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【摘要】本文介绍创新性实验教学的概念,着重阐述对《EDA技术实用教程》课程的实验教学的特点,并提出了进行创新性教学改革的做法和措施。对该课程的创新性实验教学方法、改革措施及效果进行了评价,强调了高等教育实施创新性实验教学的重要性。
【关键词】创新性实验教学;EDA技术;教学方法
1.引言
目前EDA技术已经成为电子信息类学生一门重要的专业基础课程,并且在教学、科研,以及大学生电子设计竞赛等赛事中,起着越来越重要的作用,成为电子类本科生及研究生必须掌握的专业基础知识与基本技能。在EDA课程中,实验教学是其整个教学过程的必不可少的重要组成部分,是提高学生的综合素质、培养学生创新精神与实验动手能力的重要途径,对实现高素质创造性的一流人才培养具有重要意义。随着教学改革的深入,对EDA实验课程教学的要求也在不断提高,而目前传统的“机械式、重复式的”实验教学模式已远远不能适应社会和当前教学关系的发展。因此,为与EDA技术的发展相适应,要想培养出学生的创新能力,就必须对EDA课程的实验教学方式进行创新性实验教学的改革。
创新性实验就是指实验的成果在功能上是已知的,而在性能、实现方法和结果形式上是未知的,不同的学生按照自己的思路进行设计,得到不同的结果,既避免了抄袭,又可以开发各自的潜能。而创新性实验教学就是要求老师和学生在整个教学的过程中,不拘泥书本,不迷信权威,不墨守成规,以已有的知识为基础,结合学习的实验和对未来的设想,独立思考,大胆探索,别出心裁,创造出带有新思路、新问题、新设计、新途径、新方法的教学活动。显然,从创新性实验目的出发的教学改革才能真正体现理论与实验并重的思想,有利于教育的发展,有利于人才的培养。
2.EDA实验课程的特点
《EDA技术实用教程》系采用先进的集成开发平台、以硬件描述语言(Hardware Description Language)编程设计、最终在可编程逻辑器件(CPLD)或现场可编程门阵列(FPGA)器件上实现应用数字系统的一门课程。该课程主要包括课堂教学、实验教学二个环节,其实验课程的显著特点是:一、应用技术先进。随着半导体和计算机技术的不断发展,电子工程设计已经实现了电子设计自动化(Electronic Design Automation),简称EDA[1]。作为一种以计算机为基础的工作平台,利用电子技术、计算机技术、智能化技术等多种应用学科的最新成果,开发成的一整套电子计算机辅助设计软件,EDA是一种能够帮助电子设计工程师从事电子元件产品和系统设计的综合技术,代表了现代电子设计的主流和趋势。专家认为,未来的电子技术时代将是EDA的时代[2]。二、软、硬件结合。“EDA技术”是一种“软”、“硬”合一的电子设计技术,它以计算机和EDA软件为工作平台,以硬件描述语言为设计语言,以专用集成电路为实现载体,设计并实现复杂电子电路或电子系统。这种软、硬结合的设计方式势必对学生的自主创新能力有更高的要求。三、知识综合面宽。EDA技术涵盖的知识面很广,课程主要包括EWB、Prote199、FPGA(现场可编程门阵列)/CPLD(复杂可编程逻辑器件)和VHDL(极高速电路硬件描述语言)等内容可以完成和实现电路原理、模拟电子、数字电子、FPGA/CPLD、数字信号处理(DSP)嵌入式设计与片上系统(SOC/SOPC)等课程的实验仿真、设计与验证。四、工程实验性强。作为一种日趋成熟和重要的电子设计手段,EDA技术可以说渗透到了电子、电气等工程的各个领域,工程实验性特别突出。针对以上EDA实验课程特点,如何采用创新性教学方法,提高该课程教学质量,培养学生的创新能力和创新意识是我们应该亟待实验和探索的目标[3]。
3.创新性实验教学的方法和措施:
EDA技术自身的特点决定了它的学习内容和方式不同于其它学科内容,教师在教学中合理把握和利用这些特点,有助于培养学生创新能力,提高他们的专业技能。本实验教学中采用了以下五种方法和措施来保证能够达到上述目的。
