意志力、潜意识脑理论在程序设计课程的应用研究与实践

丁鹏 张静 贾月乐 刘忠慧

摘要：本文将心理学和脑科学的两个新理论——意志力、意识脑和潜意识脑的最新研究成果运用到计算机程序设计课程的教学中。根据这些理论对人本性的解释，制定新的授课模式，即“极致精简、以练代讲”的授课模式。该模式以学生学习情况为基础，动态分配教学学时，极致精简讲授内容，大量增加课堂练习和思维性训练，分组“以练代讲”，进行“计算思维”训练。通过二学年的教学实践，对比未采用此方法教学的同专业班级，该方法取得了非常好的教学效果。

关键词：计算思维;脑科学;程序设计

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）21-0129-02

一、先进的教学理念

（一）意志力

意志力是心理学中的一个概念，是指一个人自觉地确定目的，并根据目的来支配、调节自己的行动，克服各种困难，从而实现目的的品质。心理学家罗伊·鲍迈斯特认为意志力是一种有限的生理资源，每一次我们成功地抵制诱惑，意志力都会受到损耗。注意力属于意志力的一种，人的注意力是有限的，听讲解、看文字、图片、分析问题都会消耗人的意志力，使得注意力越来越不集中。过多的信息会导致人的意志力消耗过快，因此在课堂上应该尽量减少消耗学生注意力的内容，需要精简一些复杂内容，让学生能更长时间保持注意力集中。

（二）脑科学

人的大脑分为意识脑和潜意识脑。意识脑是在人类进化晚期由于基因突变形成的，它主要负责复杂的思考、分析、推理。潜意识脑是在人类进化的早期与中期形成的，与人的基本生存能力（本能）有关，例如呼吸、饥饿感、条件反射、记忆、情绪等内容。潜意识脑比意识脑速度快，并且强大，例如有一只苍蝇突然飞到眼睛面前，在我们还没有意识到发生什么情况时，潜意识脑已经让眼睛闭上了。而在吵架时，很多人會情绪失控，这是潜意识脑占了上峰，引发了人的自我防卫本能，这时潜意识脑远远比意识脑强大，一个人完全失态了，等到冷静下来时，意识脑才恢复了对身体的控制，可能这个人会对刚才发生的情绪失控情况后悔莫及。

在学习初期，意识脑起主导作用，它会随同大脑的记忆区一起协同工作，这时人对知识的理解和使用比较缓慢，无法快速地得到结果。在经过反复地刻意练习后，一部分非常熟悉的内容开始由意识脑转移到潜意识脑，成为了人的一种条件反射。这种条件反射类似于成年人在计算3+2这种问题时，意识脑并未进行计算，结果是由潜意识脑给出，能极快地给出结果。学习消化的过程不仅仅是要懂得知识的来龙去脉，而且需要运用刻意练习，让知识进入到潜意识脑中，这样在解决复杂问题时，不会造成意识脑负荷过重，又能快速地给出结果。

二、把先进的理论运用到教学过程中

（一）教学思想转变：推导式程序设计、以练代讲

程序设计的精髓在于计算思维的培养，即“像计算机科学家一样的思考”。思维的培养离不开对问题原理的理解和反复地刻意练习。课程大幅弱化程序设计语法内容，加强常用算法的原理性讲解，通过原理推导出最终程序，培养严谨的工程化思维，将“问题分析—求解原理—程序设计”作为授课底层设计，大量将实际工程问题映射到程序设计课程中。

根据“意识脑和潜意识脑”原理，学生在理解了原理后仍然必须进行有指导的反复练习，才能熟地练运用所学知识。因此在课程的总体设计上，将讲授内容尽可能地降低，提高课堂上学生有指导练习的时间，所有问题均由快速地、原理性讲解让学生推导出程序代码，教师纠正后学生再次以练习方式推导出完整的程序代码。通过多次迭代后的“以练代讲”，可使学生更快地理解计算思维，培养解决实际问题的能力。新模式的教学模式与当前课堂讲授模式的区别如图1所示：

（二）精简讲授时间：做到“极致精简、有效压缩”

根据“注意力有限”原理，由于采用“以练代讲”的模式，必须压缩教师讲解的内容，但必须做到有效压缩，即大幅缩短教师讲授时间，但涵盖所有重要知识点。拟采用以下方法来减少讲授时间：

1.精简授课环节。仅使用最简单的例子直接讲解算法;能够通过推导得出的结论，讲授推导方法，尽量减少需要记忆的内容;去除引例、去掉过多的问题引入，以最短的时间直接讲解某一语句的使用方法。

2.精简授课材料。使用各种图形替代文字;每页PPT仅包含1个知识点;每节课不超过3个重要知识点;精简PPT上不必要的消耗学生注意力的内容，例如配色、字体、声音、动画等;课程每15分钟为一个小段，讲授内容最长不超过15分钟。

（三）动态学时分配

以学生掌握知识为目标，将教学课时进行动态设置，教学大纲学时只作为参考。课时的设置根据学生的每个教学单元的掌握情况来进行动态设置。

（四）分组讨论与练习

学生学习最有效的方法是有指导的练习，但是实际情况是各班人数太多，教师无暇顾及所有学生，采用分组练习与讨论能加快知识的传递，让知识先由教师传递给学习好的学生，这些学生二次传授给组内的学生。每个小组的学生需要精心安排，每个小组的人数不宜太多，否则容易出现两级分化的问题。

三、教学效果

本教学方法在2017年基本成型，于2017、2018年分别运用于《VB程序设计》课程2102、2105班的教学，两个班在当年均取得了第一的教学效果。

四、结语

“注意力”原理说明人集中注意力的时间是有限的，消耗注意力的事物越多，注意力保持的时间越短。“意识脑和潜意识脑”原理说明意识脑是用于复杂推理、潜意识脑用于快速反应，让知识进入潜意识脑需要反复练习。经过2年的教学实践，证明了“动态学时、分组扩散、极致精简、以练代讲”的教学模式是非常有效的。各种心理学及脑科学原理对所有的课程是有效的，本次的教学模式仅针对计算机程序设计类课程。

参考文献：

[1]姚天昉.在程序设计课程中引入“计算思维”的实践[J].中国大学教育，2012，（02）.

[2]丁海燕.计算机程序设计课程中计算思维的培养[J].实验技术与管理，2015，（12）.