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摘要：“微机原理与接口技术”是一门软、硬件结合，概念抽象的专业基础课，课程的实践教学是进一步帮助学生在实践中提高认识、建立知识结构、指导高级实践的过程。根据认知的基本规律并结合现代化的教学手段，探讨建立分层实践教学体系。
关键词：实践教学；认知理论；分层；教学效应；目标导向
作者简介：邝劲松（1972-），男，湖南郴州人，湘南学院物理与电子信息工程系，讲师，南华大学计算机学院硕士研究生；陈水先（1960-），男，湖南郴州人，湘南学院物理与电子信息工程系，教授。（湖南 郴州 423000）
基金项目：本文系电子电气类专业《微机原理与接口技术》教学改革、湘南学院院级教改项目（项目编号：2010Y011）的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）31-0163-02
J.布鲁纳把良好的学习活动规定为三个紧密联系的步骤，即新知的获得、内部转化加工和对加工的检查。教学活动应促使学生在学习活动中自主学习、积极构建认知结构，并指导有意义的实践活动。“如果有了正确的理论知识，只是把它空谈一阵，束之高阁，并不实行，那么，这种理论再好也是没有意义的。”[1]因此，实践教学是课程教学的重要组成部分，也是大学生获取知识的重要途径。
一、课程改革与教学现状分析
目前在各高校的课程实践教学中，大部分都强调现代化教学手段的应用与创新，重视实践教学中教师的指导作用和学生的自主地位，并且提倡实践中的协作精神。因此，建立了课堂实验、任务驱动和创新培养的教学模型，设置了不同阶段的验证型、设计型和创新型实验项目，开拓了网络、虚拟和校企联合等开放的实践教学平台。[2]诸如此类的改革和创新的方向都是合理且正确的，但是在实践教学过程中依然存在以下几个方面的问题：一是缺少基本的实践动手能力，大部分学生认为自己解决问题的能力差，不善于运用知识、分析问题。二是缺少自主探究的学习能力和协作精神，学习方法不科学，不善于归纳和演绎。三是缺少开拓、创新精神，不善于发挥主观能动性。
现代化的信息技术固然加强了传统的理论与技术之间的联系，但是过分追求教学活动中的内容与形式的创新，而忽视了大学生认知过程的规律以及硬性的认知目标导向，必然会导致以上问题的产生，从而影响实践教学效果和学生学习能力的培养。
二、基于认知理论的分层实践教学体系的构建
1.分层实践教学体系的基本分析
辩证唯物主义的认识论指出：人们首先是从实践中获得感性认识，然后通过归纳和演绎、分析和综合对感性材料进行逻辑加工，以概念、判断、推理的形式形成理性认识，最后通过理想的目的、理想的计划和理想的方案等形式应用于实践，向现实转换。[3]因此，认识的建立经历了从感性到理性的转变，又从理性到实践的飞跃，而且每一个阶段都体现了实践的重要性和认识的能动性。
认知负荷理论认为：教学的主要目的是在人的长时记忆中存储信息，并指出知识和技能以图式的形式存储在人的长时记忆中。图式构建以后，经过大量的实践进一步将其自动化。图式自动化可为其他活动在长时记忆中释放空间。因此，熟悉的任务可以被准确流利地操作，同时不熟悉任务的学习也由于获得了极大限度的记忆空间而可以达到高效率。[4]
在“微机原理与接口技术”课程实践教学体系的构建中，笔者认为必须遵循大学生认知的基本规律，了解学生的学习行为和认知方式的倾向，依据认知负荷理论的教学效应建立结构清晰、脉络分明的分层实践教学模型，将实践教学划分为验证—扩展实验平台、设计—综合实验平台和开放—创新实验平台等三个层次，制定每个层次的实践教学的硬性培养目标，整合多种思维方式和学习方式进行创建、实施，如图1所示。
