基于學(xué)習(xí)共同體模式的FPGA技術(shù)課程教學(xué)改革

［摘 要］課題組針對(duì)高等教育大眾化造成的過(guò)度教育和教學(xué)模式單一等問(wèn)題，基于學(xué)習(xí)共同體模式，對(duì)FPGA技術(shù)課程的教學(xué)方法進(jìn)行了研究與探索。課題組以學(xué)習(xí)者、知識(shí)、共同體為中心構(gòu)建學(xué)習(xí)環(huán)境，探索出一種尊重學(xué)生的主體性、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性、開(kāi)發(fā)學(xué)生的潛力、便于學(xué)生和他人交際與合作的嶄新的教育方法和學(xué)習(xí)模式。

［關(guān)鍵詞］學(xué)習(xí)共同體；FPGA技術(shù)；教學(xué)改革；高等教育

［中圖分類號(hào)］G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A ［文章編號(hào)］2095-3437（2024）11-0064-04

隨著大眾化高等教育的發(fā)展，大學(xué)正逐漸蛻變?yōu)橐环N指向不同職業(yè)的人才培養(yǎng)訓(xùn)練和社會(huì)角色分配的機(jī)構(gòu)。大學(xué)培養(yǎng)的人才不僅要有高深學(xué)問(wèn)，還要能適應(yīng)社會(huì)需求；既要具有學(xué)識(shí)修養(yǎng)、職業(yè)技能，又要具有社會(huì)交往、解決問(wèn)題和創(chuàng)新的能力。然而隨著時(shí)間的推移，大眾化高等教育卻存在過(guò)度教育現(xiàn)象，越來(lái)越多的高校畢業(yè)生在進(jìn)入勞動(dòng)力市場(chǎng)后從事著與自己實(shí)際掌握的知識(shí)技能不相匹配的工作，造成了大量的教育資源的浪費(fèi)[1]。與此同時(shí)，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)“從游”式的師生關(guān)系受到不少?zèng)_擊，教學(xué)的場(chǎng)地不再局限于課堂，教學(xué)的方式也不再局限于講授。學(xué)生可以隨時(shí)隨地通過(guò)不同的媒介相互交流和尋求指導(dǎo)。對(duì)于某些更新迅速的技術(shù)，教師需要和學(xué)生一起學(xué)習(xí)與研討、共同提高，從而促進(jìn)自身教學(xué)科研能力的提升。因此，當(dāng)下的師生關(guān)系中，學(xué)習(xí)合作者的因素在增長(zhǎng)，教學(xué)相長(zhǎng)、師生互動(dòng)的學(xué)習(xí)共同體在形成。“師生學(xué)習(xí)共同體”逐漸成為現(xiàn)代高等教育教學(xué)領(lǐng)域中教師和學(xué)生關(guān)系的發(fā)展趨勢(shì) [2] 。

一、FPGA技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

以電子信息類專業(yè)課程FPGA技術(shù)為例，F(xiàn)PGA技術(shù)以其規(guī)模大、集成度高、靈活性強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)邏輯功能廣等優(yōu)點(diǎn)，在通信、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)控制、軍事和航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)成為從事集成電路設(shè)計(jì)或數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程師必須掌握的技術(shù)之一，在“中國(guó)制造2050”等國(guó)家重大戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中和我國(guó)智能化、信息化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過(guò)程中都起到了重要作用[3]。然而近年來(lái)，隨著中美貿(mào)易摩擦的不斷升級(jí)以及以美國(guó)為首的西方國(guó)家開(kāi)始對(duì)中國(guó)進(jìn)行芯片技術(shù)封鎖，社會(huì)對(duì)熟練掌握 FPGA 設(shè)計(jì)技術(shù)的高素質(zhì)高校畢業(yè)生的需求逐年增加，F(xiàn)PGA技術(shù)課程因此成為電子信息類學(xué)生大眾化高等教育的核心課程。隨著新工科理念的引入和一流本科課程建設(shè)的推進(jìn)，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已無(wú)法滿足當(dāng)前高等教育的發(fā)展需求。目前，高校大眾化教育背景下的FPGA技術(shù)課程教學(xué)存在如下問(wèn)題。

