李 琳，周國雄

(中南林業(yè)科技大學計算機與信息工程學院，湖南長沙410004)

基于建構(gòu)主義理論的《EDA技術(shù)》課程改革

李 琳，周國雄

(中南林業(yè)科技大學計算機與信息工程學院，湖南長沙410004)

本文以建構(gòu)主義理論為指導，開展對《EDA技術(shù)》課程內(nèi)容改革的研究，課程內(nèi)容的選擇是以課程學習內(nèi)容的教育價值和課程內(nèi)容與課程目標的一致性為依據(jù)的。并針對改革后的課程內(nèi)容提出了一些教學建議。

建構(gòu)主義;EDA技術(shù);模塊化設計

目前現(xiàn)代電子技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已到了必須普及掌握EDA技術(shù)的階段，因此高等教育就應順應電子技術(shù)的這種發(fā)展趨勢，為滿足社會與產(chǎn)業(yè)對EDA技術(shù)人才的不斷需求而培養(yǎng)出大批既懂電子技術(shù)又熟悉現(xiàn)代EDA技術(shù)的高層次建設人才。隨著EDA技術(shù)的飛速發(fā)展，對《EDA技術(shù)》的課程內(nèi)容提出了新課題，因此，應對原有的EDA教學內(nèi)容進行改革使之順應EDA技術(shù)發(fā)展的趨勢。

一 以建構(gòu)主義理論指導《EDA技術(shù)》課程改革的可行性

建構(gòu)主義認為［1－2］，知識不是通過教師傳授得到，而是學習者在一定的情境即社會文化背景下，借助他人(包括教師和學習伙伴)的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構(gòu)的方式而獲得。而不是像傳統(tǒng)教學那樣，只是把知識從教師頭腦中傳送到學生的筆記本上。因此建構(gòu)主義學習理論認為“情境”、“協(xié)作”、“會話”和“意義建構(gòu)”是學習環(huán)境中的四大要素。

EDA技術(shù)最主要特點是采用自頂向下的設計思想和模塊化的設計方法來實現(xiàn)電子系統(tǒng)的設計。因此，在《EDA技術(shù)》的課程教學中系統(tǒng)和模塊化的設計尤為重要。在《EDA技術(shù)》課程之前已經(jīng)開設了《電路》和《數(shù)字電路》課程，學生頭腦中已構(gòu)建了組合電路模塊和時序電路模塊——數(shù)字電子系統(tǒng)的主要組成部分［3］。這為學生構(gòu)建數(shù)字系統(tǒng)提供了經(jīng)驗和模型。EDA技術(shù)實驗的主要方法是通過軟件來設計硬件，而軟件設計的方法很多，這就為實現(xiàn)同一硬件電路提供了不同的方法，學生可以采用不同的方法建構(gòu)實現(xiàn)電子系統(tǒng)的設計。EDA技術(shù)實驗教學學時有限，部分較為復雜的電子系統(tǒng)設計學生較難在規(guī)定的時間內(nèi)獨立完成，他們可以自由組合伙伴分工合作共同完成實驗。同時由于EDA技術(shù)飛速發(fā)展，實驗設備的更新很難與EDA技術(shù)的發(fā)展同步，部分體現(xiàn)新技術(shù)的實驗難以用現(xiàn)有的實驗設備實現(xiàn)，因此可以通過虛擬儀器教學，讓學生在虛擬的情景中實現(xiàn)意義建構(gòu)。在整個教學過程中以學生為中心，教師有意識地引導學生逐步建構(gòu)模塊，最終實現(xiàn)系統(tǒng)的建構(gòu)。

由于《EDA技術(shù)》課程的上述特點，與以建構(gòu)主義學習理論以及建構(gòu)主義學習環(huán)境的教學模式——“以學生為中心，在整個教學過程中由教師起組織者、指導者、幫助者和促進者的作用，利用情境、協(xié)作、會話等學習環(huán)境要素充分發(fā)揮學生的主動性、積極性和首創(chuàng)精神，最終達到使學生有效地實現(xiàn)對當前所學知識的意義建構(gòu)的目的”［4］相適應，因此以建構(gòu)主義理論指導《EDA技術(shù)》課程改革是可行的。

