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

蘆國英,魯 娟

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

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

蘆國英,魯 娟

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

在計算機硬件教學(xué)中引入了學(xué)習(xí)遷移理論,構(gòu)建了一個理論教學(xué)、實驗教學(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。事實證明,以學(xué)生為中心的教學(xué)方法和教學(xué)活動取得了良好的效果,提升了學(xué)生的自主創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力。

計算機硬件;學(xué)習(xí)遷移;計算思維

現(xiàn)代學(xué)習(xí)理論要求學(xué)習(xí)的目標之一是學(xué)生能夠做到舉一反三,能夠運用所學(xué)知識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)認為,學(xué)習(xí)要經(jīng)過知識的理解、記憶、遷移和運用4個階段,而學(xué)習(xí)的理解、記憶和運用都離不開遷移。學(xué)習(xí)過程中,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)合國教科文組織在《學(xué)會生存》報告中指出:“未來的文盲是那些沒有學(xué)會怎樣學(xué)習(xí)的人。”可見,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 遷移理論與計算機教學(xué)研究

學(xué)生的學(xué)習(xí)目的不僅是把知識、經(jīng)驗儲存在大腦之中,而且是要將所學(xué)的知識經(jīng)驗應(yīng)用于實際的各種不同情境中,去解決現(xiàn)實生活中的各種問題。學(xué)習(xí)遷移是指先前學(xué)習(xí)對后繼學(xué)習(xí)的影響,但后繼學(xué)習(xí)對先前學(xué)習(xí)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(tài)度對另一種情境中的技能、知識的獲得或態(tài)度形成的影響。簡言之,就是一種學(xué)習(xí)對另一種學(xué)習(xí)的影響。另外,運用所學(xué)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(xué)習(xí)遷移理論的實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、計算機組成原理、程序?qū)嵱?xùn)、網(wǎng)絡(luò)課程、單片機、計算機基礎(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算機硬件類課程教學(xué),提出教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源建設(shè)與科技實訓(xùn)相結(jié)合的立體化教學(xué)思路,張曉青[10]提出信號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)過程的連續(xù)性、銜接性,不利于遷移能力的訓(xùn)練。單獨一門課的研究必然存在局限性,雖然關(guān)注到了教學(xué)過程中的學(xué)習(xí)遷移理論的應(yīng)用,但是沒有過多地關(guān)注到學(xué)習(xí)過程的諸多環(huán)節(jié)[13]。

2 制約計算機硬件學(xué)習(xí)遷移的主要因素

現(xiàn)代認知遷移理論認為學(xué)習(xí)者認知結(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 影響認知結(jié)構(gòu)的根本因素是計算思維

學(xué)習(xí)遷移的目標是處理問題、解決問題能力的培養(yǎng)。計算思維強調(diào)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(xué)習(xí)的基本素質(zhì),是應(yīng)用計算機技術(shù)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(shè)、檢驗假設(shè)。而計算機解決問題則是從具體的問題抽象出一個適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型,設(shè)計算法,然后編碼執(zhí)行,驗證結(jié)果。計算思維能力要求學(xué)生具有層次抽象的能力以及層次細化的能力,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 計算機硬件學(xué)習(xí)過程的3個階段

計算機是由硬件、軟件系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)。硬件教學(xué)的目標在于數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計。EDA(electronic design automation,電子設(shè)計自動化)技術(shù)將傳統(tǒng)的手工布線式電子電路設(shè)計方式改為計算機自動地完成。設(shè)計者完全從系統(tǒng)布局、器件連接布線、調(diào)試與仿真等工作中解放出來,工作重心集中在設(shè)計上,即從系統(tǒng)分析、算法、協(xié)議等開始利用設(shè)計數(shù)字系統(tǒng),具有可以通過軟件編程對硬件結(jié)構(gòu)和工作方式進行重構(gòu)特點的可編程邏輯器件,使得硬件的設(shè)計就像軟件設(shè)計一樣便捷。在虛擬仿真實驗環(huán)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(shè)計數(shù)字系統(tǒng),也會由于理論與實踐的跨度太大而無從下手,難以應(yīng)付,根本談不到理論的應(yīng)用,更談不到對學(xué)科的認知。

