方愷晴，張洪杰，錢彭飛，劉 峰

（湖南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410082）

0 引 言

數(shù)字系統(tǒng)實驗是高等院校信息類學(xué)科必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)實踐課，是后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，有著很強(qiáng)的實踐性[1]，這門實踐課的教學(xué)一直在改革，雖然已取得不錯的成績，但隨著時間與條件的變化，改革依舊在繼續(xù)，學(xué)生的時間寶貴，如何從學(xué)生角度出發(fā)，讓學(xué)生在有限的時間內(nèi)收獲更多，是我們改革需要重點(diǎn)考慮的問題[2]。動作分解教學(xué)法是一些實操和競技體育運(yùn)動訓(xùn)練與教學(xué)中經(jīng)常用到的方法，如何把這種方法應(yīng)用到實驗課程的教學(xué)中是文章研究與探討的重點(diǎn)。

1 動作分解教學(xué)法的概述

動作分解法是指把完整的動作合理地分為幾個部分或段，逐步進(jìn)行學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，最后達(dá)到全部掌握的方法[3]。實踐課程同樣可以將完整的教學(xué)劃分成幾個小部分,并按照一定的步驟開展教學(xué)工作，直到學(xué)生掌握所有動作，再將這些動作整合在一起[4]。這種動作分解教學(xué)法完全可以借鑒運(yùn)用于數(shù)字系統(tǒng)實驗教學(xué)。數(shù)字系統(tǒng)實驗是一門實踐性很強(qiáng)的硬件基礎(chǔ)實踐課程，它的教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)放在動手能力的培養(yǎng)上，也就是相關(guān)的技能訓(xùn)練。我們可以對課程達(dá)成的目標(biāo)進(jìn)行分析，把課程需要培養(yǎng)學(xué)生的技能逐一抽離出來，把這個過程看做動作分解的過程，依據(jù)實驗內(nèi)容規(guī)范每一個動作、技能訓(xùn)練。隨著分解教學(xué)法的應(yīng)用，對于難度大而相對復(fù)雜的動作（大綜合設(shè)計），學(xué)生將清晰地看到分動作的細(xì)節(jié)，再將學(xué)到的單個技能運(yùn)用到最后的復(fù)雜動作中去，最終完成大綜合設(shè)計。

2 動作分解教學(xué)法在實驗教學(xué)中的實施與探討

數(shù)字系統(tǒng)實驗這門實驗課程，其實很多內(nèi)容是經(jīng)典的，可以保持不變，如果從系統(tǒng)角度出發(fā)，把內(nèi)容重新梳理，把系統(tǒng)設(shè)計必備的技能抽離出來，再從學(xué)生現(xiàn)有的知識角度出發(fā)，重新規(guī)劃每節(jié)課內(nèi)容與培訓(xùn)目標(biāo)對應(yīng)，并通過課后題庫練習(xí)加強(qiáng)相應(yīng)技能訓(xùn)練，這個體系的整體設(shè)計讓學(xué)生在實踐過程中慢慢體會，通過練習(xí)找出規(guī)律，最后再通過大綜合的實踐去運(yùn)用這些技能，用心按要求去做，一定會有自己的領(lǐng)悟。

2.1 課前調(diào)研

課前通過網(wǎng)上麥克表單調(diào)研學(xué)生的現(xiàn)狀以及具備的知識情況。調(diào)研結(jié)果為：學(xué)生時間有限，實驗課時有限，有限時間內(nèi)需要學(xué)有所值；實驗課超前理論課（理論與實驗課在同一學(xué)期）；學(xué)過理論課、借過實驗板、做過實驗，但是實驗課時學(xué)生依舊不會用實驗板、不會仿真等基本技能（部分專業(yè)學(xué)生的實驗安排在理論課的后一學(xué)期進(jìn)行）；缺乏觀察能力，沒有工程實驗的思想；習(xí)慣隨大流，不習(xí)慣看圖；對發(fā)現(xiàn)問題不敏感，等著安排，百度求解答案；預(yù)備知識只有英語、C語言。

