基于学习共同体模式的FPGA技术课程教学改革

［摘 要］课题组针对高等教育大众化造成的过度教育和教学模式单一等问题，基于学习共同体模式，对FPGA技术课程的教学方法进行了研究与探索。课题组以学习者、知识、共同体为中心构建学习环境，探索出一种尊重学生的主体性、激发学生的创造性、开发学生的潜力、便于学生和他人交际与合作的崭新的教育方法和学习模式。

［关键词］学习共同体；FPGA技术；教学改革；高等教育

［中图分类号］G642.0 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）11-0064-04

随着大众化高等教育的发展，大学正逐渐蜕变为一种指向不同职业的人才培养训练和社会角色分配的机构。大学培养的人才不仅要有高深学问，还要能适应社会需求；既要具有学识修养、职业技能，又要具有社会交往、解决问题和创新的能力。然而随着时间的推移，大众化高等教育却存在过度教育现象，越来越多的高校毕业生在进入劳动力市场后从事着与自己实际掌握的知识技能不相匹配的工作，造成了大量的教育资源的浪费[1]。与此同时，随着现代信息技术的快速发展，传统“从游”式的师生关系受到不少冲击，教学的场地不再局限于课堂，教学的方式也不再局限于讲授。学生可以随时随地通过不同的媒介相互交流和寻求指导。对于某些更新迅速的技术，教师需要和学生一起学习与研讨、共同提高，从而促进自身教学科研能力的提升。因此，当下的师生关系中，学习合作者的因素在增长，教学相长、师生互动的学习共同体在形成。“师生学习共同体”逐渐成为现代高等教育教学领域中教师和学生关系的发展趋势 [2] 。

一、FPGA技术课程教学现状分析

以电子信息类专业课程FPGA技术为例，FPGA技术以其规模大、集成度高、灵活性强、实现逻辑功能广等优点，在通信、数据处理、网络、工业控制、军事和航空航天等领域得到了广泛应用。FPGA设计技术已经成为从事集成电路设计或数字系统设计的工程师必须掌握的技术之一，在“中国制造2050”等国家重大战略的实现过程中和我国智能化、信息化产业的发展过程中都起到了重要作用[3]。然而近年来，随着中美贸易摩擦的不断升级以及以美国为首的西方国家开始对中国进行芯片技术封锁，社会对熟练掌握 FPGA 设计技术的高素质高校毕业生的需求逐年增加，FPGA技术课程因此成为电子信息类学生大众化高等教育的核心课程。随着新工科理念的引入和一流本科课程建设的推进，传统的教学模式已无法满足当前高等教育的发展需求。目前，高校大众化教育背景下的FPGA技术课程教学存在如下问题。

第一，目前社会上相关企业急需掌握FPGA设计技术的专门人才，而部分高校毕业生的工程实践能力却未达到企业要求，存在学生找不到相关工作或者很少能找到合适的工作，而企业急需人才却无人可招、无人可用的尴尬局面。

第二，信息时代知识爆炸，电子信息技术相关知识更是更新迅速，传统教学采用“填鸭式”的讲授方式，教师竭尽全力把知识传递给学生，然而学生所学知识相对陈旧，教学内容因更新不及时而无法满足社会需求。

第三，教学场所局限于课堂和实验室，上课时往往出现“一言堂”的情况，缺乏师生互动，导致学生缺乏思考问题的时间和空间，对所学习的知识无法及时消化。另外，选择FPGA技术课程的学生较多，教师的监管能力有限，难以及时完成作业的批阅，导致教学质量出现滑坡。

第四，随着信息技术的发展与迭代，获取信息的方式越来越多，学生利用手机、平板电脑可以随时随地上网，导致部分学生在课堂上的专注力日趋下降，学习兴趣降低，甚至出现厌学现象。

第五，考核模式相对单一。教师教什么，学生考什么，造成学生死记硬背之下虽然应试能力提高了，但综合素质却“原地踏步”，学生不知如何运用所学的知识，缺乏独立思考和分析问题的能力。

面对以上FPGA技术课程教学中存在的问题，高校迫切需要进行教学改革探索，充分利用当下企业需求量大、学习资源与创新平台众多的特点，发挥多人共同学习、相互协作促进的优势，实现更高质量的FPGA技术课程教学。

