徐效文 吳建好 王會(huì)海 孫克輝

摘要：分析了“EDA技術(shù)及應(yīng)用”課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，探討了POGIL教學(xué)法在該課程中的應(yīng)用。通過(guò)精心設(shè)計(jì)POGIL內(nèi)容，把理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生思維。教學(xué)實(shí)踐表明，該課程的教學(xué)改革提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，教學(xué)效果好。

關(guān)鍵詞：POGIL模式；EDA技術(shù)及應(yīng)用；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）39-0166-02

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的快速發(fā)展，基于EDA（Electronic Design Automation，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）技術(shù)的設(shè)計(jì)方法正在成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，采用傳統(tǒng)教學(xué)模式的EDA教學(xué)，存在教學(xué)效果不理想、學(xué)生難以聽(tīng)懂、難以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力等諸多弊端，因此需要對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行改革。

本文針對(duì)EDA課程的特點(diǎn)，將POGIL教學(xué)模式引入到EDA課程的教學(xué)中，精心設(shè)計(jì)POGIL內(nèi)容，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生思維，提升教學(xué)效果。

一、EDA技術(shù)及應(yīng)用教學(xué)中存在的問(wèn)題

EDA技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，以EDA工具軟件為開(kāi)發(fā)環(huán)境，以硬件描述語(yǔ)言HDL（Hardware Description Language）為設(shè)計(jì)語(yǔ)言，以可編程邏輯器件為實(shí)驗(yàn)載體，以ASIC/SOC芯片為設(shè)計(jì)目標(biāo)，以電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)為應(yīng)用方向的電子系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)。傳統(tǒng)教學(xué)模式下EDA教學(xué)存在的主要問(wèn)題如下。

1.教學(xué)內(nèi)容組織安排欠合理。主要問(wèn)題是：

（1）CPLD/FPGA的結(jié)構(gòu)原理這部分內(nèi)容理論性強(qiáng)，比較抽象，相對(duì)比較復(fù)雜，如果一開(kāi)始就講解CPLD/FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理，即使學(xué)生有數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識(shí)，理解起來(lái)也會(huì)感到比較困難。（2）VHDL設(shè)計(jì)初步、EDA工具軟件（QuartusⅡ）應(yīng)用向?qū)н@兩章內(nèi)容前后順序欠妥。

2.理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)銜接不緊密。傳統(tǒng)教學(xué)方式往往先講解書(shū)本理論知識(shí)，再開(kāi)展上機(jī)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不知道如何下手進(jìn)行VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)，理論與實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)。

由于EDA教學(xué)中存在以上兩個(gè)方面的主要問(wèn)題，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想，因此需要對(duì)EDA技術(shù)及應(yīng)用教學(xué)進(jìn)行改革。

二、POGIL模式在EDA技術(shù)及應(yīng)用課程教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐

（一）POGIL教學(xué)模型

POGIL是一種在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行引導(dǎo)型探究學(xué)習(xí)模式。在這種以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)模式下，教師不僅教會(huì)學(xué)生知識(shí)，更重要的是教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的方法。學(xué)生自由組成學(xué)習(xí)小組，充分發(fā)揮每一個(gè)學(xué)生的潛能，使每一個(gè)學(xué)生都能夠完全融入到學(xué)習(xí)的氛圍中去。POGIL的課堂活動(dòng)利用指導(dǎo)性探究的學(xué)習(xí)理念來(lái)設(shè)計(jì)，每個(gè)活動(dòng)環(huán)節(jié)都進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。POGIL學(xué)習(xí)循環(huán)包括概念的探索、形成和應(yīng)用三個(gè)環(huán)節(jié)。學(xué)生分組學(xué)習(xí)，每個(gè)人都有一個(gè)角色來(lái)確保所有學(xué)生積極參與到學(xué)習(xí)過(guò)程中。教師作為學(xué)習(xí)引導(dǎo)者與推動(dòng)者，通過(guò)精心設(shè)計(jì)科學(xué)的POGIL教學(xué)活動(dòng)，觀(guān)察學(xué)習(xí)進(jìn)展，并及時(shí)解決學(xué)生學(xué)習(xí)需要，使學(xué)生積極參與到學(xué)習(xí)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生建立新知識(shí)。

（二）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

針對(duì)EDA教學(xué)存在的問(wèn)題，根據(jù)EDA技術(shù)應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和優(yōu)化，以利于POGLIL活動(dòng)的組織和開(kāi)展。（1）針對(duì)目前EDA教學(xué)內(nèi)容設(shè)置不合理，對(duì)部分章節(jié)順序進(jìn)行了調(diào)整，比如：把第3章VHDL設(shè)計(jì)初步、第4章EDA工具軟件（QuartusⅡ）應(yīng)用向?qū)н@兩章內(nèi)容進(jìn)行交換一下順序，先讓學(xué)生了解如何使用該工具軟件，再介紹如何利用該軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單地VHDL設(shè)計(jì)。（2）針對(duì)第2章CPLD/FPGA的結(jié)構(gòu)原理這部分內(nèi)容理論性強(qiáng)、比較抽象、比較復(fù)雜，學(xué)生難以理解的問(wèn)題，先介紹VHDL設(shè)計(jì)初步，通過(guò)簡(jiǎn)單的例子使學(xué)生對(duì)EDA課程的教學(xué)快速入門(mén)，然后再引導(dǎo)學(xué)生思考，編寫(xiě)的VHDL程序下載到哪里去了？那么CPLD/FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是什么？