2.2 課程分析確定教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)對學(xué)生的調(diào)研結(jié)果和課程的分析，以工程教育專業(yè)認(rèn)證為標(biāo)準(zhǔn)確定教學(xué)目標(biāo)，目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生具有軟件、硬件與系統(tǒng)的設(shè)計、測試與實驗的能力；把學(xué)生分析和解決工程的能力分步拆分成單個技能，再把這些單一技能揉捏到相關(guān)實驗項目中進(jìn)行培訓(xùn)，技能涵蓋5個基本技能，如圖1所示。

圖1 數(shù)字系統(tǒng)實驗課程的培訓(xùn)技能

2.3 實驗內(nèi)容與培訓(xùn)技能一一對應(yīng)

將上述五大基本技能逐一分散到各次實驗中，項目與技能培訓(xùn)一一對應(yīng)，課堂時間有限，需用短期技能練習(xí)，讓學(xué)生明確培訓(xùn)目標(biāo)，以綜合項目為入門，輔以仿真、HDL模塊建模實現(xiàn)編程，并通過課后網(wǎng)上題庫，進(jìn)一步加深專項技能訓(xùn)練，最終以大綜合驗證學(xué)習(xí)效果，詳見表1。

2.4 分步訓(xùn)練

整個數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計訓(xùn)練安排2個大綜合項目，在課程開始和結(jié)束時分別進(jìn)行，中間穿插專題訓(xùn)練。

1）綜合項目訓(xùn)練。

第1個綜合項目從生活起步，以三位數(shù)碼管掃描顯示為例，從設(shè)計思路、畫圖、識圖、分析圖、通過文字描述其算法形成結(jié)構(gòu)圖、硬件語言代碼、仿真功能驗證、測試工具使用、調(diào)試基本方法（含錯誤信息識別與解決），最后完成整個項目形成文檔。這個訓(xùn)練分4次課完成，每次課有其訓(xùn)練重點(diǎn)（詳見表1），將其動作分解，每節(jié)課強(qiáng)調(diào)規(guī)定動作的完成，讓學(xué)生明白本次課的訓(xùn)練目標(biāo)，盡量在課堂上完成本次訓(xùn)練，這個簡單而又復(fù)雜的實例可以讓學(xué)生基本掌握FPGA開發(fā)設(shè)計流程，整個流程參考圖2[5]，給學(xué)生實踐指出明確的引導(dǎo)方向，方便學(xué)生課后練習(xí)遇到疑問時尋求解答。

2）單項技能訓(xùn)練之仿真技能。

仿真技能訓(xùn)練安排2次課（含測試），通過典型實例訓(xùn)練學(xué)生仿真的基本技能，系統(tǒng)地講解仿真的基本原則、常規(guī)步驟、仿真過程中各個工具的使用和實用方法，課后配有題庫訓(xùn)練。

表1 實驗內(nèi)容與技能培訓(xùn)對照表

（續(xù)表1）

圖2 FPGA開發(fā)流程圖

3）單項技能訓(xùn)練之代碼編寫。

硬件描述語言部分的訓(xùn)練，涉及教材中的組合電路設(shè)計、計數(shù)器與分頻器、狀態(tài)機(jī)序列檢測器等部分內(nèi)容，不是單一完成某個實驗任務(wù)或?qū)懸欢未a，而是從問題分析到畫RTL結(jié)構(gòu)圖的完成、結(jié)構(gòu)圖的描述方法掌握到代碼描述的套路等訓(xùn)練，此項訓(xùn)練安排4次課（含測試）。同時，每次課后有題庫供學(xué)生在線訓(xùn)練，教師每天都可通過系統(tǒng)后臺關(guān)注每一位學(xué)生課后訓(xùn)練情況。

4）大綜合訓(xùn)練。

自選綜合項目，通過對任務(wù)的解讀，抽象出任務(wù)，并畫出結(jié)構(gòu)圖，再運(yùn)用各項技能在實驗板上實現(xiàn)目標(biāo)功能，并完成設(shè)計報告，以大綜合設(shè)計實踐來驗證學(xué)習(xí)效果。

