孔子“因材施教”方法在EDA 實驗教學中的應用研究

百色學院物電系 許發翔

隨著新一輪地方本科院校向應用型轉型改革的推進，教師教學觀念、教學行為、教學方法、教學手段都將面臨重大變革。改備課當作備教材、備教案的思維方式，千篇一律地灌輸知識。針對學生學習接受能力參差不齊、學習積極性因人而異，即根據不同學生學習能力、基礎的不同，以孔子的“因材施教”為指導思想，在實驗教學上進行了如下的改革。第一，千方百計做好基礎實驗教學，想方設法提高學生的學習興趣，努力培養一批具備實踐創新設計能力工程師。第二，本著為學生服務的指導思想，必須執行實驗教學內容的選學制。第三，教學內容選學制就是在完成必修教學內容之余，根據自己的基礎、興趣及特長選擇心儀的內容學習。第四，要求所有學生必須完成教學計劃的基礎實驗，然后針對有基礎、能力的學生進行分層次引導及教學，既基礎實驗教學、趣味興趣教學及創新實訓教學。

一、基礎實驗教學

基礎實驗教學是本課程教學的主要環節，它能有效激發學生對EDA 學習濃厚興趣并完成必修實驗內容。在實驗內容的選取上，注意選取一些學生比較感興趣的內容，使學生在學習新知識的同時也鞏固了前面所學的知識，對于學習能力較差，課后又不抽時間學習的學生，也能在有限的實驗課時間里掌握更多的EDA設計基礎知識。同時在“數字電子技術”課程中對已掌握原理的組合邏輯或時序邏輯電路，讓學生選擇不同設計語言、方法的實現其邏輯。例如，要求學生使用硬件描述語言的不同描述方法實現半加器的功能，以真值表的描述方式，或者以“數字電子技術”組合邏輯電路設計中的邏輯電路圖的設計描述等方式。最后通過實現半加器的功能，包括軟件的仿真測試、硬件的適配驗證，從而提高學生的學習興趣，讓學生明白學習EDA，就能用軟件描述方式實現“數字電子技術”課程中所學的所有邏輯電路及芯片，改變傳統的設計思維。EDA 基礎實驗必須要求每個學生完成基礎實驗的設計、編程、適配、調試與驗證，其主要內容包括：8線～3線優先編碼器、3線～8線譯碼器、多選一數據選擇器、數值比較器、多位加法器、三態門電路、奇偶校驗器、觸發器、計數器、移位寄存器、8位加法器及8位乘法器等內容的設計，這是學生學習的基礎，只有掌握了基礎實驗內容才能夠設計、制作更難的作品。因此，教學過程中必須要求學生在自主編程、設計的基礎上掌握EDA 實驗設計的基礎知識，能夠應用Quartus Ⅱ開發平臺進行簡單程序的設計并能夠進行硬件的適配測試。

在基礎實驗教學中，首先由實驗老師提出各實驗設計的要求、提示設計的要點，其次由學生自行編寫相應的程序并進行時序仿真，再次根據仿真的結果調整程序，直至仿真結果符合實驗要求，最后把調試好的程序適配到硬件平臺，進行硬件的測試。以上教法對學生普遍適用，對于一些動手能力差、基礎不好、又不肯抽時間學習以及專研的學生仍有較大難度。基于孔子“因材施教”的教學方法，教師在充分了解學生特性的基礎上，嘗試進一步提供一個可供借鑒但不完整的參考程序，以此促使這部分學生有興趣與信心，完成實驗程序的分析與完善，最終理解程序并完成實驗達到學習目的，提高不同層次學生的學習興趣，讓更多的學生投入興趣設計及創新實訓的設計、編程與調試工作。

二、興趣實驗教學

學生在熟悉EDA 基礎設計之后，下一步就是興趣實驗教學，對EDA 設計感興趣的學生增開的選學內容。針對學生的興趣愛好、個性特點設計教學目標，教學內容要具有趣味性，改變以教師為中心、以課堂講授為主、以傳授一本教科書知識為基本目的的傳統任務性教學模式，實行教師指導與學生工程實踐相結合，理論知識與現實工程問題相結合的靈活的教學方式，給學生充分的思考和設計制作時間，鼓勵學生勤于思考，善于把握問題實質，樂于動手制作，不斷提高自己解決實際問題的能力。

