孔子“因材施教”方法在EDA 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

百色學(xué)院物電系 許發(fā)翔

隨著新一輪地方本科院校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)型改革的推進(jìn)，教師教學(xué)觀念、教學(xué)行為、教學(xué)方法、教學(xué)手段都將面臨重大變革。改備課當(dāng)作備教材、備教案的思維方式，千篇一律地灌輸知識(shí)。針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)接受能力參差不齊、學(xué)習(xí)積極性因人而異，即根據(jù)不同學(xué)生學(xué)習(xí)能力、基礎(chǔ)的不同，以孔子的“因材施教”為指導(dǎo)思想，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上進(jìn)行了如下的改革。第一，千方百計(jì)做好基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，想方設(shè)法提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，努力培養(yǎng)一批具備實(shí)踐創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力工程師。第二，本著為學(xué)生服務(wù)的指導(dǎo)思想，必須執(zhí)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的選學(xué)制。第三，教學(xué)內(nèi)容選學(xué)制就是在完成必修教學(xué)內(nèi)容之余，根據(jù)自己的基礎(chǔ)、興趣及特長(zhǎng)選擇心儀的內(nèi)容學(xué)習(xí)。第四，要求所有學(xué)生必須完成教學(xué)計(jì)劃的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，然后針對(duì)有基礎(chǔ)、能力的學(xué)生進(jìn)行分層次引導(dǎo)及教學(xué)，既基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、趣味興趣教學(xué)及創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

一、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是本課程教學(xué)的主要環(huán)節(jié)，它能有效激發(fā)學(xué)生對(duì)EDA 學(xué)習(xí)濃厚興趣并完成必修實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選取上，注意選取一些學(xué)生比較感興趣的內(nèi)容，使學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識(shí)的同時(shí)也鞏固了前面所學(xué)的知識(shí)，對(duì)于學(xué)習(xí)能力較差，課后又不抽時(shí)間學(xué)習(xí)的學(xué)生，也能在有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)間里掌握更多的EDA設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)。同時(shí)在“數(shù)字電子技術(shù)”課程中對(duì)已掌握原理的組合邏輯或時(shí)序邏輯電路，讓學(xué)生選擇不同設(shè)計(jì)語(yǔ)言、方法的實(shí)現(xiàn)其邏輯。例如，要求學(xué)生使用硬件描述語(yǔ)言的不同描述方法實(shí)現(xiàn)半加器的功能，以真值表的描述方式，或者以“數(shù)字電子技術(shù)”組合邏輯電路設(shè)計(jì)中的邏輯電路圖的設(shè)計(jì)描述等方式。最后通過(guò)實(shí)現(xiàn)半加器的功能，包括軟件的仿真測(cè)試、硬件的適配驗(yàn)證，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生明白學(xué)習(xí)EDA，就能用軟件描述方式實(shí)現(xiàn)“數(shù)字電子技術(shù)”課程中所學(xué)的所有邏輯電路及芯片，改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思維。EDA 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)必須要求每個(gè)學(xué)生完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、編程、適配、調(diào)試與驗(yàn)證，其主要內(nèi)容包括：8線～3線優(yōu)先編碼器、3線～8線譯碼器、多選一數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)值比較器、多位加法器、三態(tài)門電路、奇偶校驗(yàn)器、觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、8位加法器及8位乘法器等內(nèi)容的設(shè)計(jì)，這是學(xué)生學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，只有掌握了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容才能夠設(shè)計(jì)、制作更難的作品。因此，教學(xué)過(guò)程中必須要求學(xué)生在自主編程、設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上掌握EDA 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，能夠應(yīng)用Quartus Ⅱ開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行簡(jiǎn)單程序的設(shè)計(jì)并能夠進(jìn)行硬件的適配測(cè)試。

