益于自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的片上系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計研究

摘要：根據(jù)相關(guān)學(xué)習(xí)理論，結(jié)合片上電子信息系統(tǒng)的教學(xué)的特點，分析了益于自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的片上系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的原則，以片上系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的講解為例提出了相關(guān)的實施方法。該設(shè)計方法能夠提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，為培養(yǎng)符合社會需求的人才提供保障。

關(guān)鍵詞：片上系統(tǒng) 自主學(xué)習(xí) 教學(xué)內(nèi)容

中圖分類號：G424.1 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1673-9795（2013）06（b）-0000-00

1研究背景

在《國家中長期教育改革和發(fā)規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的大背景下，國家教育部發(fā)有文件《關(guān)于加強高等院校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》，重視加強實踐教學(xué)方面的建設(shè)，加大實踐教學(xué)的改革力度，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)出適應(yīng)市場的學(xué)生，使學(xué)生在校學(xué)習(xí)的知識與獲得的能力與將來社會工作有好的銜接。

國內(nèi)外電子信息技術(shù)的發(fā)展日新月異，隨著集成電路技術(shù)、計算機的處理器、移動通信技術(shù)的發(fā)展，手機、高清電視（HDTV）、智能家電、汽車電子、醫(yī)療儀器、航天航空設(shè)備等嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)市場在中國預(yù)計每年將直接創(chuàng)造千億元的效益，無疑是當(dāng)前最熱門最有發(fā)展前途的應(yīng)用領(lǐng)域之一[1，2]。

與巨大的市場潛力和產(chǎn)業(yè)需求相比，當(dāng)前我國國民教育體系中片上電子信息系統(tǒng)的課程定位不夠清晰、完整，對學(xué)生綜合開發(fā)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不夠重視，對學(xué)生實踐鍛煉、自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)等較為缺乏，培養(yǎng)的人才難以滿足社會嵌入式產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要[1]。

我們身處知識經(jīng)濟、信息化時代，當(dāng)代學(xué)生與他們的前輩相比，需要學(xué)的東西更多，壓力更大，對綜合能力的要求更高。而傳統(tǒng)課堂教學(xué)中教師“一言堂”講授的教學(xué)模式無法激發(fā)各個層次學(xué)生最佳學(xué)習(xí)狀態(tài)，多數(shù)學(xué)生自發(fā)學(xué)習(xí)的興趣和激情被削弱，自學(xué)、研究、創(chuàng)新能力難以進一步提升。所以我們應(yīng)該更加重視培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，關(guān)注他們學(xué)習(xí)興趣、動機的激發(fā)和保持，關(guān)注他們學(xué)習(xí)遷移能力的培養(yǎng)。因此，我們對如何進行益于自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的《片上電子信息系統(tǒng)》教學(xué)內(nèi)容設(shè)計展開了探索研究。

2研究原則及相關(guān)理論

我們運用學(xué)習(xí)理論、學(xué)習(xí)遷移、學(xué)習(xí)動機等理論，充分吸收借鑒國內(nèi)外相關(guān)課程、教材的內(nèi)容，并進行梳理和分析，在了解內(nèi)容之間的層次、依賴關(guān)系的基礎(chǔ)上，將教學(xué)內(nèi)容分階段的展示給學(xué)生，控制自主學(xué)習(xí)的信息量，以保持學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。使學(xué)生較容易將需要學(xué)習(xí)的新知識與已有知識結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，積極構(gòu)建起易擴展、牢固的知識結(jié)構(gòu)。這些是我們在設(shè)計教學(xué)內(nèi)容、編排教學(xué)內(nèi)容時總的研究原則。

布魯納提出的相關(guān)學(xué)習(xí)原理可以為我們進行益于自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的片上系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的研究提供理論依據(jù)。布魯納在《教育過程》一書中指出：“不論我們選用什么教材，務(wù)必使學(xué)生理解該學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)。”所謂學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)主要包括兩方面的內(nèi)容：

① 該學(xué)科的基本知識結(jié)構(gòu)：即知識的基本概念及它們之間的關(guān)系和聯(lián)系；“一個人越具有學(xué)科結(jié)構(gòu)的觀念，就越能毫不疲乏的經(jīng)歷內(nèi)容密致和時間較長的學(xué)習(xí)項目。”

