周殿鳳

（鹽城師范學(xué)院 物電學(xué)院，江蘇 鹽城 224002）

SOPC實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

周殿鳳

（鹽城師范學(xué)院 物電學(xué)院，江蘇 鹽城 224002）

分析了當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題，對(duì)SOPC實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了探索。根據(jù)學(xué)生具體情況進(jìn)行分組教學(xué)，即不同基礎(chǔ)的學(xué)生選擇不同類型的實(shí)驗(yàn)。此舉充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，使得每位學(xué)生都學(xué)到了很多知識(shí)，做到了因材施教。同時(shí)將布置任務(wù)型實(shí)驗(yàn)改為開放型實(shí)驗(yàn)，提高了大部分學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)造能力。分組開放型實(shí)驗(yàn)教學(xué)切實(shí)可行，既能提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，又能培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程綜合應(yīng)用能力。

SOPC；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理工科教學(xué)中重要的組成部分，它不僅是學(xué)生獲得知識(shí)的重要途徑，而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、科學(xué)研究能力和創(chuàng)新意識(shí)，具有十分重要的作用。近年來，我國(guó)工程人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求出現(xiàn)一定的脫節(jié)，創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系尚不完善，整體培養(yǎng)質(zhì)量有待提高[1]，培養(yǎng)符合建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家需要的工程創(chuàng)新人才，是高校亟待解決的問題，而想要完成這一任務(wù)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)起著巨大的作用[2]。筆者結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和指導(dǎo)學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生電子大賽的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，以片上可編程系統(tǒng)（SOPC）的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，探索了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，尋找提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量、提高學(xué)生創(chuàng)新能力和設(shè)計(jì)能力的方法。

1 原有教學(xué)模式及其不足

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)驗(yàn)課上教師詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)原理，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行操作示范，學(xué)生不需要主動(dòng)思維和創(chuàng)新，只需按實(shí)驗(yàn)講義步驟進(jìn)行，“依葫蘆畫瓢”，通過反復(fù)訓(xùn)練讓學(xué)生形成一定的基本技能。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)少，不能自主學(xué)習(xí)，不利于個(gè)性發(fā)展，阻礙了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性、創(chuàng)造性以及現(xiàn)代科學(xué)思維方式的形成[3]。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中每位學(xué)生實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容都是相同的，實(shí)驗(yàn)成績(jī)主要由實(shí)驗(yàn)報(bào)告決定，很難避免一部分學(xué)生幾乎不做實(shí)驗(yàn)，直接抄同學(xué)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，理論知識(shí)好的學(xué)生覺得實(shí)驗(yàn)太簡(jiǎn)單，而基礎(chǔ)不好的學(xué)生又消化不了。學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后還要抄寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，我校電子專業(yè)大三的學(xué)生每學(xué)期上6門專業(yè)課，假設(shè)每門課6個(gè)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)至少要寫4頁(yè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，每個(gè)學(xué)生總共要寫150頁(yè)左右實(shí)驗(yàn)報(bào)告，繁瑣的抄寫工作從另一方面也讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課厭倦。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也確實(shí)到了必須改革的時(shí)候了。教師應(yīng)設(shè)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其主動(dòng)獲取知識(shí)，進(jìn)而應(yīng)用知識(shí)解決問題，提高創(chuàng)新和實(shí)踐能力。

2 統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)變?yōu)閷哟位瘜?shí)驗(yàn)

SOPC是大三下學(xué)期才開設(shè)的課程，課程形式是36（理論課時(shí)）+12（實(shí)驗(yàn)課時(shí)）。此時(shí)學(xué)生的基礎(chǔ)已大不相同，不能一刀切，只有采取層次化教學(xué)，才能讓每一位學(xué)生學(xué)到知識(shí)。層次化教學(xué)在理論課上不易展開，但可以實(shí)施于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。目前我校每班大概有50位同學(xué)，實(shí)驗(yàn)室一次最多接受30位學(xué)生，每班必須分成兩組，而教師可以根據(jù)需要在實(shí)驗(yàn)中將學(xué)生再次分組，就是說可以根據(jù)學(xué)生的具體情況將一個(gè)班分為4組，假設(shè)第1組的學(xué)生基礎(chǔ)最好，第4組最差，每組的學(xué)生人數(shù)可以不一樣多，該課程成績(jī)想取得優(yōu)秀的學(xué)生必須選擇第1組或第2組（不是說第1、2組學(xué)生肯定得優(yōu)）。教師準(zhǔn)備4套實(shí)驗(yàn)內(nèi)容供學(xué)生選擇，每組的要求不一樣，具體安排如表1所示。

表1 不同組別學(xué)生實(shí)驗(yàn)性質(zhì)

