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摘 要：由于电子信息行业的嵌入式技术更新发展快，产品开发工具多样且变化剧烈，导致《片上电子信息系统》以提高学生自主学习能力为主导的改革势在必行。本文根据学习理论、学习迁移理论等研究了益于学生知识结构构建和学习迁移的片上系统教学内容设计方法，并以实现流程及工具操作的讲解为例提出了具体的相关实施方法。该设计方法能够提高学生自主学习能力，为培养符合社会需求的人才提供保障。
关键词：片上系统 自主学习 学习迁移 教学内容
中图分类号：G633 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）08（b）-0121-02
1 研究背景
近十年，可编程逻辑器件、单片机、DSP、ARM等技术与市场飞速发展，相关的技术、教学素材有所增加，涌现出大量的技术书籍、教材、实验案例、开发套件、技术资料等。以SOPC（system on programmable chip）为核心内容片上电子信息系统虽代表着嵌入式系统发展的方向，可由于其内容较新、对人才知识技能要求高、软硬件结合难度大等原因，国内开设片上电子信息系统的学校也非常少[1]，与片上电子信息系统（SOPC）相关教材、甚至是科技书籍都寥寥无几[2～5]，精品课更是寥若星辰。鉴于已有的技术书籍主要针对工程技术人员阅读，不易于相关知识基础薄弱的本科生学习和理解，我们急需参考国外相关课程和国内外科技书籍，对课程内容进行完整的梳理和总结，仔细编排教学内容，并反映片上电子信息系统最为基础、本质和实用的内容，体现知识发展前沿，使学生掌握片上电子信息系统最基本的理论和观点，掌握学习这门课的基本学习态度和方法，相关的操作实践方法等，达到教学内容丰富全面、逻辑清晰、条理清楚的目标。另一方面，由于电子信息行业中嵌入式技术更新发展较快，产品的更新换代乃至产品开发工具变化较为剧烈[6]，导致《片上电子信息系统》以培养学生自主学习能力为主导的改革势在必行。这样对教学内容的设计就提出新的要求。因而，我们课堂教学内容设计应该是在学习理论、学习动机、自主学习等理论的指导下，根据课程的特点、教学目标、学生的先验知识等进行精心设计，使学生构建起易扩展的、牢固的知识结构，以利于学习迁移的进行，进而提高学生的自主学习能力。
因此，这篇论文在国内《片上电子信息系统》课程现状下，如何进行益于学生知识结构构建和学习迁移的《片上电子信息系统》教学内容的设计进行研究。
2 研究依据的理论基础
学习理论解释是有关学习的实质、过程、条件等根本问题的一些观点，它强调人类学习是建立、重组认知结构的过程。研究认知学习理论的代表学者之一是布鲁纳，布鲁纳认为教学的一大任务就是为最佳的理解提供最佳的知识结构[7～8]。
从教材理解方面，懂得基本原理会使学科更容易理解；从教材迁移方面，掌握了较基本的原理或结构，就可以把事情作为更普遍的事情的特例去理解，从而有助于增进学习中的迁移。
从教材记忆方面来看，“除非把一件事情放进构造得好的模式里面，否则很快就会忘记”。
学习迁移理论研究的是一种学习对另一种学习的影响。其中按照内容划分为普遍迁移、特殊迁移。主要的迁移相关的观点有[7]：
（1）现代迁移理论认为认知结构与迁移有重要联系：主要体现在认知结构的可利用性、可辨别性和巩固性对迁移的影响。
（2）充分或过度学习是有效迁移的一个有利条件。
（3）学习任务的难易程度与迁移也有影响。
（4）迁移假设理论认为通过假设形成的思考顺序和假设范围会影响以后对类似问题的解决。
3 教学内容设计方法
结合理论，具体的实施方法在本篇文章中以实现流程及工具操作的讲解为例作如下说明：
在《片上电子信息系统》这类实践性较强的课程中，往往涉及在具体编程环境中工具的操作。面对纷繁的命令、原理和流程，如果教师眉毛胡子一把抓，从头按部就班地把操作一点点讲起，就会造成学生不甚清晰的学习结构，造成记忆和将来学习迁移的困难，没有一个整体的对基本原理、基本态度的掌握，不利于提高学生自主学习能力。本文作者经过分析，得出讲授工具与流程过程中，可以围绕原理的介绍、工具的介绍和流程的介绍三个线索展开。