（3）VHDL設(shè)計(jì)是EDA課程的重點(diǎn)，對(duì)于VHDL語(yǔ)言的教學(xué)不能像匯編語(yǔ)言那樣，逐條逐句地對(duì)語(yǔ)法進(jìn)行講解，考慮到學(xué)生有數(shù)字電路、C語(yǔ)言等前期課程的基礎(chǔ)知識(shí)，以數(shù)字電路設(shè)計(jì)為基點(diǎn)，通過(guò)一些簡(jiǎn)單、典型的實(shí)例，逐步引出VHDL語(yǔ)句語(yǔ)法內(nèi)容，采用POGIL教學(xué)模型引導(dǎo)學(xué)生去歸納總結(jié)VHDL語(yǔ)法要點(diǎn)。

（三）POGIL教學(xué)實(shí)踐

將POGIL模式引入EDA課程教學(xué)，不能照搬國(guó)外模式，應(yīng)該根據(jù)課程特點(diǎn)，結(jié)合我國(guó)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣，開(kāi)展教學(xué)改革和實(shí)踐探索，兼顧理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分發(fā)揮POGIL模式的優(yōu)點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在課程最初，首先概況介紹課程的知識(shí)體系、重點(diǎn)及難點(diǎn)內(nèi)容以及需要同學(xué)們掌握的內(nèi)容，然后向?qū)W生介紹課程的教學(xué)方法——POGIL教學(xué)模式，讓學(xué)生充分了解該方法的教學(xué)過(guò)程以及需要同學(xué)們密切配合的工作。

1.科學(xué)分組。首先同學(xué)們自由選擇組成學(xué)習(xí)小組，每組3—4人，組內(nèi)成員自我分配角色，并明確各自的職責(zé)，每人都有自己的角色來(lái)保證學(xué)習(xí)任務(wù)的順利開(kāi)展。典型的POGIL角色分為管理者、發(fā)言人、信息員、記錄員。

2.精心設(shè)計(jì)POGIL內(nèi)容。（1）POGIL前期準(zhǔn)備。在該課程的前兩次課上，用多媒體教學(xué)概述EDA課程的知識(shí)架構(gòu)，接著用實(shí)驗(yàn)箱演示一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，強(qiáng)調(diào)需要同學(xué)們掌握的主要內(nèi)容，然后向?qū)W生介紹POGIL教學(xué)模式以及注意事項(xiàng)，使同學(xué)們知道自己要做什么。（2）精心設(shè)計(jì)POGIL內(nèi)容。POGIL教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮學(xué)生的前期基礎(chǔ)，以便跟他們已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)。以第3章VHDL設(shè)計(jì)初步為例，同學(xué)們對(duì)半加器非常熟悉，所以教學(xué)就從半加器開(kāi)始，讓學(xué)生使用QuartusⅡ工具軟件參照例子，設(shè)計(jì)出半加器，并且進(jìn)行綜合、仿真、測(cè)試，然后引導(dǎo)學(xué)生概括總結(jié)利用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)的流程以及VHDL語(yǔ)法結(jié)構(gòu)。接著逐步由易到難，讓同學(xué)們依次進(jìn)行全加器、1位加法計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)、4位加法計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)、任意位加法計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)，逐步過(guò)渡到復(fù)雜的分頻器設(shè)計(jì)。

（四）過(guò)程引導(dǎo)

在POGIL課堂活動(dòng)中，老師充當(dāng)?shù)牟粌H是知識(shí)的傳授者，更是學(xué)生團(tuán)隊(duì)自治的引導(dǎo)者。老師需要做到：鼓勵(lì)學(xué)生做出選擇和嘗試、指導(dǎo)學(xué)生查找學(xué)習(xí)參考資料、引導(dǎo)學(xué)生思考。特別是在學(xué)生做不下去時(shí)，幫助學(xué)生梳理問(wèn)題，引導(dǎo)線(xiàn)索，啟發(fā)學(xué)生思維，鼓勵(lì)學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行探索、嘗試。

（五）考核方式多元化

在評(píng)價(jià)POGIL教學(xué)模式的效果時(shí)，不能簡(jiǎn)單地以筆試作為最終成績(jī)方案進(jìn)行，評(píng)價(jià)體系應(yīng)該多元化，不僅應(yīng)該有理論水平評(píng)價(jià)，還應(yīng)該包括實(shí)操能力評(píng)價(jià)和過(guò)程評(píng)價(jià)，而且應(yīng)該加大過(guò)程考核所占的比重，強(qiáng)調(diào)對(duì)探究和操作過(guò)程的考核，主要培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

三、結(jié)束語(yǔ)

本文將POGIL模式引入到EDA技術(shù)及應(yīng)用課程教學(xué)中，精心設(shè)計(jì)POGIL內(nèi)容，把理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，加強(qiáng)過(guò)程引導(dǎo)，加大過(guò)程考核比重，著重培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

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