基于STEAM模式的FPGA技術課程改革

彭敏

摘 要 STEAM是將科學、技術、工學、藝術和數學這五個學科有機融合的綜合教育新概念，注重學習的過程，注重學生實際動手能力。FPGA技術課程是電子類相關專業的一門重要的專業課程，而傳統教學模式較單一，為提高學生學習積極性，本文探索將STEAM的教學思想融入到FPGA技術課程的教學中去，對FPGA技術課程的理論教學和實踐教學內容進行改革，定位于民辦高校學生層次，突出應用型的特色。

關鍵詞 FPGA技術課程 STEAM 課程改革

0 前言

STEAM教育最早起源于美國，為解決美國學生對理工科課程逐漸失去興趣而開展以科學（Science）、技術（Technology）、工程 （Engineering）、數學（Mathematics） 相結合的課程，簡稱STEM，后來加入藝術（Arts），從而形成了STEAM。“互聯網+”進一步地推動教學方式突破時空的限制，促進教與學的雙重改革，構建了沒有圍墻的校園，匯聚了海量的知識資源，為學生們提供了更多優質、個性化、多樣化的學習支持 ，這一時代背景為發展STEAM教育提供了良好基礎，并深入地改變著教師的教學模式與學生的學習模式。

1 研究的內容

FPGA技術是電子類相關專業的一門非常重要的專業課，起到由專業基礎課向專業課過渡的承上啟下的作用，但傳統的課堂教學模式枯燥乏味提不起學生的興趣。STEAM 教育注重實踐、注重動手、注重過程，讓學生通過制作自己喜歡的東西，在制作的過程中建構起關于科學、技術、工程、藝術和數學的知識，因而考慮結合STEAM教育理念，對FPGA技術課程進行改革，徹底改變原來的教學模式與內容。對FPGA技術課程的改革圍繞以下三個方面展開：

（1）FPGA技術課程基于STEAM的教學設計模式的探索，對教學目的、教學方法、教學環境、教學對象進行探索和研究，設計出適合民辦高校學生層次和人才培養目標的教學模式。

（2）基于問題導向的學習、案例式教學模式，將生活中、工程中實際的應用引入課堂。

（3）教學資源及教材的開發，如教學大綱、實驗大綱、教案、試題庫等。

1.1 理論教學改革

首先可以將理論教學從原本呆板的課堂教學改在實驗室進行STEAM課堂，讓學生可以邊聽邊做，邊學邊練，學做合一，理實一體，充分激發學生的學習興趣，讓學生變被動學習為主動學習。

其次改變教學方法與教學手段，將書本內容進行提煉，采取項目驅動教學法、案例教學法、答辯和項目展示教學法、結合畢業設計及電子設計大賽促進教學各種教學方法的交叉運用，讓學生參與到教學當中來，在教學當中滲入電子行業的項目運作模式，結合學生的職業發展需要，充分落實培養應用型人才的專業培養目標。

不同的教學內容通過不同教學方法以及教學手段的運用，充分調動學生學習的積極性。STEAM課堂上，教師提出一個實際應用中的問題，將學生分成幾個小組，讓學生參與到小組中去開展計論及研究，在這期間可以通過面對面的方式、網絡的方式與學習伙伴們開展交流，讓學生參與到課堂教學當中來，讓學生提高自主學習的能力，并且能夠用到其他類似的專業課學習當中去。

1.2 實踐教學改革

通過項目的方式完成綜合性、設計性的電路設計，讓學生在完成的過程中體會學以致用的快樂，使教學變得實踐性、開放性和職業性。讓學生通過本門課程的學習過程能夠推廣到其他專業課的實踐學習，從而全方面培養學生的自主學習能力。

通過專題講座的形式，讓學生熟悉常用的設計模型，并且在同樣的實驗項目中設置不同難度的實驗內容以滿足不同層次學生的需求。

在FPGA技術課程設計教學過程中采用學生主導項目模式，由學生自己選擇設計項目。學生根據教師提出的要求去思考相關學科的知識點，然后按照一定的設計流程完成自己定下的設計任務。以裸芯片開發平臺進行項目開發，讓學生能夠獨立完成一個小型的電子設計項目，并且以項目結果展示、PPT答辯、課程設計報告相結合的方式完成驗收。在學習的過程中，要求學生學會文獻檢索、程序設計、仿真分析、測試數據分析，并與同組成員交流研究成果，學生通過這種學習方式需要花費更多的課外時間來完成項目，在整個過程中，教師為學生提供不同層次的指導。

