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(jì)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(diǎn)，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(jì)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(shí)施方法。該設(shè)計(jì)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(huì)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(hào)：G424.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-9795（2013）06（b）-0000-00

1研究背景

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

國(guó)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(jì)算機(jī)的處理器、移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)、高清電視（HDTV）、智能家電、汽車(chē)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(chǎng)在中國(guó)預(yù)計(jì)每年將直接創(chuàng)造千億元的效益，無(wú)疑是當(dāng)前最熱門(mén)最有發(fā)展前途的應(yīng)用領(lǐng)域之一[1，2]。

與巨大的市場(chǎng)潛力和產(chǎn)業(yè)需求相比，當(dāng)前我國(guó)國(guó)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(duì)學(xué)生綜合開(kāi)發(fā)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不夠重視，對(duì)學(xué)生實(shí)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(huì)嵌入式產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要[1]。

我們身處知識(shí)經(jīng)濟(jì)、信息化時(shí)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(duì)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(wú)法激發(fā)各個(gè)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(jìn)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(dòng)機(jī)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(duì)如何進(jìn)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(jì)展開(kāi)了探索研究。

2研究原則及相關(guān)理論

我們運(yùn)用學(xué)習(xí)理論、學(xué)習(xí)遷移、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)等理論，充分吸收借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)課程、教材的內(nèi)容，并進(jìn)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(shí)與已有知識(shí)結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)，積極構(gòu)建起易擴(kuò)展、牢固的知識(shí)結(jié)構(gòu)。這些是我們?cè)谠O(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容、編排教學(xué)內(nèi)容時(shí)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(jìn)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(jì)的研究提供理論依據(jù)。布魯納在《教育過(guò)程》一書(shū)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)?！彼^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(shí)結(jié)構(gòu)：即知識(shí)的基本概念及它們之間的關(guān)系和聯(lián)系；“一個(gè)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(shí)間較長(zhǎng)的學(xué)習(xí)項(xiàng)目?！?/p>

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(duì)待學(xué)習(xí)和調(diào)查研究、對(duì)待推測(cè)和預(yù)感、對(duì)待獨(dú)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(shí)結(jié)構(gòu)[3，4]。那么[3]：

③ 從教材理解方面，懂得基本原理會(huì)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(jìn)學(xué)習(xí)中的遷移。

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

⑤ 從學(xué)習(xí)動(dòng)力方面來(lái)說(shuō)，“學(xué)習(xí)的最好刺激，乃是對(duì)所學(xué)材料的興趣，而不是諸如等級(jí)或往后的競(jìng)爭(zhēng)便利等外來(lái)目標(biāo)”。學(xué)生對(duì)一門(mén)學(xué)科有興趣的最好辦法，是使得這門(mén)學(xué)科值得學(xué)習(xí)，也就是使獲得的知識(shí)能在超越原來(lái)學(xué)習(xí)情境的思維中運(yùn)用。

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

3教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)方法

結(jié)合上述理論，具體的實(shí)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(shuō)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(diǎn)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(diǎn)分為幾類進(jìn)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(chǔ)器（BRAM）。而各類部件的講解結(jié)構(gòu)可分為功能、特點(diǎn)、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(jī)制、編程實(shí)現(xiàn)方法幾部分；編程實(shí)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(lái)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(jìn)行學(xué)習(xí)，更易于學(xué)生理解和掌握，學(xué)習(xí)時(shí)進(jìn)行知識(shí)的橫向遷移。

再如講解片上外設(shè)（包括UART，EMC、GPIO、INTC等）時(shí)[5]，我們以一種典型外設(shè)為例（如UART），按照我們前面設(shè)計(jì)的關(guān)于功能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作機(jī)制、編程實(shí)現(xiàn)方法等構(gòu)成的知識(shí)框架進(jìn)行講解。這樣，從知識(shí)結(jié)構(gòu)的角度來(lái)說(shuō)，我們就建立了一種較為基礎(chǔ)的、易擴(kuò)展的、牢固的知識(shí)結(jié)構(gòu)（布魯納①③⑤）。其他片上外設(shè)亦可參照這個(gè)典型外設(shè)進(jìn)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(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)相關(guān)外設(shè)并進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，這樣就是帶著較強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，帶著任務(wù)或問(wèn)題學(xué)習(xí)。根據(jù)布魯納⑥的理論，學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)本身的動(dòng)機(jī)非常強(qiáng)烈，又有由教師講授的UART外設(shè)所建立的易擴(kuò)展的基礎(chǔ)知識(shí)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(jì)教學(xué)過(guò)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(dú)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(huì)較依賴?yán)蠋焼我挥钟邢薜囊灰恢v解而機(jī)械接受的學(xué)習(xí)過(guò)程有所加強(qiáng)，從而打破老師了講了什么會(huì)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(huì)得到提高。

4內(nèi)容設(shè)計(jì)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(guò)程中，教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)和編排非常必要。教師只有通過(guò)教學(xué)內(nèi)容的梳理和分解，才有可能了解哪些知識(shí)是基礎(chǔ)性或普遍的，哪些是特殊的，才有可能將抽象知識(shí)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(lái)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(jìn)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(dòng)權(quán)，進(jìn)而為準(zhǔn)備學(xué)生自主學(xué)習(xí)材料，設(shè)計(jì)思考題和安排實(shí)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(jī)結(jié)合，使理論和實(shí)踐教學(xué)構(gòu)成完整體系，實(shí)現(xiàn)已有知識(shí)引導(dǎo)自主學(xué)習(xí)。

這種引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)實(shí)踐的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)方法，對(duì)學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)、構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)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(huì)一直延續(xù)到學(xué)生將來(lái)的學(xué)習(xí)工作中，使學(xué)生終身受益。

5小結(jié)

市場(chǎng)的需求和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)決定了片上電子信息系統(tǒng)在本科生實(shí)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(kāi)發(fā)工具的大量涌現(xiàn)決定了對(duì)這種應(yīng)用實(shí)踐性較強(qiáng)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(diǎn)的實(shí)踐課程，作者根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)踐教學(xué)和片上電子信息系統(tǒng)課程的現(xiàn)狀，進(jìn)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(jì)的探索研究。

本文所述的設(shè)計(jì)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(shí)踐教學(xué)（包括課程設(shè)計(jì)、專業(yè)綜合實(shí)踐）等多門(mén)課程的具體實(shí)施中探索出來(lái)的，應(yīng)該還需在未來(lái)的教學(xué)反饋中進(jìn)一步改進(jìn)。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(shí)性、啟發(fā)性、全面培養(yǎng)學(xué)生的目標(biāo)得到更好的實(shí)現(xiàn)，使學(xué)生在有限的學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)、有限的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，扎實(shí)掌握片上電子信息系統(tǒng)相關(guān)的理論基礎(chǔ)知識(shí)，建立起易拓展的知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)出較強(qiáng)的片上系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)踐和應(yīng)用能力，較強(qiáng)的分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，滿足社會(huì)對(duì)未來(lái)嵌入式系統(tǒng)人才的需要。

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