蘆國(guó)英,魯 娟

(河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)技術(shù)系,河北石家莊 050000)

學(xué)習(xí)遷移理論在計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)中的應(yīng)用

蘆國(guó)英,魯 娟

(河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)技術(shù)系,河北石家莊 050000)

在計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)中引入了學(xué)習(xí)遷移理論,構(gòu)建了一個(gè)理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、第二課堂為一體的教學(xué)模式,從學(xué)生學(xué)習(xí)的諸多環(huán)節(jié)入手,設(shè)計(jì)適合學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)體系和教學(xué)方法,解決了影響學(xué)生學(xué)習(xí)遷移的主要矛盾。事實(shí)證明,以學(xué)生為中心的教學(xué)方法和教學(xué)活動(dòng)取得了良好的效果,提升了學(xué)生的自主創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力。

計(jì)算機(jī)硬件;學(xué)習(xí)遷移;計(jì)算思維

現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論要求學(xué)習(xí)的目標(biāo)之一是學(xué)生能夠做到舉一反三,能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決類似或同類課題,因此學(xué)習(xí)遷移的研究十分重要?，F(xiàn)代教學(xué)心理學(xué)認(rèn)為,學(xué)習(xí)要經(jīng)過(guò)知識(shí)的理解、記憶、遷移和運(yùn)用4個(gè)階段,而學(xué)習(xí)的理解、記憶和運(yùn)用都離不開(kāi)遷移。學(xué)習(xí)過(guò)程中,能不能發(fā)生遷移、遷移的效果如何,直接影響著學(xué)習(xí)的進(jìn)程與效率。遷移能力不僅是一種重要的學(xué)習(xí)能力體現(xiàn),更是學(xué)生掌握專業(yè)技能具有終身學(xué)習(xí)能力的體現(xiàn)。聯(lián)合國(guó)教科文組織在《學(xué)會(huì)生存》報(bào)告中指出:“未來(lái)的文盲是那些沒(méi)有學(xué)會(huì)怎樣學(xué)習(xí)的人?！笨梢?jiàn),大學(xué)生學(xué)習(xí)能力的高低是決定其日后發(fā)展的關(guān)鍵性因素之一。

1 遷移理論與計(jì)算機(jī)教學(xué)研究

學(xué)生的學(xué)習(xí)目的不僅是把知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)存在大腦之中,而且是要將所學(xué)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于實(shí)際的各種不同情境中,去解決現(xiàn)實(shí)生活中的各種問(wèn)題。學(xué)習(xí)遷移是指先前學(xué)習(xí)對(duì)后繼學(xué)習(xí)的影響,但后繼學(xué)習(xí)對(duì)先前學(xué)習(xí)也會(huì)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(shí)或形成的態(tài)度對(duì)另一種情境中的技能、知識(shí)的獲得或態(tài)度形成的影響。簡(jiǎn)言之,就是一種學(xué)習(xí)對(duì)另一種學(xué)習(xí)的影響。另外,運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)技能去解決問(wèn)題也是一種遷移。

在我國(guó),計(jì)算機(jī)教育者對(duì)學(xué)習(xí)遷移理論的實(shí)踐性研究多集中在某一門課程的教學(xué)方法改良上,如編譯原理、軟件工程、計(jì)算機(jī)組成原理、程序?qū)嵱?xùn)、網(wǎng)絡(luò)課程、單片機(jī)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)等[1-8]。

2013年,李民政等[9]在學(xué)習(xí)遷移視角下審視了計(jì)算機(jī)硬件類課程教學(xué),提出教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源建設(shè)與科技實(shí)訓(xùn)相結(jié)合的立體化教學(xué)思路,張曉青[10]提出信號(hào)處理課程群的遷移教學(xué)應(yīng)用思路,葛曉濱提出博元教學(xué)法[11]并應(yīng)用于電子商務(wù)系列課程教學(xué)[12]。雖然這些課程的嘗試取得了一些積極的效果,但對(duì)能力培養(yǎng)而言具有一定的傾向性,割裂了專業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)過(guò)程的連續(xù)性、銜接性,不利于遷移能力的訓(xùn)練。單獨(dú)一門課的研究必然存在局限性,雖然關(guān)注到了教學(xué)過(guò)程中的學(xué)習(xí)遷移理論的應(yīng)用,但是沒(méi)有過(guò)多地關(guān)注到學(xué)習(xí)過(guò)程的諸多環(huán)節(jié)[13]。

2 制約計(jì)算機(jī)硬件學(xué)習(xí)遷移的主要因素

現(xiàn)代認(rèn)知遷移理論認(rèn)為學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)的清晰性、穩(wěn)定性、概括性、包攝性和辨別性影響學(xué)習(xí)遷移,此外,教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)作用也不容忽視。

