益于自主學習能力培養的片上系統教學內容設計研究

摘要：根據相關學習理論，結合片上電子信息系統的教學的特點，分析了益于自主學習能力培養的片上系統教學內容設計的原則，以片上系統體系結構的講解為例提出了相關的實施方法。該設計方法能夠提高學生自主學習能力，為培養符合社會需求的人才提供保障。

關鍵詞：片上系統 自主學習 教學內容

中圖分類號：G424.1 文獻標識碼：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規劃綱要（2010-2020年）》的大背景下，國家教育部發有文件《關于加強高等院校本科教學工作提高教學質量的若干意見》，重視加強實踐教學方面的建設，加大實踐教學的改革力度，提高學生的實踐能力和創新能力，培養出適應市場的學生，使學生在校學習的知識與獲得的能力與將來社會工作有好的銜接。

國內外電子信息技術的發展日新月異，隨著集成電路技術、計算機的處理器、移動通信技術的發展，手機、高清電視（HDTV）、智能家電、汽車電子、醫療儀器、航天航空設備等嵌入式系統的廣泛應用，嵌入式系統市場在中國預計每年將直接創造千億元的效益，無疑是當前最熱門最有發展前途的應用領域之一[1，2]。

與巨大的市場潛力和產業需求相比，當前我國國民教育體系中片上電子信息系統的課程定位不夠清晰、完整，對學生綜合開發能力和創新能力的培養不夠重視，對學生實踐鍛煉、自主學習能力的培養等較為缺乏，培養的人才難以滿足社會嵌入式產業發展需要[1]。

我們身處知識經濟、信息化時代，當代學生與他們的前輩相比，需要學的東西更多，壓力更大，對綜合能力的要求更高。而傳統課堂教學中教師“一言堂”講授的教學模式無法激發各個層次學生最佳學習狀態，多數學生自發學習的興趣和激情被削弱，自學、研究、創新能力難以進一步提升。所以我們應該更加重視培養學生的自主學習能力，關注他們學習興趣、動機的激發和保持，關注他們學習遷移能力的培養。因此，我們對如何進行益于自主學習能力培養的《片上電子信息系統》教學內容設計展開了探索研究。

2研究原則及相關理論

我們運用學習理論、學習遷移、學習動機等理論，充分吸收借鑒國內外相關課程、教材的內容，并進行梳理和分析，在了解內容之間的層次、依賴關系的基礎上，將教學內容分階段的展示給學生，控制自主學習的信息量，以保持學生自主學習的積極性。使學生較容易將需要學習的新知識與已有知識結構聯系起來，積極構建起易擴展、牢固的知識結構。這些是我們在設計教學內容、編排教學內容時總的研究原則。

布魯納提出的相關學習原理可以為我們進行益于自主學習能力培養的片上系統教學內容設計的研究提供理論依據。布魯納在《教育過程》一書中指出：“不論我們選用什么教材，務必使學生理解該學科的基本結構。”所謂學科的基本結構主要包括兩方面的內容：

① 該學科的基本知識結構：即知識的基本概念及它們之間的關系和聯系；“一個人越具有學科結構的觀念，就越能毫不疲乏的經歷內容密致和時間較長的學習項目。”

② 學習的態度和方法：理解結構就是要通曉某一學術領域的基本概念，不但包括掌握一般原理，而且還包括發展對待學習和調查研究、對待推測和預感、對待獨立解決難題的可能性等的態度[3]。

布魯納認為教學的一大任務就是為最佳的理解提供最佳的知識結構[3，4]。那么[3]：

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

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

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

⑥ 布魯納還認為，學習的實質在于主動形成認知結構。

3教學內容設計方法

結合上述理論，具體的實施方法我們以片上系統體系結構的講解為例作如下說明：

例如，在片上電子信息系統的構成體系的教學中，嵌入Microblaze核FPGA芯片中的部件及他們之間的組織結構，應該是屬于布魯納③中所述的較為基本的原理或結構，因此是重點內容。根據布魯納③，為了方便學生記憶，將片上系統體系中的部件根據功能、組織結構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（GPIO、UART、中斷控制器）、片上存儲器（BRAM）。而各類部件的講解結構可分為功能、特點、基本原理與部件間的聯系幾部分。部件基本原理的講解結構經筆者分析后應包括內部結構、工作機制、編程實現方法幾部分；編程實現方法的講解結構又包括文件結構、命令結構（參數來源、意義、頭文件自定義）、命令的組織等。這樣，我們將學習內容分解到統一的基本結構或框架中（布魯納③），使得學生在片上系統體系結構中學習的內容都可以嵌套在框架中進行學習，更易于學生理解和掌握，學習時進行知識的橫向遷移。

