[ 摘要 ] ：
在中学程序设计教学中，绝大多数的学生都觉得难学。笔者根据 J.Piaget 提出的建构主义理论 [1] ，融汇支架式教学（ Scaffolding Instruction ） [2] 的思想同，创造了一种新的教学方法：框架填补法，并在不同的班和传统教学法对比教学，收到的效果大不一样。本文重点介绍的框架填补法不按传统的教材顺序，先从整体上让学生把握住程序的框架结构，再细化流程图，最终将自然语言转化为计算机语言，比较轻松地达到了大纲要求的教学目标。笔者将此法连续 3 年在不同年级十多个班的教学中进行了进一步的验证研究，并用“ t 检验”统计法对相关数据进行分析，证明了这种新的学习方式对于中学生编程学习有很大的帮助。
[ 关键词 ] ：
编程建构主义、支架式教学、传统教学法、框架填补法、 t 检验
一、引言
（一）问题的提出
在教育部颁发的信息技术大纲中，要求中学生必须掌握一门计算机高级语言。但编程又是高中信息学中公认的难点。学生普遍反映学不懂，抵触情绪比较严重，甚至要求不纳入会考范围。
（二）解决问题的思路
在中学的教材中，学习的高级语言一般是 Pascal 。笔者参加过这种教材的三个版本的编写，觉得 Pascal 语言虽然相对于中学生来说比较难学，但如果教师能正确采用相应的教学方法，学习这门语言应该是不困难的。为此，作者经过在多年一线教学的经验积累，在以强调学生为主心、创造学习情景、让学生自主学习等原则下，创造了框架填补教学法。为了对比不同的效果，笔者选用了两个不同水平的班级：树人学校 2001 年入学的学生和重庆八中 2001 年入学的学生。树人学校的学生与普通中学水平相当，而八中学生水平是全市一流的。八中学生教学的方法是完全依据教材的进度及内容安排，称为传统教学法；在树人学校则采取框架填补法。将此两种方法对比教学后，觉得效果大不一样。随后的两年中，我根据实验个体性质进一步修改了该教学法，扩大了实验研究的对象，在总共 20 多个班中进行对比实验，并将测试数据经 t 检验，得到了非常显著的实验效果。
二、框架填补法
（一）理论依据
教育心理学的研究表明，学生在接受新知识或接受新技能培训时，如果有一个正确的、积极的心理准备 ( 求知欲 ) ，则其接收的效率将会高出被动接收效率的一至两倍。长期处于被动接受的状态还会产生压抑、厌倦、对抗、恐惧等情绪进入心理的误区，严重影响学习的效果。而中学生在编程学习的过程中，普遍表现出“厌学”、“难学”、“被动学”的现象。而出现这种现象的原因，主要是传统的编程教学模式设计以及在校大学生的学习模式为样本，在难度上进行了部分调整之后，按部就班地从最烦琐而且暂时无法应用的基本理论学起，让学生首先在心理上产生了一种抗拒的意识。但学生难以在开始阶段将离散的知识点系统地接受，等到开始了实际的编程练习时，早就将前面的知识忘记了，而且已经索然无味了。
要让学生能够学好编程，必须解决好几个关键问题：
培养学习的兴趣
创造学好编程的情景
变“老师灌”为“学生学”
改变现有传统的知识结构，创造新的目标框架
建构主义理论认为，“在学习过程中，要以学生为中心，在整个教学过程中要以教师为组织者、指导者、帮助者和促进者，利用情景、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学的知识的意义建构的目的”。 [3] 建构主义的教学方法比较多，其中，支架式教学（ SI ） [2] 的特点非常适合中学信息学的编程教学。支架式教学要求为学生学习建构一种概念框架（ CnceeptualFramework ）。这种框架中的概念是为发展学习者对问题的进一步理解所需要的。为此，事先要把复杂的学习任务加以分解，以便于把学生的理解逐步引向深入。它与前苏联著名心理学家维果斯基的“最邻近发展区”理论是一脉相传。这个“最邻近发展区”中，学生的实际发展水平（第一个发展水平）就是他们有学好编程的想法，但是，烦琐的命令和语法让他们觉杂乱和烦琐，没法感知整个结构化程序设计的整体风格和结构。这时，老师就要指导他们达到潜在发展水平（第二个发展水平）之间的距离，即每个学生能够学好编程，但要在老师的帮助下从一个水平提升到另一个水平，这样不停地提高，真正使学生走在发展的前面。
