SOPC實驗教學(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）

SOPC實驗教學(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)前實驗教學(xué)存在的問題，對SOPC實驗教學(xué)進行了探索。根據(jù)學(xué)生具體情況進行分組教學(xué)，即不同基礎(chǔ)的學(xué)生選擇不同類型的實驗。此舉充分調(diào)動了學(xué)生的積極性，使得每位學(xué)生都學(xué)到了很多知識，做到了因材施教。同時將布置任務(wù)型實驗改為開放型實驗，提高了大部分學(xué)生的設(shè)計能力和創(chuàng)造能力。分組開放型實驗教學(xué)切實可行，既能提高實驗教學(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；實驗教學(xué)；改革

實驗教學(xué)是理工科教學(xué)中重要的組成部分，它不僅是學(xué)生獲得知識的重要途徑，而且對培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力、科學(xué)研究能力和創(chuàng)新意識，具有十分重要的作用。近年來，我國工程人才培養(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)，實驗教學(xué)起著巨大的作用[2]。筆者結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗和指導(dǎo)學(xué)生參加全國大學(xué)生電子大賽的實戰(zhàn)經(jīng)驗，以片上可編程系統(tǒng)（SOPC）的實驗教學(xué)為例，探索了實驗教學(xué)的改革，尋找提高實驗教學(xué)質(zhì)量、提高學(xué)生創(chuàng)新能力和設(shè)計能力的方法。

1 原有教學(xué)模式及其不足

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)是實驗課上教師詳細(xì)講解實驗原理，對實驗內(nèi)容進行操作示范，學(xué)生不需要主動思維和創(chuàng)新，只需按實驗講義步驟進行，“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。這種實驗教學(xué)模式，學(xué)生動手機會少，不能自主學(xué)習(xí)，不利于個性發(fā)展，阻礙了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性、創(chuàng)造性以及現(xiàn)代科學(xué)思維方式的形成[3]。傳統(tǒng)實驗中每位學(xué)生實驗的內(nèi)容都是相同的，實驗成績主要由實驗報告決定，很難避免一部分學(xué)生幾乎不做實驗，直接抄同學(xué)的實驗報告。由于實驗內(nèi)容單一，理論知識好的學(xué)生覺得實驗太簡單，而基礎(chǔ)不好的學(xué)生又消化不了。學(xué)生做完實驗后還要抄寫實驗報告，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個實驗，每個實驗至少要寫4頁實驗報告，每個學(xué)生總共要寫150頁左右實驗報告，繁瑣的抄寫工作從另一方面也讓學(xué)生對實驗課厭倦。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)也確實到了必須改革的時候了。教師應(yīng)設(shè)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其主動獲取知識，進而應(yīng)用知識解決問題，提高創(chuàng)新和實踐能力。

2 統(tǒng)一實驗變?yōu)閷哟位瘜嶒?/h2>

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）+12（實驗課時）。此時學(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。層次化教學(xué)在理論課上不易展開，但可以實施于實驗教學(xué)。目前我校每班大概有50位同學(xué)，實驗室一次最多接受30位學(xué)生，每班必須分成兩組，而教師可以根據(jù)需要在實驗中將學(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套實驗內(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)生實驗性質(zhì)

“QuartusII軟件的使用”是所有實驗的基礎(chǔ)，它是一個驗證性實驗，每個組都要做，但可以提出不同的要求。對于基礎(chǔ)好的，可以不給出程序，讓其自行設(shè)計，這部分學(xué)生未必需要再去抄寫那些沒有太多意義的實驗報告。

對于第4組同學(xué)，實驗難度不宜太大，要留給學(xué)生一定的思考空間，不能將實驗看作“走過場”，較好的結(jié)果是前面3個實驗以教師為主，而后面3個以學(xué)生為主。

同樣是設(shè)計性實驗，不同組別的具體內(nèi)容也不相同。例如“霓虹燈設(shè)計”實驗，對于第4組學(xué)生，教師需要講解霓虹燈的原理及設(shè)計方法，對學(xué)生的要求是霓虹燈有 4種亮法。對于第3組學(xué)生，由于已是第2個設(shè)計性實驗，教師不需要詳細(xì)講解，學(xué)生在教師的提示下進行設(shè)計，實驗的效果是霓虹燈有6種亮法。對于第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，對于個別學(xué)生教師可讓其思考如何讓霓虹燈隨著音樂的節(jié)奏進行閃爍。不同的要求可以杜絕學(xué)生抄襲，也可以真正實現(xiàn)因材施教，達到最優(yōu)教學(xué)效果。