2.1 影響認(rèn)知結(jié)構(gòu)的根本因素是計(jì)算思維

學(xué)習(xí)遷移的目標(biāo)是處理問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)。計(jì)算思維強(qiáng)調(diào)的是問(wèn)題模型化的能力,將問(wèn)題逐步分解抽象成計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)處理的能力。計(jì)算思維是信息時(shí)代人們學(xué)習(xí)的基本素質(zhì),是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決問(wèn)題的客觀思維模式。

人們運(yùn)用計(jì)算機(jī)來(lái)解決問(wèn)題是對(duì)人類活動(dòng)過(guò)程的抽象模擬。人類往往是先提出問(wèn)題、明確問(wèn)題,然后提出假設(shè)、檢驗(yàn)假設(shè)。而計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題則是從具體的問(wèn)題抽象出一個(gè)適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)算法,然后編碼執(zhí)行,驗(yàn)證結(jié)果。計(jì)算思維能力要求學(xué)生具有層次抽象的能力以及層次細(xì)化的能力,這決定著學(xué)生在信息領(lǐng)域發(fā)展的空間和深入的程度。

2.2 計(jì)算機(jī)硬件學(xué)習(xí)過(guò)程的3個(gè)階段

計(jì)算機(jī)是由硬件、軟件系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)。硬件教學(xué)的目標(biāo)在于數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。EDA(electronic design automation,電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)技術(shù)將傳統(tǒng)的手工布線式電子電路設(shè)計(jì)方式改為計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成。設(shè)計(jì)者完全從系統(tǒng)布局、器件連接布線、調(diào)試與仿真等工作中解放出來(lái),工作重心集中在設(shè)計(jì)上,即從系統(tǒng)分析、算法、協(xié)議等開(kāi)始利用設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng),具有可以通過(guò)軟件編程對(duì)硬件結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)特點(diǎn)的可編程邏輯器件,使得硬件的設(shè)計(jì)就像軟件設(shè)計(jì)一樣便捷。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境中,如果沒(méi)有器件管腳、信號(hào)、布線、電路圖等基本概念就直接面對(duì)EDA設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng),也會(huì)由于理論與實(shí)踐的跨度太大而無(wú)從下手,難以應(yīng)付,根本談不到理論的應(yīng)用,更談不到對(duì)學(xué)科的認(rèn)知。

依據(jù)教育部計(jì)算機(jī)教指委制定的專業(yè)指導(dǎo)規(guī)范, IEEE-CS及ACM指導(dǎo)計(jì)劃,硬件課程設(shè)置包括“數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)”、“計(jì)算機(jī)組成”、“匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”、“計(jì)算機(jī)接口技術(shù)”、“計(jì)算機(jī)維護(hù)”、“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”。要求結(jié)合數(shù)字電路的發(fā)展史,遵從循序漸進(jìn)、逐步深入的原則,將3個(gè)學(xué)期要求的能力培養(yǎng)目標(biāo)按抽象化程度分成3個(gè)階段實(shí)現(xiàn),依次是:要求學(xué)生掌握數(shù)字系統(tǒng)的電路原理圖設(shè)計(jì);利用可編程邏輯器件軟件化設(shè)計(jì);利用集成芯片實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備擴(kuò)展。這3個(gè)階段分別對(duì)應(yīng)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的3種方法,雖各有特點(diǎn)但互不沖突,原理圖非常直觀,便于學(xué)生建立硬件系統(tǒng)的感官認(rèn)識(shí)和體系模型,有利于組件式軟件技術(shù)開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)型。

3 基于學(xué)習(xí)遷移的計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)改革

計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)要求學(xué)生利用軟件技術(shù)設(shè)計(jì)出能運(yùn)行自己系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。這個(gè)任務(wù)要求學(xué)生自主完成,通過(guò)學(xué)習(xí)遷移,激發(fā)學(xué)生的潛能。學(xué)生自主完成學(xué)習(xí)的遷移,需要對(duì)計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)進(jìn)行改革

3.1 以學(xué)生“計(jì)算思維”為核心的教學(xué)體系構(gòu)建

計(jì)算思維強(qiáng)調(diào)的是計(jì)算模型的抽象以及計(jì)算過(guò)程的自動(dòng)化,因此,硬件的“計(jì)算思維”也就體現(xiàn)在問(wèn)題求解的部件及計(jì)算模型建立和自動(dòng)處理序列的實(shí)現(xiàn)。這種能力的遷移離不開(kāi)科學(xué)的教學(xué)體系支持,離不開(kāi)教學(xué)過(guò)程諸要素,也離不開(kāi)知識(shí)結(jié)構(gòu)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)和教學(xué)效果評(píng)價(jià)的有機(jī)結(jié)合。