二 基于建構(gòu)主義理論的《EDA技術(shù)》課程內(nèi)容的改革

課程內(nèi)容是課程的核心要素。它的改革主要以以下兩方面為依據(jù):

1．課程學習內(nèi)容的教育價值［5］。它主要包括兩個方面:(1)課程內(nèi)容與當前需要的滿足情況。(2)課程內(nèi)容與未來發(fā)展的需要的滿足情況。由于EDA技術(shù)將電子系統(tǒng)的軟件設計與硬件設計有機地融合，為電子產(chǎn)品開發(fā)和系統(tǒng)設計提供了全新的手段，EDA技術(shù)的發(fā)展對傳統(tǒng)的電子設計方法進行了革命性的變革。為了適應電子信息技術(shù)發(fā)展的潮流和國際競爭對人才的需要，《EDA技術(shù)》課程內(nèi)容除了包括EDA技術(shù)的基本知識、基本概念、基本原理和方法外，還應融入EDA技術(shù)最新發(fā)展的技術(shù)及其應用。例如:將嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)及應用、IP Core的使用、最新的第三方EDA工具的使用、虛擬儀器的使用等內(nèi)容融入到《EDA技術(shù)》課程內(nèi)容中，及時更新關(guān)于EDA新技術(shù)的課程內(nèi)容，使之始終與技術(shù)的最新發(fā)展相適應。

2．課程內(nèi)容與課程目標的一致性［5］?！禘DA技術(shù)》課程的主要目標是:培養(yǎng)學生采用模塊化的自頂向下的方法設計電子系統(tǒng)的能力。因而，《EDA技術(shù)》課程的內(nèi)容應為學生設計電子系統(tǒng)能力的培養(yǎng)服務。同時由于電子系統(tǒng)的設計是由完成不同功能的各個模塊構(gòu)成的，所以，在選擇《EDA技術(shù)》課程內(nèi)容時首先應選擇那些對于構(gòu)建一個系統(tǒng)是必不可少的或者是經(jīng)常被用到的模塊的內(nèi)容。因此，筆者選擇了如下幾個必需的模塊作為課程內(nèi)容:(1)譯碼器模塊和編碼器模塊:一個復雜的電子系統(tǒng)是由多個模塊構(gòu)成的，各個模塊的連接和通信是通過系統(tǒng)總線完成的，而系統(tǒng)的地址總線是有限的，地址總線經(jīng)過譯碼器模塊則可以將更多的模塊連接起來實現(xiàn)通信從而完成系統(tǒng)的設計，所以譯碼器模塊對于構(gòu)建一個復雜的系統(tǒng)是必不可少的;編碼器模塊所實現(xiàn)的邏輯功能與譯碼器模塊是相反的，它能將外部大量的無序的狀態(tài)編碼為系統(tǒng)能接受的有序地狀態(tài)，所以，編碼器模塊是構(gòu)建一個系統(tǒng)經(jīng)常用到的模塊。(2)計數(shù)器模塊和分頻器模塊:在一個系統(tǒng)中計數(shù)功能是必不可少的，它能控制溢出、定時、數(shù)值的加載等等，因此，實現(xiàn)這一功能的計數(shù)器模塊是構(gòu)建一個系統(tǒng)必不可少的模塊;分頻器模塊是在計數(shù)模塊的基礎上構(gòu)建而成的，對于一個系統(tǒng)來說一般只有一個固定的系統(tǒng)晶振頻率，但是，各個模塊的工作頻率很有可能都是不同的，這時就需要利用分頻器將系統(tǒng)晶振頻率分成各個模塊所需要的工作頻率，因此，分頻器模塊是構(gòu)建一個系統(tǒng)經(jīng)常用到的模塊。(3)輸入電路模塊和輸出電路模塊:構(gòu)建一個系統(tǒng)的價值在于它能夠與外部設備進行通信，能對外部數(shù)據(jù)進行處理，能將處理的結(jié)果反饋出來。系統(tǒng)如要與外部通信則需要構(gòu)建輸入電路模塊，系統(tǒng)如要將處理的結(jié)果反饋出來則需要構(gòu)建輸出電路模塊。因此，輸入電路模塊和輸出電路模塊是構(gòu)建一個系統(tǒng)非常重要的模塊。(4)狀態(tài)機模塊:狀態(tài)機的最大優(yōu)點在于它能將復雜的電路設計轉(zhuǎn)化為簡單的狀態(tài)轉(zhuǎn)換設計，因而，在復雜的抽象的系統(tǒng)的設計時經(jīng)常會采用狀態(tài)機的設計方法。因此，狀態(tài)機模塊是設計一個復雜系統(tǒng)經(jīng)常要用到的模塊。