第一，目前社會(huì)上相關(guān)企業(yè)急需掌握FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)的專門(mén)人才，而部分高校畢業(yè)生的工程實(shí)踐能力卻未達(dá)到企業(yè)要求，存在學(xué)生找不到相關(guān)工作或者很少能找到合適的工作，而企業(yè)急需人才卻無(wú)人可招、無(wú)人可用的尷尬局面。

第二，信息時(shí)代知識(shí)爆炸，電子信息技術(shù)相關(guān)知識(shí)更是更新迅速，傳統(tǒng)教學(xué)采用“填鴨式”的講授方式，教師竭盡全力把知識(shí)傳遞給學(xué)生，然而學(xué)生所學(xué)知識(shí)相對(duì)陳舊，教學(xué)內(nèi)容因更新不及時(shí)而無(wú)法滿足社會(huì)需求。

第三，教學(xué)場(chǎng)所局限于課堂和實(shí)驗(yàn)室，上課時(shí)往往出現(xiàn)“一言堂”的情況，缺乏師生互動(dòng)，導(dǎo)致學(xué)生缺乏思考問(wèn)題的時(shí)間和空間，對(duì)所學(xué)習(xí)的知識(shí)無(wú)法及時(shí)消化。另外，選擇FPGA技術(shù)課程的學(xué)生較多，教師的監(jiān)管能力有限，難以及時(shí)完成作業(yè)的批閱，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量出現(xiàn)滑坡。

第四，隨著信息技術(shù)的發(fā)展與迭代，獲取信息的方式越來(lái)越多，學(xué)生利用手機(jī)、平板電腦可以隨時(shí)隨地上網(wǎng)，導(dǎo)致部分學(xué)生在課堂上的專注力日趨下降，學(xué)習(xí)興趣降低，甚至出現(xiàn)厭學(xué)現(xiàn)象。

第五，考核模式相對(duì)單一。教師教什么，學(xué)生考什么，造成學(xué)生死記硬背之下雖然應(yīng)試能力提高了，但綜合素質(zhì)卻“原地踏步”，學(xué)生不知如何運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，缺乏獨(dú)立思考和分析問(wèn)題的能力。

面對(duì)以上FPGA技術(shù)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，高校迫切需要進(jìn)行教學(xué)改革探索，充分利用當(dāng)下企業(yè)需求量大、學(xué)習(xí)資源與創(chuàng)新平臺(tái)眾多的特點(diǎn)，發(fā)揮多人共同學(xué)習(xí)、相互協(xié)作促進(jìn)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的FPGA技術(shù)課程教學(xué)。

二、基于學(xué)習(xí)共同體模式的教學(xué)改革策略

“學(xué)習(xí)共同體”一詞最早來(lái)自社會(huì)學(xué)中的共同體概念，后由教育學(xué)家博耶爾（Ernest L. Boyer）引申至教育領(lǐng)域[4]。學(xué)習(xí)共同體（learning community）是指由學(xué)習(xí)者（群體）及其助學(xué)者（包括教師、專家、輔導(dǎo)者等）共同構(gòu)成的學(xué)習(xí)團(tuán)體，其擁有共同的目標(biāo)，在一定支撐環(huán)境中共同學(xué)習(xí)，分享各種學(xué)習(xí)資源，通過(guò)互相對(duì)話、交流和溝通，分享彼此的情感、體驗(yàn)和觀念，共同完成一定的學(xué)習(xí)任務(wù)，在共同活動(dòng)中逐步形成相互影響、相互促進(jìn)的人際關(guān)系，并對(duì)這個(gè)團(tuán)體產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)同感和歸屬感，從而促進(jìn)學(xué)習(xí)者全面成長(zhǎng)[5]。創(chuàng)建學(xué)習(xí)共同體的關(guān)鍵在于確立、維持和強(qiáng)化學(xué)習(xí)共同體的基本內(nèi)核，至于創(chuàng)建學(xué)習(xí)共同體的條件、方法與形式，則可以不拘一格地選擇與使用[6]。