再如講解片上外設（包括UART，EMC、GPIO、INTC等）時[5]，我們以一種典型外設為例（如UART），按照我們前面設計的關于功能、內部結構、工作機制、編程實現方法等構成的知識框架進行講解。這樣，從知識結構的角度來說，我們就建立了一種較為基礎的、易擴展的、牢固的知識結構（布魯納①③⑤）。其他片上外設亦可參照這個典型外設進行學習。由于片上外設的種類很多，功能也非常豐富，學生可在根據自己的興趣選擇實驗的基礎上，學習相關外設并進行相關的實驗，這樣就是帶著較強烈的學習動機，帶著任務或問題學習。根據布魯納⑥的理論，學生學習知識本身的動機非常強烈，又有由教師講授的UART外設所建立的易擴展的基礎知識結構做基礎，那么完成自主學習就有了非常好的條件。在這種設計教學過程中，學生的自主學習能力、學習興趣、學習遷移能力、獨立探索完成任務的能力更容易得到提高，隨之他們的科研、創新能力等也會較依賴老師單一又有限的一一講解而機械接受的學習過程有所加強，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習的尷尬局面。學習的態度和方法也會得到提高。

4內容設計方法研究的必要性和益處

在益于自主學習能力培養的教學過程中，教學內容的設計和編排非常必要。教師只有通過教學內容的梳理和分解，才有可能了解哪些知識是基礎性或普遍的，哪些是特殊的，才有可能將抽象知識轉換為具體的例子、將具體的例子轉化為抽象的線索或者模式來展示給學生；教師只有將內容的層次、深度分析清楚、把握準確，才能得知進行學習遷移的條件和內容，才能擁有控制自主學習難度的主動權，進而為準備學生自主學習材料，設計思考題和安排實踐教學內容等打下基礎，使教師主導學習與學生自主學習互為依托，有機結合，使理論和實踐教學構成完整體系，實現已有知識引導自主學習。

這種引導學生自主學習實踐的教學內容設計方法，對學生主動獲取知識、構建知識結構、加強探索能力等具有重要作用，即能夠培養學生的自主學習能力，這種能力會一直延續到學生將來的學習工作中，使學生終身受益。

5小結

市場的需求和技術發展趨勢決定了片上電子信息系統在本科生實踐教學中的非常重要地位，技術的飛速發展、應用環境的多樣、開發工具的大量涌現決定了對這種應用實踐性較強的課程更要注重學生自主學習能力的培養[2]。作者所在的北京信息科技大學非常重視打造具有信息學科特點的實踐課程，作者根據國內實踐教學和片上電子信息系統課程的現狀，進行了益于學生自主學習能力培養的教學內容設計的探索研究。

本文所述的設計方法理論依據充分，是作者在近年的“片上電子信息系統”課程理論教學、實踐教學（包括課程設計、專業綜合實踐）等多門課程的具體實施中探索出來的，應該還需在未來的教學反饋中進一步改進。益于學生自主學習能力培養的教學方法與教學手段結合，能夠使教學的知識性、啟發性、全面培養學生的目標得到更好的實現，使學生在有限的學習時間內、有限的學習基礎上，扎實掌握片上電子信息系統相關的理論基礎知識，建立起易拓展的知識結構，培養出較強的片上系統的設計、實踐和應用能力，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人才的需要。

參考文獻

[1] 謝斌，任克強，鐘文濤.嵌入式系統應用人才培養模式的探討[J].江西理工大學學報. 2010，31（2）：93-95.

[2] 劉溯奇.嵌入式系統工程專業方向人才培養可行性研究.廣西民族師范學院學報[J].2010，27（5）：119-122.

[3]朱文彬，趙淑文.高等教育心理學[M].首都師范大學出版社.2007.6.

[4]李興蓉，郭紅生，張連剛.大學生網絡自主學習效果影響因素實證分析. 現代教育管理[J].2011， （10）：57-60.

[5] 楊強浩.基于EDK的FPGA嵌入式系統開發[M]. 機械工業出版社. 2008.1.