三 《EDA技術(shù)》課程的教學建議

(1)在《EDA技術(shù)》課程的教學中可以靈活地采取:拋錨式教學策略、支架式教學策略和隨機進入教學策略。這三種策略有不同的特點適用于不同階段的教學。隨機進入教學策略適用于前面章節(jié)的關(guān)于原理圖方法和硬件描述語言的內(nèi)容的教學，拋錨式教學策略適用于中間章節(jié)講述基本單元電路的設計的教學中，支架式教學策略適用于后面部分的電子系統(tǒng)的設計的教學中。當然，為了能更好地幫助學生實現(xiàn)最終的意義建構(gòu)，教師可依據(jù)具體的情況交互地使用上述三種策略。

(2)在《EDA技術(shù)》課程教學中注重學生工程意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。采用EDA技術(shù)設計系統(tǒng)時，任何電路的設計、編譯、仿真、下載都是基于工程來展開的。所以，在實際電路設計的教學中應將對學生工程意識的培養(yǎng)放在首位。同時，對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)應貫穿于整個教學，鼓勵學生多采用不同的方法設計電路，讓學生在不同的設計思路中有所創(chuàng)新，鼓勵學生將所學的知識應用于實際生活中感興趣的設計項目中，逐步提升學生的創(chuàng)新能力。

(3)由于EDA技術(shù)發(fā)展日新月異，知識內(nèi)容更新迅速，現(xiàn)有的實驗硬件設備不能滿足依據(jù)EDA技術(shù)發(fā)展趨勢和學生的不同的興趣愛好而開設的新實驗的要求(即不能提供真實的情景教學環(huán)境)，因此筆者建議在EDA技術(shù)的教學中引入虛擬儀器教學，通過計算機設計虛擬人機交互的實驗界面，讓學生在虛擬的實驗環(huán)境中完成實驗的最終建構(gòu)。同時還應積極利用Internet網(wǎng)絡技術(shù)為學生創(chuàng)設有豐富資源的學習情景［6］，例如:包含許多不同情景的應用實例和有關(guān)的信息資料等等，以便學生根據(jù)自己的興趣、愛好去主動發(fā)現(xiàn)和探索。

(4)雖然EDA技術(shù)這門課的實踐行為主要依賴于計算機來完成，但教師應注意培養(yǎng)學生硬件電路系統(tǒng)設計基本能力;軟件設計與硬件設計有機融合以及硬件設計軟件化的技術(shù)技能;將既定的硬件目標系統(tǒng)利用軟件的方式進行設計、仿真和最后實現(xiàn)的技能。但更重要的是，培養(yǎng)學生不斷了解新信息、掌握新技術(shù)、適應新情況和及時將最新的電子設計技術(shù)應用到自己的工作實踐中的能力。

［1］何克抗．建構(gòu)主義的教學模式教學方法與教學設計［J］．北京師范大學學報(社會科學版)，1997(5)．

［2］楊曉娟．基于建構(gòu)主義學習理論的教學過程設計模式［D］．山東師范大學2000級碩士論文．

［3］李 琳．基于建構(gòu)主義的《eda技術(shù)》的實驗教學設計［J］．湖南科技大學學報，2006(2):130 －132．

［4］何克抗．建構(gòu)主義——革新傳統(tǒng)的教學理論基礎［J］．電化教育研究，1997(3)．

［5］廖哲勛，田慧生．課程新論［M］．北京:教育科學出版社，2003．

［6］梁曉雯．EDA系統(tǒng)設計的實驗教學構(gòu)想［J］．實驗技術(shù)與管理，2002(2)．

G43

A

1674－5884(2012)02－0111－02

2011－01－04

中南林業(yè)科技大學青年科學研究基金項目(QJ2010011B)

李 琳(1977－)，女，湖南嘉禾人，講師，碩士，主要從事電子與自動控制研究。

(責任編校 羅 淵)