“FPGA”課程中爭論式教學的研究和實踐

朱贇

摘? ?要：翻轉課堂教學法是在信息技術的支持下讓學生在課外學習基礎知識、課堂中教師在以學生為中心的教學活動中引導學生培養高階思維的認知過程。FPGA的廣泛運用使“FPGA”課程的重要性日益凸顯。這門課程要求學生在FPGA器件上進行應用和開發，既需要理論基礎，又需要實踐能力。文章分析了翻轉課堂的目標以及理想的話語環境，敘述了筆者在“FPGA”課堂上的實踐，說明有效的知識加工方式能促進學生學習和實踐的深入進行。利用師生互動性話題、開放性話題，推動反省性思維、創造性思維和批判性思維的拓展，使學生負責任地學習、主動地學習，走上自主發展之路。

關鍵詞：翻轉課堂;高階思維;“FPGA”

現場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA）應用領域不斷擴大，成為現代電子工程師需要掌握的重要器件之一，很多院校都在加強“FPGA”課程的建設[1]。這門課程要求學生在FPGA器件上進行應用和開發，既需要理論基礎，又需要實踐能力[2]。翻轉課堂教學法是在信息技術的支持下讓學生在課外學習基礎知識、課堂中教師在以學生為中心的教學活動中引導學生培養高階思維的認知過程。學習科學是在真實情景下探究學生學習的過程，并以此為依據設計學習環境，促進有效的學習，幫助學生培養高階能力，是推動教育深層變革中研究和實踐相統一的跨學科領域[3]。本文旨在探究翻轉課堂中課堂互動的方式以及在“FPGA”教學實踐中的運用。

1? ? “FPGA”課程的特點

1.1? FPGA器件

FPGA器件可實現并行運算，大大加快了信號處理的速度，擴大了容量，具有在現場可重復編程的特性，開發靈活、升級方便，使用IP的開發更加快捷、高效且成本低廉。隨著通用處理器以軟核形式靈活地移植到FPGA中，FPGA器件擁有了較強的運算和控制功能。FPGA的廣泛運用使“FPGA”課程的重要性日益凸顯。

1.2? 課程特點

“FPGA”課程涉及數字邏輯基礎、電子系統設計、器件和EDA開發工具等內容，基礎理論和實踐性并重，課程教學方法多樣。開發過程包括設計、編程、仿真、硬件調試等多個環節，整體實驗時間較長。因此鼓勵學生利用課外時間動手實驗，加強對實驗的預習，事先編寫FPGA實驗的軟件代碼并進行必要的仿真。在課內實驗中，學生可以直接進行相關的硬件和軟件調試，從而節約實驗時間，并且能夠在課堂上及時就預習時發現的問題進行討論。

2? ? 翻轉課堂的特點

2.1? 以學生主體

與傳統課堂內容比較，翻轉課堂內容發生了變化，認知類的學習被安排在課前。學生在課前通過預習等方式完成學習準備，課堂上在教師設置的理想環境中進行討論、練習，推動思維拓展，在自身認知基礎上學習新知識。不同于傳統課堂，翻轉課堂的主體是學生。學生在教學模式中從被動的角色轉變為主動的角色，這樣的模式有助于學習的深入進行，這是翻轉課堂可貴的地方。學生主動參與課堂內容，自主地獲取學習資源和教師指導，因此學習的效率更高。

2.2? 培養高階思維

記憶、理解、應用等低階思維多見于傳統課堂，當利用技術手段把這些內容安排到課前，而把分析、評價、創造這些高階思維的學習活動安排在翻轉課堂內，學生在課堂上進行的學習就有了質的變化。以學生為主體的思考討論，是培養高階思維的方式。在課堂上，通過師生互動性話題、開放性話題，推動反省性思維、創造性思維和批判性思維的培養[4]，從而使學生負責任地學習、主動地學習，走上自主發展之路，這才是高校教育的初心。

3? ? 爭論式教學

當今社會，爭論能力成為教育目標和標準。亞里士多德認為，爭論有說明式、說服式和辯證式。說明式爭論就是陳述觀點，是爭論者和聽眾之間的對話，目的是使他人相信爭論者的主張。辯證式爭論是在對話游戲或討論期間多位提案者之間的對話，目的是解決多個觀點之間的差異。

3.1? 爭論式教學有助于培養高階思維

知識加工涉及對新的信息元素進行組織、重構、關聯、整合等，存在于協作學習的討論中。翻轉課堂的教育目的是促進學生自己把握學習的節奏，從以教師為中心的教學向以學習者為中心轉變。在課內，教師作為學習的促進者和協調者，可以利用小組學習、答疑、同伴討論等方式促進學習者對知識的深度加工，實現高階思維的培養。爭論式教學能促進學生更有效地進行知識加工。

3.2? 爭論式教學支架

圖爾敏的爭論模型是說服式爭論，由主張、依據、辯解、支持辯解的證據、反駁、模型適用性幾個元素組成[5]。根據圖爾敏模型，爭論包括對反觀點的反駁，但沒有強調形成較強的或多個反對觀點。沃爾頓的爭論模型包含一系列批判性問題及正反方觀點和論據的整合，強調的是辯證性的推理。

4? ? “FPGA”教學實踐

“FPGA”課堂實踐性很強，引入翻轉課堂的概念，有利于幫助學生在課前完成預習，對課程內容有一定了解，完成初步的程序設計。在課堂內通過實踐、討論、爭論的形式完成知識的加工及實踐。先由一方提出觀點，并陳述證據和辯解，然后由另一方提出反觀點，在爭論中，由學生雙方提出各自的證據和辯解。這樣的形式對于培養學生觀點陳述方面的能力有很大幫助。

“FPGA”的設計實踐可以是同一種問題有多種解題思路。因此，在課堂中引入爭論式教學，讓同學們自己分辨哪種解題思路更好，學生發現了不同實現方法的工作效率、容錯能力是不同的，從而對設計方案有更深入的理解。HDL代碼描述硬件功能的時候，主要有結構化描述方式、數據流描述方式和行為級描述方式3種基本描述方式。在課堂中也采用爭論式教學，引導學生自行收集資料，為不同模式的程序辯論。在爭論中，學生生動地比較了3種模式，有同學還發現不同模式的描述綜合生成的電路有差別，由此對知識點有更深入的思考。這樣的課堂組織形式，為同一主題爭取了更多角度的思考，能幫助學生養成勤思考的習慣，在動手的同時又有思考、論述、發現和探索的過程，而以前的實踐課堂只有老師講、學生做的形式，新的教學實踐帶來了更豐富的思路。