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[摘要]建构主义理论重视学习活动中学生的主体性作用,重视学生面对具体环境进行意义的建构,而目前在高职院校的嵌入式系统课程教学中恰好存在着相应的一些问题。因此,将建构主义理论引入到高职嵌入式系统课程中进行教学探索,是有理论意义和实际价值的,也是必要的。
[关键词]高职 嵌入式系统 课程教学 建构主义理论
[作者简介]姜帆(1979- ),男,重庆人,重庆电子工程职业学院,讲师,硕士,主要从事高职计算机应用技术教育研究。(重庆 401331)
[课题项目]本文系重庆市职业教育学会2009年度科研课题“嵌入式技术职业教育课程研究”的研究成果之一。(项目编号:2009-zjxh-024)
[中图分类号]G712[文献标识码]A[文章编号]1004-3985(2010)27-0124-02
嵌入式系统课程是一门难度较大的专业课程,主要有“门槛性”“综合性”和“实践性”三个特点。“门槛性”是指这门课程有一定的学习门槛,需要已较好地掌握汇编、C、模电、数电、接口技术等相关知识;“综合性”是指嵌入式系统本身是一个软、硬件结合的专用计算机系统,涉及计算机、电子信息、通信技术、自动控制等多方面的知识内容;“实践性”则主要体现在这门课程的根本目标在于应用,理论只作为实践的支持,需要动手能力和一定的创新能力。鉴于以上特点,加之在高职层次开设这门课程是刚刚起步,缺乏经验,教学效果往往不理想,有必要分析改进。
一、高职嵌入式系统课程教学存在的问题
1.学生基础相对较差,学习能力不平衡。客观地说,由于近年我国本科院校大规模的“扩招”,导致高职院校招生困难,无奈之下,只能兼收职业高中、中专和技校毕业生。这样的情况造成高职生源质量普遍下降,学生的基础相对较差,学习能力很不平衡,加之在思想意识上自我控制和自我约束能力不强,使得学生在学习难度较大的嵌入式系统课程时,本身就比较困难。
2.课程教学方法落后,学习缺乏主动性。教师在设计嵌入式系统课程教学时往往受传统教学观念影响,通常是以课程本身体系结构为线索,以讲授教学为主导,先讲嵌入式系统组成架构,其次是ARM指令系统与程序设计,然后是嵌入式系统功能电路与接口技术,最后再讲一些嵌入式操作系统的知识。以此方式授课,强调了教学过程中的知识的传授与积累,但忽略了学习过程中学生的主动性,导致学生学习态度被动,师生缺乏交流等。这样的现象会让教师感到教学氛围不和谐,课程进度难以推进。
3.课程理论内容抽象,学习难度大。从学生的学习过程看:首先,嵌入式系统组成架构这部分内容是硬件知识,相对枯燥,学生学习起来感觉比较抽象,难以在头脑中建立起清晰的概念。其次,ARM指令系统与程序设计则从寻址方式开始,更加抽象,学生学习时完全不理解寻址方式是什么?有什么用?只能先记忆下来。至于ARM指令系统,包含的指令非常多,常用的都有几十条,学生觉得无法记住这么多的指令,学习动机也就开始减弱了。当学习到程序设计时,更大的问题出现了,这部分内容需要的是理解和应用,而理解和应用必须要建立在熟悉ARM指令系统的基础上,不少学生在编程时会感到无从下手,编程技巧就更谈不上了。到这时,嵌入式课程的教学进度才到一半,有部分学生就可能会产生放弃学习的想法,认为嵌入式课程太难学习。
4.实验以验证为主,创新能力弱。教师在进行嵌入式系统实践教学时通常会选择教学实验平台,目前这些教学实验平台也非常多,内容也非常完善,配套资源也非常丰富,但实际使用时却存在一个很大的问题。那就是其中的实验大都是验证性的,而且很多以前需要由学生自己去完成的内容,都由实验平台提供的模块替代了,学生做实验就像“搭积木”,不需要十分清楚实验原理,只需要按实验手册上的实验步骤按部就班做下去,最后就能得出结果。这样学生只是盲目操作了一遍,能力根本没得到锻炼,更谈不上联系实际问题进行拓展创新了。
