論盲人摸象帶給計算機教育的新思維

阮宏瑋 李 華 邢海峰

摘要:本文針對計算機教學的難點和普遍存在的重理輕文傾向,以盲人摸象的新解另辟蹊徑,提出教學過程中應注重結合文、哲等學科以提升教學效果,實踐教學證明,這樣的思維方式有益于啟發學生的跳躍思維,對傳統的計算機教育有一定的啟示意義。

關鍵詞:盲人摸象;重理輕文;新思維

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

1引言

隨著計算機學科的發展進步,各種新穎的技術蓬勃發展,吸引了越來越多學校的教師、學生關注,競爭的資本相應地演變為具體技術掌握多少的評比。為了使學生在競爭中脫穎而出,也就迫切要求學校努力跟進比拼,在不斷追逐的過程中,計算機的教與學之間暴露了一些不平衡現象。

對于教師而言,由于其本身素質積淀,直接獲取信息能力、理解能力都比較強,從技術到技術的過渡并不需要很大周折。相對于教師全面綜合地教授,對學生來說,其自身能力有限,底子薄,甚至于沒有任何基礎知識,直接接觸、吸收消化起來就會感到艱澀,直接從技術層面入手困難重重,許多學生經過幾年學習依舊跨不過門檻,實際動手能力很弱。

是什么導致了這樣的結果?應該承認,教師在每節課前都會精心準備,力求生動細致,融會貫通,講授必盡心竭力。但每門課程都會發現這樣的現象,學生的入門過程及靈活實踐是困難的。比如,在講解C++語言編程的時候,一個首先的問題就是如何認識編程語言的數據類型。一般講授時都會把它作為一個重點反復闡述,而學生雖在數學課上學了不少的數,也知道有整數、小數等等之分,但仍舊被計算機語言中的數據類型弄得一頭霧水,不知所以。最后導致徘徊在門外很久,即便入門,很多學生很長時間內也都是“機械的”,“短視的”。本文針對這一教學實踐碰到的普遍問題,試圖通過探討新的思維教學方法以改善教學效果。

2盲人摸象的新思維

2.1新解盲人摸象

盲人摸象,出自《大般涅槃經》三二:“其觸牙者即言象形如蘆菔根,其觸耳者言象如箕,其觸頭者言象如石,其觸鼻者言象如杵,其觸腳者言象如木臼,其觸脊者言象如床,其觸腹者言象如甕,其觸尾者言象如繩。”這個典故的大意是幾個盲人將大象理解為他接收的信息所表達的樣子,比喻對事物只憑片面的了解或局部的經驗就亂加猜測,試圖作出全面的判斷。

這里,讓我們換一個角度,重新審視這個成語的含義。首先,暫且摘去其貶義詞的帽子,回歸它的本源,就是簡單的一件事情:幾個盲人觸摸大象,感受信息,表達理解。大象,作為一種客觀存在,它本身所具有的性質已經固化了,并不為外界的思維所決定。下面就是我們認識大象的過程了,這個認識過程自然是包含對錯多少的問題了。幾個盲人各自按照自己不同的視角,接收信息,得出了各自認為正確的結論。這里還要注意一類人,在這個故事當中,視力正常的人,在哄然大笑的同時也表達了他們的想法,那就是大象似乎應該是幾個盲人結論的有機綜合才更合適一些,這樣的結論才更靠譜。結果,這個成語就被視力正常的人引為片面觀察的典范!其實,這個摸象的過程還可以繼續深入下去,給視力正常的人空個位置出來,也請下場摸摸,說說大象“如”“何”?恐怕這個問題也并不好回答。把所有盲人的感受都綜合了就是對了?好像是了。那對了多少?還有多少沒說清的?啥時候能說清?有個答案倒是似乎更貼切一些,大象就是大象,四不像。另外的一個表述會更玄妙一些,“大音希聲,大象無形”。明眼人都朦朧著,還苛求盲人看清么?那大象到底像什么?只有天知道!