2.5 考核與網(wǎng)上題庫訓(xùn)練相輔相成

每次實驗課在課堂上完成規(guī)定任務(wù)，明確培訓(xùn)目標(biāo)，課后配有網(wǎng)上題庫，學(xué)生需在課后完成相應(yīng)題庫才能參與相應(yīng)的題庫測試，未完成者不允許參與在線題庫測試?？己朔譃轭}庫作業(yè)（30%）、在線題庫測試（30%）、綜合1驗收與報告（20%）和大綜合驗收與報告（20%）。系統(tǒng)后臺可統(tǒng)計出學(xué)生的整體課后題庫完成情況，從題庫的完成統(tǒng)計情況能明顯區(qū)分出學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度。依據(jù)上述考核方法，能夠比較合理地對每一名學(xué)生的實驗情況給出較為公正的評價分值。

3 教學(xué)效果總結(jié)

經(jīng)過一個學(xué)期的實踐，通過分析動作分解教學(xué)法運(yùn)用于數(shù)字系統(tǒng)實驗課程的教學(xué)效果，可以得出的結(jié)論有：①此執(zhí)行方案通過實踐，以綜合項目入門，輔以仿真，節(jié)奏很緊湊，學(xué)生反映好，這一點(diǎn)要堅持下去。②編程部分的訓(xùn)練，像做瑜伽、彈鋼琴一樣，天天練才會有肌肉記憶技能，不是單純靠學(xué)能會的知識，因此，課后大量的題庫訓(xùn)練還需繼續(xù)加強(qiáng)。③大綜合項目的題目是學(xué)生在15個題中自選的，學(xué)生花了大量時間才完成，部分題目比較偏，百度上能搜到的信息少，影響學(xué)生的信心；另外，大綜合的安排正好是學(xué)生考試周前后，影響了教學(xué)效果。④實驗內(nèi)容的設(shè)定，如綜合項目的選擇很重要，以第一個綜合項目為例，這個案例中最后的層次化設(shè)計，是從建模開始，從模塊到信號再到實現(xiàn)的全過程體現(xiàn)，仿真、編程技能都能夠揉進(jìn)其中。實驗內(nèi)容應(yīng)該依照這樣的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)定，達(dá)到全面訓(xùn)練學(xué)生的目的。⑤仿真技能與編程題庫可以單獨(dú)分離出來作為單獨(dú)的機(jī)測知識部分進(jìn)行測試。⑥大綜合可以選擇一個經(jīng)典案例去分組完成。⑦綜合合作部分，學(xué)生的日志報告文字功底還需加強(qiáng)。

4 結(jié) 語

數(shù)字系統(tǒng)實驗課程的實踐形成了一套完整的實驗體系，體系的功能完善，教學(xué)思路新穎，任務(wù)的完成既能讓學(xué)生獲得滿足感與成就感，又可激發(fā)他們的求知欲望，從而提高學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)效率，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，使學(xué)生建構(gòu)起探究、實踐、思考、運(yùn)用和解決問題的研究學(xué)習(xí)體系[6]，實踐中發(fā)現(xiàn)的問題也需要在后續(xù)教學(xué)中不斷解決。

[1] 方愷晴, 張洪杰, 劉峰, 等. 信息類專業(yè)硬件基礎(chǔ)實踐的項目沉浸式教學(xué)模式[J]. 計算機(jī)教育, 2016(7): 108-113.

[2] 方愷晴, 張洪杰, 劉峰. 數(shù)字邏輯“做中學(xué)”實驗教學(xué)模式的探討[J]. 實驗技術(shù)與管理, 2009(10): 107-110,113.

[3] 鐘明寶. 分解法教學(xué)應(yīng)用的理論性研究[J]. 體育學(xué)刊, 1996(4): 90-91.

[4] 王震東. 分解教學(xué)法在少兒武術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J]. 當(dāng)代體育科技, 2017(1): 112, 114.

[5] 方愷晴, 張洪杰, 劉三一, 等. 計算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)實驗教程[M]. 2版. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2017(2): 108.

[6] 王紅航, 劉凱, 鄧春健, 等. 數(shù)字電路綜合實驗設(shè)計案例驅(qū)動法教學(xué)探討[J]. 計算機(jī)教育, 2017(7): 140-143.