一是针对不同的专业特点,而采用不同的实验项目。目前EDA技术课程面向的专业较广,而且大多作为选修课程来开设,往往几乎不分专业授以相同的内容。再加之授课老师不可能面面俱到、样样精通,在没有与专业对口的试验教材指导的情况下,其试验项目不免千篇一律,无法做到因专业而设授课内容与实验项目。实际上,不同的专业对EDA技术课程的需求及适应能力都不一样,专业的不同导致课程内容的理解程度存在较大的差异,这种安排过于刻板,其教学效果难以令人满意。因此,除了对所有专业开设一些有关操作、基础知识等的必要实验以外,还必须针对专业的需求和EDA技术的发展现状设置不同的实验内容。比如,对自动化专业开设直流电机/步进电机的控制实验、基于FPGA的PID调节器等实验;对电气技术专业开设PWM(脉宽调制波生成与控制、延时同步触发等实验;对电子信息工程专业开设基于DDS(直接数字信号合成)的正弦信号发生器、信号采集与FIR滤波等实验;对通信工程专业开设基于FPGA的串行接口(UART)控制器、BPSK/FSK等常用信号发生器等实验。
二是摒弃传统的验证性实验方式,而采用引导式实验教学。
学生能力的培养是学生自己不断思考的结果,而不是教师教出来的,教师在其中所起的只是引导和点拨的作用,主要体现在给学生创造提出问题的情境,而不是全部问题完全由自己包办。因此要想真正意义上培养出学生的创新性、创造性,就必须要摒弃传统教学的单一验证式的实验方式,而要采用引导式和启发式的教学模式,先给学生提出问题,由学生利用所学的知识,放开手脚去解决问题,百花齐放,这样才能发挥出学生的主观能动性,才能迸发出创新的火花。
三是许多实验项目直接来自于近几年的竞赛题目。
实验教学的实验项目不仅要具有代表性,更重要的是要和实际相结合,尤其是和各种电子竞赛的题目相结合,这样才能贴近实际问题,才会学有所用,从而解决了学生学了知识后不知道怎么用和用在哪儿的问题。这样既可以增加学生兴趣,同时为他们将理论转换为实际应用提供一种思路,增强他们的创新思维能力。
四是考核采用小组答辩式的考核方式。EDA由于学习方式的特殊性,它是集课堂理论讲授与实验教学为一体的教学做一体化的教学方式,相应的考核也应当是能够全面考查学生理论与实验操作的掌握情况,可以采取大多数院校所采取的考查考核方式。具体可采取记分作业+课堂表现+课外练习+小组答辩的方式,通过设置每种成绩占总成绩的不同权重来突出不同的要求。在小组答辩的考试过程中,教师可事先告知学生考查题目,通常这些题目是有一定难度要求的,数量最好是多个,难度应尽量一致,且必须由一组多个学生通过共同努力能够完成这些任务,在测试过程中通过学生的操作来考查他们应用理论知识解决实际问题的能力。
五是自编实验教材,更贴近学生实际。EDA技术涵盖的知识面很广,如若实验教学教材偏重于某个课程的内容,或者包含了多个科目的内容但深度不够,这样的试验教材不能完全体现EDA技术课程的特点与优势,使EDA技术在学生实验能力和创新能力培养中的作用大打折扣。这是目前大多数EDA实验教学中所具有的不足。因此,组织相关课程的老师,编制覆盖以上课程内容、既有广度又有深度的EDA试验教材,是件意义重大的事情,不但对于该课程的教学大有帮助,而且对相关课程的课程设计、毕业设计、专业方向设计、竞赛、电子制作等都有启发和帮助。
4.结束语
本文介绍了在《EDA技术实用教程》课程中实施创新性实验教学的方法和过程,通过在实际教学中应用收到了较好的效果。一方面既提高了学生对实验实验课程的兴趣和参与的积极性;另一方面更重要的是开拓了学生的创新思维,尤其在学生从维特性学习到自主创新性学习转变方面起到了事半功倍的作用。但是,创新性教学不是一门或几门课程的问题,重要的是应在教师中树立“创新性”教学的理念,学校应在教学管理、硬件配备、课程建设规划的整体框架上加大改革力度,使学生在具有浓厚的创新性气氛的教学环境中学习、成长。
参考文献:
[1]崔晓,张武勤.EDA教学中培养学生创新能力的探索[J].教育论坛,2010,121-124.
[2]黄乡生.《EDA技术与应用》的研究性实验教学方法研究[J].东华理工大学学报,2010,68-70.
[3]吕常智,范迪.对EDA课程试验教学的几点认识[J].中国科教创新导刊,2010,110,114.
