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摘要：针对传统教学方法侧重于教学形式与手段，缺少教学内容本质的认知过程考虑，提出一种新的认知教学方法，它从教学本质出发，抓住知识的组织、粒化与因果关系，将所有知识融为一体，符合教学赖以存在和发展的认知机理以及学生学习思维的逻辑认知过程。根据程序设计课程的特征，将认知教学应用于计算机程序设计课程教学中，并以“C程序设计”课程为实际应用对象，验证教学效果。
关键词：认知教学；组织；粒化；因果；计算机程序设计
作者简介：彭珍（1981-），女，山东东明人，华北科技学院计算机学院，讲师。（北京 101601）吴立锋（1978-），男，河北隆尧人，首都师范大学信息工程学院，讲师。（北京100048）
基金项目：本文系华北科技学院教育科学研究2011年指导类课题“计算机程序设计课程教学方法的研究”、华北科技学院试题库项目“《C++与面向对象程序设计》试题库建设”、首都师范大学青年教师教学研究项目“以培养能力为核心的《ACCESS 数据库》课程教学方法的研究与探索”的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）11-0059-02
目前已有的问题教学、[1]任务驱动教学、[2]案例教学、[3]引导教学等都侧重于教学形式与手段的变新与改革，[4]很少从教授内容的本质出发，研究教学内容的认知规律。为此，本文基于教学赖以存在和发展的认知机理，提出一种新的认知教学方法，条理地、逻辑地、系统地组织教学内容，符合学生学习思维的逻辑认知过程。
“程序设计”是计算机领域中一门重要的软件技术，是其他软件技术的基础。“程序设计”课程是伴随着计算机应用和程序设计语言的发展而发展起来的一门重要学科，已发展成为计算机专业中重要的专业必修课程，在高等教育中确立了不可缺少的公共基础课的地位。作为使用和开发计算机的重要工具，程序设计课程具备统一的抽象与规律。
本文将这种认知教学应用于“计算机程序设计”课程的教学过程中，有组织、有规律地将该课程的教学内容贯穿始终，为学生掌握程序设计方法、提高学生程序设计能力与逻辑思维能力打下坚实基础。
一、认知教学的概述
本文提出的认知教学是基于Zadeh的认知原理，Zadeh将人类的认知概括为：[5]组织（organization）、粒化（granulation）和因果（causation）。“组织”指从部分合并为整体，“粒化”指将整体分解为部分，“因果”指原因和结果的关联。前两者可看作互拟的过程，因果结构是一切知识的共性，它是对知识的一种本质抽象，因果有直接因果关系和间接因果关系，也有潜在因果关系和真实因果关系。所谓潜在因果关系是指一个具有普遍适应范围的概括性的因果规律，表示给定一定的条件，原因X的满足将引起结果Y的满足；而真实的因果关系则是在一个特定情形下实际发生的事实，即X和Y事实上发生了，而且是因果相关的。在知识表示的层次上，教师所研究的是潜在因果关系，真实因果关系可以看作是潜在因果关系在某一特定情形下的一个实例。人类认知事物是从事物的不同侧面、不同层次上认知事物的本质，将复杂的信息结构化（粒化），然后研究在不同结构层次上新事物具有的特性和不同侧面或层次上新事物特征之间的关系，进而从本质上全面认知事物。
认知教学，就是按照人类认知事物的规律进行教授知识，即将教学知识组织、粒化、因果化，从而使得学生抓住知识的本质、全面地掌握知识。这里，组织可以理解为对知识宏观的掌控，粒化是对知识微观的演化，因果则是知识之间的关联。因此，认知教学能够条理地、逻辑地、系统地组织教学内容，是一种符合学生学习逻辑认知过程的科学方法。
二、计算机程序设计课程
几乎所有高等学校的每个专业的学生都要学习诸如C、VB或VF语言这样的程序设计课程（必修课程），而且随着各具特色的高级程序设计语言（C++、Java等）及网页程序设计语言（JSP、ASP.net等）的不断涌现，程序设计课程是高等教育中不可缺少的公共基础课，而且已成为计算机专业的一门独立必修专业课程。程序设计是大学生必备的一种计算机技能，更重要的是对其思维的特殊训练和对其智慧的重大挑战。