二、建构主义理论与高职嵌入式系统课程教学
要解决目前高职嵌入式系统课程教学存在的问题,就必须对现有的教学模式进行改进,研究新的教学思想,按照职业教育的特点和认知规律来设计课程,安排实践,才能更有效地改善教学效果。
1.建构主义理论的内涵。建构主义又称做结构主义,该理论最早源于瑞士著名心理学家皮亚杰的“发生认识论”。建构主义理论认为,学习者在一定情境中借助他人帮助,利用必要的学习资料,通过意义建构获取知识,掌握解决问题的程序和方法,优化完善认知结构,获得自身发展。
2.建构主义理论对高职嵌入式系统课程教学的引导作用。(1)“以学生为中心”的建构主义教学观,改进教学方式。传统的教学方式是“以教师为中心”的,整个教学过程围绕教师进行,以讲授的方式向学生灌输知识。而建构主义理论倡导“以学生为中心”的学习模式,让学生成为教学主体。教学过程的中心不再是教师的“教”,而是学生的“学”。教师的工作重点从“讲授”转变为“指导”,主要任务是通过激发学生的学习兴趣以形成学习动力,并设置适应教学内容需要的学习情境,提示新旧知识之间的关联,引导学生进行知识的递进,同时监控学生的学习过程,适时予以帮助和指导,最终使学生完成对当前所学知识的意义建构。(2)建构主义理论提倡“任务式教学”,提高教学效果。传统的教学设计普遍是“自下而上”的。简单地说,即以课程本身的体系结构为顺,首先将课程的各部分知识逐一灌输给学生,然后再将这些知识进行综合,最后提升到应用。这种方式的缺点很明显:学习者在最初的学习过程中无法得知“学为何用”,不利于学习动机的维持。建构主义理论则认为教学的设计应该反过来,走“自上而下”的路线。即首先根据课程内容创设一个学习情境,设计一个总体任务,并向学生展示出整体情境和提出总体任务,然后引导学生对总任务进行分析,尝试将总任务分解成有序的各级子任务,并讨论出各级子任务所需要的知识和技能,最后学习这些知识,锻炼这些技能,以解决问题。(3)建构主义理论注重“自主学习”,有助于拓展、创新能力培养。从人类的认知规律上看,学习应该是一种主动行为。建构主义理论遵循认知规律注重学习的主动性,认为在教学模式中,学生应该是信息加工的主体,是知识意义的主动建构者,教学资料(包括教材、网络、图书馆、资料室等)是学生主动的对象,教学、实验设备是学生主动的工具;而教师只起指导、帮助和促进的辅助作用。学生在主动的过程中,以当前的知识和技能为增长点,扩展产生新的知识和技能,不断重复,其间可能出现创造性思维,也就是创新的开始。
三、基于建构主义理论的高职嵌入式系统课程教学探索
基于上述建构主义理论的引导作用,笔者结合这些年来的教学经验,在实际教学中进行了应用与探索。
1.摸底学生情况,以学生为中心。建构主义教学观的核心是以学生为中心,要求整个教学过程围绕学生进行,而高职生源结构多样化,学生学习能力很不平衡,加之嵌入式系统课程本身具有“门槛性”,因此有必要对学生做一次摸底。具体为:首先让学生进行一次综合性的笔测,内容为与嵌入式系统相关的前导课程知识(如汇编、C、模电、数电等);然后让每一个学生对自己测试的情况做一次自我认知发言。这样做的好处在于:一方面,教师可以根据学生的测试情况掌握学生的基础,确定是否需要对前期知识做强化补充;另一方面,教师能够根据学生的表现初步了解学生的个性,为后续以学生为中心的个性化指导做好铺垫。
