基于建構主義理論的《EDA技術》課程改革

李 琳，周國雄

(中南林業科技大學計算機與信息工程學院，湖南長沙410004)

基于建構主義理論的《EDA技術》課程改革

李 琳，周國雄

(中南林業科技大學計算機與信息工程學院，湖南長沙410004)

本文以建構主義理論為指導，開展對《EDA技術》課程內容改革的研究，課程內容的選擇是以課程學習內容的教育價值和課程內容與課程目標的一致性為依據的。并針對改革后的課程內容提出了一些教學建議。

建構主義;EDA技術;模塊化設計

目前現代電子技術與產業的發展已到了必須普及掌握EDA技術的階段，因此高等教育就應順應電子技術的這種發展趨勢，為滿足社會與產業對EDA技術人才的不斷需求而培養出大批既懂電子技術又熟悉現代EDA技術的高層次建設人才。隨著EDA技術的飛速發展，對《EDA技術》的課程內容提出了新課題，因此，應對原有的EDA教學內容進行改革使之順應EDA技術發展的趨勢。

一 以建構主義理論指導《EDA技術》課程改革的可行性

建構主義認為［1－2］，知識不是通過教師傳授得到，而是學習者在一定的情境即社會文化背景下，借助他人(包括教師和學習伙伴)的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲得。而不是像傳統教學那樣，只是把知識從教師頭腦中傳送到學生的筆記本上。因此建構主義學習理論認為“情境”、“協作”、“會話”和“意義建構”是學習環境中的四大要素。

EDA技術最主要特點是采用自頂向下的設計思想和模塊化的設計方法來實現電子系統的設計。因此，在《EDA技術》的課程教學中系統和模塊化的設計尤為重要。在《EDA技術》課程之前已經開設了《電路》和《數字電路》課程，學生頭腦中已構建了組合電路模塊和時序電路模塊——數字電子系統的主要組成部分［3］。這為學生構建數字系統提供了經驗和模型。EDA技術實驗的主要方法是通過軟件來設計硬件，而軟件設計的方法很多，這就為實現同一硬件電路提供了不同的方法，學生可以采用不同的方法建構實現電子系統的設計。EDA技術實驗教學學時有限，部分較為復雜的電子系統設計學生較難在規定的時間內獨立完成，他們可以自由組合伙伴分工合作共同完成實驗。同時由于EDA技術飛速發展，實驗設備的更新很難與EDA技術的發展同步，部分體現新技術的實驗難以用現有的實驗設備實現，因此可以通過虛擬儀器教學，讓學生在虛擬的情景中實現意義建構。在整個教學過程中以學生為中心，教師有意識地引導學生逐步建構模塊，最終實現系統的建構。

由于《EDA技術》課程的上述特點，與以建構主義學習理論以及建構主義學習環境的教學模式——“以學生為中心，在整個教學過程中由教師起組織者、指導者、幫助者和促進者的作用，利用情境、協作、會話等學習環境要素充分發揮學生的主動性、積極性和首創精神，最終達到使學生有效地實現對當前所學知識的意義建構的目的”［4］相適應，因此以建構主義理論指導《EDA技術》課程改革是可行的。

二 基于建構主義理論的《EDA技術》課程內容的改革

課程內容是課程的核心要素。它的改革主要以以下兩方面為依據:

1．課程學習內容的教育價值［5］。它主要包括兩個方面:(1)課程內容與當前需要的滿足情況。(2)課程內容與未來發展的需要的滿足情況。由于EDA技術將電子系統的軟件設計與硬件設計有機地融合，為電子產品開發和系統設計提供了全新的手段，EDA技術的發展對傳統的電子設計方法進行了革命性的變革。為了適應電子信息技術發展的潮流和國際競爭對人才的需要，《EDA技術》課程內容除了包括EDA技術的基本知識、基本概念、基本原理和方法外，還應融入EDA技術最新發展的技術及其應用。例如:將嵌入式系統的開發及應用、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容融入到《EDA技術》課程內容中，及時更新關于EDA新技術的課程內容，使之始終與技術的最新發展相適應。