实践教学的三个层次和认识过程的三个阶段相互对应、紧密联系。在实践教学设计中，考虑认知负荷理论提供的促进教学中央执行机构使用的教学效应，尽量减少学生外部认知负荷，增加关联认知负荷。[4]其中要着重培养学生的逻辑思维和创新思维，挖掘学生在自主性、探究性和协作性等方面的学习特性，发挥学生的自主学习能力和主观能动性，[5]从而在学生的知识体系中建立牢固的认知和技能。同时，要针对硬性的学习目标导向建立灵活评估机制以及偏离目标时的调回途径。
2.分层实践教学体系结构
（1）验证—扩展实验平台。通过课堂教学中的实物演示、验证实验和虚拟实验构建验证—扩展实验平台，增强学生的感性认识，扩展学生认知的对象和范围。
根据样例效应和完成问题效应的教学设计，本层次的验证实验主要是用已经解决好的样例替代传统的问题，这些有解样例学生必须认真验证、总结经验。通过有解样例的学习，新手可以获益良多；而随着学生实践经验的丰富，用待完成的问题来代替传统的问题，在问题中提供部分解决方案，其余的过程与解决方案由学生来扩展、实现。
在“微机原理与接口技术”课程中，学生必须认识硬件（如封装芯片、多层电路、复杂设备）的内部结构和工作原理。因此，基于分散注意力效应和形式效应的教学设计可以通过一个整合的信息源来代替多种信息源（经常是图片并伴有文字）或口语解释的文本和视觉信息源（多种形式）代替书面文本和图表等视觉信息源（单一形式），以充分展示和认识硬件的内部结构和外部特性，如实物模型、视频教学等。特别是在高仿真的虚拟实验环境下，可以非常直观地了解硬件工作时的每一个动作及其时序关系，跟踪信号流向及其变化形式，从而获得具体情景和直接刺激的感性认识。
验证实验的重点是可以扩展学生的视野和知识变迁的范围，形成以点带面、触类旁通、从个别到一般的认识基础，激发学生探索实践的兴趣。感性认识的形成在每一个实践环节都会不断得到加强和提高，感性认识是认识的初级阶段，如果没有丰富的感性认识，而只有被动接受的抽象的理性认识，那么这种脱节的理论知识就犹如空中楼阁，是不生动的和不可靠的。 （2）设计—综合实验平台。通过专业实验室的实验设备和预设的实验项目构建设计—综合实验平台，运用分析、归纳、总结的逻辑思维能力建立可靠的理性认识。
本平台的主要作用是利用固有的实验设备进行多样化的设计型和综合型实验的实践教学，强调学生在解决问题的过程中学习。学生以自主学习或协同学习的形式，在多变的或复杂的环境条件下、或者在多样性的目标导向下进行设计型和综合型实验，促使学生思考、求证不同表征的实验现象，自觉通过分析、归纳、总结获得实验对象的本证，完成在实践中检验知识、提高认识并上升到抽象的理性认识的跃变过程。本环节的重点是实验项目的设计和实践过程中学习方式、思维能力的培养。
一是根据变式效应，精心设计不同条件或增加可变条件及任务呈现的方式，或者定义不同任务导向，以及不同操作上下文情境等情况下的设计型实验项目。
二是根据目标自由效应，用目标自由的题目来代替为学习者提供特定目标的传统题目，设计复杂的问题或任务的综合型实验项目。
三是针对不同实验项目建立相应的学习机制和目标导向。
按照以上要求，笔者建立了“微机原理与接口技术”课程实践教学的部分实验项目表，如表1所示。
（3）开放—创新实验平台。结合开放实验室和电子设计竞赛，创造实践场景，实施校企联合，建立开放—创新实验平台，增强理性认识和创新思维，使之应用于实践，向现实转变。
随着学生专业知识的增加，本环节的实践教学是在前两个层次的基础上，基于指导隐退效应，依托开放性实验室，以竞赛为引领，以应用为驱动，引导学生积极开拓、勇于创新，把理性认识创造性地应用于实践，实现知识的转化与升华。这一阶段的实践既需要知识的横向归纳、总结，也需要知识的纵向演绎和整合，从而形成完整的科学知识体系，正确指导实际应用。