“计算机程序设计”课程主要是学习如何用某种计算机语言编写程序来解决问题。程序＝数据结构+算法，所以程序设计的本质就是设计出合理的数据结构与算法。
根据软件工程理论，[6]程序设计大致可以分为结构化程序设计（Structured Programming，SP）、面向对象程序设计（Object-Oriented Programming，OOP）、面向数据结构的程序设计（Jackson System Development，JSP），国内主要用的是前两种程序设计方法。
同一类型的计算机程序设计有若干不同程序设计语言，同一类型的语言采用的数据结构大致相同，比如结构化程序设计语言采用的数据结构绝大多数是基本数据类型，还有其他构造类型如结构体等；面向对象程序设计语言主要采用的数据结构则是类，其中还涉及继承机制等。因此，程序设计课程首先介绍的都是数据结构，在程序中体现在数据的定义上。
算法的设计与具体问题有着密切的关系，但无外乎是对数据结构的操作，比如输入、计算与输出。其中计算最为复杂，可能是函数，或标准的表达式语句，或带有顺序、选择、循环结构的混合。因此，程序设计课程中的重点和难点都在算法部分。
三、认知教学在计算机程序设计课程中的应用
根据计算机程序设计课程的抽象特征，拟从以下几个方面将认知教学应用于计算机程序设计课程中。
按照数据结构+算法的思路将计算机程序设计教学知识合理组织在一起，形成程序设计知识的宏观体系结构；对宏观架构中的每一个知识点进行细化，即构建出每一知识点的微观结构；搭建宏观知识点之间、微观知识点之间以及相互的关联。
以“C程序设计”课程为例，[7]图1概括了C程序设计的所有知识点，形成了一个多层次、逐层深入的组织结构。每一层次可以看作其上层的粒化，每一层次与其上层和下层都有直接或间接的因果关系，同层次知识点之间也存在因果关系。比如定义数据、输入数据、计算数据和输出数据构成了程序的基本步骤，前一步是后一步的基础和条件；比如定义数据中的基本数组类型是所有定义的基础，为了存储多个有序数据（同一类型）形成了构造性数据即数组；为了存储不同类型的数据才有了构造型数据即结构体和共用体；为了便于表达更为复杂的数据结构及方便有效地使用数据提出了指针，所以在定义数据中各部分之间存在着关联。
最底层中的知识点还可以进一步深入细化。“C程序设计”课程中，有关数组的认知体系以包含10个整型数据的一维（10*10二维）数组、字符数组为例，如图2所示。数组认知按照数组的组成和编程的思路分别从纵向和横向展开。纵向坐标：一维数组、二维数组和字符数组，一维数组是二维与字符数组的基础，二维数组又是二维字符数组的基础；横向坐标：定义、输入、计算和输出数组。特别地，（一维）字符数组的输入/输出的因果关系来看，它采用类似于一维数组的输入/输出方法，将输入/输出格式中的%d改为%c，进一步可以简单地采用%s格式输入/输出（去除了循环结构），更进一步采用函数gets/puts调用来完成。
四、结束语
科学的教学方法应该遵循教学赖以存在和发展的认知机理和学生学习思维的逻辑认知过程，认知教学即从牢牢抓住教学本质出发，深化知识的组织、粒化与因果关系，将所有知识融为一体，尤其对于程序设计，这类逻辑性强的课程，该方法更适合。本文以“C程序设计”课程为例，阐述了认知的应用，并通过实际教学，验证了该方法的有效性。
参考文献：
[1]罗祖兵.教育学问题教学:涵义、价值与操作[J].高等教育研究,2010,31(3):71-75.
[2]王春婷.浅谈任务驱动教学法在计算机教学中的应用[J].太原大学教育学院学报,2011,(2):103-105.
[3]赵月坤,高常.案例教学法在数学教学实践中的应用[J].中国成人教育,2011,(15):162-163.
[4]陈越,何钦铭.计算机专业研究型课程教学模式与创新能力培养的探索[J].计算机教育,2009,(24):99-101.
[5]Zadeh L.Some reflections on soft computing,granular computing and their roles in the conception,design and utilization of information/intelligent systems[J].Soft Computing,1998,(2):23-25.