依據(jù)教育部計算機教指委制定的專業(yè)指導(dǎo)規(guī)范, IEEE-CS及ACM指導(dǎo)計劃,硬件課程設(shè)置包括“數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)”、“計算機組成”、“匯編語言程序設(shè)計”、“計算機接口技術(shù)”、“計算機維護”、“計算機體系結(jié)構(gòu)”。要求結(jié)合數(shù)字電路的發(fā)展史,遵從循序漸進、逐步深入的原則,將3個學(xué)期要求的能力培養(yǎng)目標按抽象化程度分成3個階段實現(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;利用可編程邏輯器件軟件化設(shè)計;利用集成芯片實現(xiàn)外圍設(shè)備擴展。這3個階段分別對應(yīng)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)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(xué)生建立硬件系統(tǒng)的感官認識和體系模型,有利于組件式軟件技術(shù)開發(fā)的轉(zhuǎn)型。

3 基于學(xué)習(xí)遷移的計算機硬件教學(xué)改革

計算機硬件教學(xué)要求學(xué)生利用軟件技術(shù)設(shè)計出能運行自己系統(tǒng)的計算機。這個任務(wù)要求學(xué)生自主完成,通過學(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,需要對計算機硬件教學(xué)進行改革

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

計算思維強調(diào)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(xiàn)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(xiàn)。這種能力的遷移離不開科學(xué)的教學(xué)體系支持,離不開教學(xué)過程諸要素,也離不開知識結(jié)構(gòu)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)過程設(shè)計和教學(xué)效果評價的有機結(jié)合。

第一,授課前,細化課程間的教學(xué)脈絡(luò),抽象出技術(shù)應(yīng)用模型、問題求解可計算性模型和規(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)計與分析的方法融入每一個實例,有意地訓(xùn)練學(xué)生硬件級進行問題描述、設(shè)計算法、評價結(jié)果的能力。實驗教學(xué)中,開發(fā)實驗素材采取驗證性與設(shè)計性實驗并舉的教學(xué)模式。驗證性實驗引導(dǎo)學(xué)生掌握基本原理和基本技能,熟悉開發(fā)工具;設(shè)計性實驗以項目驅(qū)動模式要求學(xué)生通過閱讀文獻,自己設(shè)計選題,寫出設(shè)計方案,編寫具體代碼,自己調(diào)試并解釋運行結(jié)果。第三,考核中,實驗與綜合題目相結(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)過程是一個積極主動、自我遷移的過程。在教師的教授和學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中,讓學(xué)生做課堂的主人,積極參與知識傳授的過程和學(xué)習(xí)遷移的過程,培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力,有助于學(xué)生掌握知識點,進行正確的遷移。

3.3 注重實踐教學(xué)

學(xué)習(xí)的目的在于應(yīng)用,是把學(xué)習(xí)的知識、技能遷移到新的情境中解決問題,計算機硬件課程要求學(xué)生將課堂所學(xué)的理論、技能遷移到實際系統(tǒng)的研發(fā)中,達到學(xué)以致用的目標。以數(shù)字邏輯課程設(shè)計為例,首先,選取的題目全部來自現(xiàn)實生活,如多功能計算器、交通燈控制器、空調(diào)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(xiàn),頂層采用原理圖實現(xiàn)。第三,指導(dǎo)教師督促學(xué)生按照軟件工程的思想規(guī)范化地開展工作,從需求分析、功能模塊劃分開始明確任務(wù)、解決步驟、部件設(shè)計、原理圖設(shè)計和成果驗收。最后,學(xué)生撰寫實驗報告。

3.4 構(gòu)建多元化的教學(xué)評價體系

學(xué)生學(xué)習(xí)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(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。科學(xué)的評價機制在客觀評價學(xué)生能力的同時應(yīng)鼓勵學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。教學(xué)中,采取理論考試、實驗報告、科技作品等相結(jié)合的多元化教學(xué)評價策略,同時融入形成性評價并及時反饋給學(xué)生,通過學(xué)習(xí)態(tài)勢的感知進行學(xué)習(xí)調(diào)整。

3.5 鼓勵學(xué)生積極參加第二課堂

第一課堂是基礎(chǔ)知識的積累,第二課堂是基礎(chǔ)知識的拓展與運用。計算機硬件的學(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)把課堂知識遷移到各種技能競賽、作品設(shè)計等活動中,依托第二課堂的活動,為學(xué)生的技能展示提供一個平臺,學(xué)以致用,用以創(chuàng)新。只有讓學(xué)生將所學(xué)知識用于實踐,才能達到學(xué)習(xí)遷移的目的。

4 結(jié)束語

學(xué)習(xí)遷移理論在計算機硬件教學(xué)中得到了很好的應(yīng)用,學(xué)習(xí)遷移的主動性和自主性較高,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)理念也需要與時俱進,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,可以極大地促進教學(xué)活動的深入開展,有效提高教學(xué)質(zhì)量。

References)

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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

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

E-mail:649219598＠qq.com