現在,請跳出這個有些讓人陷入詭辯的圈子,停止可能無休止的爭論,回到現實認識的角度簡單梳理一下。其實,從上面的分析可以看出,各色人群都給出了基于自身視角的判斷,這些判斷都有一定的依據,不能說其完全對錯。站在某個角度看,這個判斷恰恰是一種正確的體現,是有閃光之處的。這個閃光點在一定條件之下也是可以為我所用的。

2.2解困教學難點

如果上面的新解能夠被接受的話,那么回到前文提到的教學難點,還是以對數據類型的理解作為突破口。以往的教學過程中,講授著重是從計算機的觀點入手,依托已有的數學知識,硬性地將數據類型向現實模型需求映射的角度理解,有些還是語焉不詳。對于教師這是再自然不過的事情了,但對于學生則是一件痛苦的事情。剛學習編程的學生大多沒有任何基礎,對于事物的理解多是基于現實模型的,而計算機入門突出的一點就是向機器學習,學習它的思維模式,將人腦中所理解的思維模型映射為機器可以理解的編程模型,這個是需要功底火候的,并不是一朝一夕就可以解決的。而講授的時候要求其從需求直接往類型上過渡,多數學生都要經歷一定的時間,有些是死搬硬套,就著一鍋夾生飯吃了下去;還有一些則始終不得要領,最后簡單地斗爭在了編程怎么會有這么多不可思議的類型上了。一些學生從這里開始就感覺計算機編程并沒有想象中的那么有意思而逐漸拉開了距離。

教與學之間的差距是怎么產生的呢?這里拐個彎兒,先看看教材是如何編寫的吧。大部分編程的教程,其立足的基點都是有經驗的作者千錘百煉提純而后生成的結果。為避免繁復使學生陷入混亂,為什么定義數據類型等探討本質源泉的知識統統都被抹掉了,留下的僅是思考后的結果。這在編寫教材的角度是可以理解的,畢竟不能苛求它一網打盡。下面就是講授階段了。教師在講授的時候,站立的源點是已經有了數據類型,要做的就是講授數據類型的用處和怎么用。如果回憶一下自身的感受,可能會發現,當初就是這樣走過來的,思想斗爭了一段也就接受了,再往前往深似乎是無意識的過濾掉了。當初的學習歷程就是這樣,現在的講授歷程也就是這樣,以后的學習歷程就還是這樣。

講授的書定了,講授的對象定了,那差距就要從講授的人身上找了。如果以往的教學方法效果不佳的話,換個思維也許會好些。現在重新來認識下我們的老朋友,數據類型。

為什么要有數據類型?類型是對系統的實體的一種抽象,它描述了某種實體的基礎特性,包括值的表示以及對該值的操作。這個定義高度概括了類型的本質。和現實事物對比,這個概念不難理解。如果這個容易的話,看看下面的問題。為什么要有這么多不同的數據類型?為什么要有長度限制?……最后,為什么不能沒有數據類型或者有個省事的方法,想什么就是什么,不要讓程序員受累?大概最后一個問題的答案才是學習C++語言的學生最希望的。

所有這些問題的答案可以試試采用盲人摸象的思維方式來思考。從計算機的角度看,所有的信息都采用0、1組成的二進制流表達。面對滾滾而來的二進制流,如何才能明白它的意思?這首先就是一個切分的問題。切分之后,又該如何理解這些一段又一段的片段呢?所有這些就好比是大象,客觀地擺在那里,如何認識就看理解方式了。這時就需要一個視角,即以什么樣的視角來認識問題。一般,我們在定義時就指定了視角,也就是數據類型。接下來所有的操作都按照這個視角去理解。如果有什么需求的話,還有強制類型轉化,這恰好是從另一個視角來看待,如果在精度范圍內那就相當于看對了,反之就是看偏了。再想想C++的重要特征,繼承與多態。子類與父類相互轉換也可以理解為對于同一實體的不同視角。如果可以轉換就是對了,否則就是類型匹配出錯。現在換個新穎的角度。在并行編程庫MPI,提供了許多適合于數據傳輸的自定義數據類型。發送者和接收者在進行消息傳遞的時候,并不需要類型嚴格匹配,相反,只要能保證數據正常傳遞,雙方完全可以按照各自所定義的類型去看待數據。再來更廣泛地看看數據類型的發展。C++作為強類型語言對于程序員的要求比較高,自然也比較精確,但很多時候用起來感到并不順手,學習曲線比較長。后來逐漸發展出了各種各樣的動態語言,比如JavaScript。也許是傾聽到了程序員的心聲,基本上各種動態語言都支持動態數據結構,好多都只有寥寥的幾個,一般時候只要一個就包辦了,采用的是“想要它是什么,它就應該是什么”的理念設計的,一下子將程序員從數據類型的“苦海”當中解放了出來。當然,數據類型演變到如今,各有所長,不能一概而論。

總之,從上面可以看出,視角決定了認識的程度,不同視角都有其作用的方面。從實際效果觀察,最初在引入盲人摸象新解的思維時,這已經不僅局限于計算機教學了,所以這種顛覆性的思維必定有個短暫的接受過程,一旦禁錮的思維打開了一扇天窗,反響必定熱烈,而事實上取得的效果也是明顯的。