“QuartusII軟件的使用”是所有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，它是一個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，每個(gè)組都要做，但可以提出不同的要求。對(duì)于基礎(chǔ)好的，可以不給出程序，讓其自行設(shè)計(jì)，這部分學(xué)生未必需要再去抄寫那些沒有太多意義的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

對(duì)于第4組同學(xué)，實(shí)驗(yàn)難度不宜太大，要留給學(xué)生一定的思考空間，不能將實(shí)驗(yàn)看作“走過場(chǎng)”，較好的結(jié)果是前面3個(gè)實(shí)驗(yàn)以教師為主，而后面3個(gè)以學(xué)生為主。

同樣是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，不同組別的具體內(nèi)容也不相同。例如“霓虹燈設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)，對(duì)于第4組學(xué)生，教師需要講解霓虹燈的原理及設(shè)計(jì)方法，對(duì)學(xué)生的要求是霓虹燈有 4種亮法。對(duì)于第3組學(xué)生，由于已是第2個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，教師不需要詳細(xì)講解，學(xué)生在教師的提示下進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)的效果是霓虹燈有6種亮法。對(duì)于第2組學(xué)生，可以要求霓虹燈有8種亮法，教師也要適當(dāng)引導(dǎo)和提示。而第1組學(xué)生設(shè)計(jì)出的霓虹燈不僅要求有8種亮法，而且霓虹燈閃爍的速度也要隨之變化，對(duì)于個(gè)別學(xué)生教師可讓其思考如何讓霓虹燈隨著音樂的節(jié)奏進(jìn)行閃爍。不同的要求可以杜絕學(xué)生抄襲，也可以真正實(shí)現(xiàn)因材施教，達(dá)到最優(yōu)教學(xué)效果。

為了有較好的實(shí)驗(yàn)效果，學(xué)生最好能預(yù)習(xí)。如果學(xué)生真的認(rèn)真實(shí)驗(yàn)了，當(dāng)他們看見自己的設(shè)計(jì)效果（在每個(gè)學(xué)生的開發(fā)平臺(tái)上演示），他們的興趣必會(huì)大漲，在實(shí)驗(yàn)課時(shí)不夠用的情況下預(yù)習(xí)也就成了他們心甘情愿的事情了。所以教師要選擇趣味性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)吸引學(xué)生，激發(fā)起興趣。

3 布置型教學(xué)變?yōu)殚_放型教學(xué)

建構(gòu)主義認(rèn)為課本知識(shí)只是一種關(guān)于某種現(xiàn)象的較可靠的解釋或假設(shè)，并不是解釋現(xiàn)實(shí)世界的“絕對(duì)參照”[4]。這是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中“布置型”教學(xué)的最大挑戰(zhàn)。就是說教師不該向?qū)W生填鴨式灌輸知識(shí)，而是創(chuàng)造情境讓學(xué)生自己學(xué)習(xí)知識(shí)，這樣學(xué)到的知識(shí)是最深刻的。

在SOPC實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，廢除注入式教學(xué)方法，建立以學(xué)生為本，教師啟發(fā)引導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，實(shí)驗(yàn)過程中2～3組學(xué)生應(yīng)該逐步學(xué)會(huì)根據(jù)要求自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟，教師提出問題引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生一步步思考，讓學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐，留給學(xué)生足夠的創(chuàng)新空間，這樣就可以充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，真正提高學(xué)生利用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，提高創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力。至于第1組學(xué)生，教師只需要講解1～2實(shí)驗(yàn)，剩下的實(shí)驗(yàn)完全放開，教師只需提供題目、要求、擴(kuò)展要求，讓學(xué)生自擬方案，教師在實(shí)驗(yàn)過程中可以答疑、指導(dǎo)甚至提示學(xué)生如何將大題目細(xì)化為小題目但不能包辦。第1、2組學(xué)生在實(shí)驗(yàn)后期也可以根據(jù)DE2開發(fā)平臺(tái)上的資源自己擬訂題目，自己帶著問題去學(xué)習(xí)，主動(dòng)尋找解決問題的方法，從而可以更好地提高設(shè)計(jì)能力。對(duì)于設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后學(xué)生提交設(shè)計(jì)方案而不是實(shí)驗(yàn)報(bào)告，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)造能力。

由于不再統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，所以實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)應(yīng)具有較大的柔性和靈活性。12個(gè)課時(shí)（6個(gè)實(shí)驗(yàn)）的實(shí)驗(yàn)講義至少應(yīng)提供20個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中有5～6個(gè)實(shí)驗(yàn)需要有詳細(xì)的說明以便學(xué)生入門。教師在實(shí)驗(yàn)開始一個(gè)月前將所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容發(fā)給學(xué)生，讓其預(yù)先了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并可根據(jù)自己的興趣有目的地選擇6個(gè)實(shí)驗(yàn)，減少實(shí)驗(yàn)的盲目性，使學(xué)生真正參與到實(shí)驗(yàn)中來，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力。