首先是原理的介绍：指讲述诸如高级编程语言源代码输入、编译、连接、形成可执行文件、存储器分段及配置、程序加载执行等的原理（针对C语言或者处理器内核）；或者讲述源代码输入、约束条件、综合、布局布线、添加约束、在线调试、下载等的原理（针对逻辑编程语言verilog或VHDL、FPGA）；这些原理使学生对工具或者流程完成工作的内部机理有所了解，方便学生在理解基础上认识工具和流程。
然后是工具的功能介绍：分为每个工具组件的介绍、每个工具的窗口界面中显示内容、命令菜单的介绍，包括工程窗口、信息窗口、内容窗口。菜单包括：文件、调试、编辑、工具、选项等。具体在工具介绍中还涉及某一工具操作流程是哪些命令（动作）组合实现的、哪些窗口显示哪些内容、如何根据内容调整（交互）等内容。所以这部分既包括按照各种工具功能的介绍，可以渗透工具与原理、流程的对应关系。
最后是流程的介绍：脱离某一具体的工具，因为某流程中可以通过可换的工具或者命令实现。比如下载可以用iMPACT命令，也可以用EDK集成界面上的download bitstream实现[2]。这样的例子比比皆是。具体讲解中应注意片上系统基本原理与Altera开发、C语言软件开发或FPGA硬件开发的类比性（学习迁移（4）），可以将原理与流程与他们进行类比，分析联系与区别，加深学生对知识的理解，巩固学生知识，从而有利于学生学习迁移能力的培养。
实际中编程工具和实现流程的介绍还是比较抽象的。如果能够以某一实例介绍，就会使学生有非常深刻的印象，从降低学习的难度，将知识掌握扎实而成为坚固的知识结构。根据知识迁移中的“知识的巩固性、熟练程度、充分或者过度学习”对新旧知识发生联系，发生有效学习迁移的影响（学习迁移（1），（2））[7]。应该不吝啬时间来讲这些典型的、重要的、基础的、具有演示性意义的例子和基础知识。这将有利于易于进行学习迁移的内容留到自主学习中去解决（学习迁移（3））。 这种利于学生进行知识结构构建、学习迁移的教学内容设计方法，对于学习者主动获取知识、构建知识结构、加强探索能力等具有重要作用，从而能够提高学生的自主学习能力，这种能力会一直延续到学生将来的学习工作中，使学生终身受益。
4 结语
市场的需求和技术的发展趋势决定了片上电子信息系统在本科生实践教学中的非常重要地位，技术的飞速发展、应用环境的多样、开发工具的大量涌现决定了对这种应用实践性较强的课程更需要注重提高学生的自主学习能力[6，9]。作者所在的北京信息科技大学非常重视打造信息学科特点的实践课程，作者根据国内实践教学和片上电子信息系统课程的现状，进行了益于提高学生自主学习能力的教学内容设计的探索研究。
本文所述的设计方法都有充分的理论依据，是根据作者一年来在课程教学、课程设计教学和专业综合实践等实践课程的具体实施过程中探索出来的，其中很多应该还需在未来的教学反馈基础上进一步改进。在此教学内容设计方法的基础上得到的内容分解体系，与益于提高学生自主学习能力的教学方法、手段结合，才能使得教学的知识性、启发性、全面培养学生的目标得到更好的实现，使得课程在全方位的得到提升和优化，使得学生在有限的学习时间、有限的学习基础上，扎实掌握片上电子信息系统相关的理论基础知识，建立起易拓展的、利于学习迁移的知识结构，培养出较强的片上信息的系统设计、实践和应用能力，较强创新性能力，满足未来嵌入式系统发展的需要，与社会应用需求接轨的优异的宽口径应用实践型人才。
参考文献
[1] 李兰英，崔永利，李妍，等.基于FPGA 技术的嵌入式应用型人才培养教学体系[J].计算机教育，2011（16）：18-21.
[2] 何宾.片上可编程系统原理及应用[M].清华大学出版社，2010.
[3] 杨强浩.基于EDK的FPGA嵌入式系统开发[M].机械工业出版社，2008.
[4] 董代洁.基于FPGA的可编程SoC设计[M].北京航空航天大学出版社，2006.
[5] 郭兵，沈艳，林永宏，等.SoC技术原理应用[M].清华大学出版社，2006.
[6] 刘溯奇.嵌入式系统工程专业方向人才培养可行性研究[J].广西民族师范学院学报，2010，27（5）：119-122.
[7] 朱文彬，赵淑文.高等教育心理学[M].首都师范大学出版社，2007.
[8] 李兴蓉，郭红生，张连刚.大学生网络自主学习效果影响因素实证分析[J].现代教育管理，2011（10）：57-60.
[9] 刘光徽，李耀，章磊.应用型嵌入式系统课堂教学研究[J].中国科教创新导刊，2010（19）：30.