二、基于学习共同体模式的教学改革策略

“学习共同体”一词最早来自社会学中的共同体概念，后由教育学家博耶尔（Ernest L. Boyer）引申至教育领域[4]。学习共同体（learning community）是指由学习者（群体）及其助学者（包括教师、专家、辅导者等）共同构成的学习团体，其拥有共同的目标，在一定支撑环境中共同学习，分享各种学习资源，通过互相对话、交流和沟通，分享彼此的情感、体验和观念，共同完成一定的学习任务，在共同活动中逐步形成相互影响、相互促进的人际关系，并对这个团体产生强烈的认同感和归属感，从而促进学习者全面成长[5]。创建学习共同体的关键在于确立、维持和强化学习共同体的基本内核，至于创建学习共同体的条件、方法与形式，则可以不拘一格地选择与使用[6]。

FPGA设计技术本身在不断迭代和快速更新，涵盖内容较广泛，相关资料众多。FPGA技术课程是一门强调理论与实践相结合的课程，需要特别注重对学生持续学习能力、协作学习能力和实践能力的培养。因此，课题组在该课程教学过程中引入学习共同体模式，进行理论研究和实践探索，重点增强学生对于FPGA技术的兴趣以及主动学习、协同学习的意愿，同时通过不同的实践方式提高学生在集成数字电路设计方面的工程实践能力，以满足当前社会、企业的需求。

（一）利用优质线上资源，促进自主共同交叉学习

考虑到当前互联网技术的不断发展，课题组根据培养方案和培养目标，结合分工协作教学模式搜寻相适应的优质线上资源，包括线上资料和线上课程资源。针对线上资料，可根据课程内容和目标将其分为不同的专题，并将学生分为不同的专题小组，专题小组成员对相应专题的线上资料进行分析归纳，形成专题报告。结合整体课程安排，各专题小组就相应专题的内容进行分享，作为课堂内容的补充，形成自主共同交叉学习。针对线上课程资源，由教师进行评估，将被列为国家级的优秀线上课程资源优先推荐、分享给学生，让学生自行观看、自主学习，并定期组织学生进行线上讨论与分享。学生也可以向同学、教师推荐自己发现的比较好的线上课程资源，并给出推荐理由。教师与学生、学生与学生合作，主动体验相关知识的难点、要点，突破时空限制，对知识进行理解和运用，这能提高学生的课程参与度，促进资源、时间的高效利用和学习效率的提升。

（二）灵活运用思政元素，激发学生学习兴趣

党的二十大报告指出要“推进文化自信自强，铸就社会主义文化新辉煌”。FPGA技术课程教师可将一些与课程内容相关的事例和传统文化资料引入专业课堂，吸引学生的注意力，激发他们的学习兴趣。比如，教师可以引入华为公司自主研发芯片技术的事例，增强学生学好相关内容的自信心，让学生充分认识到在大学的学习过程中，自身才是学习的主体[7]，要从以往的被动学习向主动学习转变，积极思考在国家面对世界百年未有之大变局时，应如何将自身的发展融入国家的发展战略中，如何成为拥有家国情怀与社会责任感的高科技创新人才。又如，教师可以以小孩搭积木的实际例子来类比FPGA技术自顶向下的设计思路，让学生从内心里认识到只要认真分析，系统的编程设计并不是高不可攀，就可以将设计内容分解为日常学习到的最简单最基础的器件编程，以此鼓励学生不断探索。再如，教师可以将古代的“师徒式”技艺单点串行传授和现代多点并行传授进行对比，帮助学生理解Verilog语言中程序并行运行与串行运行的概念；教师可分析秦始皇提出的“书同文、车同轨，量同衡、行同伦”政策对后世的深远影响，并将其与Verilog语言编程过程中的代码撰写规范和最终系统设计的稳定运行相联系，以此说明代码规范的重要性。灵活运用课程思政元素，有助于学生深入了解课程内容，有助于培养他们对专业学习的兴趣和了解传统文化的兴趣，提升学生的文化自信和民族自豪感，激发学生的爱国情怀和责任意识。

（三）搭建企业与学生沟通的桥梁

加强与FPGA技术设计相关科技企业的联系与交流，做好企业与学生双方的需求分析，搭建两者之间互动的桥梁。比如可以定期邀请相关企业的技术人员到学校开展技术讲座，打开学生的眼界，提高学生的认知水平；鼓励学生积极参加企业组织的技术培训，提前感受企业的工作氛围并了解相关企业的需求与用人标准，进而对当前行业的总体需求与自身能力进行恰当的自我评估，这样可以激发学生提升FPGA技术设计能力的积极性；积极响应国家教育政策，联合相关企业探索“1+X”证书制度下的FPGA技术设计能力的评价标准、FPGA技术课程内容和实验的重构等[8]，为企业招揽人才和学生自己寻求FPGA技术设计岗位做好能力评估依据；积极推进与FPGA技术设计相关企业合作，在学校建立联合培养实验室、在企业建立联合培养实践基地，学生可以先在学校联合培养实验室学习训练，再到企业联合培养实践基地进行实际产品的开发设计，逐步完成校内实践到企业实践的过渡，为后期工作的开展与能力的进一步提升打下基础。