为此，老师要设计“脚手架”，按学生目前水平和学习的主题，用“最邻近发展区”的要求建立框架，然后将学生引入问题情景。当进入了学习情景中后，学生会慢慢展现其独立探索的一面，他们会主动提出问题了，这时，老师要循序渐进地引导，同时指导他们协助学习。框架填补法正是在这种理念指导下，根据中学程序设计的特点而搭建框架，找到学生的“邻近发展区”，再发展到第二个发展水平，营造编程学习情景。
传统的编程学习是从复杂的语法格式开始，一步一步地“系统”地学习。但这种教学方法容易让学生一开始就陷入到复杂的的语法规则中，而且在学习这类知识时还不知道其有何用处、如何使用。因此，不少中学生直到学习到后面的顺序、分支、循环程序设计时才明白前面内容的意思。但是，大部分学生早在开始编程之前就已经丧失信心了。这种教学方法是“先细后粗”，让学生直到后面阶段才真正明白什么是程序。
框架填补法是支架式教学法在中学编程教学中的一种应用，它先从整体上让学生认识什么是程序，然后将每一个具体的程序（任务）用流程框架图画出，这只是一个“脚手架”，但足以让学生目的明确。接下来就是细化每一个框图，将每一个图分解成更加细小的任务。当任务小到一定程度时，便是一条不可再分解的语句了。到这个时候，学生便会比较轻松地接受这条语句。这种教学法不以具体的语法规则为教学重点，而是重在培养学生整体认识性，对于具体的语法规则就变成“任务驱动”的方式去学习了，很容易培养学生主动学习的能力。
（二）传统教学法的教学安排
传统教学法安全按照教学大纲要求，安排为 14 课时，学习的内容为：
◆计算机语言的分类（ 1 课时）
◆ Pascal 语言的编辑界面（ 1 课时）
◆ Pascal 语言的基本符号（ 1 课时）
◆ Pascal 语言的程序格式（ 1 课时）
◆标准函数和表达式（ 1 课时）
◆输入输出语句（ 1 课时）
◆顺序程序设计（ 2 课时）
◆条件语句（ 2 课时）
◆分支程序设计（ 2 课时）
◆过程和函数（ 2 课时）
笔者就按照这种教学设计，从最基本的内容一步一步讲下来。第一节课，学生学习计算机语言的分类时，由于介绍了大量的新东西，学习听得比较轻松，而且学习积极性高。在学习第二节课时，学生开始觉得比较空洞了。因为他们还不知道什么是程序就要进入编程界面去熟悉各种操作。第三节课就觉得很枯燥了，觉得好像在背很枯燥的英语单词，开始有人不听课了。从第四节课开始，学生满腔激情开始淡没，听得很吃力，又不知道记那么多的标准函数做什么，开始被动地接受东西了，反正教师讲什么就听什么，但不知道学了这些东西有什么用。到了第 7 节课左右，已经有 50% 左右的学生已经跟不上教师的进度，表现的状况是上机不能编写程序，上课听不懂。到了内容的末期， 60% 的学生完全听不懂教师讲的内容， 20% 的学生能听懂大部分，但不能编写程序。只有 20% 的学生能跟上教师的进度，在老师的帮助下能正确调试出程序。综合这个过程，将能跟上教学进度的学生比例曲线由下图表示：
（三）框架填补法的具体实现
笔者发现，不少学生在学完编程课程后连什么是程序都不知道。不少教师在讲授程序课时过多地沉溺于编写程序的规则上去了，一开始就让学生记忆很多符号和保留字，在编写程序时没有从整体上去把握思路，陷入到具体的语法中去了。于是，在树人学校的教学过程中，笔者没有按照大纲的顺序，而是以生活中的实例讲什么是程序，程序设计的思路，如何画流程图，如何将流程图细化，如何将自然语言转换成 Pascal 语言。到此为止，程序的源代码就出来了。
以这种方法，笔者的内容及课时安排如下：
什么是计算机语言，语言的分类（ 1 课时，与传统教学法无异）
什么是程序，以生活中的事为例，让学生明白程序其实很简单。（ 1 课时）
如，早晨起床的程序如下：
从床上醒来
穿衣
洗漱
吃早餐
收拾书包上学
马上有同学说第 2 、 3 、 4 步可以交换顺序。于是笔者告诉学生在编写程序时哪些步骤可以交换，哪些不能交换。学生记忆深刻。
用流程图来表示程序。（ 2 课时）。在本课时里，不分顺序、分支以及循环三大章节的内容，全部纳在一起讲解。在这里，便开始搭框架了，是最粗略的框架，主要教学目的是让学生从整体上把握结构化程序设计思想。如：
笔者发现，经过这两节课后，将教材中的课后练习中较难的题让学生去完成流程图， 80% 左右的学生都能完成。这个结果让笔者倍感欣慰。
细化流程图（ 2 课时）。
这一步很重要，主要让学生将粗略的流程图中的每一步细化，以适合程序设计的习惯。比如，“找出两个数中的最大数”就这样细化：