①资助项目：北京信息科技大学2012年度教学改革立项资助“培养学生自主学习能力的《片上电子信息系统》教学内容与方法探索研究”（2012JGYB19）；
北京信息科技大学2012年度教学改革立项资助（2012JGYB17）。
关键词：片上系统 自主学习 学习迁移 教学内容
中图分类号：G633 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）08（b）-0121-02
1 研究背景
近十年，可编程逻辑器件、单片机、DSP、ARM等技术与市场飞速发展，相关的技术、教学素材有所增加，涌现出大量的技术书籍、教材、实验案例、开发套件、技术资料等。以SOPC（system on programmable chip）为核心内容片上电子信息系统虽代表着嵌入式系统发展的方向，可由于其内容较新、对人才知识技能要求高、软硬件结合难度大等原因，国内开设片上电子信息系统的学校也非常少[1]，与片上电子信息系统（SOPC）相关教材、甚至是科技书籍都寥寥无几[2～5]，精品课更是寥若星辰。鉴于已有的技术书籍主要针对工程技术人员阅读，不易于相关知识基础薄弱的本科生学习和理解，我们急需参考国外相关课程和国内外科技书籍，对课程内容进行完整的梳理和总结，仔细编排教学内容，并反映片上电子信息系统最为基础、本质和实用的内容，体现知识发展前沿，使学生掌握片上电子信息系统最基本的理论和观点，掌握学习这门课的基本学习态度和方法，相关的操作实践方法等，达到教学内容丰富全面、逻辑清晰、条理清楚的目标。另一方面，由于电子信息行业中嵌入式技术更新发展较快，产品的更新换代乃至产品开发工具变化较为剧烈[6]，导致《片上电子信息系统》以培养学生自主学习能力为主导的改革势在必行。这样对教学内容的设计就提出新的要求。因而，我们课堂教学内容设计应该是在学习理论、学习动机、自主学习等理论的指导下，根据课程的特点、教学目标、学生的先验知识等进行精心设计，使学生构建起易扩展的、牢固的知识结构，以利于学习迁移的进行，进而提高学生的自主学习能力。
因此，这篇论文在国内《片上电子信息系统》课程现状下，如何进行益于学生知识结构构建和学习迁移的《片上电子信息系统》教学内容的设计进行研究。
2 研究依据的理论基础
学习理论解释是有关学习的实质、过程、条件等根本问题的一些观点，它强调人类学习是建立、重组认知结构的过程。研究认知学习理论的代表学者之一是布鲁纳，布鲁纳认为教学的一大任务就是为最佳的理解提供最佳的知识结构[7～8]。
从教材理解方面，懂得基本原理会使学科更容易理解；从教材迁移方面，掌握了较基本的原理或结构，就可以把事情作为更普遍的事情的特例去理解，从而有助于增进学习中的迁移。
从教材记忆方面来看，“除非把一件事情放进构造得好的模式里面，否则很快就会忘记”。
学习迁移理论研究的是一种学习对另一种学习的影响。其中按照内容划分为普遍迁移、特殊迁移。主要的迁移相关的观点有[7]：
（1）现代迁移理论认为认知结构与迁移有重要联系：主要体现在认知结构的可利用性、可辨别性和巩固性对迁移的影响。
（2）充分或过度学习是有效迁移的一个有利条件。
（3）学习任务的难易程度与迁移也有影响。
（4）迁移假设理论认为通过假设形成的思考顺序和假设范围会影响以后对类似问题的解决。
3 教学内容设计方法
结合理论，具体的实施方法在本篇文章中以实现流程及工具操作的讲解为例作如下说明：
在《片上电子信息系统》这类实践性较强的课程中，往往涉及在具体编程环境中工具的操作。面对纷繁的命令、原理和流程，如果教师眉毛胡子一把抓，从头按部就班地把操作一点点讲起，就会造成学生不甚清晰的学习结构，造成记忆和将来学习迁移的困难，没有一个整体的对基本原理、基本态度的掌握，不利于提高学生自主学习能力。本文作者经过分析，得出讲授工具与流程过程中，可以围绕原理的介绍、工具的介绍和流程的介绍三个线索展开。
首先是原理的介绍：指讲述诸如高级编程语言源代码输入、编译、连接、形成可执行文件、存储器分段及配置、程序加载执行等的原理（针对C语言或者处理器内核）；或者讲述源代码输入、约束条件、综合、布局布线、添加约束、在线调试、下载等的原理（针对逻辑编程语言verilog或VHDL、FPGA）；这些原理使学生对工具或者流程完成工作的内部机理有所了解，方便学生在理解基础上认识工具和流程。