2.创设学习情境,任务式教学。建构主义理论提倡:学生的学习活动必须与大的任务或问题相结合,以探索问题来引动和维持学习者学习兴趣和动机。基于此理论,结合对学生摸底的情况,首先,我们可以创设出一个学习情境,如开发车载信息系统,并提出总任务的要求,即此车载信息系统要求实现哪些功能。然后,帮助学生理解、分析这个任务,再和学生一起将这个任务分解为子任务。如车载信息系统中的时钟功能模块,作为被分解后的一项子任务,要求实现系统时间显示、系统时间修改、闹钟设置功能。其主要目的是通过完成这项任务使学生学会实时时钟的硬件控制原理和设计方法,掌握S3C2410处理器RTC模块程序设计方法。采用这种方式,很大程度上促成了学生的学习动机,提升了学生的学习兴趣。
3.引导式自主学习,独立解决问题。自主学习是建构主义理论的重点内容,注重学习过程中学生的“主动”作用,但教师的“引导”作用也不能忽视。在此过程中,教师应该提出完成任务的线索,提供相关资料或获取资料的途径,并组织学生进行自主学习。以上述实时时钟功能子任务为例,教学时,教师首先介绍嵌入式系统中实时时钟的基本应用情况,讲解S3C2410实时时钟单元知识,给出完成该任务的基本思路;然后,向学生下发任务书,任务书中包括了该任务的目标、内容、应用环境,相关资料或者资料途径,注意事项等;最后把主动权交给学生,引导学生学习,并在整个过程中与学生交互,并监督。学生拿到任务书后,结合教师的引导,按照任务书上的内容进行自主学习(通过教材、资料、网络等途径),在学习中遇到问题,自己分析,尝试解决,如果无法处理,再与教师交流。通过这种方式学习,在一定程度上降低了学生对理论知识的枯燥感,同时也锻炼了学生自主获取知识、独立解决问题的能力。
4.协作完成任务,鼓励拓展创新。在嵌入式技术领域中,大部分工作都需要由团队合作才能完成。因此,在教学实践中,必须要注意学生团队意识的培养。我们的做法是:根据学生的基础、能力和性格,以互补的方式分成小组,每组不超过4人。当学生完成自主学习后,每组组长负责召集组员,组织讨论,每个组员将自主学习的成果、体会与他人交流,相互学习,共同归纳,取长补短,然后共同商讨当前任务的解决方案。教师可加入到讨论中,根据学生的情况给予一定的提示,鼓励学生制订解决方案时考虑在实现基本功能的前提下,进行功能拓展。在学生上机实践时,教师认真观察,进一步了解学生,掌握学生的进度,对出现的问题及时解决。通过协作的方式共同完成任务,学生之间的团队意识就逐渐地被培养起来,甚至可能出现团队的整体创新。
5.发展性任务评价,结合行业总结。建构主义理论强调发展性评价。评价的核心思想是学生是否完成了对新知识的意义建构,是否有创造性思维。所以,在评价过程中,教师要重视学生的作品,评价以鼓励为主,特别是发现某些学生知识扩展了,或者某些作品中出现了闪光点,就一定要充分地肯定,树立学生的信心,提高学生的积极性。同时,还可以邀请行业的技术人员参加评价,将学生的作品和行业的产品进行比较,提出合理化建议,帮助学生修改。另外,教师还可以引入竞争机制,并象征性地予以奖励,激发学生的学习热情,刺激学生的创造性思维。
四、结束语
综上所述,将建构主义理论引入到高职嵌入式系统课程教学中,恰好能够解决当前存在的一些问题。首先,针对课程的“门槛性”在一定程度上缓解了高职学生基础较差的问题;其次,有效解决了课程教学方法落后的问题;再次,处理了课程理论内容抽象的问题;最后,落实了学生拓展创新能力培养的问题。除此之外,新的模式还加入了团队环节,锻炼了学生的交际能力、表达能力以及协作能力。
[参考文献]
[1]姜大源.职业教育学研究新论[M].北京:教育科学出版社,2007.
[2]贾研.基于构建主义的高等职业教育教学改革研究[J].黑龙江科技信息,2008(28).
[3]叶传奇.基于建构主义理论的程序设计基础教学实践[J].福建电脑,2009(12).
[4]钟永芳.任务驱动教学法在中专计算机应用基础课中的初探[J].科技资讯,2008(10).