FPGA設(shè)計(jì)技術(shù)本身在不斷迭代和快速更新，涵蓋內(nèi)容較廣泛，相關(guān)資料眾多。FPGA技術(shù)課程是一門(mén)強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，需要特別注重對(duì)學(xué)生持續(xù)學(xué)習(xí)能力、協(xié)作學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。因此，課題組在該課程教學(xué)過(guò)程中引入學(xué)習(xí)共同體模式，進(jìn)行理論研究和實(shí)踐探索，重點(diǎn)增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于FPGA技術(shù)的興趣以及主動(dòng)學(xué)習(xí)、協(xié)同學(xué)習(xí)的意愿，同時(shí)通過(guò)不同的實(shí)踐方式提高學(xué)生在集成數(shù)字電路設(shè)計(jì)方面的工程實(shí)踐能力，以滿足當(dāng)前社會(huì)、企業(yè)的需求。

（一）利用優(yōu)質(zhì)線上資源，促進(jìn)自主共同交叉學(xué)習(xí)

考慮到當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，課題組根據(jù)培養(yǎng)方案和培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合分工協(xié)作教學(xué)模式搜尋相適應(yīng)的優(yōu)質(zhì)線上資源，包括線上資料和線上課程資源。針對(duì)線上資料，可根據(jù)課程內(nèi)容和目標(biāo)將其分為不同的專題，并將學(xué)生分為不同的專題小組，專題小組成員對(duì)相應(yīng)專題的線上資料進(jìn)行分析歸納，形成專題報(bào)告。結(jié)合整體課程安排，各專題小組就相應(yīng)專題的內(nèi)容進(jìn)行分享，作為課堂內(nèi)容的補(bǔ)充，形成自主共同交叉學(xué)習(xí)。針對(duì)線上課程資源，由教師進(jìn)行評(píng)估，將被列為國(guó)家級(jí)的優(yōu)秀線上課程資源優(yōu)先推薦、分享給學(xué)生，讓學(xué)生自行觀看、自主學(xué)習(xí)，并定期組織學(xué)生進(jìn)行線上討論與分享。學(xué)生也可以向同學(xué)、教師推薦自己發(fā)現(xiàn)的比較好的線上課程資源，并給出推薦理由。教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生合作，主動(dòng)體驗(yàn)相關(guān)知識(shí)的難點(diǎn)、要點(diǎn)，突破時(shí)空限制，對(duì)知識(shí)進(jìn)行理解和運(yùn)用，這能提高學(xué)生的課程參與度，促進(jìn)資源、時(shí)間的高效利用和學(xué)習(xí)效率的提升。

（二）靈活運(yùn)用思政元素，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

黨的二十大報(bào)告指出要“推進(jìn)文化自信自強(qiáng)，鑄就社會(huì)主義文化新輝煌”。FPGA技術(shù)課程教師可將一些與課程內(nèi)容相關(guān)的事例和傳統(tǒng)文化資料引入專業(yè)課堂，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。比如，教師可以引入華為公司自主研發(fā)芯片技術(shù)的事例，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)好相關(guān)內(nèi)容的自信心，讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到在大學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，自身才是學(xué)習(xí)的主體[7]，要從以往的被動(dòng)學(xué)習(xí)向主動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，積極思考在國(guó)家面對(duì)世界百年未有之大變局時(shí)，應(yīng)如何將自身的發(fā)展融入國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略中，如何成為擁有家國(guó)情懷與社會(huì)責(zé)任感的高科技創(chuàng)新人才。又如，教師可以以小孩搭積木的實(shí)際例子來(lái)類比FPGA技術(shù)自頂向下的設(shè)計(jì)思路，讓學(xué)生從內(nèi)心里認(rèn)識(shí)到只要認(rèn)真分析，系統(tǒng)的編程設(shè)計(jì)并不是高不可攀，就可以將設(shè)計(jì)內(nèi)容分解為日常學(xué)習(xí)到的最簡(jiǎn)單最基礎(chǔ)的器件編程，以此鼓勵(lì)學(xué)生不斷探索。再如，教師可以將古代的“師徒式”技藝單點(diǎn)串行傳授和現(xiàn)代多點(diǎn)并行傳授進(jìn)行對(duì)比，幫助學(xué)生理解Verilog語(yǔ)言中程序并行運(yùn)行與串行運(yùn)行的概念；教師可分析秦始皇提出的“書(shū)同文、車同軌，量同衡、行同倫”政策對(duì)后世的深遠(yuǎn)影響，并將其與Verilog語(yǔ)言編程過(guò)程中的代碼撰寫(xiě)規(guī)范和最終系統(tǒng)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定運(yùn)行相聯(lián)系，以此說(shuō)明代碼規(guī)范的重要性。靈活運(yùn)用課程思政元素，有助于學(xué)生深入了解課程內(nèi)容，有助于培養(yǎng)他們對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣和了解傳統(tǒng)文化的興趣，提升學(xué)生的文化自信和民族自豪感，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷和責(zé)任意識(shí)。

