基于PBL的XML课程的教学方法探讨

侯爱民 郝志锋

[摘要]意义建构是人类掌握知识的学习本质,它与个人的认知结构、认知策略、问题情境等紧密相关。主要根据基于问题的学习(PBL)的教学原理,探讨XML课程的教学方法。并将它应用到实际的教学活动中,取得了令人满意的教学效果。

[关键词]基于问题的学习;认知心理学;教学方法;抛锚;XML课程

[中图分类号]TP313[文献标识码]A[文章编号]1005-4634(2009)06-0058-04

0引言

XML(Extensible Markup Language)是一种可扩展的元置标语言。它集标准通用置标语言SGML和超文本置标语言HTML的优势于一身,具有易于编辑、适用于网上传输和浏览、便于文档规范化、赋予标记一定的含义等诸多优点,是当前最流行的网络编程技术之一。然而,同其他的计算机编程技术的课程一样,如果采取传统的“课堂灌输式+实验”教学法进行讲课,会存在学生死记硬背大量知识,不能应用知识,大多数实验是验证性质的实验等问题。如果采取“启发式的案例”教学法进行讲课,则一方面很难找到现成的成功案例,能比较完整地诠释教材上的全部知识或彼此相关的那些知识,或者要大量修改教材,以满足案例教学法的要求;另一方面对某些细节不易讲解透彻,学生动手实验时很难模仿实践。因此,有必要采取新型的教学方法进行研究与实践,以便达到更理想的教学效果。而认知心理学和基于问题的学习的教学法为满足这种需求提供了理论依据。

1相关理论

1.1PBL理论

基于问题的学习(Problem-Based Learning)[1]是把学习置于复杂的、有意义的、真实的问题情境中,通过学生独自/合作解决问题,来学习隐含于问题背后的学科知识,形成解决问题的技能,并发展自我学习能力的一种新的教学模式。教师在这种教学方法中充当“认知教练”角色,是从认知方面给予学生必要的指导,而不是教给学生解决问题的具体办法。具体的办法由学生自己摸索总结。

PBL教学的基本过程[1]如下:①教师根据教学任务,创设出合适的问题情境;②组成学习小组,学生个人根据自己的认知能力理解问题,提出问题表征;③学生根据需要收集信息,对问题进行分析、假设、推理。设计解决问题的多种方案;④小组内/小组间交流意见,选择最终方案,得出结论;⑤总结汇报,展示成果,自我反思。

PBL教学的基础是设计“问题”。问题[2]分良构的和非良构的两种类型。良构问题是指问题具有严谨的定义,解决方法和思考途径以现成知识为主,答案惟一。非良构问题是指问题可以有不同定义,不受已有知识和经验局限,解决方法多样,答案不惟一。因此,在实际的教学过程中,教师一般先给学生呈现良构问题,帮助学生尽快掌握教材知识。然后,再过渡到非良构问题,锻炼学生应用知识解决问题的能力。

基于问题的学习的好处是能激发并增强学生的学习动机,培养学习兴趣及独立自主学习,掌握认知(如计算、阅读、观察、理解等)、元认知(学生监控自己的思考过程)、学习策略,提高分析、评价、批判、综合等思维能力;而且能培养学生的合作学习技能、交流沟通技能、自我管理技能、以及终身学习技能。

1.2认知心理学理论

认知心理学采用信息加工的观点[3]研究人的认知,包括认知过程和认知结构。认知过程是信息加工过程,即信息的输入、编码、储存、提取、输出的过程。认知结构是头脑中的知识结构,它有别于学科的知识结构或教材逻辑体系所体现的知识结构。包括知识的表征、知识的类型、知识的组织。