[6]钱乐秋,赵文耘,牛军钰.软件工程[M].北京:清华大学出版社,2007.
[7]谭浩强.C程序设计(第三版)[M].北京:清华大学出版社,2005.
（责任编辑：宋秀丽）
关键词：认知教学；组织；粒化；因果；计算机程序设计
作者简介：彭珍（1981-），女，山东东明人，华北科技学院计算机学院，讲师。（北京 101601）吴立锋（1978-），男，河北隆尧人，首都师范大学信息工程学院，讲师。（北京100048）
基金项目：本文系华北科技学院教育科学研究2011年指导类课题“计算机程序设计课程教学方法的研究”、华北科技学院试题库项目“《C++与面向对象程序设计》试题库建设”、首都师范大学青年教师教学研究项目“以培养能力为核心的《ACCESS 数据库》课程教学方法的研究与探索”的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）11-0059-02
目前已有的问题教学、[1]任务驱动教学、[2]案例教学、[3]引导教学等都侧重于教学形式与手段的变新与改革，[4]很少从教授内容的本质出发，研究教学内容的认知规律。为此，本文基于教学赖以存在和发展的认知机理，提出一种新的认知教学方法，条理地、逻辑地、系统地组织教学内容，符合学生学习思维的逻辑认知过程。
“程序设计”是计算机领域中一门重要的软件技术，是其他软件技术的基础。“程序设计”课程是伴随着计算机应用和程序设计语言的发展而发展起来的一门重要学科，已发展成为计算机专业中重要的专业必修课程，在高等教育中确立了不可缺少的公共基础课的地位。作为使用和开发计算机的重要工具，程序设计课程具备统一的抽象与规律。
本文将这种认知教学应用于“计算机程序设计”课程的教学过程中，有组织、有规律地将该课程的教学内容贯穿始终，为学生掌握程序设计方法、提高学生程序设计能力与逻辑思维能力打下坚实基础。
一、认知教学的概述
本文提出的认知教学是基于Zadeh的认知原理，Zadeh将人类的认知概括为：[5]组织（organization）、粒化（granulation）和因果（causation）。“组织”指从部分合并为整体，“粒化”指将整体分解为部分，“因果”指原因和结果的关联。前两者可看作互拟的过程，因果结构是一切知识的共性，它是对知识的一种本质抽象，因果有直接因果关系和间接因果关系，也有潜在因果关系和真实因果关系。所谓潜在因果关系是指一个具有普遍适应范围的概括性的因果规律，表示给定一定的条件，原因X的满足将引起结果Y的满足；而真实的因果关系则是在一个特定情形下实际发生的事实，即X和Y事实上发生了，而且是因果相关的。在知识表示的层次上，教师所研究的是潜在因果关系，真实因果关系可以看作是潜在因果关系在某一特定情形下的一个实例。人类认知事物是从事物的不同侧面、不同层次上认知事物的本质，将复杂的信息结构化（粒化），然后研究在不同结构层次上新事物具有的特性和不同侧面或层次上新事物特征之间的关系，进而从本质上全面认知事物。
认知教学，就是按照人类认知事物的规律进行教授知识，即将教学知识组织、粒化、因果化，从而使得学生抓住知识的本质、全面地掌握知识。这里，组织可以理解为对知识宏观的掌控，粒化是对知识微观的演化，因果则是知识之间的关联。因此，认知教学能够条理地、逻辑地、系统地组织教学内容，是一种符合学生学习逻辑认知过程的科学方法。
二、计算机程序设计课程
几乎所有高等学校的每个专业的学生都要学习诸如C、VB或VF语言这样的程序设计课程（必修课程），而且随着各具特色的高级程序设计语言（C++、Java等）及网页程序设计语言（JSP、ASP.net等）的不断涌现，程序设计课程是高等教育中不可缺少的公共基础课，而且已成为计算机专业的一门独立必修专业课程。程序设计是大学生必备的一种计算机技能，更重要的是对其思维的特殊训练和对其智慧的重大挑战。
“计算机程序设计”课程主要是学习如何用某种计算机语言编写程序来解决问题。程序＝数据结构+算法，所以程序设计的本质就是设计出合理的数据结构与算法。
