基于建構(gòu)主義理論的《EDA技術(shù)》課程改革

李 琳，周國(guó)雄

(中南林業(yè)科技大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410004)

基于建構(gòu)主義理論的《EDA技術(shù)》課程改革

李 琳，周國(guó)雄

(中南林業(yè)科技大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410004)

本文以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)，開展對(duì)《EDA技術(shù)》課程內(nèi)容改革的研究，課程內(nèi)容的選擇是以課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的教育價(jià)值和課程內(nèi)容與課程目標(biāo)的一致性為依據(jù)的。并針對(duì)改革后的課程內(nèi)容提出了一些教學(xué)建議。

建構(gòu)主義;EDA技術(shù);模塊化設(shè)計(jì)

目前現(xiàn)代電子技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已到了必須普及掌握EDA技術(shù)的階段，因此高等教育就應(yīng)順應(yīng)電子技術(shù)的這種發(fā)展趨勢(shì)，為滿足社會(huì)與產(chǎn)業(yè)對(duì)EDA技術(shù)人才的不斷需求而培養(yǎng)出大批既懂電子技術(shù)又熟悉現(xiàn)代EDA技術(shù)的高層次建設(shè)人才。隨著EDA技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)《EDA技術(shù)》的課程內(nèi)容提出了新課題，因此，應(yīng)對(duì)原有的EDA教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革使之順應(yīng)EDA技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

一 以建構(gòu)主義理論指導(dǎo)《EDA技術(shù)》課程改革的可行性

建構(gòu)主義認(rèn)為［1－2］，知識(shí)不是通過(guò)教師傳授得到，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境即社會(huì)文化背景下，借助他人(包括教師和學(xué)習(xí)伙伴)的幫助，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過(guò)意義建構(gòu)的方式而獲得。而不是像傳統(tǒng)教學(xué)那樣，只是把知識(shí)從教師頭腦中傳送到學(xué)生的筆記本上。因此建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為“情境”、“協(xié)作”、“會(huì)話”和“意義建構(gòu)”是學(xué)習(xí)環(huán)境中的四大要素。

EDA技術(shù)最主要特點(diǎn)是采用自頂向下的設(shè)計(jì)思想和模塊化的設(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。因此，在《EDA技術(shù)》的課程教學(xué)中系統(tǒng)和模塊化的設(shè)計(jì)尤為重要。在《EDA技術(shù)》課程之前已經(jīng)開設(shè)了《電路》和《數(shù)字電路》課程，學(xué)生頭腦中已構(gòu)建了組合電路模塊和時(shí)序電路模塊——數(shù)字電子系統(tǒng)的主要組成部分［3］。這為學(xué)生構(gòu)建數(shù)字系統(tǒng)提供了經(jīng)驗(yàn)和模型。EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)的主要方法是通過(guò)軟件來(lái)設(shè)計(jì)硬件，而軟件設(shè)計(jì)的方法很多，這就為實(shí)現(xiàn)同一硬件電路提供了不同的方法，學(xué)生可以采用不同的方法建構(gòu)實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)有限，部分較為復(fù)雜的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生較難在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成，他們可以自由組合伙伴分工合作共同完成實(shí)驗(yàn)。同時(shí)由于EDA技術(shù)飛速發(fā)展，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的更新很難與EDA技術(shù)的發(fā)展同步，部分體現(xiàn)新技術(shù)的實(shí)驗(yàn)難以用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)，因此可以通過(guò)虛擬儀器教學(xué)，讓學(xué)生在虛擬的情景中實(shí)現(xiàn)意義建構(gòu)。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中以學(xué)生為中心，教師有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生逐步建構(gòu)模塊，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的建構(gòu)。

由于《EDA技術(shù)》課程的上述特點(diǎn)，與以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論以及建構(gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境的教學(xué)模式——“以學(xué)生為中心，在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中由教師起組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進(jìn)者的作用，利用情境、協(xié)作、會(huì)話等學(xué)習(xí)環(huán)境要素充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和首創(chuàng)精神，最終達(dá)到使學(xué)生有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前所學(xué)知識(shí)的意義建構(gòu)的目的”［4］相適應(yīng)，因此以建構(gòu)主義理論指導(dǎo)《EDA技術(shù)》課程改革是可行的。

