SOPC實驗教學改革探討

周殿鳳

（鹽城師范學院 物電學院，江蘇 鹽城 224002）

SOPC實驗教學改革探討

周殿鳳

（鹽城師范學院 物電學院，江蘇 鹽城 224002）

分析了當前實驗教學存在的問題，對SOPC實驗教學進行了探索。根據學生具體情況進行分組教學，即不同基礎的學生選擇不同類型的實驗。此舉充分調動了學生的積極性，使得每位學生都學到了很多知識，做到了因材施教。同時將布置任務型實驗改為開放型實驗，提高了大部分學生的設計能力和創造能力。分組開放型實驗教學切實可行，既能提高實驗教學質量，又能培養學生創新能力和工程綜合應用能力。

SOPC；實驗教學；改革

實驗教學是理工科教學中重要的組成部分，它不僅是學生獲得知識的重要途徑，而且對培養學生的工程實踐能力、科學研究能力和創新意識，具有十分重要的作用。近年來，我國工程人才培養與產業需求出現一定的脫節，創新人才培養體系尚不完善，整體培養質量有待提高[1]，培養符合建設創新型國家需要的工程創新人才，是高校亟待解決的問題，而想要完成這一任務，實驗教學起著巨大的作用[2]。筆者結合多年教學經驗和指導學生參加全國大學生電子大賽的實戰經驗，以片上可編程系統（SOPC）的實驗教學為例，探索了實驗教學的改革，尋找提高實驗教學質量、提高學生創新能力和設計能力的方法。

1 原有教學模式及其不足

傳統的實驗教學是實驗課上教師詳細講解實驗原理，對實驗內容進行操作示范，學生不需要主動思維和創新，只需按實驗講義步驟進行，“依葫蘆畫瓢”，通過反復訓練讓學生形成一定的基本技能。這種實驗教學模式，學生動手機會少，不能自主學習，不利于個性發展，阻礙了學生的學習積極性、主動性、創造性以及現代科學思維方式的形成[3]。傳統實驗中每位學生實驗的內容都是相同的，實驗成績主要由實驗報告決定，很難避免一部分學生幾乎不做實驗，直接抄同學的實驗報告。由于實驗內容單一，理論知識好的學生覺得實驗太簡單，而基礎不好的學生又消化不了。學生做完實驗后還要抄寫實驗報告，我校電子專業大三的學生每學期上6門專業課，假設每門課6個實驗，每個實驗至少要寫4頁實驗報告，每個學生總共要寫150頁左右實驗報告，繁瑣的抄寫工作從另一方面也讓學生對實驗課厭倦。傳統的實驗教學也確實到了必須改革的時候了。教師應設法激發學生的學習興趣，使其主動獲取知識，進而應用知識解決問題，提高創新和實踐能力。

2 統一實驗變為層次化實驗

SOPC是大三下學期才開設的課程，課程形式是36（理論課時）+12（實驗課時）。此時學生的基礎已大不相同，不能一刀切，只有采取層次化教學，才能讓每一位學生學到知識。層次化教學在理論課上不易展開，但可以實施于實驗教學。目前我校每班大概有50位同學，實驗室一次最多接受30位學生，每班必須分成兩組，而教師可以根據需要在實驗中將學生再次分組，就是說可以根據學生的具體情況將一個班分為4組，假設第1組的學生基礎最好，第4組最差，每組的學生人數可以不一樣多，該課程成績想取得優秀的學生必須選擇第1組或第2組（不是說第1、2組學生肯定得優）。教師準備4套實驗內容供學生選擇，每組的要求不一樣，具體安排如表1所示。

表1 不同組別學生實驗性質

“QuartusII軟件的使用”是所有實驗的基礎，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。對于基礎好的，可以不給出程序，讓其自行設計，這部分學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，實驗難度不宜太大，要留給學生一定的思考空間，不能將實驗看作“走過場”，較好的結果是前面3個實驗以教師為主，而后面3個以學生為主。

同樣是設計性實驗，不同組別的具體內容也不相同。例如“霓虹燈設計”實驗，對于第4組學生，教師需要講解霓虹燈的原理及設計方法，對學生的要求是霓虹燈有 4種亮法。對于第3組學生，由于已是第2個設計性實驗，教師不需要詳細講解，學生在教師的提示下進行設計，實驗的效果是霓虹燈有6種亮法。對于第2組學生，可以要求霓虹燈有8種亮法，教師也要適當引導和提示。而第1組學生設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，對于個別學生教師可讓其思考如何讓霓虹燈隨著音樂的節奏進行閃爍。不同的要求可以杜絕學生抄襲，也可以真正實現因材施教，達到最優教學效果。