[5]王洪艳.基于建构主义理论的高职单片机教学方法的探讨[J].黑龙江科技信息,2009(6).
[关键词]高职 嵌入式系统 课程教学 建构主义理论
[作者简介]姜帆(1979- ),男,重庆人,重庆电子工程职业学院,讲师,硕士,主要从事高职计算机应用技术教育研究。(重庆 401331)
[课题项目]本文系重庆市职业教育学会2009年度科研课题“嵌入式技术职业教育课程研究”的研究成果之一。(项目编号:2009-zjxh-024)
[中图分类号]G712[文献标识码]A[文章编号]1004-3985(2010)27-0124-02
嵌入式系统课程是一门难度较大的专业课程,主要有“门槛性”“综合性”和“实践性”三个特点。“门槛性”是指这门课程有一定的学习门槛,需要已较好地掌握汇编、C、模电、数电、接口技术等相关知识;“综合性”是指嵌入式系统本身是一个软、硬件结合的专用计算机系统,涉及计算机、电子信息、通信技术、自动控制等多方面的知识内容;“实践性”则主要体现在这门课程的根本目标在于应用,理论只作为实践的支持,需要动手能力和一定的创新能力。鉴于以上特点,加之在高职层次开设这门课程是刚刚起步,缺乏经验,教学效果往往不理想,有必要分析改进。
一、高职嵌入式系统课程教学存在的问题
1.学生基础相对较差,学习能力不平衡。客观地说,由于近年我国本科院校大规模的“扩招”,导致高职院校招生困难,无奈之下,只能兼收职业高中、中专和技校毕业生。这样的情况造成高职生源质量普遍下降,学生的基础相对较差,学习能力很不平衡,加之在思想意识上自我控制和自我约束能力不强,使得学生在学习难度较大的嵌入式系统课程时,本身就比较困难。
2.课程教学方法落后,学习缺乏主动性。教师在设计嵌入式系统课程教学时往往受传统教学观念影响,通常是以课程本身体系结构为线索,以讲授教学为主导,先讲嵌入式系统组成架构,其次是ARM指令系统与程序设计,然后是嵌入式系统功能电路与接口技术,最后再讲一些嵌入式操作系统的知识。以此方式授课,强调了教学过程中的知识的传授与积累,但忽略了学习过程中学生的主动性,导致学生学习态度被动,师生缺乏交流等。这样的现象会让教师感到教学氛围不和谐,课程进度难以推进。
3.课程理论内容抽象,学习难度大。从学生的学习过程看:首先,嵌入式系统组成架构这部分内容是硬件知识,相对枯燥,学生学习起来感觉比较抽象,难以在头脑中建立起清晰的概念。其次,ARM指令系统与程序设计则从寻址方式开始,更加抽象,学生学习时完全不理解寻址方式是什么?有什么用?只能先记忆下来。至于ARM指令系统,包含的指令非常多,常用的都有几十条,学生觉得无法记住这么多的指令,学习动机也就开始减弱了。当学习到程序设计时,更大的问题出现了,这部分内容需要的是理解和应用,而理解和应用必须要建立在熟悉ARM指令系统的基础上,不少学生在编程时会感到无从下手,编程技巧就更谈不上了。到这时,嵌入式课程的教学进度才到一半,有部分学生就可能会产生放弃学习的想法,认为嵌入式课程太难学习。
4.实验以验证为主,创新能力弱。教师在进行嵌入式系统实践教学时通常会选择教学实验平台,目前这些教学实验平台也非常多,内容也非常完善,配套资源也非常丰富,但实际使用时却存在一个很大的问题。那就是其中的实验大都是验证性的,而且很多以前需要由学生自己去完成的内容,都由实验平台提供的模块替代了,学生做实验就像“搭积木”,不需要十分清楚实验原理,只需要按实验手册上的实验步骤按部就班做下去,最后就能得出结果。这样学生只是盲目操作了一遍,能力根本没得到锻炼,更谈不上联系实际问题进行拓展创新了。
二、建构主义理论与高职嵌入式系统课程教学
