基于认知规律的程序设计类实践教材编写

摘要：分析传统实践类教材存在的问题，指出优秀的实践教材应当改变传统教材以知识为主线的缺陷，充分考虑学生的认知规律；提出实践类教材应当遵循的编写思路，即紧密围绕相关的理论知识和技能，结合具体的实践任务，从而激发学生学习兴趣。

关键词：程序设计；实践教材；认知规律

0.引言

教材是一种重要的课程资源，是学生学习和教师教学的基本工具，在很大程度上决定着教师的教和学生的学，教材的质量对教学质量的提高起着关键作用。目前程序设计类的教材很多，但在多年教学实践中发现，适合计算机相关专业的程序设计课程的教材并不多。传统程序设计类实践教材内容结构一般是以知识的承接与体系为框架和顺序。这种框架和顺序在教学中并不一定切合学生的认知规律。教师需要将教材内容优化组合为顺应学生认知规律的顺序，才能在课堂教学中很好地使学生对知识形成较完整的认知体系，从而使学生加深对所学知识的识记与理解，这项工作极大地增加了教师的教学工作量。文献提出针对计算机技术综合应用能力的培养，开发能够覆盖能力培养要求的实践课程，制定易于操作、推广的实践教学方案，设计能够开源的实践教学案例，编写与之配套的实践教材，已成为高校计算机软件类专业实践教学改革的目标之一。本文通过分析传统程序设计类教材存在的主要问题，提出程序设计类实践教材应在充分考虑学生认知规律的基础上，通过实例任务激发学生兴趣，并紧密围绕程序设计语言的知识和技能，提出具体的学习任务，兼顾学习、趣味、实用为一体的实践类教材编写思路。

1.传统程序设计类教材存在的主要问题

通过对多本教材的比较，发现传统程序设计类实践教材存在的问题主要有以下几点：

（1）一般围绕语言本身的体系展开内容，以讲解语法知识为主，不利于培养学生的程序设计能力和语言应用能力。

（2）传统教材从枯燥语法入手，使学生容易疲倦，兴趣不高，难于激发学生的积极性。

（3）以语法知识为主线，没有考虑知识的连贯性，授课教师需要重新组织教学内容。

（4）示例仅仅是知识点的使用，没有考虑实用性，有些脱离现实。

（5）缺少知识点的综合应用。学生学会了语法知识，但不知道怎样利用这些知识设计和编写实际应用程序。

以上问题导致教师为提高教学质量，需要重新组织教学内容的顺序，极大增加了教师授课的任务量；学生面对枯燥的语法，兴趣不高。程序设计类实践教材应根据教师自身的授课和实际的应用开发经验，去发现学习者的认知规律，调动学生的学习主动性。在教材编写中，实用性、趣味性较强的内容更能吸引学习者的学习兴趣。如果按照以上思路，编写出切合学生认知习惯与规律的教材，必将激发学生的学习兴趣，提高学生的学习效果，同时，也能大大减少教师授课时的工作量。

2.实践类教材编写思路

以程序设计教材编写为例，实践类教材应在充分考虑学习者认知规律的基础上，通过实例任务激发学习者学习兴趣，紧密围绕程序设计语言的知识和技能，提出多个学习型任务。各任务均应以生动贴切的实例开头，给出详细步骤和关键代码，让学生在学习枯燥的基础理论知识之前就能根据提示完成难度适中的程序设计；调动学生的积极性后再对该程序进行程序解析，引导学生学习必备的基础知识；最后给出课程实训，用软件工程思想，引导学生按照分析-设计-编码-测试的顺序初步体验软件开发流程。基于目前毕业生的实际就业状况和工作过程，教材应特别注重实践能力的培养；对于基础理论知识的讲解，也是以实用为原则。整体思路如图1所示。

程序设计实践教材的具体编写还应注意以下几点：

1）激发兴趣。

教育心理学研究认为，只有学生充分注意到的，才有可能是被他们接受的。在教材中，首先以任务人手制造悬念，使学生进入“心求通而未得，口欲言而不能”的状态，让学生带着满脑子的疑问进入新的教学活动中。这样，既可激起学生兴趣，又可启迪学生思维。