為了有較好的實驗效果，學(xué)生最好能預(yù)習(xí)。如果學(xué)生真的認(rèn)真實驗了，當(dāng)他們看見自己的設(shè)計效果（在每個學(xué)生的開發(fā)平臺上演示），他們的興趣必會大漲，在實驗課時不夠用的情況下預(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的實驗吸引學(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)實世界的“絕對參照”[4]。這是對傳統(tǒng)實驗教學(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，而是創(chuàng)造情境讓學(xué)生自己學(xué)習(xí)知識，這樣學(xué)到的知識是最深刻的。

在SOPC實驗教學(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)的實驗教學(xué)方法，實驗過程中2～3組學(xué)生應(yīng)該逐步學(xué)會根據(jù)要求自己設(shè)計實驗內(nèi)容、實驗步驟，教師提出問題引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生一步步思考，讓學(xué)生自己動手實踐，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)生的主觀能動性，真正提高學(xué)生利用所學(xué)理論知識解決實際問題的能力，提高創(chuàng)新意識和動手能力。至于第1組學(xué)生，教師只需要講解1～2實驗，剩下的實驗完全放開，教師只需提供題目、要求、擴展要求，讓學(xué)生自擬方案，教師在實驗過程中可以答疑、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)生在實驗后期也可以根據(jù)DE2開發(fā)平臺上的資源自己擬訂題目，自己帶著問題去學(xué)習(xí)，主動尋找解決問題的方法，從而可以更好地提高設(shè)計能力。對于設(shè)計性和綜合性實驗，實驗結(jié)束后學(xué)生提交設(shè)計方案而不是實驗報告，以達到培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力和創(chuàng)造能力。

由于不再統(tǒng)一實驗內(nèi)容，所以實驗內(nèi)容的設(shè)計應(yīng)具有較大的柔性和靈活性。12個課時（6個實驗）的實驗講義至少應(yīng)提供20個實驗，其中有5～6個實驗需要有詳細(xì)的說明以便學(xué)生入門。教師在實驗開始一個月前將所有實驗內(nèi)容發(fā)給學(xué)生，讓其預(yù)先了解實驗內(nèi)容，并可根據(jù)自己的興趣有目的地選擇6個實驗，減少實驗的盲目性，使學(xué)生真正參與到實驗中來，提高實驗教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(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。因為FPGA芯片本身是一張白紙，只要學(xué)生的單片機和硬件描述語言足夠好，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，這方面的知識教師要詳細(xì)指導(dǎo)（也可以在理論教學(xué)時借助開發(fā)板講解），否則學(xué)生會占用大量的時間去摸索。

最終學(xué)生的實驗成績采取過程記錄法，就是教師為每一位學(xué)生準(zhǔn)備一張記錄卡，實時記錄學(xué)生的實驗情況。

4 適當(dāng)增加實驗課時

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)該盡可能地強化實驗、實踐環(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，故其知識點可以很簡單地用1～2課時講完，運用的編程語言學(xué)生在 EDA課程中學(xué)習(xí)。它的主要理論知識就是Nios II處理器和avalon總線，這兩部分十幾個課時肯定可以講完，在設(shè)計項目中只要會用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，如果還有其他知識非得補充，幾個課時足以。因此這門前沿性學(xué)科與單片機、DSP、嵌入式系統(tǒng)都不同，它沒有太多的理論知識需要講解，F(xiàn)PGA芯片幾乎不需要花時間理解，學(xué)生對FPGA一竅不通也可以運用硬件描述語言進行片上可編程系統(tǒng)設(shè)計。而上述其余三門課的硬件至少得花 12課時講解。筆者認(rèn)為可將36+12的課時分配改為24+24。如在理論課上帶著開發(fā)板講2個項目的設(shè)計，第一個項目可教師講解，第2個讓學(xué)生分組討論，學(xué)生自行設(shè)計方案，教師加以引導(dǎo)，結(jié)合開發(fā)板演示不同方案的結(jié)果并加以評議，這樣實際上也起到了提高學(xué)生實踐能力的目的。

[1] 余建星,徐斌,孫克俐,郭強,等.工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建與成效[J].中國大學(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驗教學(xué)改革與實踐[J].中國電力教育,2011,27(4)：117-118.

[3] 張乃群,龐發(fā)虎,李運賢.分層次開放性實驗教學(xué)模式探索[J].南陽師范學(xué)院學(xué)報,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)模式在計算機實驗課程中的應(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”實驗與實踐教學(xué)改革[J].實驗技術(shù)與管理,2011,28(1)：147-149.

（責(zé)任編輯、校對：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，研究方向為片上可編程系統(tǒng)（SOPC）。

G642

A

1009-9115(2011)05-0150-03