认知心理学主张“加工过程中心、认知结构中心、学生中心”的教学思想和方法[3],强调教学方法只有通过影响学生的认知过程,才能影响教学效果,进而影响学习效果。不仅要考察学生的认知结果,更要考察学生的认知过程。要进行学习策略、认知策略、思维策略训练,要引导学生进行有意义的学习。奥苏伯尔认为“有意义的学习就是把新知识和原有知识联系起来,将新知识纳入学习者原有的认知结构之中”。已有知识或认知结构是学习的必要条件,学习时的认知加工的深度和策略是决定学到什么的充分条件。最高的、最重要的教学目标应当是使学生成为独立的、自主的、高效的学习者。

策略就是一种抽象的、一般的方法[3]。学习策略就是如何将新旧知识联系起来的一般方法。认知策略就是用以调节学习者自己的内部注意、学习、记忆、思维过程的各种技能。思维策略就是指一般性的较普遍适用的思维方法,它不同于解题思路,但它指引着具体的解题思路。

2XML教学的模式设计

2.1教学目标

XML课程的主要教学目标包括:①掌握XML课程的基本知识(概念、语法、语义、注意事项等)和体系结构(XML与DTD、Schema的关系,XML与CSS、XSL的关系,XML与DOM、数据岛的关系,HTML与XML+XSL的关系);②利用认知策略进行XML知识的学习;③灵活运用XML知识,进行动态网页/网站的设计、编程与调试;④培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力;⑤培养学生交流沟通、合作学习的能力。

可见,这些目标重点在于培养学生解决问题的能力、自我认知的能力,进而培养学生具有创新能力。相应地,要求教师不断提高自身素质,不断创新教学方法,建构科学合理的创新型课程体系。这些都是培养应用型IT人才创新能力的必要保障[4]。

2.2教学计划

开展XML课程的教学,其宗旨是帮助学生掌握XML知识;其形式是要求每个(组)学生利用XML知识,编写个人风格的网站;其策略是通过抛锚方式,依次呈现教学内容和问题。

因此,设计了两个“大问题或大思想”作为主线,始终贯穿于教学活动当中。一条主线是设计个人风格的静态网页,另一条主线是设计个人风格的动态网站。前者涉及HTML、XML、CSS、XSL等知识;要求学生使用XML+XSL技术,代替HTML页面。后者涉及XML、DOM、数据岛、ASP等知识;要求学生使用XML文档作为存储数据的数据源,为动态网站的内容更新提供数据。这两个“大问题或大思想”,以教师自己制作的或者往届学生制作的案例为铺垫和中介,在第一堂课堂上呈现给学生,以使他们明确学习目标,始终保持学习兴趣。

进一步地,将这两个“大问题或大思想”分解成若干个相关的“子问题”。这些“子问题”涵盖整个教学内容,将教学与学生学习、解决问题紧密结合起来。从而,实现了教学内容前后贯通,形成抛锚式的效果;由教学内容决定的问题情境也前后贯通,形成抛锚式的效果。教师在课堂上只是讲解知识,适当展示往届学生的案例。学生通过解决实际的良构问题和非良构问题,形成对知识的理解、应用,从而建构自己的意义。

根据课程学习内容及教学目标,设计13个子问题,如表1所示。

2.3问题设置

指导原则是根据教学任务需要,使学生通过问题解决应该获得并掌握的知识、方法、能力等基本目标在问题中有充分的体现,让教学内容和基本目标渗透于所创设的问题情境中。通过前后问题的抛锚式链接,实现整个教学计划和教学任务的衔接。

解决非良构问题需要以良构问题作为铺垫和中介。如果学生还没有熟悉知识,没有初步理解和掌握知识,就要面对复杂的非良构问题的解决,往往会望而却步,终止学习步伐。因此,为上述13个问题中的一些问题(即问题2、4、5、7、8、10、11)设计了同类型的、难度小、坡度缓的“袖珍型”问题,作为良构问题呈现给学生,让他们通过作业完成任务。然后,在实验中完成同类型的、难度大、要求高的“大型”问题,这些问题起着非良构问题的作用。通过良构问题的思考与解决,引导学生设计、思考和解决非良构问题。