在興趣實驗教學中，實驗教師對學生提出趣味性設計內容的要求并提示設計的要點、難點，要求學生在課余時間自行完成相應的程序編寫與調試，隨后進行時序仿真，再根據時序仿真的結果完善程序，直到仿真結果符合實驗的要求，最后到實驗室把調整好的程序適配到硬件平臺，進行硬件的調試及驗證。總體來說，大部分的工作需要學生利用課余時間完成。在此過程中，基礎較差的學生倘若其有興趣，可允許與學習能力比較好的學生組成團隊完成實驗項目，或者讓基礎較差的學生選擇設計難度相對較低的項目，在整個設計過程中進行跟蹤指導，以助其完成實驗。設置的實驗內容有： PWM 信號發生器的設計、數字頻率計的設計、數字秒表的設計、交通燈信號控制器的設計、多功能鬧鐘系統的設計、數字密碼鎖的設計、電梯控制器的設計、數字式競賽搶答器的設計、簡易樂曲發生器的設計等。

總之，在興趣實驗教學過程中，設計的主體是學生，教師起輔助作用，大量設計、制作與調試讓學生在課余自行完成。

三、創新實訓教學

創新實訓是對動手能力比較好、基礎知識掌握得相對牢固的學生提出的更高要求。在創新實訓教學中，學生充分發揮自己的獨立思考、創新設計、發現和解決問題的能力，他們根據老師提出設計的目標要求或自行選擇歷年的電子設計大賽的題目進行設計制作，使用最小系統板，自行設計、制作所有的模塊電路，自行進行分析。在設計過程中不能避免會遇到很多的問題，部分問題甚至不是本專業方向的問題，這就要求學生有很好的自學能力，通過查閱資料自學來解決問題，而教師在整個設計中只起到輔助作用。

教師提出的設計內容有：數據采集電路和簡易存儲示波器設計、FPGA 步進電機細分驅動控制設計、VGA 圖像顯示控制器設計、直接數字式頻率合成器(DDS)設計、基于DDS 的數字移相信號發生器設計、采用超高速A/D 的存儲示波器設計、信號采集與頻譜分析電路設計、等精度數字頻率/相位測試儀設計、測相儀設計、10路邏輯分析儀設計等。

總之，EDA 技術發展訊速，涉及面廣、工程實踐性強，要系統掌握EDA 技術，提高自己解決工程問題的能力需要不斷積累、探索、創新。本課程要求學生在課堂之余，在教師的協助下，能夠自主思考，進行創新實訓，不斷進步。

四、教學評價方式

新升地方本科院校在向應用型人才培養轉型浪潮中，EDA實驗教學考核評價方式必須一改傳統的單一的現場上機考試方式，遵循既重結果又重過程的原則，靈活運用有效的評價手段，對學生的知識與能力、過程和方法做出定量和定性相結合的評價方式。

蘇霍姆林斯基說：“沒有也不可能有抽象的學生”，加德納的多元智能理論也認為，任何學生都有其優勢智能領域，這與孔子“因材施教”思想不謀而合。

對于學習主動性、能力及創造性思維欠佳的學生進行現場上機考試考核，最終考核成績評定為良好、合格與不合格；對于積極主動，具有創造、新性設計思維，又肯學、肯做及肯投入時間研究的學施行實物制作考核，最終考核成績評定為優秀、良好、合格與不合格。

總之，各種方法綜合運用的目的是更好培養學生自己獲取知識的能力，促使學生充分發揮主觀能動性和創造性。在EDA實驗教學中，使用分層次教學方法，尊重學生的個性和創造性，更有效地調動學生學習的積極性，以便進入社會后，更快、更好地投入EDA 實驗的設計、開發行業。

[1]譚會生，張昌凡.EDA技術與應用[M].西安:西安電子科技大學出版社，2011.02

[2]譚會生，瞿遂春.EDA技術綜合應用實例與分析[M].西安:西安電子科技大學出版社，2004.11

[3]潘 松，黃繼業.EDA技術與VHDL [M].北京:清華大學出版社，2006.11

[4]潘 松，黃繼業.EDA技術實用教程[M].北京:科學出版社，2003

[5]王振紅.FPGA開發與應用[M].北京:清華大學出版社，2010.09

[6]于曉平.數字電子技術[M].北京:清華大學出版社，2010.12