學習遷移理論在計算機硬件教學中的應用

蘆國英,魯 娟

(河北工業職業技術學院計算機技術系,河北石家莊 050000)

學習遷移理論在計算機硬件教學中的應用

蘆國英,魯 娟

(河北工業職業技術學院計算機技術系,河北石家莊 050000)

在計算機硬件教學中引入了學習遷移理論,構建了一個理論教學、實驗教學、第二課堂為一體的教學模式,從學生學習的諸多環節入手,設計適合學生學習的教學體系和教學方法,解決了影響學生學習遷移的主要矛盾。事實證明,以學生為中心的教學方法和教學活動取得了良好的效果,提升了學生的自主創新能力和綜合應用能力。

計算機硬件;學習遷移;計算思維

現代學習理論要求學習的目標之一是學生能夠做到舉一反三,能夠運用所學知識解決類似或同類課題,因此學習遷移的研究十分重要?，F代教學心理學認為,學習要經過知識的理解、記憶、遷移和運用4個階段,而學習的理解、記憶和運用都離不開遷移。學習過程中,能不能發生遷移、遷移的效果如何,直接影響著學習的進程與效率。遷移能力不僅是一種重要的學習能力體現,更是學生掌握專業技能具有終身學習能力的體現。聯合國教科文組織在《學會生存》報告中指出:“未來的文盲是那些沒有學會怎樣學習的人。”可見,大學生學習能力的高低是決定其日后發展的關鍵性因素之一。

1 遷移理論與計算機教學研究

學生的學習目的不僅是把知識、經驗儲存在大腦之中,而且是要將所學的知識經驗應用于實際的各種不同情境中,去解決現實生活中的各種問題。學習遷移是指先前學習對后繼學習的影響,但后繼學習對先前學習也會起作用,因此,有人將遷移定義為:在一種情境中獲得的技能、知識或形成的態度對另一種情境中的技能、知識的獲得或態度形成的影響。簡言之,就是一種學習對另一種學習的影響。另外,運用所學的知識技能去解決問題也是一種遷移。

在我國,計算機教育者對學習遷移理論的實踐性研究多集中在某一門課程的教學方法改良上,如編譯原理、軟件工程、計算機組成原理、程序實訓、網絡課程、單片機、計算機基礎等[1-8]。

2013年,李民政等[9]在學習遷移視角下審視了計算機硬件類課程教學,提出教學內容、教學資源建設與科技實訓相結合的立體化教學思路,張曉青[10]提出信號處理課程群的遷移教學應用思路,葛曉濱提出博元教學法[11]并應用于電子商務系列課程教學[12]。雖然這些課程的嘗試取得了一些積極的效果,但對能力培養而言具有一定的傾向性,割裂了專業素養培養過程的連續性、銜接性,不利于遷移能力的訓練。單獨一門課的研究必然存在局限性,雖然關注到了教學過程中的學習遷移理論的應用,但是沒有過多地關注到學習過程的諸多環節[13]。

2 制約計算機硬件學習遷移的主要因素

現代認知遷移理論認為學習者認知結構的清晰性、穩定性、概括性、包攝性和辨別性影響學習遷移,此外,教師對學生學習方法的指導作用也不容忽視。

2.1 影響認知結構的根本因素是計算思維

學習遷移的目標是處理問題、解決問題能力的培養。計算思維強調的是問題模型化的能力,將問題逐步分解抽象成計算機能夠自動處理的能力。計算思維是信息時代人們學習的基本素質,是應用計算機技術解決問題的客觀思維模式。

人們運用計算機來解決問題是對人類活動過程的抽象模擬。人類往往是先提出問題、明確問題,然后提出假設、檢驗假設。而計算機解決問題則是從具體的問題抽象出一個適當的數學模型,設計算法,然后編碼執行,驗證結果。計算思維能力要求學生具有層次抽象的能力以及層次細化的能力,這決定著學生在信息領域發展的空間和深入的程度。

