基于探究式的程序设计实验教学模式的构建

严彩梅

摘要：坚持创新型人才的培养，不断提高教学水平，是高等学校内涵建设和教育教学改革的重要任务。该文针对程序设计课程的实验教学，提出了三个层次的探究式教学模式，具体给出了在培养学生创新意识、创新思维方法及创新能力等方面的一些做法。

关键词：创新型人才；程序设计；案例；探究式；实验教学

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）06-0193-03

Abstract： Adhere to the cultivation of innovative talents and constantly improve the level of teaching， it is an important task for higher school connotation construction and educational reform. This paper puts forward three levels of inquiry teaching mode in the experimental teaching of programming courses， and gives some methods to cultivate students' innovative consciousness， innovative thinking and innovative ability.

Key words： innovative talents； programming； case； inquiry type； experiment teaching

1 概述

卓越教學的本质是提高教学质量，培养创新型人才。如何创新教育教学理念，采取切实措施提高人才培养质量，已成为高等学校本科教学质量与教学改革工程的重要组成部分。传统的以传授知识为主的教学模式，因忽视了对学生独立性和批判性思维能力的培养，导致学生的创新能力不足。为适应当前教育教学改革的发展，满足高等学校计算机基础教育对创新型人才培养的要求，该文针对程序设计课程的实验教学，提出了构建探究式的教学模式，旨在倡导以学生为主体，调动学生学习的主动性、积极性和创造性，通过对具体案例中一系列问题的探究，引导学生逐渐掌握思考问题、解决问题的方法，让学生学有所获学有所用，从而激发出学生的创新意识，培养学生的创新思维方法，促进学生创新能力的发展。

2 探究式程序设计实验教学模式的作用与意义

程序设计是一门应用性很强的课程，强调学生对知识的实际运用能力。通过该课程的学习，不仅要使学生掌握程序设计的过程、程序设计的设计风格、设计规则、计算机求解问题的常用算法、编码和调试能力，其核心任务还在于培养学生具备灵活应用这些知识的能力，掌握用计算机求解和问题描述的思维方法去解决今后工作中遇到的实际问题，并且面对快速发展的计算机学科，能使学生形成终生学习的习惯和能力，这对培养复合创新型人才有着十分重要的意义。

传统的实验教学模式虽然也强调学生实验的重要性，但常常被看做程序设计理论课的一部分，教学理念仍然同理论课一样，把注意力较多的放在对于知识点的掌握上，培养学生创新能力的实验环节较少，大部分实验为验证性实验，少量的综合性实验也因缺少引导而流于形式。但单靠死记硬背概念和一些设计规则，是不可能真正掌握和领会计算机求解问题所用的思维方法的，为了更好地发挥实验课的作用，做到理论与实验的互补，把创新能力素质的培养常态化并贯穿到每个实验环节中，我们提出了基于探究式的实验教学模式，目的在于配合理论课的讲解内容，适时推出一系列具有三个层次的实验案例：第一个层次从探究基础知识和基本程序控制结构实际用途的角度，调动学生的学习积极性，激发学生的创新意识；第二个层次从常见算法和探究计算思维本质内涵的角度，培养学生的创新思维方法；第三个层次从探究解决实际复杂问题的角度，提升学生的创新能力。这样，既能较好地完成该课程的教学目标，又能注重创新型人才各方面素质的培养。

3 基于探究式的程序设计课程实验教学模式的具体构建

3.1 强化对课堂教学内容的认知，调动学习的积极性，激发学生的创新意识

卓越的教学，首先要能做到如蔡元培先生说过的“起发学生之心意”。探究式学习就是通过对“是什么”和“为什么”等一系列问题的探究，引发学生独立、批判性的思考，让学生有一种学习的动力，从而激发起学生的创新意识。

程序设计的基础知识和基本控制结构是程序设计课程的基石，包含高级语言的基本语法与语句、变量和基本数据类型、表达式和赋值、选择和循环结构、简单的输入输出、程序调试基础等等。这部分内容多而繁琐，仅仅进行知识点的传授，学生学过之后常常印象不深，也不知道为什么学，学了用在哪里，如实验课再重复验证各知识点，势必失去继续学习的动力。考虑到学习这部分内容只要能激发学生学习的兴趣，让学生感到学有所获，而不是学了些没用的死知识，就能为后继学习提供坚实的知识积累。因此必须转变实验教学模式，激发学生的学习积极性，弥补课堂理论教学的不足，在基于探究式的实验教学模式的第一个层次中，我们结合课堂理论教学的知识点，精炼出一系列以“基础知识+控制结构”为主体的改错题案例。一方面，改错题案例已经给出了一个可编译、执行的完整程序，既节省了实验时间，又便于通过编译、执行让学生观察结果，引发对错误原因的思考，不仅使学生直接关注于需强化加深的知识点，而且能明确和感知课堂教学中各知识点的实际用途、正确的运用方法及彼此之间的关联性，从而加深对所学内容的记忆和理解，提高对课堂理论教学的认知度，以至产生要进一步学习的愿望，极大地调动了学生学习的主动性。另一方面，探究式案例教学不是直接告诉学生答案，教师的作用是给学生适当的启示和引导，调动学生自己去积极思考。例如，针对程序中出现的语法错误，要通过适当的分析，引发学生联想课堂知识点的正确用法、规则和注意点，从而加深对基本概念的印象和强化记忆；针对程序执行结果的错误，给出可能的各种原因供学生探讨，让学生能轻松地融入到案例的研讨中，通过一系列的设问引导学生进行独立、批判性的深入思考，将错误发生的可能性和一些合理的改错措施渗透其中，真正做到“起发学生之心意”，实现理论与实验的交融，既强化了对知识的理解和吸收，又能激发出学生的创新意识。

