框架理論在“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

郭天圣， 姜惠敏， 柴兆森, 李宏偉

(石河子大學(xué) 機械電氣工程學(xué)院， 新疆 石河子 832000)

框架理論在“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

郭天圣， 姜惠敏， 柴兆森, 李宏偉

(石河子大學(xué) 機械電氣工程學(xué)院， 新疆 石河子 832000)

本文分析了“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)中出現(xiàn)的不能從知識建構(gòu)規(guī)律上說明教學(xué)內(nèi)容的問題,提出一種基于框架理論的教學(xué)方法,分析了其理論基礎(chǔ),說明了其在實踐中的注意要點,并給出了教學(xué)過程的基本步驟。教學(xué)實踐表明，這種教學(xué)方法具有一定的優(yōu)越性,還可以推廣到其他課程的教學(xué)中去。

數(shù)字電子技術(shù);框架理論;教學(xué)方法

0 引言

“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)中存在一個普遍的現(xiàn)象:學(xué)生對其中包含的一些概念的把握存在困難,主要表現(xiàn)在不能有效地建立這些概念之間的關(guān)系，盡管任課教師很重視這些概念的建立并強化教學(xué)過程的直觀性和實踐性,學(xué)生也直觀地認識了這些概念, 但沒有把這些概念整合起來,導(dǎo)致學(xué)生在課程學(xué)習(xí)結(jié)束之后,孤立地掌握了一些概念,卻不能有效地應(yīng)用這些概念[1-4]。

框架作為人類認知構(gòu)建的一種手段，為知識的建構(gòu)提供了背景和動因，從邏輯和形式上把相關(guān)的概念和方法統(tǒng)一起來。本文提出一種基于框架理論的教學(xué)方法，來解決“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)中存在的上述問題。

1 框架理論

我們先認識一下語言學(xué)的框架理論，這就要從框架語義學(xué)談起?？蚣苷Z義學(xué)認為，為了理解語言中詞的意義，我們頭腦中必需先有一定的概念結(jié)構(gòu)，它能夠為我們理解詞語的表達提供背景知識，即語義框架知識[5]?？蚣芸梢允侨魏我粋€概念體系，其中的概念之間相互關(guān)聯(lián)，要理解這一體系中的任何一個概念，就必須理解整個概念體系，介紹任何一個概念都會激活所有其它概念。

框架語義學(xué)立足于人的認知,將框架納入其中,是對一般語義學(xué)的革新,同時引進認知語言學(xué)的“視角觀”和“典型理論”來對語義的學(xué)習(xí)過程進行一種全新的歸類和闡釋。

在“數(shù)字電子技術(shù)”課程的大部分教材中，對內(nèi)容的敘述基本上呈線性結(jié)構(gòu)，論述的起點就是內(nèi)容本身，整個過程本身存在僵硬和機械的特征，并不符合人類認識問題的基本思路的特征。根據(jù)框架理論的“視角觀”和“典型理論”可知，一般的認識過程是先從已知出發(fā)，用類比的方法，按照先驗的模式，用分析的方法逐步認識新知識的全貌[6]。在“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)中，借用語言學(xué)的框架理論，可以快速地接受新知識點的結(jié)構(gòu)和特征，容易引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生深入的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

2 舉例

邏輯代數(shù)概念是“數(shù)字電子技術(shù)”課程中一個重要的概念，在所有的“數(shù)字電子技術(shù)”課程教材中都占有較大的篇幅，。根據(jù)框架理論和邏輯代數(shù)的具體內(nèi)容，可以知道在理解邏輯代數(shù)概念的時候，普通代數(shù)概念是其“典型理論”，在此稱為背景知識，此后便從不同視角進一步認識和展開邏輯代數(shù)概念。于是可以把對邏輯代數(shù)概念的認識過程用一個概念框架加以描述，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 邏輯代數(shù)概念框架結(jié)構(gòu)圖

在實際教學(xué)過程中，可以按照下面的順序介紹該框架下的知識結(jié)構(gòu)。

(1)用多媒體示出邏輯代數(shù)概念框架結(jié)構(gòu)圖；

(2)介紹背景知識—“普通代數(shù)”，給出普通代數(shù)的一般結(jié)構(gòu)；然后通過這個概念引出邏輯代數(shù)概念；

(3)用類比的思想，從論域的視角認識邏輯代數(shù)中邏輯量集合體系；

(4)用類比的思想，從運算的視角認識邏輯運算的定義和規(guī)則；

(5)用類比的思想，從關(guān)系的視角，介紹一般的函數(shù)，然后結(jié)合邏輯代數(shù)的論域和運算，引出邏輯函數(shù)的概念；

(6)從實踐的視角認識邏輯函數(shù)的表示和化簡概念；

(7)從全局的視角總結(jié)認識邏輯代數(shù)這個概念，即首先了解背景，然后理解內(nèi)涵，在此基礎(chǔ)上，進一步認識論域以及在論域上定義的運算，最后牢牢掌握邏輯代數(shù)最重要的研究對象：邏輯函數(shù)。