2.2 計算機硬件學習過程的3個階段

計算機是由硬件、軟件系統構成的復雜數字系統。硬件教學的目標在于數字系統的設計。EDA(electronic design automation,電子設計自動化)技術將傳統的手工布線式電子電路設計方式改為計算機自動地完成。設計者完全從系統布局、器件連接布線、調試與仿真等工作中解放出來,工作重心集中在設計上,即從系統分析、算法、協議等開始利用設計數字系統,具有可以通過軟件編程對硬件結構和工作方式進行重構特點的可編程邏輯器件,使得硬件的設計就像軟件設計一樣便捷。在虛擬仿真實驗環境中,如果沒有器件管腳、信號、布線、電路圖等基本概念就直接面對EDA設計數字系統,也會由于理論與實踐的跨度太大而無從下手,難以應付,根本談不到理論的應用,更談不到對學科的認知。

依據教育部計算機教指委制定的專業指導規范, IEEE-CS及ACM指導計劃,硬件課程設置包括“數字邏輯與數字系統”、“計算機組成”、“匯編語言程序設計”、“計算機接口技術”、“計算機維護”、“計算機體系結構”。要求結合數字電路的發展史,遵從循序漸進、逐步深入的原則,將3個學期要求的能力培養目標按抽象化程度分成3個階段實現,依次是:要求學生掌握數字系統的電路原理圖設計;利用可編程邏輯器件軟件化設計;利用集成芯片實現外圍設備擴展。這3個階段分別對應數字系統設計的3種方法,雖各有特點但互不沖突,原理圖非常直觀,便于學生建立硬件系統的感官認識和體系模型,有利于組件式軟件技術開發的轉型。

3 基于學習遷移的計算機硬件教學改革

計算機硬件教學要求學生利用軟件技術設計出能運行自己系統的計算機。這個任務要求學生自主完成,通過學習遷移,激發學生的潛能。學生自主完成學習的遷移,需要對計算機硬件教學進行改革

3.1 以學生“計算思維”為核心的教學體系構建

計算思維強調的是計算模型的抽象以及計算過程的自動化,因此,硬件的“計算思維”也就體現在問題求解的部件及計算模型建立和自動處理序列的實現。這種能力的遷移離不開科學的教學體系支持,離不開教學過程諸要素,也離不開知識結構、教學內容、教學方法、教學過程設計和教學效果評價的有機結合。

第一,授課前,細化課程間的教學脈絡,抽象出技術應用模型、問題求解可計算性模型和規范化的方法論,突出教學層次性,修訂了教學大綱、教學內容和實踐環節。第二,授課中,規范課堂教學中選用的例子,將抽取的數字系統設計與分析的方法融入每一個實例,有意地訓練學生硬件級進行問題描述、設計算法、評價結果的能力。實驗教學中,開發實驗素材采取驗證性與設計性實驗并舉的教學模式。驗證性實驗引導學生掌握基本原理和基本技能,熟悉開發工具;設計性實驗以項目驅動模式要求學生通過閱讀文獻,自己設計選題,寫出設計方案,編寫具體代碼,自己調試并解釋運行結果。第三,考核中,實驗與綜合題目相結合,考查學生的應用能力。

3.2 以學生為中心的教學方法的改革

以學習遷移理論為指導,學生的學習過程是一個積極主動、自我遷移的過程。在教師的教授和學生的學習過程中,讓學生做課堂的主人,積極參與知識傳授的過程和學習遷移的過程,培養學生的自我學習能力,有助于學生掌握知識點,進行正確的遷移。

3.3 注重實踐教學

學習的目的在于應用,是把學習的知識、技能遷移到新的情境中解決問題,計算機硬件課程要求學生將課堂所學的理論、技能遷移到實際系統的研發中,達到學以致用的目標。以數字邏輯課程設計為例,首先,選取的題目全部來自現實生活,如多功能計算器、交通燈控制器、空調控制器、洗衣機控制器、自動售貨機、電梯控制器等。其次,明確要求底層用硬件描述語言實現,頂層采用原理圖實現。第三,指導教師督促學生按照軟件工程的思想規范化地開展工作,從需求分析、功能模塊劃分開始明確任務、解決步驟、部件設計、原理圖設計和成果驗收。最后,學生撰寫實驗報告。