3.2 突出课堂教学内容的应用，掌握常见算法和计算思维本质内涵，培养学生的创新思维

知识构建观和认知心理学都认为，学生通过反复探究才能构建自己的知识，也就是说知识是无法从教师的脑海中直接或简单地搬到学生的脑海中，只有激发学生将已有的知识结构与新的信息不断交互、碰撞、再组织、再创新，通过主动构建才能形成学生自己的知识，这个过程是教师无法替代的，而学生创新思维能力的培养正是在这一探究过程中实现的。

算法和设计是程序设计课程的重点难点内容，包含了掌握算法的概念与属性、算法在求解中的作用、问题求解策略、设计的基本概念和原理。这部分内容要求学生仔细体会各种算法在解决问题中的魅力，深刻理解设计的本质内涵在于掌握以“抽象”和“自动化”为主的计算思维方法。而理论课往往重在传授，受课时的限制，反复应用、体会的机会较少，如实验课放手让学生按实验教材的内容和步骤自己练习，难以达到预计效果。考虑到这部分内容抽象程度高，对初学者有一定的难度，在基于探究式的实验教学模式的第二个层次中，我们精炼出一系列以“算法+设计”为主体的填空题案例，便于让学生深入了解所选择的算法与详细的设计过程。由于第一层次的实验是教师预先给出了功能及语句，它适合于基本概念的学习，而第二个层次则要求学生根据预先给定的功能自己选择适当的算法并设计出描述语句，所以实施时，要让学生反复观摩教师设置问题的角度、引导的具体过程，才能使学生从中获得分析问题、解决问题的方法和技能。例如，从如何进行求解问题的特征分析、算法的选择、抽象和自动化的详细设计过程等方面，教会学生学会怎样一步步抓住问题的切入点，打开思路激发思维的。探究过程中要鼓励学生充分发表自己的意见，给出自己的思维过程和具体描述语句，教师应给予及时点评和纠正。经过在师生之间、学生之间的相互交流来交换思想，集思广益，不断修正等，让学生感知程序设计的基本原理和方法，学会计算机求解和问题描述的思维方式，在反复练习中达到主动丰富和自我构建知识的目的。其次在第二层次的实验教学模式中还要注意通过对同一问题进行多种求解的比较案例，培养学生的问题求解能力。如在求两个正整数最大公约数时，可分别采用穷举、迭代和递归三种不同的方法来实现，让学生真正掌握问题的求解策略，充分理解递归函数调用的执行过程，领略各种算法在程序设计中的区别、特点和魅力所在。

3.3 重视解决实际问题的综合性运用，提升学生的创新能力

随着大数据、云计算在各行各业的深入应用，信息社会对高校计算机基础教育的期望在不断提升。从培养创新型人才，促进经济社会发展的角度出发，程序设计课程绝不能满足于培养只懂知识和技术，而不能灵活运用所学为社会服务的工具。

为了促进学生对程序设计课程实际价值的认知和践行，解决今后工作生活中遇到的各类非通用计算问题，基于探究式的实验教学模式的第三个层次是提出以“综合+自主”为主体的框架式设计案例。一方面，综合框架式设计案例能锻炼学生面对复杂问题进行全局把控的能力，掌握程序设计的设计原则和方法，且能使学生不局限于只用某个知识点解决简单问题，而能将前两个实验层次中学会的各个知识点与技能融会贯通，串联起来综合、灵活应用并准确把握它们之间内在的因果关系，如数据结构、算法选择、控制结构等之间的关联性等等。另一方面，框架式的综合案例蕴含了极大的自主学习空间，所谓框架式案例就是教师先粗略给出程序的基本功能框架，再通过一系列的质疑、补充等，留给学生选择、细化、扩展、调整、完善等再创造的余地。例如，从注重个性化人才培养的角度，提供难度不一，具有一定层次，可供学生自主选用的若干个功能模块；或者，对某一功能模块中使用的数据结构、算法、输入输出方式等提出质疑，引导学生进行合理的改进和完善；或者，设置开放性实验项目，根据学生自己的专业知识、兴趣爱好，自主选择实验题目，自由组合实验团队等。通过这些做法，让学生学会自己查阅资料、分析借鉴、独立思考、解决问题的一系列方法，养成自主学习的习惯，从而不断提升学生的创新能力。

4 结论

创新型人才培养是立国之本，更是每一个教师，每一门课程必须努力践行的目标。结合自身所教课程的特点和教学目标，积极研究如何遵守教育规律，构建合理、科学的人才培养方案不仅是教学改革的重要课题，也是每个教师的应尽的职责，教师需要把注意力从“教什么”转向“如何教”，以促进人才培养质量的不断提高。

参考文献：

[1] 赖绍聪. 创新教育教学理念 提升人才培养质量[J]. 中国大学教学，2016（3）： 27.

[2] 刘建新， 卢厚清. 案例教学法的起源、特点与应用研究[J]. 南京工程学院学报：社会科学版， 2011， 11（1）： 60.

[3] 张宝凤. 聚焦课程建设 提高教育质量[J]. 中国大学教学， 2015（4）： 8.

[4] 杨承运.北大素质教育通选课“地球环境与人类社会”的构架与教学体会[J].中国大学教学，2015（11）：16.

[5] 陈国良. 计算思维导论[M]. 北京： 高等教育出版社，2012.

[6] 戰德臣. 大学计算机——计算思维导论[M]. 北京： 电子工业出版社， 2013.

[7] 吕林海， 汪霞. 创新型的大学教学模式构建的理论思考—基于知识观、学生观、课程观、教学观的四维度审视[J]. 江苏高教， 2008（1）： 61.

[8] 王铭玉. 且教且学： 懂得学生怎样学习[J]. 中国大学教学， 2015（4）： 13.