《深圳市计算机编程普及教育研究》课题成果简介

　日期：2011-07-11   来源：深圳市社会科学院

《深圳市计算机编程普及教育研究》

课题成果简介

管建福

一、开展计算机编程普及教育的意义

青少年编程普及教育不仅有利于培养学生的信息素养，还有利于推进整个民族软件业的发展，其重要性不容忽视。在当前环境下，开展青少年编程普及教育具有重要意义和广泛价值。

1．人文价值

正如绘画不只是颜料的调配，音乐不只是音符的组合一样，编程也不只是符号的汇集。编程离不开人的情绪和动机，离不开人的情感和意志。因此，编程是人类的一种创造性文化活动，学生学习编程绝非单纯为了获得相关的知识，更重要的是通过学习，形成对待问题、对待挫折的正确态度和追求真理、追求卓越、追求完美的精神并将其内化成意志品质迁移到工作、学习和生活的各个方面。

计算机编程普及教育的人文价值，体现在程序语言的提出及演变过程中，体现在编程方法的发现和完善过程中，体现在人们孜孜以求、百折不绕的研究过程中，体现在编程对科学、经济和社会发展的推动和促进过程中。

2．思维价值

编程是思维的体操。它在培养学生的辨证思维和逻辑思维方面具有其他学科难以替代的功能。

精确定量思维是对当代科技人员的共同要求，所谓定量思维是指人们从实际中提炼数学问题，抽象化为数学模型，用数学计算求出此模型的解或近似解，然后回到现实再进行检验，必要时修改模型使之更切合实际，最后编制解题的软件包，以便得到广泛的方便的应用。

编程的思想方法可迁移到日常生活、生产实际和科学研究的各个方面，成为人们分析问题和解决问题的重要策略。

3．美育价值

编程将杂乱整理为有序、将复杂转化为简单、使经验升华为规律、寻求各种物质运动的统一表达等，都是美的体现。程序美是工作美、生活美的重要组成部分，对人的精神世界陶冶起着潜移默化的作用。

青少年编程普及教育的美育价值体现在两个方面：一是内容，二是形式。从内容上看，

青少年编程普及教育是人们认识世界和改造世界的基础知识，它具有逻辑的严密性、应用的广泛性和一定的抽象性。它能够不断地引起学生的认知冲突，打破学生的心理平衡，激发学生的学习动机和兴趣，使学生在学习过程中获得成功的情感体验，感受到克服困难、得到新知的欢乐。从形式上看，青少年编程普及教育选用合适的程序语言将研究对象用符号和函数来表示，通过形式化的程序将问题的结果呈现出来，都使得编程独具魅力。这种魅力成为培养学生良好个性品质的催化剂，从而对造就人才发挥着一种美育的功能。

4．发展价值

前苏联计算机教育专家伊尔肖夫（A.P.Ershov）在瑞士洛桑举行的第三届世界计算机教育应用大会上提出的“程序设计——人类的第二文化”的观点，反映了对青少年编程普及教育发展价值的正确认识，他认为编程有两层意思：一是指计算机程序设计；二是指有序地安排生活。不论人们是否意识到，人类总是生活在一个“程序设计的世界中”：科学上的发现、社会的组织、学习、甚至人的日常生活都是一种面向程序的工作与生活，平常我们做事时也自觉地把事情分解成许多小步骤，然后再分步去完成，如同编程时总是把程序按照一个模块一个模块地设计一样，显然，编程的这种结构化设计思维和方法对于培养学生的生存能力和生涯规划能力有着积极的促进作用。伊尔肖夫认为，“善于还是不善于编排与执行自己工作的程序是人们能不能有效地完成各种任务与能不能获得有条理生活的关键；现代人除了传统的读、写、算能力以外，还应该具有一种可以与之相比拟的程序设计能力，这就是说具有第二种文化——程序设计文化”。也就是说，伊尔肖夫把计算机编程向人类生活的更深层次迁移，对它的定位不止是计算机信息处理、开发与应用本身，而是上升到人类生存的“文化”高度，而学生学习编程可以帮助他们从小培育一种程序设计意识与能力，培养程序设计文化。使他受教于一时，受益于一世。