二 基于建構(gòu)主義理論的《EDA技術(shù)》課程內(nèi)容的改革

課程內(nèi)容是課程的核心要素。它的改革主要以以下兩方面為依據(jù):

1．課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的教育價(jià)值［5］。它主要包括兩個(gè)方面:(1)課程內(nèi)容與當(dāng)前需要的滿足情況。(2)課程內(nèi)容與未來(lái)發(fā)展的需要的滿足情況。由于EDA技術(shù)將電子系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)有機(jī)地融合，為電子產(chǎn)品開發(fā)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了全新的手段，EDA技術(shù)的發(fā)展對(duì)傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了革命性的變革。為了適應(yīng)電子信息技術(shù)發(fā)展的潮流和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)人才的需要，《EDA技術(shù)》課程內(nèi)容除了包括EDA技術(shù)的基本知識(shí)、基本概念、基本原理和方法外，還應(yīng)融入EDA技術(shù)最新發(fā)展的技術(shù)及其應(yīng)用。例如:將嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用、IP Core的使用、最新的第三方EDA工具的使用、虛擬儀器的使用等內(nèi)容融入到《EDA技術(shù)》課程內(nèi)容中，及時(shí)更新關(guān)于EDA新技術(shù)的課程內(nèi)容，使之始終與技術(shù)的最新發(fā)展相適應(yīng)。

2．課程內(nèi)容與課程目標(biāo)的一致性［5］。《EDA技術(shù)》課程的主要目標(biāo)是:培養(yǎng)學(xué)生采用模塊化的自頂向下的方法設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)的能力。因而，《EDA技術(shù)》課程的內(nèi)容應(yīng)為學(xué)生設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)能力的培養(yǎng)服務(wù)。同時(shí)由于電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是由完成不同功能的各個(gè)模塊構(gòu)成的，所以，在選擇《EDA技術(shù)》課程內(nèi)容時(shí)首先應(yīng)選擇那些對(duì)于構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)是必不可少的或者是經(jīng)常被用到的模塊的內(nèi)容。因此，筆者選擇了如下幾個(gè)必需的模塊作為課程內(nèi)容:(1)譯碼器模塊和編碼器模塊:一個(gè)復(fù)雜的電子系統(tǒng)是由多個(gè)模塊構(gòu)成的，各個(gè)模塊的連接和通信是通過(guò)系統(tǒng)總線完成的，而系統(tǒng)的地址總線是有限的，地址總線經(jīng)過(guò)譯碼器模塊則可以將更多的模塊連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)通信從而完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所以譯碼器模塊對(duì)于構(gòu)建一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)是必不可少的;編碼器模塊所實(shí)現(xiàn)的邏輯功能與譯碼器模塊是相反的，它能將外部大量的無(wú)序的狀態(tài)編碼為系統(tǒng)能接受的有序地狀態(tài)，所以，編碼器模塊是構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)經(jīng)常用到的模塊。(2)計(jì)數(shù)器模塊和分頻器模塊:在一個(gè)系統(tǒng)中計(jì)數(shù)功能是必不可少的，它能控制溢出、定時(shí)、數(shù)值的加載等等，因此，實(shí)現(xiàn)這一功能的計(jì)數(shù)器模塊是構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)必不可少的模塊;分頻器模塊是在計(jì)數(shù)模塊的基礎(chǔ)上構(gòu)建而成的，對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)一般只有一個(gè)固定的系統(tǒng)晶振頻率，但是，各個(gè)模塊的工作頻率很有可能都是不同的，這時(shí)就需要利用分頻器將系統(tǒng)晶振頻率分成各個(gè)模塊所需要的工作頻率，因此，分頻器模塊是構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)經(jīng)常用到的模塊。(3)輸入電路模塊和輸出電路模塊:構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)的價(jià)值在于它能夠與外部設(shè)備進(jìn)行通信，能對(duì)外部數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，能將處理的結(jié)果反饋出來(lái)。系統(tǒng)如要與外部通信則需要構(gòu)建輸入電路模塊，系統(tǒng)如要將處理的結(jié)果反饋出來(lái)則需要構(gòu)建輸出電路模塊。因此，輸入電路模塊和輸出電路模塊是構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)非常重要的模塊。(4)狀態(tài)機(jī)模塊:狀態(tài)機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)在于它能將復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的狀態(tài)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)，因而，在復(fù)雜的抽象的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常會(huì)采用狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)方法。因此，狀態(tài)機(jī)模塊是設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)經(jīng)常要用到的模塊。