② 學(xué)習(xí)的態(tài)度和方法：理解結(jié)構(gòu)就是要通曉某一學(xué)術(shù)領(lǐng)域的基本概念，不但包括掌握一般原理，而且還包括發(fā)展對待學(xué)習(xí)和調(diào)查研究、對待推測和預(yù)感、對待獨立解決難題的可能性等的態(tài)度[3]。

布魯納認(rèn)為教學(xué)的一大任務(wù)就是為最佳的理解提供最佳的知識結(jié)構(gòu)[3，4]。那么[3]：

③ 從教材理解方面，懂得基本原理會使學(xué)科更容易理解；從教材遷移方面，掌握了較基本的原理或結(jié)構(gòu)，就可以把事情作為更普遍的事情的特例去理解，從而有助于增進學(xué)習(xí)中的遷移。

④ 從教材記憶方面來看，“除非把一件事情放進構(gòu)造得好的模式里面，否則很快就會忘記”。

⑤ 從學(xué)習(xí)動力方面來說，“學(xué)習(xí)的最好刺激，乃是對所學(xué)材料的興趣，而不是諸如等級或往后的競爭便利等外來目標(biāo)”。學(xué)生對一門學(xué)科有興趣的最好辦法，是使得這門學(xué)科值得學(xué)習(xí)，也就是使獲得的知識能在超越原來學(xué)習(xí)情境的思維中運用。

⑥ 布魯納還認(rèn)為，學(xué)習(xí)的實質(zhì)在于主動形成認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

3教學(xué)內(nèi)容設(shè)計方法

結(jié)合上述理論，具體的實施方法我們以片上系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的講解為例作如下說明：

例如，在片上電子信息系統(tǒng)的構(gòu)成體系的教學(xué)中，嵌入Microblaze核FPGA芯片中的部件及他們之間的組織結(jié)構(gòu)，應(yīng)該是屬于布魯納③中所述的較為基本的原理或結(jié)構(gòu)，因此是重點內(nèi)容。根據(jù)布魯納③，為了方便學(xué)生記憶，將片上系統(tǒng)體系中的部件根據(jù)功能、組織結(jié)構(gòu)的特點分為幾類進行講解，包括Microblaze核、片上總線（PLB、OPB）、片上外設(shè)（GPIO、UART、中斷控制器）、片上存儲器（BRAM）。而各類部件的講解結(jié)構(gòu)可分為功能、特點、基本原理與部件間的聯(lián)系幾部分。部件基本原理的講解結(jié)構(gòu)經(jīng)筆者分析后應(yīng)包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作機制、編程實現(xiàn)方法幾部分；編程實現(xiàn)方法的講解結(jié)構(gòu)又包括文件結(jié)構(gòu)、命令結(jié)構(gòu)（參數(shù)來源、意義、頭文件自定義）、命令的組織等。這樣，我們將學(xué)習(xí)內(nèi)容分解到統(tǒng)一的基本結(jié)構(gòu)或框架中（布魯納③），使得學(xué)生在片上系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中學(xué)習(xí)的內(nèi)容都可以嵌套在框架中進行學(xué)習(xí)，更易于學(xué)生理解和掌握，學(xué)習(xí)時進行知識的橫向遷移。