(8)強調(diào)上述認識過程的通用性，為后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)做鋪墊。

通過此例，可以看到，根據(jù)框架理論的指導(dǎo)，相較于一般教材的線性化敘述，這種方法顯化了背景知識，顯化了邏輯代數(shù)的相關(guān)概念之間隱含的邏輯關(guān)系，從而讓學(xué)生較為全面和直觀地建立了邏輯代數(shù)的知識體系，更為重要的是，這個學(xué)習(xí)過程培養(yǎng)了學(xué)生認識問題的基本思路和方法以及思維能力。

通過框架理論的應(yīng)用，課堂教學(xué)效果有了較大的改進，主要體現(xiàn)在以下兩點：

(1)調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。在背景知識的引導(dǎo)下，通過類比思想，課堂上學(xué)生采用討論的方法自行可以總結(jié)，比較容易地接受邏輯代數(shù)的論域和運算的概念。

(2)學(xué)生對這部分知識能夠有系統(tǒng)和長久的掌握。章節(jié)復(fù)習(xí)時，我們抽查了部分學(xué)生對邏輯代數(shù)概念的理解，大部分都能對上面所述的框架圖的內(nèi)容解釋出來，考慮到學(xué)生課后除了做適量的作業(yè)外，大部分人是沒有時間再重溫課堂內(nèi)容的，這說明學(xué)生對課程內(nèi)容還是有效地掌握了。

3 框架理論在教學(xué)中的要點

在運用框架理論組織教學(xué)內(nèi)容的時候，有兩個基本的切入點，一個是背景知識，另外一個是視角。前者為學(xué)習(xí)概念服務(wù)，后者則是學(xué)習(xí)的對象。在運用這兩個切入點解釋內(nèi)容，要注意以下要點：

1) 選擇合適的知識背景

在框架中引入背景知識，是為了讓學(xué)習(xí)者能夠通過背景知識的結(jié)構(gòu)，快速地理解和掌握新知識的結(jié)構(gòu)。從背景知識的功能上看，在選擇背景知識的時候，要保證背景知識和新知識在結(jié)構(gòu)上具有相同的特征。比如，在考察邏輯代數(shù)這個概念的時候，最好選擇普通代數(shù)作為背景知識，因為他們兩者在很大程度上具有相同的特征，包括表示方法和運算的規(guī)律等等。如果很難找到和新知識的特征相同的背景知識，至少要保證兩者的結(jié)構(gòu)差異不大。比如在解釋數(shù)據(jù)選擇這個概念的時候，很難在學(xué)生接觸的知識中找到特征相同的背景知識，但是我們可以考慮把普通對事物的選擇作為數(shù)據(jù)選擇的背景知識，普通對事物的選擇包括三個要素：選擇依據(jù)，選擇對象和選擇結(jié)果。依據(jù)背景知識，可以從三個角度考察數(shù)據(jù)選擇。這樣的教學(xué)過程，很顯然可以消除學(xué)生接受知識的突兀感。

2) 選擇合適和完備的視角

對于視角，要根據(jù)背景知識認知的特征，結(jié)構(gòu)和運用方法等來選擇，新知識點除了具有背景知識的特征之外，還應(yīng)該具有自己的特征，所以，我們在視角的選擇上，除了考慮背景知識的特征，還要考慮新的知識點的特征。比如在考察時序邏輯電路這個概念的時候，很顯然要以電路作為背景知識，但數(shù)字電路和其他的電路有很多的差別比如時序邏輯電路具有記憶性這個特點，所以我們在考察的時候，還要從電路的記憶性這個視角去考察時序邏輯電路。

3) 預(yù)習(xí)和總結(jié)

“數(shù)字電子技術(shù)”這門課程的某些章節(jié)對學(xué)生的預(yù)習(xí)具有一定的難度。這是一般學(xué)生難以解決的問題。如果用框架理論指導(dǎo)學(xué)習(xí)，學(xué)生至少有能力有意識提前熟悉背景知識，從而在學(xué)習(xí)新知識的時候可以快速地熟悉其結(jié)構(gòu)。

學(xué)習(xí)的總結(jié)也是重要的一個環(huán)節(jié)，如果學(xué)生能夠及時的通過框架理論總結(jié)知識，在長期的過程中，會較為牢固的掌握學(xué)習(xí)的知識。