要解决目前高职嵌入式系统课程教学存在的问题,就必须对现有的教学模式进行改进,研究新的教学思想,按照职业教育的特点和认知规律来设计课程,安排实践,才能更有效地改善教学效果。
1.建构主义理论的内涵。建构主义又称做结构主义,该理论最早源于瑞士著名心理学家皮亚杰的“发生认识论”。建构主义理论认为,学习者在一定情境中借助他人帮助,利用必要的学习资料,通过意义建构获取知识,掌握解决问题的程序和方法,优化完善认知结构,获得自身发展。
2.建构主义理论对高职嵌入式系统课程教学的引导作用。(1)“以学生为中心”的建构主义教学观,改进教学方式。传统的教学方式是“以教师为中心”的,整个教学过程围绕教师进行,以讲授的方式向学生灌输知识。而建构主义理论倡导“以学生为中心”的学习模式,让学生成为教学主体。教学过程的中心不再是教师的“教”,而是学生的“学”。教师的工作重点从“讲授”转变为“指导”,主要任务是通过激发学生的学习兴趣以形成学习动力,并设置适应教学内容需要的学习情境,提示新旧知识之间的关联,引导学生进行知识的递进,同时监控学生的学习过程,适时予以帮助和指导,最终使学生完成对当前所学知识的意义建构。(2)建构主义理论提倡“任务式教学”,提高教学效果。传统的教学设计普遍是“自下而上”的。简单地说,即以课程本身的体系结构为顺,首先将课程的各部分知识逐一灌输给学生,然后再将这些知识进行综合,最后提升到应用。这种方式的缺点很明显:学习者在最初的学习过程中无法得知“学为何用”,不利于学习动机的维持。建构主义理论则认为教学的设计应该反过来,走“自上而下”的路线。即首先根据课程内容创设一个学习情境,设计一个总体任务,并向学生展示出整体情境和提出总体任务,然后引导学生对总任务进行分析,尝试将总任务分解成有序的各级子任务,并讨论出各级子任务所需要的知识和技能,最后学习这些知识,锻炼这些技能,以解决问题。(3)建构主义理论注重“自主学习”,有助于拓展、创新能力培养。从人类的认知规律上看,学习应该是一种主动行为。建构主义理论遵循认知规律注重学习的主动性,认为在教学模式中,学生应该是信息加工的主体,是知识意义的主动建构者,教学资料(包括教材、网络、图书馆、资料室等)是学生主动的对象,教学、实验设备是学生主动的工具;而教师只起指导、帮助和促进的辅助作用。学生在主动的过程中,以当前的知识和技能为增长点,扩展产生新的知识和技能,不断重复,其间可能出现创造性思维,也就是创新的开始。
三、基于建构主义理论的高职嵌入式系统课程教学探索
基于上述建构主义理论的引导作用,笔者结合这些年来的教学经验,在实际教学中进行了应用与探索。
1.摸底学生情况,以学生为中心。建构主义教学观的核心是以学生为中心,要求整个教学过程围绕学生进行,而高职生源结构多样化,学生学习能力很不平衡,加之嵌入式系统课程本身具有“门槛性”,因此有必要对学生做一次摸底。具体为:首先让学生进行一次综合性的笔测,内容为与嵌入式系统相关的前导课程知识(如汇编、C、模电、数电等);然后让每一个学生对自己测试的情况做一次自我认知发言。这样做的好处在于:一方面,教师可以根据学生的测试情况掌握学生的基础,确定是否需要对前期知识做强化补充;另一方面,教师能够根据学生的表现初步了解学生的个性,为后续以学生为中心的个性化指导做好铺垫。
2.创设学习情境,任务式教学。建构主义理论提倡:学生的学习活动必须与大的任务或问题相结合,以探索问题来引动和维持学习者学习兴趣和动机。基于此理论,结合对学生摸底的情况,首先,我们可以创设出一个学习情境,如开发车载信息系统,并提出总任务的要求,即此车载信息系统要求实现哪些功能。然后,帮助学生理解、分析这个任务,再和学生一起将这个任务分解为子任务。如车载信息系统中的时钟功能模块,作为被分解后的一项子任务,要求实现系统时间显示、系统时间修改、闹钟设置功能。其主要目的是通过完成这项任务使学生学会实时时钟的硬件控制原理和设计方法,掌握S3C2410处理器RTC模块程序设计方法。采用这种方式,很大程度上促成了学生的学习动机,提升了学生的学习兴趣。