5．实用价值

编程不仅是一门科学，还是一种普适性技术，从航天到家庭，从大型工程到工商管理，无一不受惠于编程技术。编程已渗入各行各业，并物化到各种先进设备中，从飞行着的卫星到运转着的核电站，从天气预报到家用电器，从飞机、汽车的全数字化开发到指纹分析中的小波技术，高技术的高精确、高速度、高自动、高安全、高效率和高质量等特点，无一不是建立数学模型通过计算机编程来控制实现的。

二、开展计算机编程普及教育的原则

１．引起注意原则

    注意是心里活动对一定对象的指向和集中。它具有选择功能──选择有意义的、符合需要的和当前活动相一致的有关刺激，避开与之无关的其它刺激并抑制对它们的反应；具有保持功能──使注意对象的映象或内容维持在意识中，得到清晰、准确的反映，直至达到目的为止；具有调节和监督的功能──控制心里活动向着一定的方向或目标前进。它是学习取得成效的前提条件。根据产生和保持注意有无目的性和意志努力程度的不同，可以把注意力分为无意注意和有意注意。无意注意也叫不随意注意，是事先没有预定的目的，也不需要作意志努力的注意。有意注意也称随意注意，是有预定的目的、需要作一定努力的注意。

    青少年编程普及教育首先要善于运用无意注意的规律。这要求教师充分利用刺激物的强度、刺激物之间的对比关系、刺激物的活动和变化、刺激物的新异性，充分考虑学生的需要、兴趣、知识经验和情绪状态，综合运用语言、色彩、声音，声姿、表情、眼神、手势、电教等手段来创设教学情境，突出主题、表现主题。其次要善于培养学生的有意注意。这要求教师不断激发学生学习的自觉性和克服困难的意志力，不断对学生进行学习目的性教育，明确提出课题并说明课题内容的意义和重要性。再次，要善于运用两种注意相互转换的规律。在教学中，过分地要求依靠有意注意来学习，易引起疲劳和注意的涣散；但如果只让学生依靠无意注意来学习，则不利于他们的主动性及与困难作斗争的意志力的发展，且难于完成艰巨的学习任务。因此，青少年编程普及教育时，教师应当考虑使学生的有意注意和无意注意作有节奏的交替轮换。让有意注意和无意注意协同作用，共同服务于教学目的。

    ２．激发兴趣原则

    兴趣是人们探究某种事物或从事某种活动所表现出的特殊积极的个性倾向。这种个性倾向性能使人对某种事物给予优先的注意，并且具有向往的心情。一个人的兴趣愈浓，他的观察就愈仔细，感知、思维、记忆、联想等智力活动就愈有成效。在青少年编程普及教育的过程中，教师如能掌握学生力求认识、探究某种事物，渴望接近、了解这种事物的心里活动倾向，激发学生对此事物产生兴趣，则能促使他们集中注意力，收到令人满意的效果。

    认的兴趣可因对象不同而分为直接兴趣和间接兴趣两种。直接兴趣指的是对事物或行动本身及最近结果的兴趣，是引起无意注意的一个重要因素。间接兴趣指的是对事物或行动的目的意义和最后结果的兴趣，是有意注意的有力支柱。青少年学生，特别是中小学学生，由于他们对学习的目的意义缺乏认识，对编程的兴趣常常是由生动、有趣的教学过程和教师的及时表扬、评分、奖励等最近结果所引起和维持的，一般都是直接兴趣。高年级学生对编程的兴趣已经逐渐与掌握编程知识的目的意义相联系，这是间接兴趣。

    在青少年编程普及教育的过程中，既要注意直接兴趣的利用，又要重视间接兴趣的培养。要使直接兴趣和间接兴趣协同作用、交相辉映、相得益彰。为此，要做好以下几个方面的工作：一是善于激发学习动机，对学生进行学习目的性教育；二是善于创设问题情境，以疑激思；三是善于以新颖活泼的话题引发兴趣；四是善于发挥儿歌、童话、故事、谜语和游戏的启迪追求真善美的功能；五是适当运用竞赛、表演等形式，增强教学开初的刺激强度。