第一,授課前,細(xì)化課程間的教學(xué)脈絡(luò),抽象出技術(shù)應(yīng)用模型、問(wèn)題求解可計(jì)算性模型和規(guī)范化的方法論,突出教學(xué)層次性,修訂了教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐環(huán)節(jié)。第二,授課中,規(guī)范課堂教學(xué)中選用的例子,將抽取的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析的方法融入每一個(gè)實(shí)例,有意地訓(xùn)練學(xué)生硬件級(jí)進(jìn)行問(wèn)題描述、設(shè)計(jì)算法、評(píng)價(jià)結(jié)果的能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)素材采取驗(yàn)證性與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)并舉的教學(xué)模式。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生掌握基本原理和基本技能,熟悉開(kāi)發(fā)工具;設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)模式要求學(xué)生通過(guò)閱讀文獻(xiàn),自己設(shè)計(jì)選題,寫出設(shè)計(jì)方案,編寫具體代碼,自己調(diào)試并解釋運(yùn)行結(jié)果。第三,考核中,實(shí)驗(yàn)與綜合題目相結(jié)合,考查學(xué)生的應(yīng)用能力。

3.2 以學(xué)生為中心的教學(xué)方法的改革

以學(xué)習(xí)遷移理論為指導(dǎo),學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程是一個(gè)積極主動(dòng)、自我遷移的過(guò)程。在教師的教授和學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中,讓學(xué)生做課堂的主人,積極參與知識(shí)傳授的過(guò)程和學(xué)習(xí)遷移的過(guò)程,培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力,有助于學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn),進(jìn)行正確的遷移。

3.3 注重實(shí)踐教學(xué)

學(xué)習(xí)的目的在于應(yīng)用,是把學(xué)習(xí)的知識(shí)、技能遷移到新的情境中解決問(wèn)題,計(jì)算機(jī)硬件課程要求學(xué)生將課堂所學(xué)的理論、技能遷移到實(shí)際系統(tǒng)的研發(fā)中,達(dá)到學(xué)以致用的目標(biāo)。以數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)為例,首先,選取的題目全部來(lái)自現(xiàn)實(shí)生活,如多功能計(jì)算器、交通燈控制器、空調(diào)控制器、洗衣機(jī)控制器、自動(dòng)售貨機(jī)、電梯控制器等。其次,明確要求底層用硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn),頂層采用原理圖實(shí)現(xiàn)。第三,指導(dǎo)教師督促學(xué)生按照軟件工程的思想規(guī)范化地開(kāi)展工作,從需求分析、功能模塊劃分開(kāi)始明確任務(wù)、解決步驟、部件設(shè)計(jì)、原理圖設(shè)計(jì)和成果驗(yàn)收。最后,學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3.4 構(gòu)建多元化的教學(xué)評(píng)價(jià)體系

學(xué)生學(xué)習(xí)效果一方面來(lái)自實(shí)驗(yàn)的成功,另一方面來(lái)自教師客觀、積極、肯定的評(píng)價(jià)。鼓勵(lì)學(xué)生去挖掘自身的潛力、克服學(xué)習(xí)的困難是教學(xué)的首要基本點(diǎn)?？茖W(xué)的評(píng)價(jià)機(jī)制在客觀評(píng)價(jià)學(xué)生能力的同時(shí)應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。教學(xué)中,采取理論考試、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、科技作品等相結(jié)合的多元化教學(xué)評(píng)價(jià)策略,同時(shí)融入形成性評(píng)價(jià)并及時(shí)反饋給學(xué)生,通過(guò)學(xué)習(xí)態(tài)勢(shì)的感知進(jìn)行學(xué)習(xí)調(diào)整。

3.5 鼓勵(lì)學(xué)生積極參加第二課堂

第一課堂是基礎(chǔ)知識(shí)的積累,第二課堂是基礎(chǔ)知識(shí)的拓展與運(yùn)用。計(jì)算機(jī)硬件的學(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)把課堂知識(shí)遷移到各種技能競(jìng)賽、作品設(shè)計(jì)等活動(dòng)中,依托第二課堂的活動(dòng),為學(xué)生的技能展示提供一個(gè)平臺(tái),學(xué)以致用,用以創(chuàng)新。只有讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)用于實(shí)踐,才能達(dá)到學(xué)習(xí)遷移的目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

學(xué)習(xí)遷移理論在計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)中得到了很好的應(yīng)用,學(xué)習(xí)遷移的主動(dòng)性和自主性較高,形象思維到邏輯思維轉(zhuǎn)型較為順利,也形成了良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。隨著時(shí)代的變遷,人們需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容發(fā)生了巨大的變化,相應(yīng)的學(xué)習(xí)理念也需要與時(shí)俱進(jìn),做出相應(yīng)的調(diào)整,才能取得好的學(xué)習(xí)效果。作為高等學(xué)校教師,懂得學(xué)習(xí)遷移規(guī)律并積極應(yīng)用,是十分必要和重要的,可以極大地促進(jìn)教學(xué)活動(dòng)的深入開(kāi)展,有效提高教學(xué)質(zhì)量。

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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(guó)英(1961—),女,河北保定,工程碩士,高級(jí)講師,研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用.

E-mail:649219598＠qq.com