3.引导式自主学习,独立解决问题。自主学习是建构主义理论的重点内容,注重学习过程中学生的“主动”作用,但教师的“引导”作用也不能忽视。在此过程中,教师应该提出完成任务的线索,提供相关资料或获取资料的途径,并组织学生进行自主学习。以上述实时时钟功能子任务为例,教学时,教师首先介绍嵌入式系统中实时时钟的基本应用情况,讲解S3C2410实时时钟单元知识,给出完成该任务的基本思路;然后,向学生下发任务书,任务书中包括了该任务的目标、内容、应用环境,相关资料或者资料途径,注意事项等;最后把主动权交给学生,引导学生学习,并在整个过程中与学生交互,并监督。学生拿到任务书后,结合教师的引导,按照任务书上的内容进行自主学习(通过教材、资料、网络等途径),在学习中遇到问题,自己分析,尝试解决,如果无法处理,再与教师交流。通过这种方式学习,在一定程度上降低了学生对理论知识的枯燥感,同时也锻炼了学生自主获取知识、独立解决问题的能力。
4.协作完成任务,鼓励拓展创新。在嵌入式技术领域中,大部分工作都需要由团队合作才能完成。因此,在教学实践中,必须要注意学生团队意识的培养。我们的做法是:根据学生的基础、能力和性格,以互补的方式分成小组,每组不超过4人。当学生完成自主学习后,每组组长负责召集组员,组织讨论,每个组员将自主学习的成果、体会与他人交流,相互学习,共同归纳,取长补短,然后共同商讨当前任务的解决方案。教师可加入到讨论中,根据学生的情况给予一定的提示,鼓励学生制订解决方案时考虑在实现基本功能的前提下,进行功能拓展。在学生上机实践时,教师认真观察,进一步了解学生,掌握学生的进度,对出现的问题及时解决。通过协作的方式共同完成任务,学生之间的团队意识就逐渐地被培养起来,甚至可能出现团队的整体创新。
5.发展性任务评价,结合行业总结。建构主义理论强调发展性评价。评价的核心思想是学生是否完成了对新知识的意义建构,是否有创造性思维。所以,在评价过程中,教师要重视学生的作品,评价以鼓励为主,特别是发现某些学生知识扩展了,或者某些作品中出现了闪光点,就一定要充分地肯定,树立学生的信心,提高学生的积极性。同时,还可以邀请行业的技术人员参加评价,将学生的作品和行业的产品进行比较,提出合理化建议,帮助学生修改。另外,教师还可以引入竞争机制,并象征性地予以奖励,激发学生的学习热情,刺激学生的创造性思维。
四、结束语
综上所述,将建构主义理论引入到高职嵌入式系统课程教学中,恰好能够解决当前存在的一些问题。首先,针对课程的“门槛性”在一定程度上缓解了高职学生基础较差的问题;其次,有效解决了课程教学方法落后的问题;再次,处理了课程理论内容抽象的问题;最后,落实了学生拓展创新能力培养的问题。除此之外,新的模式还加入了团队环节,锻炼了学生的交际能力、表达能力以及协作能力。
[参考文献]
[1]姜大源.职业教育学研究新论[M].北京:教育科学出版社,2007.
[2]贾研.基于构建主义的高等职业教育教学改革研究[J].黑龙江科技信息,2008(28).
[3]叶传奇.基于建构主义理论的程序设计基础教学实践[J].福建电脑,2009(12).
[4]钟永芳.任务驱动教学法在中专计算机应用基础课中的初探[J].科技资讯,2008(10).
[5]王洪艳.基于建构主义理论的高职单片机教学方法的探讨[J].黑龙江科技信息,2009(6).