在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，首先由實(shí)驗(yàn)老師提出各實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求、提示設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，其次由學(xué)生自行編寫相應(yīng)的程序并進(jìn)行時(shí)序仿真，再次根據(jù)仿真的結(jié)果調(diào)整程序，直至仿真結(jié)果符合實(shí)驗(yàn)要求，最后把調(diào)試好的程序適配到硬件平臺(tái)，進(jìn)行硬件的測(cè)試。以上教法對(duì)學(xué)生普遍適用，對(duì)于一些動(dòng)手能力差、基礎(chǔ)不好、又不肯抽時(shí)間學(xué)習(xí)以及專研的學(xué)生仍有較大難度?；诳鬃印耙虿氖┙獭钡慕虒W(xué)方法，教師在充分了解學(xué)生特性的基礎(chǔ)上，嘗試進(jìn)一步提供一個(gè)可供借鑒但不完整的參考程序，以此促使這部分學(xué)生有興趣與信心，完成實(shí)驗(yàn)程序的分析與完善，最終理解程序并完成實(shí)驗(yàn)達(dá)到學(xué)習(xí)目的，提高不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓更多的學(xué)生投入興趣設(shè)計(jì)及創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)的設(shè)計(jì)、編程與調(diào)試工作。

二、興趣實(shí)驗(yàn)教學(xué)

學(xué)生在熟悉EDA 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)之后，下一步就是興趣實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)EDA 設(shè)計(jì)感興趣的學(xué)生增開的選學(xué)內(nèi)容。針對(duì)學(xué)生的興趣愛(ài)好、個(gè)性特點(diǎn)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容要具有趣味性，改變以教師為中心、以課堂講授為主、以傳授一本教科書知識(shí)為基本目的的傳統(tǒng)任務(wù)性教學(xué)模式，實(shí)行教師指導(dǎo)與學(xué)生工程實(shí)踐相結(jié)合，理論知識(shí)與現(xiàn)實(shí)工程問(wèn)題相結(jié)合的靈活的教學(xué)方式，給學(xué)生充分的思考和設(shè)計(jì)制作時(shí)間，鼓勵(lì)學(xué)生勤于思考，善于把握問(wèn)題實(shí)質(zhì)，樂(lè)于動(dòng)手制作，不斷提高自己解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

在興趣實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教師對(duì)學(xué)生提出趣味性設(shè)計(jì)內(nèi)容的要求并提示設(shè)計(jì)的要點(diǎn)、難點(diǎn)，要求學(xué)生在課余時(shí)間自行完成相應(yīng)的程序編寫與調(diào)試，隨后進(jìn)行時(shí)序仿真，再根據(jù)時(shí)序仿真的結(jié)果完善程序，直到仿真結(jié)果符合實(shí)驗(yàn)的要求，最后到實(shí)驗(yàn)室把調(diào)整好的程序適配到硬件平臺(tái)，進(jìn)行硬件的調(diào)試及驗(yàn)證?？傮w來(lái)說(shuō)，大部分的工作需要學(xué)生利用課余時(shí)間完成。在此過(guò)程中，基礎(chǔ)較差的學(xué)生倘若其有興趣，可允許與學(xué)習(xí)能力比較好的學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，或者讓基礎(chǔ)較差的學(xué)生選擇設(shè)計(jì)難度相對(duì)較低的項(xiàng)目，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行跟蹤指導(dǎo)，以助其完成實(shí)驗(yàn)。設(shè)置的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有： PWM 信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)、數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)、數(shù)字秒表的設(shè)計(jì)、交通燈信號(hào)控制器的設(shè)計(jì)、多功能鬧鐘系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、數(shù)字密碼鎖的設(shè)計(jì)、電梯控制器的設(shè)計(jì)、數(shù)字式競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)易樂(lè)曲發(fā)生器的設(shè)計(jì)等。

總之，在興趣實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，設(shè)計(jì)的主體是學(xué)生，教師起輔助作用，大量設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試讓學(xué)生在課余自行完成。

三、創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)教學(xué)