开放性实验室打破了传统实验室的禁锢，是学生自主学习的良好平台，学生可以不受空间和时间的限制，根据教学进度和自身实际情况，自主选择实验课题，使学生自己处于实验教学的主导地位，掌握了学习的主动权。同时，师生之间能够平等地进行一对一的学习指导，尤其是注重将教师的科研成果转化为教学实验，形成适应学科特点及自身系统性和科学性的、完整的实验方案，以供学生选做。[6]
大学生电子设计竞赛是教育部倡导的大学生学科竞赛之一，目的在于培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风，有助于培养学生的工程实践素质，提高学生针对实际问题进行实践的能力。电子设计竞赛的选题一般都融合新的理论与技术，是跨学科的综合性选题，其仪器设备和培训都具有前瞻性、系统性和综合性。如智能小车的竞赛选题，它是一个以汽车电子为背景，涵盖控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多学科的科技创新设计，可应用于环境恶劣的工业生产过程，对进一步研究智能汽车具有一定的帮助。[7]
校企联合则让教学实践与企业实践有机结合，让学校和企业的设备、技术实现优势互补、资源共享。比如笔者所在单位与当地企业联合共建的微波实验室就是成功的案例。学生可以近距离接触技术前沿，参与到重大科研项目之中，极大地拓宽了学生的眼界。在开放的环境和真实的场景下，学生协作进行实际应用，完成知识的社会化，并在其中建构自己的知识体系。
3.分层实践教学体系评价
分层实践教学体系的评价标准主要表现在三个方面：
（1）实践分层设置与实践在认知过程中的作用的趋同性原则。要求根据不同课程的知识体系，按照认知规律以及认知进化的过程，清晰划分分层实践教学体系，准确定位和设置实验项目，建立硬性项目导向指标以及偏离目标时的调回途径。
（2）学生在实践中提升认知水平与学习的有效性原则。着重评估学生在实践教学中的思维能力和学习方式。在实践→认识→实践的认识过程中，通过硬性的实验目标导向指标对实践的水平和有效性进行评价。
（3）教学设计的合理性，确保学生承受的认知负荷不超过其能承受的认知负荷总量。如何保证实践负荷不超出学习者所能承受的认知负荷范围，从而让有效学习能够顺利发生是分层实践教学体系的评价重要原则。
三、结论
实践是人类认识客观世界的基础，是认识活动中的最重要环节。实践教学是高校教学工作的重要组成部分。根据认知理论进行实践教学改革的探讨，是基于多样化的教学手段和教学效应强调知识结构建设的重要尝试。一方面尝试建立了一个层次清晰的实践教学体系；另一方面在这一体系之上尝试建立了一套相应的教学评价原则。在实践中不断实现二者的相互配合与完善，并推动实践教学在“微机原理与接口技术”课程教学中的科学发展。
参考文献：
[1]毛泽东选集（第一卷）[M].北京：人民出版社，1991.
[2]叶爱敏，郑晓丽.基于混合式学习的《电视节目编导与制作》实践教学改革[J].现代教育技术，2012，2（22）：111-116.
[3]肖前.马克思主义哲学原理（上、下）[M].北京：中国人民大学出版社，1994，
[4]陈巧芬.认知负荷理理论及其发展[J].现代教育技术，2007，
9（17）：16-19.
[5]尤殿龙，申利民，欧丽菊.弹性学习的内涵、框架与应用的研究[J].电化教育研究，2010，（10）：162-164.
[6]覃庆国，杨亚培，蒋宁，等.依托学科优势构建电子信息类创新人才培养体系[J].电子科技大学学报（社会科学版），2010，5（12）：103-106.