[4]潘松,黄继业.EDA技术实用教程[M].北京:科学出版社,2009.
作者简介:陈万里,男,讲师,黄河科技学院信息工程学院。
【关键词】创新性实验教学;EDA技术;教学方法
1.引言
目前EDA技术已经成为电子信息类学生一门重要的专业基础课程,并且在教学、科研,以及大学生电子设计竞赛等赛事中,起着越来越重要的作用,成为电子类本科生及研究生必须掌握的专业基础知识与基本技能。在EDA课程中,实验教学是其整个教学过程的必不可少的重要组成部分,是提高学生的综合素质、培养学生创新精神与实验动手能力的重要途径,对实现高素质创造性的一流人才培养具有重要意义。随着教学改革的深入,对EDA实验课程教学的要求也在不断提高,而目前传统的“机械式、重复式的”实验教学模式已远远不能适应社会和当前教学关系的发展。因此,为与EDA技术的发展相适应,要想培养出学生的创新能力,就必须对EDA课程的实验教学方式进行创新性实验教学的改革。
创新性实验就是指实验的成果在功能上是已知的,而在性能、实现方法和结果形式上是未知的,不同的学生按照自己的思路进行设计,得到不同的结果,既避免了抄袭,又可以开发各自的潜能。而创新性实验教学就是要求老师和学生在整个教学的过程中,不拘泥书本,不迷信权威,不墨守成规,以已有的知识为基础,结合学习的实验和对未来的设想,独立思考,大胆探索,别出心裁,创造出带有新思路、新问题、新设计、新途径、新方法的教学活动。显然,从创新性实验目的出发的教学改革才能真正体现理论与实验并重的思想,有利于教育的发展,有利于人才的培养。
2.EDA实验课程的特点
《EDA技术实用教程》系采用先进的集成开发平台、以硬件描述语言(Hardware Description Language)编程设计、最终在可编程逻辑器件(CPLD)或现场可编程门阵列(FPGA)器件上实现应用数字系统的一门课程。该课程主要包括课堂教学、实验教学二个环节,其实验课程的显著特点是:一、应用技术先进。随着半导体和计算机技术的不断发展,电子工程设计已经实现了电子设计自动化(Electronic Design Automation),简称EDA[1]。作为一种以计算机为基础的工作平台,利用电子技术、计算机技术、智能化技术等多种应用学科的最新成果,开发成的一整套电子计算机辅助设计软件,EDA是一种能够帮助电子设计工程师从事电子元件产品和系统设计的综合技术,代表了现代电子设计的主流和趋势。专家认为,未来的电子技术时代将是EDA的时代[2]。二、软、硬件结合。“EDA技术”是一种“软”、“硬”合一的电子设计技术,它以计算机和EDA软件为工作平台,以硬件描述语言为设计语言,以专用集成电路为实现载体,设计并实现复杂电子电路或电子系统。这种软、硬结合的设计方式势必对学生的自主创新能力有更高的要求。三、知识综合面宽。EDA技术涵盖的知识面很广,课程主要包括EWB、Prote199、FPGA(现场可编程门阵列)/CPLD(复杂可编程逻辑器件)和VHDL(极高速电路硬件描述语言)等内容可以完成和实现电路原理、模拟电子、数字电子、FPGA/CPLD、数字信号处理(DSP)嵌入式设计与片上系统(SOC/SOPC)等课程的实验仿真、设计与验证。四、工程实验性强。作为一种日趋成熟和重要的电子设计手段,EDA技术可以说渗透到了电子、电气等工程的各个领域,工程实验性特别突出。针对以上EDA实验课程特点,如何采用创新性教学方法,提高该课程教学质量,培养学生的创新能力和创新意识是我们应该亟待实验和探索的目标[3]。
3.创新性实验教学的方法和措施:
EDA技术自身的特点决定了它的学习内容和方式不同于其它学科内容,教师在教学中合理把握和利用这些特点,有助于培养学生创新能力,提高他们的专业技能。本实验教学中采用了以下五种方法和措施来保证能够达到上述目的。