（三）搭建企業(yè)與學(xué)生溝通的橋梁

加強(qiáng)與FPGA技術(shù)設(shè)計(jì)相關(guān)科技企業(yè)的聯(lián)系與交流，做好企業(yè)與學(xué)生雙方的需求分析，搭建兩者之間互動(dòng)的橋梁。比如可以定期邀請(qǐng)相關(guān)企業(yè)的技術(shù)人員到學(xué)校開(kāi)展技術(shù)講座，打開(kāi)學(xué)生的眼界，提高學(xué)生的認(rèn)知水平；鼓勵(lì)學(xué)生積極參加企業(yè)組織的技術(shù)培訓(xùn)，提前感受企業(yè)的工作氛圍并了解相關(guān)企業(yè)的需求與用人標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而對(duì)當(dāng)前行業(yè)的總體需求與自身能力進(jìn)行恰當(dāng)?shù)淖晕以u(píng)估，這樣可以激發(fā)學(xué)生提升FPGA技術(shù)設(shè)計(jì)能力的積極性；積極響應(yīng)國(guó)家教育政策，聯(lián)合相關(guān)企業(yè)探索“1+X”證書(shū)制度下的FPGA技術(shù)設(shè)計(jì)能力的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、FPGA技術(shù)課程內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)的重構(gòu)等[8]，為企業(yè)招攬人才和學(xué)生自己尋求FPGA技術(shù)設(shè)計(jì)崗位做好能力評(píng)估依據(jù)；積極推進(jìn)與FPGA技術(shù)設(shè)計(jì)相關(guān)企業(yè)合作，在學(xué)校建立聯(lián)合培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室、在企業(yè)建立聯(lián)合培養(yǎng)實(shí)踐基地，學(xué)生可以先在學(xué)校聯(lián)合培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)訓(xùn)練，再到企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)實(shí)踐基地進(jìn)行實(shí)際產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，逐步完成校內(nèi)實(shí)踐到企業(yè)實(shí)踐的過(guò)渡，為后期工作的開(kāi)展與能力的進(jìn)一步提升打下基礎(chǔ)。

（四）打造基于科技競(jìng)賽的實(shí)踐能力提升平臺(tái)

要基于教師的科研項(xiàng)目與各類科技競(jìng)賽、科技活動(dòng)，打造學(xué)生實(shí)踐能力提升平臺(tái)。在科研項(xiàng)目實(shí)踐中和科技競(jìng)賽如全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)大學(xué)生集成電路創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國(guó)大學(xué)生FPGA創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生嵌入式芯片與系統(tǒng)設(shè)計(jì)競(jìng)賽等活動(dòng)中，指導(dǎo)教師與小組成員構(gòu)成學(xué)習(xí)共同體，首先對(duì)特定的研究?jī)?nèi)容或比賽內(nèi)容進(jìn)行需求分析、方案設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)理論應(yīng)用能力與分析能力的鍛煉；其次通過(guò)軟硬件設(shè)計(jì)、功能測(cè)試等內(nèi)容進(jìn)行動(dòng)手實(shí)踐能力的鍛煉；最后通過(guò)撰寫(xiě)競(jìng)賽報(bào)告和現(xiàn)場(chǎng)講解，進(jìn)行歸納總結(jié)和表達(dá)能力的鍛煉。在此過(guò)程中，學(xué)生與學(xué)生之間、教師與學(xué)生之間相互交流、相互協(xié)作，促進(jìn)了學(xué)生自信心和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的提升。在完成科研項(xiàng)目和科技競(jìng)賽后，可選取有代表性的項(xiàng)目或競(jìng)賽案例引入課程教學(xué)中，這樣既能增強(qiáng)學(xué)生的興趣和參與感，又能對(duì)課堂重難點(diǎn)進(jìn)行形象展示，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際、以賽促教、以賽促學(xué)、提高學(xué)生的設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐能力的目的。