然后是工具的功能介绍：分为每个工具组件的介绍、每个工具的窗口界面中显示内容、命令菜单的介绍，包括工程窗口、信息窗口、内容窗口。菜单包括：文件、调试、编辑、工具、选项等。具体在工具介绍中还涉及某一工具操作流程是哪些命令（动作）组合实现的、哪些窗口显示哪些内容、如何根据内容调整（交互）等内容。所以这部分既包括按照各种工具功能的介绍，可以渗透工具与原理、流程的对应关系。
最后是流程的介绍：脱离某一具体的工具，因为某流程中可以通过可换的工具或者命令实现。比如下载可以用iMPACT命令，也可以用EDK集成界面上的download bitstream实现[2]。这样的例子比比皆是。具体讲解中应注意片上系统基本原理与Altera开发、C语言软件开发或FPGA硬件开发的类比性（学习迁移（4）），可以将原理与流程与他们进行类比，分析联系与区别，加深学生对知识的理解，巩固学生知识，从而有利于学生学习迁移能力的培养。
实际中编程工具和实现流程的介绍还是比较抽象的。如果能够以某一实例介绍，就会使学生有非常深刻的印象，从降低学习的难度，将知识掌握扎实而成为坚固的知识结构。根据知识迁移中的“知识的巩固性、熟练程度、充分或者过度学习”对新旧知识发生联系，发生有效学习迁移的影响（学习迁移（1），（2））[7]。应该不吝啬时间来讲这些典型的、重要的、基础的、具有演示性意义的例子和基础知识。这将有利于易于进行学习迁移的内容留到自主学习中去解决（学习迁移（3））。 这种利于学生进行知识结构构建、学习迁移的教学内容设计方法，对于学习者主动获取知识、构建知识结构、加强探索能力等具有重要作用，从而能够提高学生的自主学习能力，这种能力会一直延续到学生将来的学习工作中，使学生终身受益。
4 结语
市场的需求和技术的发展趋势决定了片上电子信息系统在本科生实践教学中的非常重要地位，技术的飞速发展、应用环境的多样、开发工具的大量涌现决定了对这种应用实践性较强的课程更需要注重提高学生的自主学习能力[6，9]。作者所在的北京信息科技大学非常重视打造信息学科特点的实践课程，作者根据国内实践教学和片上电子信息系统课程的现状，进行了益于提高学生自主学习能力的教学内容设计的探索研究。
本文所述的设计方法都有充分的理论依据，是根据作者一年来在课程教学、课程设计教学和专业综合实践等实践课程的具体实施过程中探索出来的，其中很多应该还需在未来的教学反馈基础上进一步改进。在此教学内容设计方法的基础上得到的内容分解体系，与益于提高学生自主学习能力的教学方法、手段结合，才能使得教学的知识性、启发性、全面培养学生的目标得到更好的实现，使得课程在全方位的得到提升和优化，使得学生在有限的学习时间、有限的学习基础上，扎实掌握片上电子信息系统相关的理论基础知识，建立起易拓展的、利于学习迁移的知识结构，培养出较强的片上信息的系统设计、实践和应用能力，较强创新性能力，满足未来嵌入式系统发展的需要，与社会应用需求接轨的优异的宽口径应用实践型人才。
参考文献
[1] 李兰英，崔永利，李妍，等.基于FPGA 技术的嵌入式应用型人才培养教学体系[J].计算机教育，2011（16）：18-21.
[2] 何宾.片上可编程系统原理及应用[M].清华大学出版社，2010.
[3] 杨强浩.基于EDK的FPGA嵌入式系统开发[M].机械工业出版社，2008.
[4] 董代洁.基于FPGA的可编程SoC设计[M].北京航空航天大学出版社，2006.
[5] 郭兵，沈艳，林永宏，等.SoC技术原理应用[M].清华大学出版社，2006.
[6] 刘溯奇.嵌入式系统工程专业方向人才培养可行性研究[J].广西民族师范学院学报，2010，27（5）：119-122.
[7] 朱文彬，赵淑文.高等教育心理学[M].首都师范大学出版社，2007.
[8] 李兴蓉，郭红生，张连刚.大学生网络自主学习效果影响因素实证分析[J].现代教育管理，2011（10）：57-60.
[9] 刘光徽，李耀，章磊.应用型嵌入式系统课堂教学研究[J].中国科教创新导刊，2010（19）：30.
①资助项目：北京信息科技大学2012年度教学改革立项资助“培养学生自主学习能力的《片上电子信息系统》教学内容与方法探索研究”（2012JGYB19）；
北京信息科技大学2012年度教学改革立项资助（2012JGYB17）。