為了有較好的實驗效果，學生最好能預習。如果學生真的認真實驗了，當他們看見自己的設計效果（在每個學生的開發平臺上演示），他們的興趣必會大漲，在實驗課時不夠用的情況下預習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生，激發起興趣。

3 布置型教學變為開放型教學

建構主義認為課本知識只是一種關于某種現象的較可靠的解釋或假設，并不是解釋現實世界的“絕對參照”[4]。這是對傳統實驗教學中“布置型”教學的最大挑戰。就是說教師不該向學生填鴨式灌輸知識，而是創造情境讓學生自己學習知識，這樣學到的知識是最深刻的。

在SOPC實驗教學上，廢除注入式教學方法，建立以學生為本，教師啟發引導的實驗教學方法，實驗過程中2～3組學生應該逐步學會根據要求自己設計實驗內容、實驗步驟，教師提出問題引導和啟發學生一步步思考，讓學生自己動手實踐，留給學生足夠的創新空間，這樣就可以充分發揮學生的主觀能動性，真正提高學生利用所學理論知識解決實際問題的能力，提高創新意識和動手能力。至于第1組學生，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，讓學生自擬方案，教師在實驗過程中可以答疑、指導甚至提示學生如何將大題目細化為小題目但不能包辦。第1、2組學生在實驗后期也可以根據DE2開發平臺上的資源自己擬訂題目，自己帶著問題去學習，主動尋找解決問題的方法，從而可以更好地提高設計能力。對于設計性和綜合性實驗，實驗結束后學生提交設計方案而不是實驗報告，以達到培養學生的設計能力和創造能力。

由于不再統一實驗內容，所以實驗內容的設計應具有較大的柔性和靈活性。12個課時（6個實驗）的實驗講義至少應提供20個實驗，其中有5～6個實驗需要有詳細的說明以便學生入門。教師在實驗開始一個月前將所有實驗內容發給學生，讓其預先了解實驗內容，并可根據自己的興趣有目的地選擇6個實驗，減少實驗的盲目性，使學生真正參與到實驗中來，提高實驗教學效果，培養學生的動手能力和創新思維能力。

SOPC是一門前沿性學科，可以很好地發揮學生的創造性。因為FPGA芯片本身是一張白紙，只要學生的單片機和硬件描述語言足夠好，學生就可以任意發揮。當然QuartusII軟件和nios軟件本身難度較大，在網絡上又很難找到答案，這方面的知識教師要詳細指導（也可以在理論教學時借助開發板講解），否則學生會占用大量的時間去摸索。

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

4 適當增加實驗課時

理論教學盡量以夠用為度，在理論教學的基礎上應該盡可能地強化實驗、實踐環節[5]。SOPC（片上可編程系統）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，運用的編程語言學生在 EDA課程中學習。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。因此這門前沿性學科與單片機、DSP、嵌入式系統都不同，它沒有太多的理論知識需要講解，FPGA芯片幾乎不需要花時間理解，學生對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設計。而上述其余三門課的硬件至少得花 12課時講解。筆者認為可將36+12的課時分配改為24+24。如在理論課上帶著開發板講2個項目的設計，第一個項目可教師講解，第2個讓學生分組討論，學生自行設計方案，教師加以引導，結合開發板演示不同方案的結果并加以評議，這樣實際上也起到了提高學生實踐能力的目的。

[1] 余建星,徐斌,孫克俐,郭強,等.工程創新人才培養模式的構建與成效[J].中國大學教學,2010,32(1)：28-30.

[2] 王懷平,林剛勇.電工電子類課程群實驗教學改革與實踐[J].中國電力教育,2011,27(4)：117-118.

[3] 張乃群,龐發虎,李運賢.分層次開放性實驗教學模式探索[J].南陽師范學院學報,2009,8(6)：105-108.

[4] 吳赟婷,熊婷,王鐘莊.以學生學習為中心的教學模式在計算機實驗課程中的應用[J].職教論壇,2011,27(8)：28-31.

[5] 梁洪衛,高丙坤,邸曉宇,等.“EDA技術與應用”實驗與實踐教學改革[J].實驗技術與管理,2011,28(1)：147-149.

（責任編輯、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

鹽城師范學院教研項目（11YCTCJY038）

2011-06-27

周殿鳳（1978-），女，江蘇寶應人，碩士，鹽城師范學院物理學院講師，研究方向為片上可編程系統（SOPC）。

G642

A

1009-9115(2011)05-0150-03