朱贇

摘   要：翻转课堂教学法是在信息技术的支持下让学生在课外学习基础知识、课堂中教师在以学生为中心的教学活动中引导学生培养高阶思维的认知过程。FPGA的广泛运用使“FPGA”课程的重要性日益凸显。这门课程要求学生在FPGA器件上进行应用和开发，既需要理论基础，又需要实践能力。文章分析了翻转课堂的目标以及理想的话语环境，叙述了笔者在“FPGA”课堂上的实践，说明有效的知识加工方式能促进学生学习和实践的深入进行。利用师生互动性话题、开放性话题，推动反省性思维、创造性思维和批判性思维的拓展，使学生负责任地学习、主动地学习，走上自主发展之路。

关键词：翻转课堂;高阶思维;“FPGA”

现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）应用领域不断扩大，成为现代电子工程师需要掌握的重要器件之一，很多院校都在加强“FPGA”课程的建设[1]。这门课程要求学生在FPGA器件上进行应用和开发，既需要理论基础，又需要实践能力[2]。翻转课堂教学法是在信息技术的支持下让学生在课外学习基础知识、课堂中教师在以学生为中心的教学活动中引导学生培养高阶思维的认知过程。学习科学是在真实情景下探究学生学习的过程，并以此为依据设计学习环境，促进有效的学习，帮助学生培养高阶能力，是推动教育深层变革中研究和实践相统一的跨学科领域[3]。本文旨在探究翻转课堂中课堂互动的方式以及在“FPGA”教学实践中的运用。

1    “FPGA”课程的特点

1.1  FPGA器件

FPGA器件可实现并行运算，大大加快了信号处理的速度，扩大了容量，具有在现场可重复编程的特性，开发灵活、升级方便，使用IP的开发更加快捷、高效且成本低廉。随着通用处理器以软核形式灵活地移植到FPGA中，FPGA器件擁有了较强的运算和控制功能。FPGA的广泛运用使“FPGA”课程的重要性日益凸显。

1.2  课程特点

“FPGA”课程涉及数字逻辑基础、电子系统设计、器件和EDA开发工具等内容，基础理论和实践性并重，课程教学方法多样。开发过程包括设计、编程、仿真、硬件调试等多个环节，整体实验时间较长。因此鼓励学生利用课外时间动手实验，加强对实验的预习，事先编写FPGA实验的软件代码并进行必要的仿真。在课内实验中，学生可以直接进行相关的硬件和软件调试，从而节约实验时间，并且能够在课堂上及时就预习时发现的问题进行讨论。

2    翻转课堂的特点

2.1  以学生主体

与传统课堂内容比较，翻转课堂内容发生了变化，认知类的学习被安排在课前。学生在课前通过预习等方式完成学习准备，课堂上在教师设置的理想环境中进行讨论、练习，推动思维拓展，在自身认知基础上学习新知识。不同于传统课堂，翻转课堂的主体是学生。学生在教学模式中从被动的角色转变为主动的角色，这样的模式有助于学习的深入进行，这是翻转课堂可贵的地方。学生主动参与课堂内容，自主地获取学习资源和教师指导，因此学习的效率更高。

2.2  培养高阶思维

记忆、理解、应用等低阶思维多见于传统课堂，当利用技术手段把这些内容安排到课前，而把分析、评价、创造这些高阶思维的学习活动安排在翻转课堂内，学生在课堂上进行的学习就有了质的变化。以学生为主体的思考讨论，是培养高阶思维的方式。在课堂上，通过师生互动性话题、开放性话题，推动反省性思维、创造性思维和批判性思维的培养[4]，从而使学生负责任地学习、主动地学习，走上自主发展之路，这才是高校教育的初心。

3    争论式教学

当今社会，争论能力成为教育目标和标准。亚里士多德认为，争论有说明式、说服式和辩证式。说明式争论就是陈述观点，是争论者和听众之间的对话，目的是使他人相信争论者的主张。辩证式争论是在对话游戏或讨论期间多位提案者之间的对话，目的是解决多个观点之间的差异。

3.1  争论式教学有助于培养高阶思维

知识加工涉及对新的信息元素进行组织、重构、关联、整合等，存在于协作学习的讨论中。翻转课堂的教育目的是促进学生自己把握学习的节奏，从以教师为中心的教学向以学习者为中心转变。在课内，教师作为学习的促进者和协调者，可以利用小组学习、答疑、同伴讨论等方式促进学习者对知识的深度加工，实现高阶思维的培养。争论式教学能促进学生更有效地进行知识加工。

3.2  争论式教学支架

图尔敏的争论模型是说服式争论，由主张、依据、辩解、支持辩解的证据、反驳、模型适用性几个元素组成[5]。根据图尔敏模型，争论包括对反观点的反驳，但没有强调形成较强的或多个反对观点。沃尔顿的争论模型包含一系列批判性问题及正反方观点和论据的整合，强调的是辩证性的推理。

4    “FPGA”教学实践

“FPGA”课堂实践性很强，引入翻转课堂的概念，有利于帮助学生在课前完成预习，对课程内容有一定了解，完成初步的程序设计。在课堂内通过实践、讨论、争论的形式完成知识的加工及实践。先由一方提出观点，并陈述证据和辩解，然后由另一方提出反观点，在争论中，由学生双方提出各自的证据和辩解。这样的形式对于培养学生观点陈述方面的能力有很大帮助。

“FPGA”的设计实践可以是同一种问题有多种解题思路。因此，在课堂中引入争论式教学，让同学们自己分辨哪种解题思路更好，学生发现了不同实现方法的工作效率、容错能力是不同的，从而对设计方案有更深入的理解。HDL代码描述硬件功能的时候，主要有结构化描述方式、数据流描述方式和行为级描述方式3种基本描述方式。在课堂中也采用争论式教学，引导学生自行收集资料，为不同模式的程序辩论。在争论中，学生生动地比较了3种模式，有同学还发现不同模式的描述综合生成的电路有差别，由此对知识点有更深入的思考。这样的课堂组织形式，为同一主题争取了更多角度的思考，能帮助学生养成勤思考的习惯，在动手的同时又有思考、论述、发现和探索的过程，而以前的实践课堂只有老师讲、学生做的形式，新的教学实践带来了更丰富的思路。