3.4 構建多元化的教學評價體系

學生學習效果一方面來自實驗的成功,另一方面來自教師客觀、積極、肯定的評價。鼓勵學生去挖掘自身的潛力、克服學習的困難是教學的首要基本點。科學的評價機制在客觀評價學生能力的同時應鼓勵學生的學習熱情。教學中,采取理論考試、實驗報告、科技作品等相結合的多元化教學評價策略,同時融入形成性評價并及時反饋給學生,通過學習態勢的感知進行學習調整。

3.5 鼓勵學生積極參加第二課堂

第一課堂是基礎知識的積累,第二課堂是基礎知識的拓展與運用。計算機硬件的學習應當把課堂知識遷移到各種技能競賽、作品設計等活動中,依托第二課堂的活動,為學生的技能展示提供一個平臺,學以致用,用以創新。只有讓學生將所學知識用于實踐,才能達到學習遷移的目的。

4 結束語

學習遷移理論在計算機硬件教學中得到了很好的應用,學習遷移的主動性和自主性較高,形象思維到邏輯思維轉型較為順利,也形成了良好的學習習慣。隨著時代的變遷,人們需要學習的內容發生了巨大的變化,相應的學習理念也需要與時俱進,做出相應的調整,才能取得好的學習效果。作為高等學校教師,懂得學習遷移規律并積極應用,是十分必要和重要的,可以極大地促進教學活動的深入開展,有效提高教學質量。

References)

[1]李希,戴航,萬佩真,等.學習遷移理論在《編譯原理》教學中的應用[J].職教論壇,2012(35):55-56.

[2]尹鋒.學習遷移理論在軟件工程教學中的應用[J].中國大學教學, 2005(2):32-33.

[3]李民政,陳智勇.計算機組成原理教學改革的困境及其出路[J].計算機教育,2010(24):40-44.

[4]劉智.基于學習遷移理論的程序類實訓課程教學研究[J].中國成人教育,2010(17):167-168.

[5]徐加美,彭彗.基于遷移理論的網絡課程內容組織方式研究[J].遠程教育雜志,2010(3):102-104.

[6]曹乃文,胡波.學習遷移理論在單片機教學中的應用[J].科學時代:上半月,2010(9):215-216.

[7]徐洪學,郭秀英.論學習遷移理論在計算機基礎教學中的應用[J].沈陽教育學院學報,2008(10):21-23.

[8]王永霞.學習遷移理論在《計算機文化基礎》中的應用[J].山西經濟管理干部學院學報,2012(3):136-137.

[9]李民政,趙嶺忠,晉良念.學習遷移理論視野下的計算機硬件類課程改革[J].教育與教學研究,2013(3):25-27.

[10]張曉青,馬牧燕.信號處理課程群的學習遷移教學應用[J].科技視野,2011(2):47-48.

[11]葛曉濱.博元教學法探討與研究[J].合肥學院學報,2010,20(3): 89-93.

[12]葛曉濱.博元教學法在電子商務系列課程中的教學成效實證分析[J].安慶師范學院學報:自然科學版,2013,19(2):120-123.

[13]李廉.以計算思維培養為導向深化大學計算機課程改革[J].中國大學教學,2013(4):7-11.

Application of learning transfer theory in teaching of computer hardware

Lu Guoying,Lu Juan
(Computer Technology Department,Hebei College of Industry and Technology,Shijiazhuang 050031,China)

There are many problems in the teaching of computer hardware,and students generally think that it is more difficult to learn the course.This paper introduces the theory of learning transfer,constructs a theoretical teaching,experimental teaching,as one of the second classroom teaching mode,starting from the many aspects of student learning,design of teaching system and teaching method for students to learn,to solve the main contradiction to influence the learning transfer.The fact proves that the student-centered teaching method and teaching activity have got good results,and can enhance the innovation ability of students and the comprehensive application ability.

computer hardware;learning transfer;computational thinking

G542.0

A

1002-4956(2015)4-0207-02

2014-09-25修改日期：2014-10-11

蘆國英(1961—),女,河北保定,工程碩士,高級講師,研究方向為計算機應用.

E-mail:649219598＠qq.com