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科技视界 2017,21,74-75 变量角色技术对编程初学者程序阅读能 力培养的研究 石念峰 洛阳理工学院 导出/参考文献关注 分享 收藏打印 摘要： 计算机程序阅读能力对编程能力培养有着重要作用。为消除程序阅读对编程初学 者造成的认知加载负担，提出一种基于变量角色的计算机程序阅读能力培养方 法。利用变量角色技术将初学者程序变量分为11种变量角色，通过动画和图片 相结合为编程初学者提供程序阅读支撑。在对照组和实验组中分别采用传统案例 式教学方法和变量角色辅助的案例式教学法进行高级语言程序设计课程教学。采 用 SOLO (Structure of Observed Learning Outcomes)分类评价法对教学效果 进行了分析，结果显示实验组学生的程序阅读能力SOLO分值得到显著性提高， 期末考试成绩优秀率比对照组高6个百分点。 关键词： 变量角色;编程初学者;程序阅读;SOLO分类评价; 作者简介：石念峰(1976—)，男，河南洛阳人，汉，博士，副教授，硕士生导 师，主要从事计算机教育，模式识别工作。 基金：河南省教育厅科学技术研究项目(14B89004);河南省教育厅自然科学研 究项目(2011A520031) 0前言 高级语言程序设计课程是计算机专业一门核心课程，然而计算机专业的学生通 常把它列为最难学习的基础课之一。以洛阳理工学院计算机科学与技术专业为例, 从2007年到2014年，高级语言程序设计课程的平均不及格率为26. 4%[1]。最 近研究表明，案例式教学程序案例阅读可以显著提高编程初学者的程序解释能 力、程序调试能力和程序编写能力，因为它不但可以帮助编程初学者养成高水平 的批判思维，而且有利于培养初学者采用计算思维解决实际问题的能力。然而, 案例式教学通常会给编程初学者造成认知加载负担戌1。因此，如何处理好案例 式程序设计教学和认知加载负担Z间的关系是计算机教育研究热点Z — [3]。 变量角色(Roles of Variables, R0V)是一种描述高级程序员如何使用程序变 量的技术，它能使编程初学者像专家级编程员一样阅读和编写程序。这为消除案 例式教学的认知加载负担提供了一种解决途径凶1。本文将ROV技术和编程案例 结合，研究ROV在编程初学者程序阅读能力培养中的教学效果，并釆用SOLO (Structure of Observed Learning Outcomes)分类评价法进行了教学评价。 1变量角色技术 变量角色(Roles of Variables, ROV)最早由芬兰的Sajaniemi教授提出，它 被看作是一种提高编程初学者编程学习的认知框架和先验知识HL ROV技术认 为程序变量的声明、赋值和运算方法具有固定模式，并且99%初学级程序代码种 的变量可以采用11种变量角色来描述。每一个变量角色描述了一个变量或者一 个数据结构运算过程以及它同其他变量或数据结构之间的关系。 ROV是一种高于编程语言的应用程序知识，可以显式地教授给学生。文献⑷研 究表明ROV技术能够通过提高编程初学者的程序调试、阅读和解释能力来培养程 序编写能力。更重要的是，借助ROV技术学习程序设计，编程初学者可以像专家 级程序员一样更加注重程序结构的深层次理解，而不是只专注编程语言的语法 和程序变量基本概念等浅层理解。 2实验方法及过程 2. 1实验对象 实验对象由57名洛阳理工学院计算机科学与技术专业一年级新生构成，这些受 试者全部选修了 2013-2014学年第二学期开设的《高级语言程序设计》课程。为 了开展实验，首先按照行政班级将57名实验对象分为两个不同的上课班级;然 后，由任课老师随机指定一个为对照组，另一个组为实验组。最终实骑组和对照 组分别有30名和27名学牛构成。 2. 2实验方法和过程 《高级语言程序设计》课程共72个课时，其屮实验16个课时，理论56个课时。 在对照组按照传统的案例式教学方法教学(简称案例式教学)，在实验组按照 变量角色辅助的案例式教学(简称基于角色教学)。 由于《高级语言程序设计》课程分为理论课和实验课两部分构成，所以实验过程 中分别采用了不同的教学方法来提高学生的程序阅读能力和程序编写能力。在理 论课上，对照组采用的是传统的案例式教学方法。每次讲完新的知识点后，教师 首先让学生阅读一段程序案例代码;然后，教师告诉学生这段代码实现的功能， 并讲解在该案例中木次课讲授的编程知识点是如何使用。而在实验组讲授理论课 时，除了和对照组一样进行案例式教学外，额外増加了两个教学环节，即： 第一，变量角色学习。在讲解案例前，教师先讲解该案例中出现的新的变量角色, 并通过经典代码片段结合变量角色可视化软件（Plan Ani系统）的方法，介绍 和演示此变量角色。Plan Ani系统是个变量角色支