2 課程改革難點

2.1 基于STEAM的FPGA技術課程教學模式的設計

FPGA技術課程的傳統課堂融入STEAM教育，以實際工程的思想和模式讓學生在做中學。但是，基于實際工程項目的教學，沒有完整的教學設計模式，將STEAM思想融入到傳統課堂的教學理論和實際案例還比較缺乏。相應的教學過程中各個環節的設計有待完善，教學相關的資源還不豐富。

2.2 師資力量的提升

STEAM教育志與傳統課堂教育不同，教師與學生的關系發生了改變，隨著人工智能、物聯網等各種技術的飛速發展，教師不但需要轉變教學方法，而且需要了解多領域的知識。教師雖然有一定的教學技能，但在技術應用上卻達不到STEAM教育那樣豐富。

2.3 傳統課堂班額受限

在美國，STEAM教育的課堂一般只有十幾個人，而在中國，一般高校的課堂，即使小班上課，也在三四十人左右。在這樣的STEAM課堂上，老師很難關注和指導每個學生，創新活動也會因為缺乏對學生的引導而受到限制，STEAM教育的最初目標也會難以實現。

2.4 資源不足

要進行STEAM教育就需要相應的工程素材和活動的空間，還需要一定的教學設施、教材和教學資源的開發，這需要有相應資金投入和場地規劃。

3 課程改革措施

每個教師可能都會有一定程度的偏科，因此組建課題組，建立教師團隊來研究教案，構架更多的STEAM 項目，或者通過記錄學生解決問題的方案，幫助學生孵化項目。

用充滿趣味性的方式來教授基礎理論知識。學生進行跨學科知識的運用就必須擁有各學科一定的基礎知識，那么基礎理論知識的傳授怎樣做得有吸引力，這將是課程教學中很有挑戰性的部分。教師可以讓學生參與到教學中來，通過游戲化的教學方式，增大學生負責部分的比重，減少教授理論知識的部分。增加學生在整個STEAM教育中學習基礎知識、運用各學科知識綜合實踐、觀察問題、發現問題、解決問題的部分。

建立新的教學評價體系，將學生平時學習及動手的過程作為最終成績的一部分，學生最后制作的作品或考試的結果遠遠沒有體驗過程重要。學生用于答辯的作品可能只是一個一次性的作品，但在制作的過程中學生的創造力和跨學科綜合知識的運用能力、發現問題、分析問題、解決問題的能力才是最重要的，這些要在實際動手中慢慢培養。設計及制作的過程只是培養學生能力的一種手段，所以不能只以最終的作品來評價學生的成績，這樣也能讓學生把更多的精力投入到打磨作品上，而不是最終考試結果上。

加強實習基地的建設，加強校企合作。傳統的教育體制和模式，單從學校本身現有的資源和固有培養模式來說，有比較多的局限性，需要企業從教學的硬件、技術、教學產品、課程、師資、教材、教具等方面提供專業的、全方位的支持，為FPGA技術的STEAM教育打開新的局面和注入更多新鮮的血液，從傳統的教育模式中徹底改變才能走向雙贏。

4 結語

科學、技術、工程、藝術等學科的相互結合，有助于提升學生的跨學科思維能力和綜合能力。在教學中讓學生參與進來，始終給學生留有獨立思考的空間，提倡個性、鼓勵想象、力行實踐，充分培養學生的自主學習能力和動手應用能力，突破學科本位的單一模式，建立以培養應用型人才為目標的教學模式，根據企業的需求設計教學環節，融合STEAM教育，幫助學生不被單一的學科知識體系所束縛，鼓勵學生跨學科的解決問題，促進教師在教學過程中更好地進行跨學科的融合。

項目來源：武漢工商學院，項目編號：2016Y04

參考文獻

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