2．課程內容與課程目標的一致性［5］。《EDA技術》課程的主要目標是:培養學生采用模塊化的自頂向下的方法設計電子系統的能力。因而，《EDA技術》課程的內容應為學生設計電子系統能力的培養服務。同時由于電子系統的設計是由完成不同功能的各個模塊構成的，所以，在選擇《EDA技術》課程內容時首先應選擇那些對于構建一個系統是必不可少的或者是經常被用到的模塊的內容。因此，筆者選擇了如下幾個必需的模塊作為課程內容:(1)譯碼器模塊和編碼器模塊:一個復雜的電子系統是由多個模塊構成的，各個模塊的連接和通信是通過系統總線完成的，而系統的地址總線是有限的，地址總線經過譯碼器模塊則可以將更多的模塊連接起來實現通信從而完成系統的設計，所以譯碼器模塊對于構建一個復雜的系統是必不可少的;編碼器模塊所實現的邏輯功能與譯碼器模塊是相反的，它能將外部大量的無序的狀態編碼為系統能接受的有序地狀態，所以，編碼器模塊是構建一個系統經常用到的模塊。(2)計數器模塊和分頻器模塊:在一個系統中計數功能是必不可少的，它能控制溢出、定時、數值的加載等等，因此，實現這一功能的計數器模塊是構建一個系統必不可少的模塊;分頻器模塊是在計數模塊的基礎上構建而成的，對于一個系統來說一般只有一個固定的系統晶振頻率，但是，各個模塊的工作頻率很有可能都是不同的，這時就需要利用分頻器將系統晶振頻率分成各個模塊所需要的工作頻率，因此，分頻器模塊是構建一個系統經常用到的模塊。(3)輸入電路模塊和輸出電路模塊:構建一個系統的價值在于它能夠與外部設備進行通信，能對外部數據進行處理，能將處理的結果反饋出來。系統如要與外部通信則需要構建輸入電路模塊，系統如要將處理的結果反饋出來則需要構建輸出電路模塊。因此，輸入電路模塊和輸出電路模塊是構建一個系統非常重要的模塊。(4)狀態機模塊:狀態機的最大優點在于它能將復雜的電路設計轉化為簡單的狀態轉換設計，因而，在復雜的抽象的系統的設計時經常會采用狀態機的設計方法。因此，狀態機模塊是設計一個復雜系統經常要用到的模塊。

三 《EDA技術》課程的教學建議

(1)在《EDA技術》課程的教學中可以靈活地采取:拋錨式教學策略、支架式教學策略和隨機進入教學策略。這三種策略有不同的特點適用于不同階段的教學。隨機進入教學策略適用于前面章節的關于原理圖方法和硬件描述語言的內容的教學，拋錨式教學策略適用于中間章節講述基本單元電路的設計的教學中，支架式教學策略適用于后面部分的電子系統的設計的教學中。當然，為了能更好地幫助學生實現最終的意義建構，教師可依據具體的情況交互地使用上述三種策略。

(2)在《EDA技術》課程教學中注重學生工程意識和創新能力的培養。采用EDA技術設計系統時，任何電路的設計、編譯、仿真、下載都是基于工程來展開的。所以，在實際電路設計的教學中應將對學生工程意識的培養放在首位。同時，對學生創新能力的培養應貫穿于整個教學，鼓勵學生多采用不同的方法設計電路，讓學生在不同的設計思路中有所創新，鼓勵學生將所學的知識應用于實際生活中感興趣的設計項目中，逐步提升學生的創新能力。

(3)由于EDA技術發展日新月異，知識內容更新迅速，現有的實驗硬件設備不能滿足依據EDA技術發展趨勢和學生的不同的興趣愛好而開設的新實驗的要求(即不能提供真實的情景教學環境)，因此筆者建議在EDA技術的教學中引入虛擬儀器教學，通過計算機設計虛擬人機交互的實驗界面，讓學生在虛擬的實驗環境中完成實驗的最終建構。同時還應積極利用Internet網絡技術為學生創設有豐富資源的學習情景［6］，例如:包含許多不同情景的應用實例和有關的信息資料等等，以便學生根據自己的興趣、愛好去主動發現和探索。

(4)雖然EDA技術這門課的實踐行為主要依賴于計算機來完成，但教師應注意培養學生硬件電路系統設計基本能力;軟件設計與硬件設計有機融合以及硬件設計軟件化的技術技能;將既定的硬件目標系統利用軟件的方式進行設計、仿真和最后實現的技能。但更重要的是，培養學生不斷了解新信息、掌握新技術、適應新情況和及時將最新的電子設計技術應用到自己的工作實踐中的能力。

［1］何克抗．建構主義的教學模式教學方法與教學設計［J］．北京師范大學學報(社會科學版)，1997(5)．

［2］楊曉娟．基于建構主義學習理論的教學過程設計模式［D］．山東師范大學2000級碩士論文．

［3］李 琳．基于建構主義的《eda技術》的實驗教學設計［J］．湖南科技大學學報，2006(2):130 －132．

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

［5］廖哲勛，田慧生．課程新論［M］．北京:教育科學出版社，2003．

［6］梁曉雯．EDA系統設計的實驗教學構想［J］．實驗技術與管理，2002(2)．

G43

A

1674－5884(2012)02－0111－02

2011－01－04

中南林業科技大學青年科學研究基金項目(QJ2010011B)

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

(責任編校 羅 淵)