[7]谢光奇，姚敏，王银峰，等.步进电机的单片机控制[J].湘南学院学报，2011，10（32）：37-41.
（责任编辑：孙晴）
关键词：实践教学；认知理论；分层；教学效应；目标导向
作者简介：邝劲松（1972-），男，湖南郴州人，湘南学院物理与电子信息工程系，讲师，南华大学计算机学院硕士研究生；陈水先（1960-），男，湖南郴州人，湘南学院物理与电子信息工程系，教授。（湖南 郴州 423000）
基金项目：本文系电子电气类专业《微机原理与接口技术》教学改革、湘南学院院级教改项目（项目编号：2010Y011）的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）31-0163-02
J.布鲁纳把良好的学习活动规定为三个紧密联系的步骤，即新知的获得、内部转化加工和对加工的检查。教学活动应促使学生在学习活动中自主学习、积极构建认知结构，并指导有意义的实践活动。“如果有了正确的理论知识，只是把它空谈一阵，束之高阁，并不实行，那么，这种理论再好也是没有意义的。”[1]因此，实践教学是课程教学的重要组成部分，也是大学生获取知识的重要途径。
一、课程改革与教学现状分析
目前在各高校的课程实践教学中，大部分都强调现代化教学手段的应用与创新，重视实践教学中教师的指导作用和学生的自主地位，并且提倡实践中的协作精神。因此，建立了课堂实验、任务驱动和创新培养的教学模型，设置了不同阶段的验证型、设计型和创新型实验项目，开拓了网络、虚拟和校企联合等开放的实践教学平台。[2]诸如此类的改革和创新的方向都是合理且正确的，但是在实践教学过程中依然存在以下几个方面的问题：一是缺少基本的实践动手能力，大部分学生认为自己解决问题的能力差，不善于运用知识、分析问题。二是缺少自主探究的学习能力和协作精神，学习方法不科学，不善于归纳和演绎。三是缺少开拓、创新精神，不善于发挥主观能动性。
现代化的信息技术固然加强了传统的理论与技术之间的联系，但是过分追求教学活动中的内容与形式的创新，而忽视了大学生认知过程的规律以及硬性的认知目标导向，必然会导致以上问题的产生，从而影响实践教学效果和学生学习能力的培养。
二、基于认知理论的分层实践教学体系的构建
1.分层实践教学体系的基本分析
辩证唯物主义的认识论指出：人们首先是从实践中获得感性认识，然后通过归纳和演绎、分析和综合对感性材料进行逻辑加工，以概念、判断、推理的形式形成理性认识，最后通过理想的目的、理想的计划和理想的方案等形式应用于实践，向现实转换。[3]因此，认识的建立经历了从感性到理性的转变，又从理性到实践的飞跃，而且每一个阶段都体现了实践的重要性和认识的能动性。
认知负荷理论认为：教学的主要目的是在人的长时记忆中存储信息，并指出知识和技能以图式的形式存储在人的长时记忆中。图式构建以后，经过大量的实践进一步将其自动化。图式自动化可为其他活动在长时记忆中释放空间。因此，熟悉的任务可以被准确流利地操作，同时不熟悉任务的学习也由于获得了极大限度的记忆空间而可以达到高效率。[4]
在“微机原理与接口技术”课程实践教学体系的构建中，笔者认为必须遵循大学生认知的基本规律，了解学生的学习行为和认知方式的倾向，依据认知负荷理论的教学效应建立结构清晰、脉络分明的分层实践教学模型，将实践教学划分为验证—扩展实验平台、设计—综合实验平台和开放—创新实验平台等三个层次，制定每个层次的实践教学的硬性培养目标，整合多种思维方式和学习方式进行创建、实施，如图1所示。