3新思維的啟示

計算機編程課程設計是體系化,一環套一環,并不是一蹴而就的。一般每位老師只是從某一環入手,在了解了學生基礎現狀后,按照所授課程目標著力精煉、塑造學生,力求符合本門課程要求,為后續課程提供堅實基礎。但實際當中往往并不如意,等到后續課程跟上來才發現原來的基礎也不如意。

以筆者所教軟件編程實踐為例,這一環就是以“C++編程”課為基礎的。如果照本宣科,那么就應該以實例帶動能力,通過高標準、嚴要求的實訓,不斷訓練以打磨出專業的氣質和素質。但經常是真正開始的時候才注意到所要求的基礎其實并不扎實,并且思維僵固。實訓開始時期,許多學生經常停留在某個數據類型如何定義上面,提起筆來很長時間就是落不下去,即便落下去也是寫五行刪三行,反反復復好幾回。通過交流調查發現,學生在當初學習編程基礎時對于這些概念就半生不熟,而教師在講解的時候又將其作為重點反復加強,結果在學生看來就是越描越黑、不知所以,最后只能是按書本例子強化記憶,其結果就導致思維僵化,應用生硬,一旦遇到實際問題就難免畏首畏尾,這時侯就不得不暫停下來先克服數據類型帶來的困惑。如果仍然照搬套路原地打轉,其結果難免流于形式。此時需要有新鮮的思維方式注入,這樣才能給禁錮的思維起些化學變化。從前面也已看到,其實就是要換個視角,但是直白的講解可能會變得蒼白,頂多就是翻些浪花,感受并不深刻。但是如果講授時能夠跳出自己的圈子,充分借鑒其他門類,尤其是對于學生影響很大但又經常忽略的文、哲領域可能更好,而事實上這些領域又的確在更宏觀的范圍內提供了高度概括的思想,比如以筆者借鑒的盲人摸象,在軟件編程實踐課中將其引入并加以結合,針對困惑講解問題,就可能會掀起大浪。

從后期效果對比來看,很多學生都能夠充分意識并有意地開拓思維,即使一些學生仍然有困難,但由于觸動了思維,也會更加積極思考。現在再深入思考一下,是什么阻礙了我們放寬視野呢?目前,計算機教與學當中普遍存在的一個問題是重理輕文傾向嚴重,不僅僅是學生對于文科有偏見,就是一些教師也有這種傾向。學生本身學習計算機對于理科要求就很高,這已經是很大一塊了,還得拿出大把時間去學習文、哲方面的內容,而且很多時候并不能學以致用,反倒有耽誤精力之嫌。所以教學時不自覺地只在相關的領域內打轉,講授偏重技術,學習更是看重代碼,這樣,按照原本的算法思路直接講授、理解起來頗費周折。即便理解了,多數也局限于這個圈,難于跳出。事實上,很多定理、概念、算法等等都滲透了鮮明的文學、哲學色彩,從這樣的角度來解釋會更加清晰明了。比如操作系統中經典的LRU算法,即便以示例方式解釋起來也比較麻煩,其實,可以換一種精煉的解釋方法,“溫故而知新”,這就高度概括了該算法的核心思想。再比如計算機體系結構,無論是奠定基石的基本原則、大概率事件優先和Amdahl定律,還是指令集設計等,處處閃現了抓主要矛盾的思想。而在許多時候學習這些都被認為是在浪費時間,學用兩張皮,即便事實上直接或間接地在起著作用,但不能做到有意識地積極發揮。這固然有文、哲課程本身值得檢討的地方,但計算機教學也要有意識地積極包容,博采眾家之長。

從上面分析可以得到這樣的啟示,無論是教還是學,應當綜合充分利用各個門類的知識,而不是厚此薄彼,這樣才能事半功倍,真正做到融會貫通。

4結束語

本文從“盲人摸象”這個人所共知的成語入手,通過新的思維方式對目前計算機教學中的一些問題做了探討,并引申到各個層面啟示傳統學科對于計算機教學的重要意義。通過實踐教學發現,這樣的思維方式不僅使教學本身取得了良好的效果,而且也有益于啟發學生的跳躍性思維。

參考文獻:

[1] 呂鳳翥. C++語言基礎教程[M]. 2版. 北京:清華大學出版社,2007.

[1] 張晨曦,王志英,張春元,等. 計算機體系結構[M]. 北京:高等教育出版社,2003.