SOPC是一門前沿性學(xué)科，可以很好地發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性。因?yàn)镕PGA芯片本身是一張白紙，只要學(xué)生的單片機(jī)和硬件描述語(yǔ)言足夠好，學(xué)生就可以任意發(fā)揮。當(dāng)然QuartusII軟件和nios軟件本身難度較大，在網(wǎng)絡(luò)上又很難找到答案，這方面的知識(shí)教師要詳細(xì)指導(dǎo)（也可以在理論教學(xué)時(shí)借助開發(fā)板講解），否則學(xué)生會(huì)占用大量的時(shí)間去摸索。

最終學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)采取過程記錄法，就是教師為每一位學(xué)生準(zhǔn)備一張記錄卡，實(shí)時(shí)記錄學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況。

4 適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)課時(shí)

理論教學(xué)盡量以夠用為度，在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上應(yīng)該盡可能地強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐環(huán)節(jié)[5]。SOPC（片上可編程系統(tǒng)）是一門非常特殊的課程，它所基于的硬件 FPGA由于沒有CPU，故其知識(shí)點(diǎn)可以很簡(jiǎn)單地用1～2課時(shí)講完，運(yùn)用的編程語(yǔ)言學(xué)生在 EDA課程中學(xué)習(xí)。它的主要理論知識(shí)就是Nios II處理器和avalon總線，這兩部分十幾個(gè)課時(shí)肯定可以講完，在設(shè)計(jì)項(xiàng)目中只要會(huì)用Nios II處理器，了解avalon總線，并沒有高深的公式推導(dǎo)和理論知識(shí)，如果還有其他知識(shí)非得補(bǔ)充，幾個(gè)課時(shí)足以。因此這門前沿性學(xué)科與單片機(jī)、DSP、嵌入式系統(tǒng)都不同，它沒有太多的理論知識(shí)需要講解，F(xiàn)PGA芯片幾乎不需要花時(shí)間理解，學(xué)生對(duì)FPGA一竅不通也可以運(yùn)用硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行片上可編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)。而上述其余三門課的硬件至少得花 12課時(shí)講解。筆者認(rèn)為可將36+12的課時(shí)分配改為24+24。如在理論課上帶著開發(fā)板講2個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，第一個(gè)項(xiàng)目可教師講解，第2個(gè)讓學(xué)生分組討論，學(xué)生自行設(shè)計(jì)方案，教師加以引導(dǎo)，結(jié)合開發(fā)板演示不同方案的結(jié)果并加以評(píng)議，這樣實(shí)際上也起到了提高學(xué)生實(shí)踐能力的目的。

[1] 余建星,徐斌,孫克俐,郭強(qiáng),等.工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建與成效[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué),2010,32(1)：28-30.

[2] 王懷平,林剛勇.電工電子類課程群實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育,2011,27(4)：117-118.

[3] 張乃群,龐發(fā)虎,李運(yùn)賢.分層次開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索[J].南陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào),2009,8(6)：105-108.

[4] 吳赟婷,熊婷,王鐘莊.以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心的教學(xué)模式在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課程中的應(yīng)用[J].職教論壇,2011,27(8)：28-31.

[5] 梁洪衛(wèi),高丙坤,邸曉宇,等.“EDA技術(shù)與應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2011,28(1)：147-149.

（責(zé)任編輯、校對(duì)：孫海祥）

Exploration into SOPC Experiment Teaching

ZHOU Dian-feng

(School of Physical Science and Electronic Technique, Yancheng Normal University, Yancheng 224002, China)

The problems of current experiment teaching were analyzed, and reform of SOPC experiment teaching was explored. The students were grouped based on their particular case, and the students of different foundation choose different type experiment. It fully transferred the student's aggressive and made each student learn much knowledge. It teaches students according to their aptitude. What’s more, the experiment method was opened and isn’t setting out tasks. It improved majority students’ designing and creating ability. Grouping and opened teaching is realistic. It can raise teaching quality, and can train students innovation ability and engineering synthesize applied ability.

SOPC; experiments teaching; reform

鹽城師范學(xué)院教研項(xiàng)目（11YCTCJY038）

2011-06-27

周殿鳳（1978-），女，江蘇寶應(yīng)人，碩士，鹽城師范學(xué)院物理學(xué)院講師，研究方向?yàn)槠峡删幊滔到y(tǒng)（SOPC）。

G642

A

1009-9115(2011)05-0150-03