲得成功，條件是充分發揮教師的主導作用、學生的主體作用、舊知識的遷移作用、教科書的示范作用、學生之間的相互作用和師生之間的情意互動作用。

    應用嘗試教學法，要求學生有一定的自學能力。對于前有鋪墊的后繼性教學內容，運用嘗試教學法教學效果較好。初始概念的引入課以及實踐性較強的教材內容一般不適宜用嘗試教學法。

    ３．引探教學法

    引探教學法是深圳市教研室陳永林同志從實踐中總結出來的一種教學方法。其特點在于教師著眼于“引”（引導），學生著力于“探”（探索）。教師盡力激發學生的求知欲望，促進他們探求解決問題的方法。發現和掌握解決問題的規律。它是以思考題為思維主線，采取學生先學先講（先探索），教師后講后幫（后歸納）的方式，積極引導學生學好新知識，促進學歷增長的一種教學方法。

    引探教學法的一般步驟是：

    （１）引探的準備。引導學生回憶與新課有關的舊知識并講解引例（準備題），為學習新知識打好基礎。

    （２）引探的過程。（１）初學：根據新課的主要內容提出初學思考題（已在前一節課布置預習作業時提出），要求學生帶著思考題進行預習。（２）再學：引入課題后，學生帶著思考題再學新內容，并做好回答思考題的準備。（３）回答和講解思考題。（４）學生議論、質疑，提出不同見解。對學生提出的各種疑問，教師可歸類回答，也可引導學生再學課本。對學生好的見解應予以表揚。

    （３）引探的總結。教師根據新課內容，作出“水到渠成”的總結，幫助學生整理學到的知識、概括運算的規律和解決問題的途徑和方法，實現由感性認識到理性認識的升華。

    （４）引探的實踐。教師按照“前有聯系、后有伏線”的設計口答、筆算、實踐操作等多種形式的習題，讓學生集中練習，并布置適量的課外作業和下節課的預習思考題。

4．項目教學法

項目教學法是通過實施一個項目而進行的教學活動。在教學活動中，教師根據教學需要將問題或需要完成的任務以項目的形式交給學生。在教師的指導下，學生以小組的方式，按照項目的完成程序，制定項目計劃、共同或分工完成項目。通過這種方式使學習過程成為每個學生都參與的創造性實踐活動，注重的是學生的主體參與和完成項目過程中的學習活動。學生在實踐過程中，理解和掌握課程要求的知識和技能，體驗創新的艱辛與樂趣，培養分析問題解決問題的能力、與他人合作的能力和團隊精神。

項目教學法的理論基礎是杜威的建構主義學習理論。杜威在上世紀初提出了建構主義學習理論，他認為，學習過程中真正的理解是與事物怎樣動作以及事情怎樣做有關的，理解在本質上是與動作相聯系的，因此,應倡導“做中學”的教育。建構主義認為，世界是客觀存在的，但它在人腦中的反映卻是主觀的。人們對于世界的理解和賦予的意義是不同的。學習者并不是把知識從外界機械地植入到頭腦中，而是以已有的經驗為基礎通過與外界的相互作用來建構新知識的。學習的目標具有定向性，只有學習者清晰地意識到自己的學習目標，并形成與獲得所希望的結果相應的預期時，學習才可能是成功的。在建構主義學習中，學習目標對學習活動具有導向作用、調控作用、激勵作用。因此，在學習過程中應鼓勵學習者確立自己的目標，通過不同的途徑達到目標，并評定自己在達到目標過程中獲得的進步。杜威用建構主義學習理論為指導，概括出項目教學法的五個基本特征.：

1．為了獲取經驗，學習者要有一個適當的實際情境，一種他所感興趣的活動。

2．在這個實際情境中形成一個真實問題，由此學習者產生思維動機。

3．為了處理這個問題，學習者擁有必需的知識，進行必要的觀察。

4．要思考可能的解決方法，并承擔起發展這些方法的責任。

5．學習者有可能并且有機會，通過實際應用，實驗他所設計的方法，解釋方法的意義，

獨立發現其中的價值。

項目教學法主要關心的是學生的學習自主性。傳統教學中，教師往往根據教材體系和教案傳授知識，學生是被動的接受者，學習成為滿足教案的過程。而在項目教學法中,學生置身于真實的問題情境中，通過主體參與、主體體驗、主體探究、主體創造、主體反思和評價來獲得知識、形成技能、發展能力。

項目教學法與其他教學形式相比較具有鮮明的特點：一是具有教學方式的協調性。以項目為依托，以真實情境為根基，以問題為核心，目標明確、要求具體，能夠讓學生產生濃厚的學習興趣和學習動力；二是具有教師講解的適應性。教師的講解要求適應學生探究的即時水平，根據學生的即時水平進行點撥、啟發、總結和概括。三是具有學生學習的主體性。學生始終處于學習的主體地位，強調學生通過與環境進行物質、能量和信息的交流自主解決問題。

項目教學法的基本過程包括項目準備過程，項目實施過程和項目評價過程。具體而言，又可分為五個步驟，即：任務、計劃、實施、檢查、評價。

1.任務階段：教師確立項目、向學生布置并解釋任務，使學生知道自己要做什么，要學哪方面的知識，練習哪方面的技能，達到什么樣的目標。

項目的確立主要注意以下幾個問題：

（1）項目活動怎樣調用學生的已有知識? (2)此項目能否讓學生感興趣?能否激勵學生收集有關資料，激發學習自覺性? (3)如何讓學生更加了解自己并相互學習? (4)如何讓學生把他們所學的知識與現實生活聯系起來? (5)所選取的項目內容是否有助于學生所學的專業課? (6)所選取的項目內容是否有助于樹立學生的自信心?

2.計劃階段：由學生制定項目工作計劃，確定工作步驟和程序，并最終得到教師的認可。

3.實施階段：學生確定各自在小組中的分工以及小組成員合作的形式，然后按照已確立

的工作步驟和程序工作。

4.檢查階段：學生自行檢查項目過程和結果。

5.評價總結階段：評價環節按學生自我評價，相互評價的程序進行；總結環節按展示結果、交流心得、拓展應用的程序進行。在這一階段，要特別重視基本思維方法，基本解題技能的總結。