    ３．促进迁移原则

    迁移是一种学习对另一种学习的影响。促进迁移原则就是要求教师掌握迁移规律，使学生已获得的知识、技能对学习新的知识、技能产生积极的影响，促进新学知识、技能的掌握。

    现代认知心里学认为，学生的学习过程是学生原有的认知结构同新知识相互作用形成新的认知结构的过程。新知识与学生原有认知结构的作用有两种基本方式：一是同化，即把新知识直接纳入原有的认知结构；二是顺应，即改变原有的认知结构以接纳新知识。这两种作用方式都以新知识与原认知结构建立联系为前提。迁移的主要功能就是建立这种联系，即建立新知识与学生已有知识的联系，从而使学生原有的认知策略迁移到新知识的学习上来，提高课堂教学效率。

    开展青少年编程普及教育的过程中，教师如能充分揭示新知识与旧知识的联系，则能收到事半功倍的效果。概括是迁移的基础。作为迁移基础的概括，就是对两种以上事物进行一系列的分析，并在此基础上发现共同的本质因素时，才能发生实质的迁移作用。因此，教师在开展青少年编程普及教育时要对学生与编程有关的日常生活知识和经验进行必要的概括并将其类化到编程上去，加强青少年编程普及教育与学生日常生活和学习的紧密联系，从而实现有效的迁移。

4．理论联系实际原则

理论联系实际不仅是人类认识活动的普遍的基本规律之一，而且也是教学中传授和学习科学知识本身的客观要求。教学应该在理论与实际的结合过程中传授和学习基本知识，从而引导学生运用所掌握的知识去分析问题和解决问题，在动手实践中达到培养学生手脑并用能力的目的。科学研究的结果表明，如果学生在学习书本知识的同时注意做到密切联系实际，则易于获得关于客观对象的比较完整的认识。因此我们在重视通过书本知识的教学使学生获得系统的基础知识的同时，必须加强基本技能的训练，创造多种多样的活动形式，使学生把所学知识运用于实际。除此之外，还要加强对学生自学能力的培养，尽可能使学生亲自动手、动口、动脑地学习，培养学生利用旧知识获取新知识的能力。青少年编程普及教育是一项实践性很强的工作，因此教学不能采取纯理论解析的教学方法。除了进行一些必要的概念讲解之外，教师主要应该让学生通过上机实践的办法来掌握所学内容。一方面，通过上机实践可以加深对课堂理论内容的理解和掌握；另一方面，通过上机实践可以培养学生的操作能力和灵活运用所学知识进行程序设计的能力

三、开展计算机编程普及教育的方法

教学方法是构成教学系统的要素之一，是师生为达到既定的教学和教育目的而进行的相互有联系的活动和办法，是平衡教学要求和认识能力的杠杆，是提高教学质量的重要条件和手段，它决定着所选教学形式的性质。

    长期以来，相当一部分人对教学方法的认识带有片面性。有的把教学方法看作教的方法和学的方法的简单组合而偏重于活动方式的拼凑；有的把教学方法单纯看作教师的事而偏重于研究教的方法和讲的方法从根本上忽视了学生的主体地位和作用，忽视了研究学生主动学习的方法；有的教师误把教学方法的改革当作追求“三多”，即内容多、花样多、练习多，造成师生负担过重；也有的教师误把教学方法的改革当作追求“三高”，即高速度、高难度和高强度，以少数尖子学生的特殊学情代替全班学生的一般学情，严重阻碍了多数学生的进步和发展。以上种种，导致了教学过程重灌输轻思维，重结果轻过程，重知识轻能力，重外因轻内因，重形式轻实质的倾向，阻碍了高职数学教学改革的健康发展。因此，必须澄清关于教学方法的模糊认识。