4 對比實驗

為了考察框架理論在“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)中的作用，我們安排了一個調(diào)查問卷。調(diào)查的對象為我校兩個不同專業(yè)(A專業(yè)和B專業(yè))的學(xué)生。他們的教材都選用高教出版社第五版的《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》，不同的是，A專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)概念的時候強調(diào)了框架理論運用，而B專業(yè)的學(xué)生則沒有這樣一個過程。調(diào)查問卷列出的問題如下：

(1)寫出你能記得的和邏輯代數(shù)相關(guān)的知識點；

(2)假設(shè)你是教師去講授如何制作邏輯電路的譯碼器，給出一個方案；

(3)用譯碼器74ls153設(shè)計一個邏輯電路Y=AB+C。

調(diào)查的結(jié)果及分析：

問題(1)的結(jié)果是：A專業(yè)的學(xué)生大部分都可以寫出邏輯運算、邏輯函數(shù)、若干基本公式和常用公式，邏輯函數(shù)的公式化簡這幾個概念，而B專業(yè)的學(xué)生只有不到一半的學(xué)生能寫出邏輯運算、邏輯函數(shù)、若干基本公式和常用公式、邏輯函數(shù)的公式化簡這幾個概念。結(jié)果證明A專業(yè)的學(xué)生可以有效地建立概念之間的聯(lián)系，通過一個概念，聯(lián)想出其他的概念。

問題(2)的結(jié)果是：A專業(yè)30%左右的學(xué)生可以給出以下的方案：

(1)譯碼的概念和結(jié)構(gòu)；

(2)譯碼器的概念；

(3)普通譯碼的的概念和功能；

(4)優(yōu)先編碼器的概念和功能；

(5)比較優(yōu)先編碼器和普通編碼器。

而B專業(yè)的學(xué)生只有不到一半給出了第2步到第4步。這個結(jié)果也證明了框架理論可以讓學(xué)生更為全面的去理解和解釋概念。

問題(3)的結(jié)果是：A專業(yè)的學(xué)生有50%左右的正確率，而B專業(yè)的學(xué)生只有30%左右的正確率。這個結(jié)果證明基于框架理論的教學(xué)方法有一定程度的優(yōu)越性。

5 結(jié)語

本文分析了基于框架理論的教學(xué)方法具有的優(yōu)越性，同時指出這種教學(xué)方法在操作過程中需要注意的三個要點。這種教學(xué)方法還具有通用性，這是因為所有課程的知識建構(gòu)都應(yīng)符合人類認知構(gòu)建知識的一般規(guī)律。如果要把這種方法推廣到其他課程的教學(xué)中，基本思路和本文所討論的方法類似。根據(jù)框架理論中的“視角觀”和“典型理論”，在備課和上課的過程中，首先確定講授的概念所涉及到的“典型理論”，即背景知識，從不同視角認識背景知識，然后用類比思想，從不同視角介紹新知識點內(nèi)容，這是一個迭代的過程。

(郭天圣等文)

[1] 劉銀萍，陳惠珊．““數(shù)字電子技術(shù)”課程”實驗教學(xué)改革的探討[J]．上海:實驗室研究與探索，2006, 25(8):980-7983．

[2] 張學(xué)成． “數(shù)字電子技術(shù)”課程實驗改革與創(chuàng)新[J]．湘潭:當(dāng)代教育理論與實踐，2011，30(8):285-288．

[3] 張紅波，吳 海，王麗球． 目標(biāo)驅(qū)動的體驗式課程教學(xué)模式研究與實踐[J]． 上海:實驗室研究與探索，2011，3(8):60-61．

[4] 劉亞峰．“數(shù)字電子技術(shù)”課程實驗課程的改革與研究[J]．哈爾濱:煤炭技術(shù)，2003，22(10):111-112．

[5] 高彥梅，語篇魚片語義框架研究(第 1 版) [M]． 北京:北京大學(xué)出版社出版社，2015.4

[6] 閆石，“數(shù)字電子技術(shù)”課程(第5 版) [M]．北京:高等教育出版社出 版社，2006.5

The Application of Frame Theory in the Teaching of Digital Electronic Technology Course

GUO Tian-sheng，JIANG Hui-min，CHAI Zhao-sen , LI Hong-wei

(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，ShiheziUniversity，Shihezi832000，China)

This paper analyzes the problem of explain the teaching content deviating from the point of knowledge construction law in the techering process of Digital Electronic Technology course. We propose a teaching methods which based on the framework theore, analyzes the theoretical basis of the teaching method, illustrates this teaching method points which shoud be pay attend to in practices, and gives the basic steps in the teaching process. This teaching method has proved the superiority a certain extend . It also can be extended to other courses teaching process.

digital electronic technology; frame theory; teaching method

2015-08-21;

2016-11- 12

郭天圣:(1977-)男，碩士，講師，主要從事電子技術(shù)的教學(xué)與研究，E-mail:guotiansheng@foxmail. com

N42

A

1008-0686(2016)03-0104-04