在这一步时，学生已经进入到了编程的情景中（虽然还没有编写代码，但他们的工作已经完成了编程过程中很重要的一个环节了），此时学生不会觉得这个过程费解，也就是说学生还保持着学习的兴趣。
将细化后的流程图转化为程序（ 6 课时）
这一步的工作量最大，主要是将自然语言转化为计算机语言。比如，“给变量 A 读入一个数 5 ”就转化为“ A ：＝ 5 ；”。在这个程序上再将保留字、标准函数、输入输出语句教给学生，笔者发现出其的顺利，大部分同学可以借助教材进行语言转换了。这个过程中，教材只是作为查找语法及函数的资料。笔者当场在黑板上布置了一道作业题，大约 70% 的同学能够正确地完成，剩下的 30% 的同学或多或少地完成了部分，没有动不起笔的学生。而这道题，笔者在八中学生中测试的结果是仅 30% 左右的学生能写出程序。而更关键的是，树人学校的学生一直都没觉得学习编写程序是一件难事。
其实在进行这一步时，学生早就迫不及待地开始提问了：这个语句应该怎样完成？那个语句该怎么做？有些学生甚至自己在书上找答案了。这就已经变成主动要学了，到了这一步，老师讲述已经为辅了。
◆上机调试程序（ 1 课时）。这一步其实在上一步就已经穿插进来了，学生只需记住几个常用的操作步骤就可以完成程序的编译。
扩展知识的讲解
在八中学生中，到最后一节课时，早就被“折磨”得痛苦不堪了，根本不敢扩展。而在树人学校，学生已经处于不同的高度了，笔者从结构化程序讲到面向对象程序设计，从 Pascal 讲到 VC ，从 J2EE 讲到 .NET ，让他们明白这些编程工具很多只是语法上的差异，关键是掌握编程的整体思想。
可以用下图来表示树人学校学生掌握知识水平的情况：
三、两种方法的对比
两种不同教学方法对比效果，由下表可见一斑：
四、框架填补法应用面的扩大研究
在上述两个不同学校的学生对比进行了实验后，我发现此法有相当的实用五实验之余的思考
由于改变了教学方法，不容质疑，框架填补法是帮助学生学习程序设计的好方法。通过这次成功的探索，我感觉在以后的教学中，除了这种教学方法的具体过程外，还有以下值得借鉴的地方：
1 要敢于打破教材的束缚，寻找最适合学生认知特点的教学方法。
2 在教学内容的体系上合理安排，让学生能够系统地、连贯地学习知识，有利于学生循序渐进地学习。
3 在某些知识点的教学上，应该让学生先从整体上把握全局思想，再具体到每一个知识点，让学生思维清晰。
4 兴趣是最好的老师，让学生对所学的知识保持永恒的兴趣，学习效率会大增。
结束语
框架填补法是在建构主义理论中支架式教学法的一种应用，它创立了学习编程的情景。学生在编写一个程序的过程中，先是明确了问题，搭好了框架，然后带着问题去查书，去找那些语法规则，然后相互讨论，最终以多种形式编写好程序。在教学的过程中，我发现实验班的学生往往会主动问问题，一般情况下我是引导方向，尽量让他们自己完成，其学习的主体性体现得比较突出。而对比班的学生几乎从不提问，主要原因是提不出问题。
两种方法的教学效果相差非常明显，但为什么现在的教材不改变教学模式呢？原因可能是这样： Pascal 语言一直都是大学的教材，很多年来大学教材都是按照最传统的模式编写，这对于大学生来说能够接受，其矛盾还不是很突出。后来将 Pascal 引入中学后，习惯上的模式难以改变，同时也为了追求“系统”的编写模式，所以给中学教学带来了很大的麻烦。笔者在框架填补法中很少用到教材，也没有刻意去区分顺序、分支、循环程序设计之间的差别，先给学生建立一个编写程序的“思想”，再让这个“思想”逐步成为具体的程序。
[ 参考文献 ] ：
[1]Divid Jonassenetal. Constructivism and computer-mediated communication in Distance Education, The American Journal of Distance Education Vol.No.2,1995
[2]Divid Griffiths, Environmental Challenges: Making a Difference in the Classroom, Proceeding of CAL97
[3] 张建伟、陈琦 . “从认知主义到建构主义”，北京师范大学学报（社会科学版）， 1996 年第 4 期