創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)是對(duì)動(dòng)手能力比較好、基礎(chǔ)知識(shí)掌握得相對(duì)牢固的學(xué)生提出的更高要求。在創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，學(xué)生充分發(fā)揮自己的獨(dú)立思考、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題的能力，他們根據(jù)老師提出設(shè)計(jì)的目標(biāo)要求或自行選擇歷年的電子設(shè)計(jì)大賽的題目進(jìn)行設(shè)計(jì)制作，使用最小系統(tǒng)板，自行設(shè)計(jì)、制作所有的模塊電路，自行進(jìn)行分析。在設(shè)計(jì)過(guò)程中不能避免會(huì)遇到很多的問(wèn)題，部分問(wèn)題甚至不是本專業(yè)方向的問(wèn)題，這就要求學(xué)生有很好的自學(xué)能力，通過(guò)查閱資料自學(xué)來(lái)解決問(wèn)題，而教師在整個(gè)設(shè)計(jì)中只起到輔助作用。

教師提出的設(shè)計(jì)內(nèi)容有：數(shù)據(jù)采集電路和簡(jiǎn)易存儲(chǔ)示波器設(shè)計(jì)、FPGA 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì)、VGA 圖像顯示控制器設(shè)計(jì)、直接數(shù)字式頻率合成器(DDS)設(shè)計(jì)、基于DDS 的數(shù)字移相信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)、采用超高速A/D 的存儲(chǔ)示波器設(shè)計(jì)、信號(hào)采集與頻譜分析電路設(shè)計(jì)、等精度數(shù)字頻率/相位測(cè)試儀設(shè)計(jì)、測(cè)相儀設(shè)計(jì)、10路邏輯分析儀設(shè)計(jì)等。

總之，EDA 技術(shù)發(fā)展訊速，涉及面廣、工程實(shí)踐性強(qiáng)，要系統(tǒng)掌握EDA 技術(shù)，提高自己解決工程問(wèn)題的能力需要不斷積累、探索、創(chuàng)新。本課程要求學(xué)生在課堂之余，在教師的協(xié)助下，能夠自主思考，進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)，不斷進(jìn)步。

四、教學(xué)評(píng)價(jià)方式

新升地方本科院校在向應(yīng)用型人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)型浪潮中，EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核評(píng)價(jià)方式必須一改傳統(tǒng)的單一的現(xiàn)場(chǎng)上機(jī)考試方式，遵循既重結(jié)果又重過(guò)程的原則，靈活運(yùn)用有效的評(píng)價(jià)手段，對(duì)學(xué)生的知識(shí)與能力、過(guò)程和方法做出定量和定性相結(jié)合的評(píng)價(jià)方式。

蘇霍姆林斯基說(shuō)：“沒(méi)有也不可能有抽象的學(xué)生”，加德納的多元智能理論也認(rèn)為，任何學(xué)生都有其優(yōu)勢(shì)智能領(lǐng)域，這與孔子“因材施教”思想不謀而合。

對(duì)于學(xué)習(xí)主動(dòng)性、能力及創(chuàng)造性思維欠佳的學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)上機(jī)考試考核，最終考核成績(jī)?cè)u(píng)定為良好、合格與不合格；對(duì)于積極主動(dòng)，具有創(chuàng)造、新性設(shè)計(jì)思維，又肯學(xué)、肯做及肯投入時(shí)間研究的學(xué)施行實(shí)物制作考核，最終考核成績(jī)?cè)u(píng)定為優(yōu)秀、良好、合格與不合格。

總之，各種方法綜合運(yùn)用的目的是更好培養(yǎng)學(xué)生自己獲取知識(shí)的能力，促使學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性。在EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，使用分層次教學(xué)方法，尊重學(xué)生的個(gè)性和創(chuàng)造性，更有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，以便進(jìn)入社會(huì)后，更快、更好地投入EDA 實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、開發(fā)行業(yè)。

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