实践教学的三个层次和认识过程的三个阶段相互对应、紧密联系。在实践教学设计中，考虑认知负荷理论提供的促进教学中央执行机构使用的教学效应，尽量减少学生外部认知负荷，增加关联认知负荷。[4]其中要着重培养学生的逻辑思维和创新思维，挖掘学生在自主性、探究性和协作性等方面的学习特性，发挥学生的自主学习能力和主观能动性，[5]从而在学生的知识体系中建立牢固的认知和技能。同时，要针对硬性的学习目标导向建立灵活评估机制以及偏离目标时的调回途径。
2.分层实践教学体系结构
（1）验证—扩展实验平台。通过课堂教学中的实物演示、验证实验和虚拟实验构建验证—扩展实验平台，增强学生的感性认识，扩展学生认知的对象和范围。
根据样例效应和完成问题效应的教学设计，本层次的验证实验主要是用已经解决好的样例替代传统的问题，这些有解样例学生必须认真验证、总结经验。通过有解样例的学习，新手可以获益良多；而随着学生实践经验的丰富，用待完成的问题来代替传统的问题，在问题中提供部分解决方案，其余的过程与解决方案由学生来扩展、实现。
在“微机原理与接口技术”课程中，学生必须认识硬件（如封装芯片、多层电路、复杂设备）的内部结构和工作原理。因此，基于分散注意力效应和形式效应的教学设计可以通过一个整合的信息源来代替多种信息源（经常是图片并伴有文字）或口语解释的文本和视觉信息源（多种形式）代替书面文本和图表等视觉信息源（单一形式），以充分展示和认识硬件的内部结构和外部特性，如实物模型、视频教学等。特别是在高仿真的虚拟实验环境下，可以非常直观地了解硬件工作时的每一个动作及其时序关系，跟踪信号流向及其变化形式，从而获得具体情景和直接刺激的感性认识。
验证实验的重点是可以扩展学生的视野和知识变迁的范围，形成以点带面、触类旁通、从个别到一般的认识基础，激发学生探索实践的兴趣。感性认识的形成在每一个实践环节都会不断得到加强和提高，感性认识是认识的初级阶段，如果没有丰富的感性认识，而只有被动接受的抽象的理性认识，那么这种脱节的理论知识就犹如空中楼阁，是不生动的和不可靠的。 （2）设计—综合实验平台。通过专业实验室的实验设备和预设的实验项目构建设计—综合实验平台，运用分析、归纳、总结的逻辑思维能力建立可靠的理性认识。
本平台的主要作用是利用固有的实验设备进行多样化的设计型和综合型实验的实践教学，强调学生在解决问题的过程中学习。学生以自主学习或协同学习的形式，在多变的或复杂的环境条件下、或者在多样性的目标导向下进行设计型和综合型实验，促使学生思考、求证不同表征的实验现象，自觉通过分析、归纳、总结获得实验对象的本证，完成在实践中检验知识、提高认识并上升到抽象的理性认识的跃变过程。本环节的重点是实验项目的设计和实践过程中学习方式、思维能力的培养。
一是根据变式效应，精心设计不同条件或增加可变条件及任务呈现的方式，或者定义不同任务导向，以及不同操作上下文情境等情况下的设计型实验项目。
二是根据目标自由效应，用目标自由的题目来代替为学习者提供特定目标的传统题目，设计复杂的问题或任务的综合型实验项目。
三是针对不同实验项目建立相应的学习机制和目标导向。
按照以上要求，笔者建立了“微机原理与接口技术”课程实践教学的部分实验项目表，如表1所示。
（3）开放—创新实验平台。结合开放实验室和电子设计竞赛，创造实践场景，实施校企联合，建立开放—创新实验平台，增强理性认识和创新思维，使之应用于实践，向现实转变。
随着学生专业知识的增加，本环节的实践教学是在前两个层次的基础上，基于指导隐退效应，依托开放性实验室，以竞赛为引领，以应用为驱动，引导学生积极开拓、勇于创新，把理性认识创造性地应用于实践，实现知识的转化与升华。这一阶段的实践既需要知识的横向归纳、总结，也需要知识的纵向演绎和整合，从而形成完整的科学知识体系，正确指导实际应用。