2）构建任务主线突出、结构合理的知识体系。

每个章节的知识内容都围绕一定的任务主线展开；同时，根据学生的认知规律，确定知识内容的呈现顺序，使之形成结构合理的知识体系。以面向对象编程基础章节为例，整个章节使用描述学生类任务主线贯穿，如图2所示。

3）任务选取突出实用性和趣味性。

教材应选取与实际应用非常接近的例子来说明项目开发中比较常用的技术。在保证任务实用性的前提下，尽量使任务具有一定的趣味性。

4）知识点前后呼应，由浅入深。

章节内容的安排采用循序渐进的办法，后面章节任务中用到的知识点，在前面章节都有相应的铺垫，使读者从最简单的知识入手，一步步走入具有“艺术性”的编程技术之中。

5）注意知识的及时巩固。

学完知识点后，马上应用，可以加强记忆，巩固知识，不易遗忘。教材中每个知识点后应增加“练一练”环节，使学习者学完即用，加深印象。

3.基于认知规律的实践类教材的优势

基于以上编写思路，经过两年的实践，本课题组编写的教材《C#程序设计实践教程》由清华大学出版社和北京交通大学出版社共同出版，教材中体现了以下思想：

1）符合学习者的认知规律。

认知规律源起于20世纪60年代美国心理学家奈瑟的认知心理学，它的基本观点是把人看成信息传递器和信息加工系统。认知心理学所研究的是人如何通过感知、注意、记忆、语言、思维与推理等心理活动过程，对信息进行加工、简约、转换而成为知识与经验，来解决所面临的问题。学生的认知过程一般经过认知的开始、认知的形成、认知的深化3个阶段。认知过程一般是从问题开始，在探索解决问题的过程中学到新知识，并和已获取的知识沟通形成新的知识体系。

教材编写应遵循“任务引领、分解新知、讲解新知、强化新知、应用新知、巩固新知”的认知规律组织所有章节。例如教程中的控制语句部分，以“商品打折”任务引领，分解程序中的新知，激发学生学习兴趣，引出“带有分支的问题该如何解决”；然后讲解新的知识点“选择结构”，根据选择结构的分类；再通过任务强化新知，给出与任务相似习题“练一练”；在章节的最后通过“上机练习”巩固新知。

2）强化程序设计能力培养。

教材应从实际问题需求出发引出理论，从个体到一般，以点带面。根据程序设计的需要，引出相关的知识点，将知识学习和使用密切结合，加深理解，也避免了枯燥的学用分离的语法学习，使学习者明确为什么引出这些知识点，强化知识点在程序设计中的应用。

3）注重学生创新思维的培养。

教材贯穿提出需要解决的问题、分析问题、引出概念、讲解知识点、程序实现的编写思路。通过给出实际问题引导学生思考，然后给出解决问题的思路。通过潜移默化的作用，培养学生的创新思维和分析问题解决问题的能力。例如教材中提到，乘法口诀表多以下三角的形式打印出来，那么能不能打印出上三角形式并编程实现？

4）突出实用性和趣味性。

教材在例题的选择上力求实用性和趣味性，以此提高应用程序设计的能力和学习兴趣。内容的组织编排强化实践教学，突出编程能力培养。所有例题不是简单地给出程序，而是首先分析问题，提出解题思路，再给出解决方案。将算法和数据结构结合起来，培养学生编程能力。如教程中给出了“猜数字游戏”“文档打印”“英文字母打字练习”“简单画图板”“文件浏览器”等示例。

5）强调学用结合和规范化编程。

学习的目的是为了使用，因此，知识点的学习紧密结合使用，知识点基本上采用了学以致用的原则。一方面加强了知识点的理解和巩固，另一方面知道这些知识点在什么地方用和如何用，避免为了学习而学习，学而不用的问题。努力引导学生养成良好的编程习惯，编写风格优美、可读性强、易于维护的程序代码。

4.结语

计算机相关专业的教材建设工作任重道远，编写相关教材时应该多思考、多调研、多总结，真正把计算机教学改革的政策落到实处，这样可以有效地提高计算机专业的教学质量，让学生真正掌握知识和职业技能。编写实践类教材时，内容设置既要兼顾学习者的认知规律，又要突出实用性、操作性、前瞻性、趣味性，不仅应注重学生就业能力培养，更要兼顾学生的可持续发展，为学生的职业发展奠定良好基础。