根据软件工程理论，[6]程序设计大致可以分为结构化程序设计（Structured Programming，SP）、面向对象程序设计（Object-Oriented Programming，OOP）、面向数据结构的程序设计（Jackson System Development，JSP），国内主要用的是前两种程序设计方法。
同一类型的计算机程序设计有若干不同程序设计语言，同一类型的语言采用的数据结构大致相同，比如结构化程序设计语言采用的数据结构绝大多数是基本数据类型，还有其他构造类型如结构体等；面向对象程序设计语言主要采用的数据结构则是类，其中还涉及继承机制等。因此，程序设计课程首先介绍的都是数据结构，在程序中体现在数据的定义上。
算法的设计与具体问题有着密切的关系，但无外乎是对数据结构的操作，比如输入、计算与输出。其中计算最为复杂，可能是函数，或标准的表达式语句，或带有顺序、选择、循环结构的混合。因此，程序设计课程中的重点和难点都在算法部分。
三、认知教学在计算机程序设计课程中的应用
根据计算机程序设计课程的抽象特征，拟从以下几个方面将认知教学应用于计算机程序设计课程中。
按照数据结构+算法的思路将计算机程序设计教学知识合理组织在一起，形成程序设计知识的宏观体系结构；对宏观架构中的每一个知识点进行细化，即构建出每一知识点的微观结构；搭建宏观知识点之间、微观知识点之间以及相互的关联。
以“C程序设计”课程为例，[7]图1概括了C程序设计的所有知识点，形成了一个多层次、逐层深入的组织结构。每一层次可以看作其上层的粒化，每一层次与其上层和下层都有直接或间接的因果关系，同层次知识点之间也存在因果关系。比如定义数据、输入数据、计算数据和输出数据构成了程序的基本步骤，前一步是后一步的基础和条件；比如定义数据中的基本数组类型是所有定义的基础，为了存储多个有序数据（同一类型）形成了构造性数据即数组；为了存储不同类型的数据才有了构造型数据即结构体和共用体；为了便于表达更为复杂的数据结构及方便有效地使用数据提出了指针，所以在定义数据中各部分之间存在着关联。
最底层中的知识点还可以进一步深入细化。“C程序设计”课程中，有关数组的认知体系以包含10个整型数据的一维（10*10二维）数组、字符数组为例，如图2所示。数组认知按照数组的组成和编程的思路分别从纵向和横向展开。纵向坐标：一维数组、二维数组和字符数组，一维数组是二维与字符数组的基础，二维数组又是二维字符数组的基础；横向坐标：定义、输入、计算和输出数组。特别地，（一维）字符数组的输入/输出的因果关系来看，它采用类似于一维数组的输入/输出方法，将输入/输出格式中的%d改为%c，进一步可以简单地采用%s格式输入/输出（去除了循环结构），更进一步采用函数gets/puts调用来完成。
四、结束语
科学的教学方法应该遵循教学赖以存在和发展的认知机理和学生学习思维的逻辑认知过程，认知教学即从牢牢抓住教学本质出发，深化知识的组织、粒化与因果关系，将所有知识融为一体，尤其对于程序设计，这类逻辑性强的课程，该方法更适合。本文以“C程序设计”课程为例，阐述了认知的应用，并通过实际教学，验证了该方法的有效性。
参考文献：
[1]罗祖兵.教育学问题教学:涵义、价值与操作[J].高等教育研究,2010,31(3):71-75.
[2]王春婷.浅谈任务驱动教学法在计算机教学中的应用[J].太原大学教育学院学报,2011,(2):103-105.
[3]赵月坤,高常.案例教学法在数学教学实践中的应用[J].中国成人教育,2011,(15):162-163.
[4]陈越,何钦铭.计算机专业研究型课程教学模式与创新能力培养的探索[J].计算机教育,2009,(24):99-101.
[5]Zadeh L.Some reflections on soft computing,granular computing and their roles in the conception,design and utilization of information/intelligent systems[J].Soft Computing,1998,(2):23-25.
[6]钱乐秋,赵文耘,牛军钰.软件工程[M].北京:清华大学出版社,2007.
[7]谭浩强.C程序设计(第三版)[M].北京:清华大学出版社,2005.
（责任编辑：宋秀丽）