（五）構(gòu)建“教師—碩士研究生—本科生”學(xué)習(xí)共同體

構(gòu)建“教師—碩士研究生—本科生”結(jié)合的小組學(xué)習(xí)共同體，通過(guò)教師的積極引導(dǎo)、碩士研究生的“傳幫帶”來(lái)提高本科生的科學(xué)研究能力和工程實(shí)踐能力。讓本科生定期與教師、碩士研究生討論交流、共同學(xué)習(xí)，感受科學(xué)研究的氛圍。鼓勵(lì)本科生從最初的接受知識(shí)逐步過(guò)渡到能夠自主理解、掌握和運(yùn)用新知識(shí)，并且將自己的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)與其他同學(xué)分享，使本科生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，變獨(dú)自學(xué)習(xí)為共同學(xué)習(xí)，發(fā)揮共同體多點(diǎn)引領(lǐng)的作用，從而達(dá)到相互學(xué)習(xí)、相互促進(jìn)、共同提高的目的。教師和碩士研究生還可針對(duì)某個(gè)研究前沿、教師的科研項(xiàng)目或科技競(jìng)賽題目，帶領(lǐng)本科生進(jìn)行資料調(diào)研、頭腦風(fēng)暴，分工協(xié)作完成相應(yīng)的任務(wù)，以充分調(diào)動(dòng)本科生的積極性，發(fā)揮本科生的創(chuàng)造力，最終提高其發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力以及溝通協(xié)調(diào)能力，為學(xué)生的進(jìn)一步學(xué)習(xí)深造打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

（六）構(gòu)建FPGA技術(shù)課程教師教學(xué)共同體

FPGA技術(shù)課程任課教師可構(gòu)建教學(xué)共同體。教師在教學(xué)共同體中可突破場(chǎng)域和時(shí)間的限制進(jìn)行討論與交流，自由分享自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、教學(xué)方法和教學(xué)成效。每名教師都可以綜合利用其他教師的教學(xué)技術(shù)和資源，取長(zhǎng)補(bǔ)短，在各自的課程教學(xué)中進(jìn)行實(shí)踐并形成反饋分析和教學(xué)反思，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)課程教學(xué)方法的迭代升級(jí)。教師教學(xué)共同體還可以對(duì)教學(xué)實(shí)踐中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行共同探討、分析，提出解決思路或方案，并按計(jì)劃進(jìn)行探索實(shí)踐，最終歸納總結(jié)出核心關(guān)鍵點(diǎn)，促成FPGA技術(shù)課程任課教師的教學(xué)能力提升。另外，可以構(gòu)建課程所有教師和學(xué)生大范圍的學(xué)習(xí)共同體，通過(guò)信息與資源的無(wú)縫共享，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生雙方能力的提升。

三、結(jié)語(yǔ)

本文以電子信息類專業(yè)核心課程FPGA技術(shù)為例，針對(duì)高等教育大眾化造成的過(guò)度教育等問(wèn)題，探索基于學(xué)習(xí)共同體的課程教學(xué)改革。課題組從充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性入手，發(fā)揮多人共同體交叉引領(lǐng)學(xué)習(xí)的作用，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造能力，以期實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)、高質(zhì)量人才的目標(biāo)，進(jìn)而適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)不斷發(fā)展的需求。

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［責(zé)任編輯：鐘 嵐］