三 《EDA技術(shù)》課程的教學(xué)建議

(1)在《EDA技術(shù)》課程的教學(xué)中可以靈活地采取:拋錨式教學(xué)策略、支架式教學(xué)策略和隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)策略。這三種策略有不同的特點(diǎn)適用于不同階段的教學(xué)。隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)策略適用于前面章節(jié)的關(guān)于原理圖方法和硬件描述語(yǔ)言的內(nèi)容的教學(xué)，拋錨式教學(xué)策略適用于中間章節(jié)講述基本單元電路的設(shè)計(jì)的教學(xué)中，支架式教學(xué)策略適用于后面部分的電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的教學(xué)中。當(dāng)然，為了能更好地幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)最終的意義建構(gòu)，教師可依據(jù)具體的情況交互地使用上述三種策略。

(2)在《EDA技術(shù)》課程教學(xué)中注重學(xué)生工程意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。采用EDA技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，任何電路的設(shè)計(jì)、編譯、仿真、下載都是基于工程來(lái)展開的。所以，在實(shí)際電路設(shè)計(jì)的教學(xué)中應(yīng)將對(duì)學(xué)生工程意識(shí)的培養(yǎng)放在首位。同時(shí)，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)應(yīng)貫穿于整個(gè)教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生多采用不同的方法設(shè)計(jì)電路，讓學(xué)生在不同的設(shè)計(jì)思路中有所創(chuàng)新，鼓勵(lì)學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際生活中感興趣的設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，逐步提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

(3)由于EDA技術(shù)發(fā)展日新月異，知識(shí)內(nèi)容更新迅速，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)備不能滿足依據(jù)EDA技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和學(xué)生的不同的興趣愛好而開設(shè)的新實(shí)驗(yàn)的要求(即不能提供真實(shí)的情景教學(xué)環(huán)境)，因此筆者建議在EDA技術(shù)的教學(xué)中引入虛擬儀器教學(xué)，通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)虛擬人機(jī)交互的實(shí)驗(yàn)界面，讓學(xué)生在虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中完成實(shí)驗(yàn)的最終建構(gòu)。同時(shí)還應(yīng)積極利用Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)有豐富資源的學(xué)習(xí)情景［6］，例如:包含許多不同情景的應(yīng)用實(shí)例和有關(guān)的信息資料等等，以便學(xué)生根據(jù)自己的興趣、愛好去主動(dòng)發(fā)現(xiàn)和探索。

(4)雖然EDA技術(shù)這門課的實(shí)踐行為主要依賴于計(jì)算機(jī)來(lái)完成，但教師應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本能力;軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)有機(jī)融合以及硬件設(shè)計(jì)軟件化的技術(shù)技能;將既定的硬件目標(biāo)系統(tǒng)利用軟件的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真和最后實(shí)現(xiàn)的技能。但更重要的是，培養(yǎng)學(xué)生不斷了解新信息、掌握新技術(shù)、適應(yīng)新情況和及時(shí)將最新的電子設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用到自己的工作實(shí)踐中的能力。

［1］何克抗．建構(gòu)主義的教學(xué)模式教學(xué)方法與教學(xué)設(shè)計(jì)［J］．北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，1997(5)．

［2］楊曉娟．基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)模式［D］．山東師范大學(xué)2000級(jí)碩士論文．

［3］李 琳．基于建構(gòu)主義的《eda技術(shù)》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)［J］．湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006(2):130 －132．

［4］何克抗．建構(gòu)主義——革新傳統(tǒng)的教學(xué)理論基礎(chǔ)［J］．電化教育研究，1997(3)．

［5］廖哲勛，田慧生．課程新論［M］．北京:教育科學(xué)出版社，2003．

［6］梁曉雯．EDA系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)構(gòu)想［J］．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2002(2)．

G43

A

1674－5884(2012)02－0111－02

2011－01－04

中南林業(yè)科技大學(xué)青年科學(xué)研究基金項(xiàng)目(QJ2010011B)

李 琳(1977－)，女，湖南嘉禾人，講師，碩士，主要從事電子與自動(dòng)控制研究。

(責(zé)任編校 羅 淵)