再如講解片上外設(shè)（包括UART，EMC、GPIO、INTC等）時[5]，我們以一種典型外設(shè)為例（如UART），按照我們前面設(shè)計的關(guān)于功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作機制、編程實現(xiàn)方法等構(gòu)成的知識框架進行講解。這樣，從知識結(jié)構(gòu)的角度來說，我們就建立了一種較為基礎(chǔ)的、易擴展的、牢固的知識結(jié)構(gòu)（布魯納①③⑤）。其他片上外設(shè)亦可參照這個典型外設(shè)進行學(xué)習(xí)。由于片上外設(shè)的種類很多，功能也非常豐富，學(xué)生可在根據(jù)自己的興趣選擇實驗的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)相關(guān)外設(shè)并進行相關(guān)的實驗，這樣就是帶著較強烈的學(xué)習(xí)動機，帶著任務(wù)或問題學(xué)習(xí)。根據(jù)布魯納⑥的理論，學(xué)生學(xué)習(xí)知識本身的動機非常強烈，又有由教師講授的UART外設(shè)所建立的易擴展的基礎(chǔ)知識結(jié)構(gòu)做基礎(chǔ)，那么完成自主學(xué)習(xí)就有了非常好的條件。在這種設(shè)計教學(xué)過程中，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)遷移能力、獨立探索完成任務(wù)的能力更容易得到提高，隨之他們的科研、創(chuàng)新能力等也會較依賴?yán)蠋焼我挥钟邢薜囊灰恢v解而機械接受的學(xué)習(xí)過程有所加強，從而打破老師了講了什么會什么，不講的就不知道如何下手學(xué)習(xí)的尷尬局面。學(xué)習(xí)的態(tài)度和方法也會得到提高。

4內(nèi)容設(shè)計方法研究的必要性和益處

在益于自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的教學(xué)過程中，教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計和編排非常必要。教師只有通過教學(xué)內(nèi)容的梳理和分解，才有可能了解哪些知識是基礎(chǔ)性或普遍的，哪些是特殊的，才有可能將抽象知識轉(zhuǎn)換為具體的例子、將具體的例子轉(zhuǎn)化為抽象的線索或者模式來展示給學(xué)生；教師只有將內(nèi)容的層次、深度分析清楚、把握準(zhǔn)確，才能得知進行學(xué)習(xí)遷移的條件和內(nèi)容，才能擁有控制自主學(xué)習(xí)難度的主動權(quán)，進而為準(zhǔn)備學(xué)生自主學(xué)習(xí)材料，設(shè)計思考題和安排實踐教學(xué)內(nèi)容等打下基礎(chǔ)，使教師主導(dǎo)學(xué)習(xí)與學(xué)生自主學(xué)習(xí)互為依托，有機結(jié)合，使理論和實踐教學(xué)構(gòu)成完整體系，實現(xiàn)已有知識引導(dǎo)自主學(xué)習(xí)。

這種引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)實踐的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計方法，對學(xué)生主動獲取知識、構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)、加強探索能力等具有重要作用，即能夠培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，這種能力會一直延續(xù)到學(xué)生將來的學(xué)習(xí)工作中，使學(xué)生終身受益。

5小結(jié)

市場的需求和技術(shù)發(fā)展趨勢決定了片上電子信息系統(tǒng)在本科生實踐教學(xué)中的非常重要地位，技術(shù)的飛速發(fā)展、應(yīng)用環(huán)境的多樣、開發(fā)工具的大量涌現(xiàn)決定了對這種應(yīng)用實踐性較強的課程更要注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)[2]。作者所在的北京信息科技大學(xué)非常重視打造具有信息學(xué)科特點的實踐課程，作者根據(jù)國內(nèi)實踐教學(xué)和片上電子信息系統(tǒng)課程的現(xiàn)狀，進行了益于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的探索研究。

本文所述的設(shè)計方法理論依據(jù)充分，是作者在近年的“片上電子信息系統(tǒng)”課程理論教學(xué)、實踐教學(xué)（包括課程設(shè)計、專業(yè)綜合實踐）等多門課程的具體實施中探索出來的，應(yīng)該還需在未來的教學(xué)反饋中進一步改進。益于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的教學(xué)方法與教學(xué)手段結(jié)合，能夠使教學(xué)的知識性、啟發(fā)性、全面培養(yǎng)學(xué)生的目標(biāo)得到更好的實現(xiàn)，使學(xué)生在有限的學(xué)習(xí)時間內(nèi)、有限的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，扎實掌握片上電子信息系統(tǒng)相關(guān)的理論基礎(chǔ)知識，建立起易拓展的知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)出較強的片上系統(tǒng)的設(shè)計、實踐和應(yīng)用能力，較強的分析、解決實際問題的能力，滿足社會對未來嵌入式系統(tǒng)人才的需要。

參考文獻

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