    那么，怎样正确理解教学方法的概念呢？

    现代教学论认为，教学方法应当体现教与学的统一，并反映教学活动的一切基本结构成分。它不是单一因素构成的，也不可能孤立地解决。应当把它放到教学系统中去研究。教师的主要任务是精心创设出恰当的教学情境，组织学生独立地、集体地或者在教师的有效指导下去掌握知识、技能和技巧，并在思维能力和个性品质方面获得良好发展。所谓教学方法包括教的方法（讲解、指导和检查学生认识活动的手段、方式和方法）和学的方法（掌握学习内容的手段、方式和方法，以及学习和自我检查的有效方式）以及二者之间的有机联系。应当理解为教学论的方式和手段的一套完整体系，通过它实现在教学的某一阶段对学生的教学、教育和促进学生发展的目的，把教的目的和学的目的熔为一体。对于教学方法的结构，必须强调反映出教师活动和学生活动的统一性，即强调教师和学生相互联系和作用。因此，我们认为教学方法可定义为：“为达到教学目的，实现教学内容，运用教学手段而进行的，由教学原则指导的，师生在教学过程中相互联系、相互作用的一整套活动方式或办法。”

１．发现教学法

    发现教学法又称问题教学法。由美国心理学家布鲁纳在５０年代首先提出。它的主要特点是：教师不直接把现成的知识传授给学生，而是引导学生利用课本和教师提出的问题。让学生独立思考，亲自去发现应得的结论。这里所说的发现不限于寻求人类尚未知晓的事物，而包括用自己的大脑亲自获得知识的一切方式。采用发现法的目的，在于最大限度地发挥和发展学生认识的可能性，培养学生的探索态度、方法和创造精神。

    运用发现法教学的一般步骤是：创设问题情境，使学生在这种问题情境中明确要解决的问题；学生利用教师和教材提供的某些材料，拟定解决问题的途径，提出假设，或对答案作出猜测；从理论上或实践上检验自己的假设、猜测，对不同的见解展开讨论；最后作出结论。

    运用发现法教学有如下优点

    （１）可以最大限度地发挥学生的主动性和创造性，充分挖掘智慧的潜力。

    （２）能有效地激发学生的学习兴趣，产生自行学习的内在动机，增强克服困难的信心。

    （３）学生可以从发现的试探中学到科学的认识方法。学生通过问题的解析分析，寻求解答问题的途径和方法，并从已有经验出发提出各种可能的假设，这就有效地促使学生运用迁移规律去获取新知识，学会发现的探究方法。

    （４）从发现中获得的知识易于记忆。学生在发现过程中，必须主动地思索探求，既动手又动脑，促进对过程的理解，有助于保持记忆。

    总之，发现教学法充分地体现了教和学这对矛盾在发展中的关系，即以学生的学习为主体，教师的指引为主导。但是，发现教学法费时较多，不易控制且随机性很大，甚至在失去有效的具体帮助时，学生在发现中会迷失方向而不得要领，不能达到预期的效果。

    为了克服上述缺点，美国的柯尔士提出了“引导发现法”，这是一种在教师的积极引导下，学生主动地发现新知识的方法。它的理论基础是发现教学法和启发式教学的基本原理，它主张在拟定解决问题的途径和提出假设的过程中，教师可以而且必须给学生以必要的提示和帮助，把握思考方向而少走弯路。

    引导发现教学法的基本模式是形成三个过程和组织三次反馈。

    （１）导入过程。灵活运用各种方法，从新旧知识的联系处导入，注重迁移，使学生的认识从旧知转向新知，为进行探究活动准备条件。为此，要进行一次反馈，根据学生的基础和自学课本的情况，确定后续指导方式。

    （２）探究过程。学生在问题的诱发下，以各种学习方法，主动地选择途径、理顺思路、形成概念、解决问题、获得结论。教师要按照探究的进程善于设问诱导，并尽力使教、学双方在知识的重点处和探究的关键区域展开思维交流，克服种种困难，促进探究的深入发展，在这个过程中，一般需要经过体验、分析和归纳三个探究认识阶段。

    （３）运用过程。教师按照各个认识阶段不同的质量水平（即再现性水平、发现性水平和创造性水平），以口头或书面的方式，设计并组织适当的作业，让学生独立或半独立性进行练习，利用学习效果的反馈强化，使学生获得知识迁移的能力。

