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

1、簡析學(xué)習(xí)遷移理論在計算機硬件教學(xué)中的應(yīng)用現(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。 現(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

2、 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。2013年

3、，李民政等在學(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)法并應(yīng)用于電子商務(wù)系列課程教學(xué)。 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)。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

4、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?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

5、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 designautomation，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

6、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

7、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

8、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)

9、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