孔子“因材施教”方法在EDA 实验教学中的应用研究

百色学院物电系 许发翔

随着新一轮地方本科院校向应用型转型改革的推进，教师教学观念、教学行为、教学方法、教学手段都将面临重大变革。改备课当作备教材、备教案的思维方式，千篇一律地灌输知识。针对学生学习接受能力参差不齐、学习积极性因人而异，即根据不同学生学习能力、基础的不同，以孔子的“因材施教”为指导思想，在实验教学上进行了如下的改革。第一，千方百计做好基础实验教学，想方设法提高学生的学习兴趣，努力培养一批具备实践创新设计能力工程师。第二，本着为学生服务的指导思想，必须执行实验教学内容的选学制。第三，教学内容选学制就是在完成必修教学内容之余，根据自己的基础、兴趣及特长选择心仪的内容学习。第四，要求所有学生必须完成教学计划的基础实验，然后针对有基础、能力的学生进行分层次引导及教学，既基础实验教学、趣味兴趣教学及创新实训教学。

一、基础实验教学

基础实验教学是本课程教学的主要环节，它能有效激发学生对EDA 学习浓厚兴趣并完成必修实验内容。在实验内容的选取上，注意选取一些学生比较感兴趣的内容，使学生在学习新知识的同时也巩固了前面所学的知识，对于学习能力较差，课后又不抽时间学习的学生，也能在有限的实验课时间里掌握更多的EDA设计基础知识。同时在“数字电子技术”课程中对已掌握原理的组合逻辑或时序逻辑电路，让学生选择不同设计语言、方法的实现其逻辑。例如，要求学生使用硬件描述语言的不同描述方法实现半加器的功能，以真值表的描述方式，或者以“数字电子技术”组合逻辑电路设计中的逻辑电路图的设计描述等方式。最后通过实现半加器的功能，包括软件的仿真测试、硬件的适配验证，从而提高学生的学习兴趣，让学生明白学习EDA，就能用软件描述方式实现“数字电子技术”课程中所学的所有逻辑电路及芯片，改变传统的设计思维。EDA 基础实验必须要求每个学生完成基础实验的设计、编程、适配、调试与验证，其主要内容包括：8线～3线优先编码器、3线～8线译码器、多选一数据选择器、数值比较器、多位加法器、三态门电路、奇偶校验器、触发器、计数器、移位寄存器、8位加法器及8位乘法器等内容的设计，这是学生学习的基础，只有掌握了基础实验内容才能够设计、制作更难的作品。因此，教学过程中必须要求学生在自主编程、设计的基础上掌握EDA 实验设计的基础知识，能够应用Quartus Ⅱ开发平台进行简单程序的设计并能够进行硬件的适配测试。

在基础实验教学中，首先由实验老师提出各实验设计的要求、提示设计的要点，其次由学生自行编写相应的程序并进行时序仿真，再次根据仿真的结果调整程序，直至仿真结果符合实验要求，最后把调试好的程序适配到硬件平台，进行硬件的测试。以上教法对学生普遍适用，对于一些动手能力差、基础不好、又不肯抽时间学习以及专研的学生仍有较大难度。基于孔子“因材施教”的教学方法，教师在充分了解学生特性的基础上，尝试进一步提供一个可供借鉴但不完整的参考程序，以此促使这部分学生有兴趣与信心，完成实验程序的分析与完善，最终理解程序并完成实验达到学习目的，提高不同层次学生的学习兴趣，让更多的学生投入兴趣设计及创新实训的设计、编程与调试工作。

二、兴趣实验教学

学生在熟悉EDA 基础设计之后，下一步就是兴趣实验教学，对EDA 设计感兴趣的学生增开的选学内容。针对学生的兴趣爱好、个性特点设计教学目标，教学内容要具有趣味性，改变以教师为中心、以课堂讲授为主、以传授一本教科书知识为基本目的的传统任务性教学模式，实行教师指导与学生工程实践相结合，理论知识与现实工程问题相结合的灵活的教学方式，给学生充分的思考和设计制作时间，鼓励学生勤于思考，善于把握问题实质，乐于动手制作，不断提高自己解决实际问题的能力。

在兴趣实验教学中，实验教师对学生提出趣味性设计内容的要求并提示设计的要点、难点，要求学生在课余时间自行完成相应的程序编写与调试，随后进行时序仿真，再根据时序仿真的结果完善程序，直到仿真结果符合实验的要求，最后到实验室把调整好的程序适配到硬件平台，进行硬件的调试及验证。总体来说，大部分的工作需要学生利用课余时间完成。在此过程中，基础较差的学生倘若其有兴趣，可允许与学习能力比较好的学生组成团队完成实验项目，或者让基础较差的学生选择设计难度相对较低的项目，在整个设计过程中进行跟踪指导，以助其完成实验。设置的实验内容有： PWM 信号发生器的设计、数字频率计的设计、数字秒表的设计、交通灯信号控制器的设计、多功能闹钟系统的设计、数字密码锁的设计、电梯控制器的设计、数字式竞赛抢答器的设计、简易乐曲发生器的设计等。

总之，在兴趣实验教学过程中，设计的主体是学生，教师起辅助作用，大量设计、制作与调试让学生在课余自行完成。

三、创新实训教学

创新实训是对动手能力比较好、基础知识掌握得相对牢固的学生提出的更高要求。在创新实训教学中，学生充分发挥自己的独立思考、创新设计、发现和解决问题的能力，他们根据老师提出设计的目标要求或自行选择历年的电子设计大赛的题目进行设计制作，使用最小系统板，自行设计、制作所有的模块电路，自行进行分析。在设计过程中不能避免会遇到很多的问题，部分问题甚至不是本专业方向的问题，这就要求学生有很好的自学能力，通过查阅资料自学来解决问题，而教师在整个设计中只起到辅助作用。

教师提出的设计内容有：数据采集电路和简易存储示波器设计、FPGA 步进电机细分驱动控制设计、VGA 图像显示控制器设计、直接数字式频率合成器(DDS)设计、基于DDS 的数字移相信号发生器设计、采用超高速A/D 的存储示波器设计、信号采集与频谱分析电路设计、等精度数字频率/相位测试仪设计、测相仪设计、10路逻辑分析仪设计等。

总之，EDA 技术发展讯速，涉及面广、工程实践性强，要系统掌握EDA 技术，提高自己解决工程问题的能力需要不断积累、探索、创新。本课程要求学生在课堂之余，在教师的协助下，能够自主思考，进行创新实训，不断进步。

四、教学评价方式

新升地方本科院校在向应用型人才培养转型浪潮中，EDA实验教学考核评价方式必须一改传统的单一的现场上机考试方式，遵循既重结果又重过程的原则，灵活运用有效的评价手段，对学生的知识与能力、过程和方法做出定量和定性相结合的评价方式。

苏霍姆林斯基说：“没有也不可能有抽象的学生”，加德纳的多元智能理论也认为，任何学生都有其优势智能领域，这与孔子“因材施教”思想不谋而合。

对于学习主动性、能力及创造性思维欠佳的学生进行现场上机考试考核，最终考核成绩评定为良好、合格与不合格；对于积极主动，具有创造、新性设计思维，又肯学、肯做及肯投入时间研究的学施行实物制作考核，最终考核成绩评定为优秀、良好、合格与不合格。

总之，各种方法综合运用的目的是更好培养学生自己获取知识的能力，促使学生充分发挥主观能动性和创造性。在EDA实验教学中，使用分层次教学方法，尊重学生的个性和创造性，更有效地调动学生学习的积极性，以便进入社会后，更快、更好地投入EDA 实验的设计、开发行业。

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