    ２．尝试教学法

    尝试教学法是江苏省特级教师邱学华先生从实践中总结出来的一种教学方法。尝试教学法简单地说，不是教师先讲，而是让学生在旧知识的基础上先来尝试练习，在尝试的过程中指导学生自学课本，引导学生讨论，最后在学生尝试练习的基础上，教师再进行讲解。

    尝试教学法一般分为五步进行。

    第一步，出示尝试题。这一步是提出问题。出示的尝试题要同课本中的例题相仿，同类型同结构，这样便于学生通过自己阅读课本后去解决尝试题。出示尝试题时，要注意打破学生的心理平衡，引起认知冲突，使学生产生好奇心、求知欲和学习兴趣，积极主动地去寻求尝试题的解法。

    第二步，自学课本。出示尝试题后，学生产生了解题的欲望，这时阅读课本就成为学生自身的需要。阅读课本前，教师可先提出一些思考性问题，使学生明确阅读课本的目标和要求，带着问题从课本中寻求解答尝试题的方法。

    第三步，尝试练习。让学生根据阅读课本所得的体会，自己动手试解尝试题，并让好、中、差三类学生代表上台板演。学生练习时还可以再阅读课本，一边看一边做。

    第四步，学生讨论。尝试练习后，根据板演情况，引导学生评讲讨论。板演的同学可以讲述自己的思路和依据，不同的看法允许争论，让学生在评讲尝试讲算理。

    第五步，教师讲解。教师根据学生在自学、尝试练习和讨论过程中暴露出来的问题进行有针对性地重点讲解，使学生系统地掌握知识。

    以上五个步骤不是一堂新授课的全过程，它只是一般新授课中“讲解新知识”这个环节中的五个步骤。值得注意的是，这五个步骤是一个有机的整体，并不是固定不变的，教师应根据情况灵活掌握。

    尝试教学法是按照学生的心理特点和内在需要安排教学的发展顺序。尝试教学法的目标是让学生获得成功，条件是充分发挥教师的主导作用、学生的主体作用、旧知识的迁移作用、教科书的示范作用、学生之间的相互作用和师生之间的情意互动作用。

    应用尝试教学法，要求学生有一定的自学能力。对于前有铺垫的后继性教学内容，运用尝试教学法教学效果较好。初始概念的引入课以及实践性较强的教材内容一般不适宜用尝试教学法。

    ３．引探教学法

    引探教学法是深圳市教研室陈永林同志从实践中总结出来的一种教学方法。其特点在于教师着眼于“引”（引导），学生着力于“探”（探索）。教师尽力激发学生的求知欲望，促进他们探求解决问题的方法。发现和掌握解决问题的规律。它是以思考题为思维主线，采取学生先学先讲（先探索），教师后讲后帮（后归纳）的方式，积极引导学生学好新知识，促进学历增长的一种教学方法。

    引探教学法的一般步骤是：

    （１）引探的准备。引导学生回忆与新课有关的旧知识并讲解引例（准备题），为学习新知识打好基础。

    （２）引探的过程。（１）初学：根据新课的主要内容提出初学思考题（已在前一节课布置预习作业时提出），要求学生带着思考题进行预习。（２）再学：引入课题后，学生带着思考题再学新内容，并做好回答思考题的准备。（３）回答和讲解思考题。（４）学生议论、质疑，提出不同见解。对学生提出的各种疑问，教师可归类回答，也可引导学生再学课本。对学生好的见解应予以表扬。

    （３）引探的总结。教师根据新课内容，作出“水到渠成”的总结，帮助学生整理学到的知识、概括运算的规律和解决问题的途径和方法，实现由感性认识到理性认识的升华。

    （４）引探的实践。教师按照“前有联系、后有伏线”的设计口答、笔算、实践操作等多种形式的习题，让学生集中练习，并布置适量的课外作业和下节课的预习思考题。

4．项目教学法

项目教学法是通过实施一个项目而进行的教学活动。在教学活动中，教师根据教学需要将问题或需要完成的任务以项目的形式交给学生。在教师的指导下，学生以小组的方式，按照项目的完成程序，制定项目计划、共同或分工完成项目。通过这种方式使学习过程成为每个学生都参与的创造性实践活动，注重的是学生的主体参与和完成项目过程中的学习活动。学生在实践过程中，理解和掌握课程要求的知识和技能，体验创新的艰辛与乐趣，培养分析问题解决问题的能力、与他人合作的能力和团队精神。