设置良构问题,其目的是帮助学生掌握教材上的基础知识,进行简单的思维训练,培养初级的解决问题的能力。问题呈现形式有选择题、填空题、简答题、简单改错题、简单编程题。以作业本的方式提交。问题特征是答案所需要的信息来源于教材,答案惟一。

设置非良构问题,其目的是要求学生综合运用教材上的知识,结合学生自己的认知结构,进行复杂的思维训练,建构新的认知结构,解决复杂的实际问题。问题呈现形式有实验,课程设计。实验又分设计型的实验(即问题7、8、10、11)和综合型的实验(即问题2、4、5)。以实验报告和课程设计报告的方式提交。问题特征是没有现成答案,解决方法不惟一,答案不惟一。

2.4抛锚机制

在建构主义理论中,问题被称为“锚”,确定它们被形象地比喻为“抛锚”。正如前面所述,设计的两个“大问题或大思想”是由若干个相关的“子问题”组成。其中一些“子问题”通过抛锚机制而联系在一起(比方说,问题4和5是问题6的“锚”),形成了问题情境的抛锚式的效果。另一方面,一些较为复杂的非良构的“大型”问题,通过与其同类型的良构的“袖珍型”问题的抛锚而引出,形成了问题规模的抛锚式的效果。

由于教学内容分解到了各个问题中,因此,教学内容也通过抛锚机制而衔接在一起,形成了一个整体。在教学过程中,具体的抛锚活动如下:①简单介绍HTML知识,作为锚,引出XML知识+XSL知识;②XML语法知识和注意事项,作为锚,引出XML改错。类似地,还有DTD改错,Schema改错;③HTML知识和XML知识,作为锚,引出HTML与XML的对比分析。类似地,还有DTD与Schema的对比分析,CSS与XSL的对比分析,DOM与数据岛的对比分析;④DTD知识,作为锚,引出Schema知识。作为同是XML的语法规范的约束性说明文档,针对同一个XML文档,DTD到Schema,约束性说明文档由简到繁。类似地,还有CSS与XSL,作为XML的显示样式的说明文档,针对同一个XML文档,CSS到XSL,由简到繁。还有DOM与数据岛,作为以XML为数据源进行数据访问的技术,针对同一个XML文档,数据岛到DOM,由简到繁。

2.5问题特征

笔者设计的13个问题,具有如下特征:①答案多样性。不同的学生提交的实验结果不同。如在问题7、8中,教师只提出一个大概要求,学生根据自己的能力与爱好,通过对“若干个语句+每个语句的若干个选项”进行排列组合,设计出独具个人风格的网页;②知识总结性。将教材提供的知识以及学生通过各种资源收集的信息,加以对比、分析、综述。如问题3、6、9、12;③知识发现性。通过解决问题,发现了新的知识。如在问题5中,针对一个XML范文,教师设计了多个含有错误的Schema文档。学生在改错的过程中,无意间发现了“在一个Schema文档中,作为自定义的数据类型的名称只能参考引用。而在多个嵌套的Schema文档中,作为自定义的数据类型的名称既可以直接引用,也可以参考引用”。这是XML教材都没有涉及的新知识;④问题发现性。通过解决问题,发现了新的问题。如在问题8中,设计了一个三层结构的XML文档,并且在第三级层次上设置了多个相同名字的结点<爱好>。如果采用通配符“.”、“*”等方式寻找结点,则只能取出第一个<爱好>结点的内容,无法取出其余的<爱好>结点的内容。于是,产生了一个新问题。学生在解决新问题的过程中,发现了使用for语句,循环取出<爱好>结点的内容;⑤认知策略性。通过寻找解决问题的方法,发现了认知策略水平上的知识,从而将具体的解决方法升华到抽象的思维图式(即思想)。如在问题2、4、5中,虽然改错的内容不同,涉及的知识面不同。但是,可以采取两种思想“自顶向下”和“自底向上”,指导问题的解决。“自顶向下”思想是从含有错误的整个文档开始,逐条跟踪,找出错的语句,改正过来,直至整个文档不含错误,能够正常执行为止。“自底向上”思想是从一个空白的文档开始,逐条添加正确的语句,逐步向原始的错误文档的整体架构靠近,实现其原来设想的全部功能。