开放性实验室打破了传统实验室的禁锢，是学生自主学习的良好平台，学生可以不受空间和时间的限制，根据教学进度和自身实际情况，自主选择实验课题，使学生自己处于实验教学的主导地位，掌握了学习的主动权。同时，师生之间能够平等地进行一对一的学习指导，尤其是注重将教师的科研成果转化为教学实验，形成适应学科特点及自身系统性和科学性的、完整的实验方案，以供学生选做。[6]
大学生电子设计竞赛是教育部倡导的大学生学科竞赛之一，目的在于培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风，有助于培养学生的工程实践素质，提高学生针对实际问题进行实践的能力。电子设计竞赛的选题一般都融合新的理论与技术，是跨学科的综合性选题，其仪器设备和培训都具有前瞻性、系统性和综合性。如智能小车的竞赛选题，它是一个以汽车电子为背景，涵盖控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多学科的科技创新设计，可应用于环境恶劣的工业生产过程，对进一步研究智能汽车具有一定的帮助。[7]
校企联合则让教学实践与企业实践有机结合，让学校和企业的设备、技术实现优势互补、资源共享。比如笔者所在单位与当地企业联合共建的微波实验室就是成功的案例。学生可以近距离接触技术前沿，参与到重大科研项目之中，极大地拓宽了学生的眼界。在开放的环境和真实的场景下，学生协作进行实际应用，完成知识的社会化，并在其中建构自己的知识体系。
3.分层实践教学体系评价
分层实践教学体系的评价标准主要表现在三个方面：
（1）实践分层设置与实践在认知过程中的作用的趋同性原则。要求根据不同课程的知识体系，按照认知规律以及认知进化的过程，清晰划分分层实践教学体系，准确定位和设置实验项目，建立硬性项目导向指标以及偏离目标时的调回途径。
（2）学生在实践中提升认知水平与学习的有效性原则。着重评估学生在实践教学中的思维能力和学习方式。在实践→认识→实践的认识过程中，通过硬性的实验目标导向指标对实践的水平和有效性进行评价。
（3）教学设计的合理性，确保学生承受的认知负荷不超过其能承受的认知负荷总量。如何保证实践负荷不超出学习者所能承受的认知负荷范围，从而让有效学习能够顺利发生是分层实践教学体系的评价重要原则。
三、结论
实践是人类认识客观世界的基础，是认识活动中的最重要环节。实践教学是高校教学工作的重要组成部分。根据认知理论进行实践教学改革的探讨，是基于多样化的教学手段和教学效应强调知识结构建设的重要尝试。一方面尝试建立了一个层次清晰的实践教学体系；另一方面在这一体系之上尝试建立了一套相应的教学评价原则。在实践中不断实现二者的相互配合与完善，并推动实践教学在“微机原理与接口技术”课程教学中的科学发展。
参考文献：
[1]毛泽东选集（第一卷）[M].北京：人民出版社，1991.
[2]叶爱敏，郑晓丽.基于混合式学习的《电视节目编导与制作》实践教学改革[J].现代教育技术，2012，2（22）：111-116.
[3]肖前.马克思主义哲学原理（上、下）[M].北京：中国人民大学出版社，1994，
[4]陈巧芬.认知负荷理理论及其发展[J].现代教育技术，2007，
9（17）：16-19.
[5]尤殿龙，申利民，欧丽菊.弹性学习的内涵、框架与应用的研究[J].电化教育研究，2010，（10）：162-164.
[6]覃庆国，杨亚培，蒋宁，等.依托学科优势构建电子信息类创新人才培养体系[J].电子科技大学学报（社会科学版），2010，5（12）：103-106.
[7]谢光奇，姚敏，王银峰，等.步进电机的单片机控制[J].湘南学院学报，2011，10（32）：37-41.
（责任编辑：孙晴）