一是针对不同的专业特点,而采用不同的实验项目。目前EDA技术课程面向的专业较广,而且大多作为选修课程来开设,往往几乎不分专业授以相同的内容。再加之授课老师不可能面面俱到、样样精通,在没有与专业对口的试验教材指导的情况下,其试验项目不免千篇一律,无法做到因专业而设授课内容与实验项目。实际上,不同的专业对EDA技术课程的需求及适应能力都不一样,专业的不同导致课程内容的理解程度存在较大的差异,这种安排过于刻板,其教学效果难以令人满意。因此,除了对所有专业开设一些有关操作、基础知识等的必要实验以外,还必须针对专业的需求和EDA技术的发展现状设置不同的实验内容。比如,对自动化专业开设直流电机/步进电机的控制实验、基于FPGA的PID调节器等实验;对电气技术专业开设PWM(脉宽调制波生成与控制、延时同步触发等实验;对电子信息工程专业开设基于DDS(直接数字信号合成)的正弦信号发生器、信号采集与FIR滤波等实验;对通信工程专业开设基于FPGA的串行接口(UART)控制器、BPSK/FSK等常用信号发生器等实验。
二是摒弃传统的验证性实验方式,而采用引导式实验教学。
学生能力的培养是学生自己不断思考的结果,而不是教师教出来的,教师在其中所起的只是引导和点拨的作用,主要体现在给学生创造提出问题的情境,而不是全部问题完全由自己包办。因此要想真正意义上培养出学生的创新性、创造性,就必须要摒弃传统教学的单一验证式的实验方式,而要采用引导式和启发式的教学模式,先给学生提出问题,由学生利用所学的知识,放开手脚去解决问题,百花齐放,这样才能发挥出学生的主观能动性,才能迸发出创新的火花。
三是许多实验项目直接来自于近几年的竞赛题目。
实验教学的实验项目不仅要具有代表性,更重要的是要和实际相结合,尤其是和各种电子竞赛的题目相结合,这样才能贴近实际问题,才会学有所用,从而解决了学生学了知识后不知道怎么用和用在哪儿的问题。这样既可以增加学生兴趣,同时为他们将理论转换为实际应用提供一种思路,增强他们的创新思维能力。
四是考核采用小组答辩式的考核方式。EDA由于学习方式的特殊性,它是集课堂理论讲授与实验教学为一体的教学做一体化的教学方式,相应的考核也应当是能够全面考查学生理论与实验操作的掌握情况,可以采取大多数院校所采取的考查考核方式。具体可采取记分作业+课堂表现+课外练习+小组答辩的方式,通过设置每种成绩占总成绩的不同权重来突出不同的要求。在小组答辩的考试过程中,教师可事先告知学生考查题目,通常这些题目是有一定难度要求的,数量最好是多个,难度应尽量一致,且必须由一组多个学生通过共同努力能够完成这些任务,在测试过程中通过学生的操作来考查他们应用理论知识解决实际问题的能力。
五是自编实验教材,更贴近学生实际。EDA技术涵盖的知识面很广,如若实验教学教材偏重于某个课程的内容,或者包含了多个科目的内容但深度不够,这样的试验教材不能完全体现EDA技术课程的特点与优势,使EDA技术在学生实验能力和创新能力培养中的作用大打折扣。这是目前大多数EDA实验教学中所具有的不足。因此,组织相关课程的老师,编制覆盖以上课程内容、既有广度又有深度的EDA试验教材,是件意义重大的事情,不但对于该课程的教学大有帮助,而且对相关课程的课程设计、毕业设计、专业方向设计、竞赛、电子制作等都有启发和帮助。
4.结束语
本文介绍了在《EDA技术实用教程》课程中实施创新性实验教学的方法和过程,通过在实际教学中应用收到了较好的效果。一方面既提高了学生对实验实验课程的兴趣和参与的积极性;另一方面更重要的是开拓了学生的创新思维,尤其在学生从维特性学习到自主创新性学习转变方面起到了事半功倍的作用。但是,创新性教学不是一门或几门课程的问题,重要的是应在教师中树立“创新性”教学的理念,学校应在教学管理、硬件配备、课程建设规划的整体框架上加大改革力度,使学生在具有浓厚的创新性气氛的教学环境中学习、成长。
参考文献:
[1]崔晓,张武勤.EDA教学中培养学生创新能力的探索[J].教育论坛,2010,121-124.
[2]黄乡生.《EDA技术与应用》的研究性实验教学方法研究[J].东华理工大学学报,2010,68-70.
[3]吕常智,范迪.对EDA课程试验教学的几点认识[J].中国科教创新导刊,2010,110,114.
[4]潘松,黄继业.EDA技术实用教程[M].北京:科学出版社,2009.
作者简介:陈万里,男,讲师,黄河科技学院信息工程学院。