（四）打造基于科技竞赛的实践能力提升平台

要基于教师的科研项目与各类科技竞赛、科技活动，打造学生实践能力提升平台。在科研项目实践中和科技竞赛如全国大学生电子设计大赛、全国大学生集成电路创新创业大赛、全国大学生FPGA创新设计竞赛、全国大学生嵌入式芯片与系统设计竞赛等活动中，指导教师与小组成员构成学习共同体，首先对特定的研究内容或比赛内容进行需求分析、方案设计，实现理论应用能力与分析能力的锻炼；其次通过软硬件设计、功能测试等内容进行动手实践能力的锻炼；最后通过撰写竞赛报告和现场讲解，进行归纳总结和表达能力的锻炼。在此过程中，学生与学生之间、教师与学生之间相互交流、相互协作，促进了学生自信心和团队协作能力的提升。在完成科研项目和科技竞赛后，可选取有代表性的项目或竞赛案例引入课程教学中，这样既能增强学生的兴趣和参与感，又能对课堂重难点进行形象展示，达到理论联系实际、以赛促教、以赛促学、提高学生的设计与工程实践能力的目的。

（五）构建“教师—硕士研究生—本科生”学习共同体

构建“教师—硕士研究生—本科生”结合的小组学习共同体，通过教师的积极引导、硕士研究生的“传帮带”来提高本科生的科学研究能力和工程实践能力。让本科生定期与教师、硕士研究生讨论交流、共同学习，感受科学研究的氛围。鼓励本科生从最初的接受知识逐步过渡到能够自主理解、掌握和运用新知识，并且将自己的学习经验与其他同学分享，使本科生变被动学习为主动学习，变独自学习为共同学习，发挥共同体多点引领的作用，从而达到相互学习、相互促进、共同提高的目的。教师和硕士研究生还可针对某个研究前沿、教师的科研项目或科技竞赛题目，带领本科生进行资料调研、头脑风暴，分工协作完成相应的任务，以充分调动本科生的积极性，发挥本科生的创造力，最终提高其发现问题、分析问题、解决问题的能力以及沟通协调能力，为学生的进一步学习深造打下扎实的基础。

（六）构建FPGA技术课程教师教学共同体

FPGA技术课程任课教师可构建教学共同体。教师在教学共同体中可突破场域和时间的限制进行讨论与交流，自由分享自己的教学经验、教学方法和教学成效。每名教师都可以综合利用其他教师的教学技术和资源，取长补短，在各自的课程教学中进行实践并形成反馈分析和教学反思，从而实现整个课程教学方法的迭代升级。教师教学共同体还可以对教学实践中出现的问题进行共同探讨、分析，提出解决思路或方案，并按计划进行探索实践，最终归纳总结出核心关键点，促成FPGA技术课程任课教师的教学能力提升。另外，可以构建课程所有教师和学生大范围的学习共同体，通过信息与资源的无缝共享，实现教师与学生双方能力的提升。

三、结语

本文以电子信息类专业核心课程FPGA技术为例，针对高等教育大众化造成的过度教育等问题，探索基于学习共同体的课程教学改革。课题组从充分调动学生的积极性入手，发挥多人共同体交叉引领学习的作用，提升学生的自主学习能力和创造能力，以期实现培养高素质、高质量人才的目标，进而适应当前社会不断发展的需求。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 刘沁菲.大众化高等教育背景下我国过度教育的现象分析[J]. 科教文汇（下旬刊）， 2015（27）：3-5.

[2] 瞿振元.现代师生关系：学习共同体[N].中国青年报，2016-12-02（8）.

[3] 贺付亮，聂秋玉，曾纪国，等.“校企共筑、协同育人”FPGA课程思政的探索与实践[J].西南师范大学学报（自然科学版），2023，48（5）：95-101.

[4] 林莘.基于学习共同体的课堂教学模式构建研究[J].教育评论，2018（4）：146-149.

[5] 黄晓乾.基于“学习共同体”教学模式的研究与实践：以平面动画课程为例[J].科教导刊（电子版），2020（20）：174.

[6] 龙安邦，金心红.学习共同体的基本内核[J].当代教育与文化，2019，11（6）：49-54.

[7] 赵玉林，漆凤岚.基于学习共同体建设的大学课堂活力激发模式研究[J].教育现代化，2019，6（41）：33-35.

[8] 题园园.“1+X”证书下的“岗课赛证”融通的课程改革研究：以工业机器人应用系统集成工程师课程为例[J].科学咨询（教育科研），2023（7）：33-35.

［责任编辑：钟 岚］