项目教学法的理论基础是杜威的建构主义学习理论。杜威在上世纪初提出了建构主义学习理论，他认为，学习过程中真正的理解是与事物怎样动作以及事情怎样做有关的，理解在本质上是与动作相联系的，因此,应倡导“做中学”的教育。建构主义认为，世界是客观存在的，但它在人脑中的反映却是主观的。人们对于世界的理解和赋予的意义是不同的。学习者并不是把知识从外界机械地植入到头脑中，而是以已有的经验为基础通过与外界的相互作用来建构新知识的。学习的目标具有定向性，只有学习者清晰地意识到自己的学习目标，并形成与获得所希望的结果相应的预期时，学习才可能是成功的。在建构主义学习中，学习目标对学习活动具有导向作用、调控作用、激励作用。因此，在学习过程中应鼓励学习者确立自己的目标，通过不同的途径达到目标，并评定自己在达到目标过程中获得的进步。杜威用建构主义学习理论为指导，概括出项目教学法的五个基本特征.：

1．为了获取经验，学习者要有一个适当的实际情境，一种他所感兴趣的活动。

2．在这个实际情境中形成一个真实问题，由此学习者产生思维动机。

3．为了处理这个问题，学习者拥有必需的知识，进行必要的观察。

4．要思考可能的解决方法，并承担起发展这些方法的责任。

5．学习者有可能并且有机会，通过实际应用，实验他所设计的方法，解释方法的意义，

独立发现其中的价值。

项目教学法主要关心的是学生的学习自主性。传统教学中，教师往往根据教材体系和教案传授知识，学生是被动的接受者，学习成为满足教案的过程。而在项目教学法中,学生置身于真实的问题情境中，通过主体参与、主体体验、主体探究、主体创造、主体反思和评价来获得知识、形成技能、发展能力。

项目教学法与其他教学形式相比较具有鲜明的特点：一是具有教学方式的协调性。以项目为依托，以真实情境为根基，以问题为核心，目标明确、要求具体，能够让学生产生浓厚的学习兴趣和学习动力；二是具有教师讲解的适应性。教师的讲解要求适应学生探究的即时水平，根据学生的即时水平进行点拨、启发、总结和概括。三是具有学生学习的主体性。学生始终处于学习的主体地位，强调学生通过与环境进行物质、能量和信息的交流自主解决问题。

项目教学法的基本过程包括项目准备过程，项目实施过程和项目评价过程。具体而言，又可分为五个步骤，即：任务、计划、实施、检查、评价。

1.任务阶段：教师确立项目、向学生布置并解释任务，使学生知道自己要做什么，要学哪方面的知识，练习哪方面的技能，达到什么样的目标。

项目的确立主要注意以下几个问题：

（1）项目活动怎样调用学生的已有知识? (2)此项目能否让学生感兴趣?能否激励学生收集有关资料，激发学习自觉性? (3)如何让学生更加了解自己并相互学习? (4)如何让学生把他们所学的知识与现实生活联系起来? (5)所选取的项目内容是否有助于学生所学的专业课? (6)所选取的项目内容是否有助于树立学生的自信心?

2.计划阶段：由学生制定项目工作计划，确定工作步骤和程序，并最终得到教师的认可。

3.实施阶段：学生确定各自在小组中的分工以及小组成员合作的形式，然后按照已确立

的工作步骤和程序工作。

4.检查阶段：学生自行检查项目过程和结果。

5.评价总结阶段：评价环节按学生自我评价，相互评价的程序进行；总结环节按展示结果、交流心得、拓展应用的程序进行。在这一阶段，要特别重视基本思维方法，基本解题技能的总结。