2.6评估

对于任何教学来说,评估都是其重要组成部分之一。不仅为整个教学的效果提供重要的评估作用,也为学生提供一个进步的标准和参照,还为教师的成长提供依据。评估始终伴随着PBL学习的整个教学的基本过程中。

从参加评估的角色分析,有学生评估和教师评估。学生评估包括学生个人的自我评价,小组成员的同伴评价,教师对学生的评价。教师评估包括教学实施评价,指导学生效果评价,教师个人的自我评价,学生对教师的评价。

从开展评估的方式分析,有过程性评估和结果性评估。过程性评估是在PBL学习的过程中实施的评价,主要包括对正在使用的教学方法、学生的学习行为(如学习态度,交流沟通,发现新问题,认知策略)、教学指导等的评价。结果性评估是对学生在PBL学习中的知识、技能熟练程度(主要包括问题的解决答案,思维日志,实验成绩,考试/考查成绩)、方法策略等的评价。

思维日志可以作为实验报告中的总结部分,要求学生记录下在解决问题、学习知识的过程中思维上发生的变化,以及自己的感受和体会。教师应当对思维日志进行等级评分,并且记入到期末总评成绩当中,作为一项重要指标进行核算。对于写得很详细,并且有深度的思维日志,评为A级。对于写得很肤浅笼统的思维日志,评为D级。

3结束语

通过过程和结果评估,可以看出在讲授XML课程时,采用PBL教学法,能取得更好的效果。不仅保证了学生掌握基础知识,而且培养了学生实际动手能力,解决问题能力,促进了知识和学习能力的迁移。而这种教学方法的成败关键在于将整个知识体系设置成一系列相关的“问题”,寓“教与学”活动于解决问题的过程中,于意义建构的过程中。

那么,什么样的课程比较适合采用PBL教学法呢?或者说,如何判断某门课程采用的教学法就是PBL教学法呢?在这里,笔者认为有以下几个判断准则值得采纳:①教学内容要转化为一系列的非良构问题,这些问题有多种解决方法、多种答案;②问题的解决方法一定要是学生自己设计出来的,而不是对现有方法的一种验证;③为解决问题而进行实验所花费的时间应当多于教师课堂上传授知识的时间;④问题的解决要有利于认知能力、认知策略的锻炼和提高。

参考文献

[1]Linda Torp,Sara Sage著.基于问题的学习[M].刘孝群,李小平译.北京:中国轻工业出版社,2004:1,63.

[2]盛群力.学与教的新方式[M].杭州:浙江大学出版社,2007:153-155.

[3]张庆林.当代认知心理学在教学中的应用[M].重庆:西南师范大学出版社,1995:34-40,50,140.

[4]宇缨,胡天明,侯爱民.应用型IT人才创新能力培养模式的研究[J].教育探索,2007,(10):135-136.

Discussion of teaching method of XML course based on PBL

HOU Ai-min1,HAO Zhi-feng2

(1.Department of Computer Science and Technology,Dongguan University of Technology,DongguanGuangdong523808,China;

2.College of Computer Science and Technology,South China University of Technology,GuangzhouGuangdong510640,China)

AbstractMean constructing is the innate character of man studying and is tightly related to personal cognitive structure,cognitive tactics and problem circumstances.This article introduces the teaching method of XML course based on the theories of PBL.Not only is the teaching practice putted into but also the teaching effect is quite satisfactory.

Key wordsPBL;cognitive psychology;teaching method;anchor;XML course