動(dòng)作分解教學(xué)法在數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

方愷晴，張洪杰，錢(qián)彭飛，劉 峰

（湖南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410082）

0 引 言

數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是高等院校信息類(lèi)學(xué)科必修的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐課，是后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的基礎(chǔ)，有著很強(qiáng)的實(shí)踐性[1]，這門(mén)實(shí)踐課的教學(xué)一直在改革，雖然已取得不錯(cuò)的成績(jī)，但隨著時(shí)間與條件的變化，改革依舊在繼續(xù)，學(xué)生的時(shí)間寶貴，如何從學(xué)生角度出發(fā)，讓學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)收獲更多，是我們改革需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題[2]。動(dòng)作分解教學(xué)法是一些實(shí)操和競(jìng)技體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練與教學(xué)中經(jīng)常用到的方法，如何把這種方法應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)中是文章研究與探討的重點(diǎn)。

1 動(dòng)作分解教學(xué)法的概述

動(dòng)作分解法是指把完整的動(dòng)作合理地分為幾個(gè)部分或段，逐步進(jìn)行學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，最后達(dá)到全部掌握的方法[3]。實(shí)踐課程同樣可以將完整的教學(xué)劃分成幾個(gè)小部分,并按照一定的步驟開(kāi)展教學(xué)工作，直到學(xué)生掌握所有動(dòng)作，再將這些動(dòng)作整合在一起[4]。這種動(dòng)作分解教學(xué)法完全可以借鑒運(yùn)用于數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的硬件基礎(chǔ)實(shí)踐課程，它的教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)放在動(dòng)手能力的培養(yǎng)上，也就是相關(guān)的技能訓(xùn)練。我們可以對(duì)課程達(dá)成的目標(biāo)進(jìn)行分析，把課程需要培養(yǎng)學(xué)生的技能逐一抽離出來(lái)，把這個(gè)過(guò)程看做動(dòng)作分解的過(guò)程，依據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容規(guī)范每一個(gè)動(dòng)作、技能訓(xùn)練。隨著分解教學(xué)法的應(yīng)用，對(duì)于難度大而相對(duì)復(fù)雜的動(dòng)作（大綜合設(shè)計(jì)），學(xué)生將清晰地看到分動(dòng)作的細(xì)節(jié)，再將學(xué)到的單個(gè)技能運(yùn)用到最后的復(fù)雜動(dòng)作中去，最終完成大綜合設(shè)計(jì)。

2 動(dòng)作分解教學(xué)法在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)施與探討

數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)這門(mén)實(shí)驗(yàn)課程，其實(shí)很多內(nèi)容是經(jīng)典的，可以保持不變，如果從系統(tǒng)角度出發(fā)，把內(nèi)容重新梳理，把系統(tǒng)設(shè)計(jì)必備的技能抽離出來(lái)，再?gòu)膶W(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)角度出發(fā)，重新規(guī)劃每節(jié)課內(nèi)容與培訓(xùn)目標(biāo)對(duì)應(yīng)，并通過(guò)課后題庫(kù)練習(xí)加強(qiáng)相應(yīng)技能訓(xùn)練，這個(gè)體系的整體設(shè)計(jì)讓學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中慢慢體會(huì)，通過(guò)練習(xí)找出規(guī)律，最后再通過(guò)大綜合的實(shí)踐去運(yùn)用這些技能，用心按要求去做，一定會(huì)有自己的領(lǐng)悟。

2.1 課前調(diào)研

課前通過(guò)網(wǎng)上麥克表單調(diào)研學(xué)生的現(xiàn)狀以及具備的知識(shí)情況。調(diào)研結(jié)果為：學(xué)生時(shí)間有限，實(shí)驗(yàn)課時(shí)有限，有限時(shí)間內(nèi)需要學(xué)有所值；實(shí)驗(yàn)課超前理論課（理論與實(shí)驗(yàn)課在同一學(xué)期）；學(xué)過(guò)理論課、借過(guò)實(shí)驗(yàn)板、做過(guò)實(shí)驗(yàn)，但是實(shí)驗(yàn)課時(shí)學(xué)生依舊不會(huì)用實(shí)驗(yàn)板、不會(huì)仿真等基本技能（部分專(zhuān)業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)安排在理論課的后一學(xué)期進(jìn)行）；缺乏觀(guān)察能力，沒(méi)有工程實(shí)驗(yàn)的思想；習(xí)慣隨大流，不習(xí)慣看圖；對(duì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題不敏感，等著安排，百度求解答案；預(yù)備知識(shí)只有英語(yǔ)、C語(yǔ)言。

2.2 課程分析確定教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)對(duì)學(xué)生的調(diào)研結(jié)果和課程的分析，以工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證為標(biāo)準(zhǔn)確定教學(xué)目標(biāo)，目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生具有軟件、硬件與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、測(cè)試與實(shí)驗(yàn)的能力；把學(xué)生分析和解決工程的能力分步拆分成單個(gè)技能，再把這些單一技能揉捏到相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中進(jìn)行培訓(xùn)，技能涵蓋5個(gè)基本技能，如圖1所示。

圖1 數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程的培訓(xùn)技能

2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與培訓(xùn)技能一一對(duì)應(yīng)

將上述五大基本技能逐一分散到各次實(shí)驗(yàn)中，項(xiàng)目與技能培訓(xùn)一一對(duì)應(yīng)，課堂時(shí)間有限，需用短期技能練習(xí)，讓學(xué)生明確培訓(xùn)目標(biāo)，以綜合項(xiàng)目為入門(mén)，輔以仿真、HDL模塊建模實(shí)現(xiàn)編程，并通過(guò)課后網(wǎng)上題庫(kù)，進(jìn)一步加深專(zhuān)項(xiàng)技能訓(xùn)練，最終以大綜合驗(yàn)證學(xué)習(xí)效果，詳見(jiàn)表1。

2.4 分步訓(xùn)練

整個(gè)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)訓(xùn)練安排2個(gè)大綜合項(xiàng)目，在課程開(kāi)始和結(jié)束時(shí)分別進(jìn)行，中間穿插專(zhuān)題訓(xùn)練。

1）綜合項(xiàng)目訓(xùn)練。

第1個(gè)綜合項(xiàng)目從生活起步，以三位數(shù)碼管掃描顯示為例，從設(shè)計(jì)思路、畫(huà)圖、識(shí)圖、分析圖、通過(guò)文字描述其算法形成結(jié)構(gòu)圖、硬件語(yǔ)言代碼、仿真功能驗(yàn)證、測(cè)試工具使用、調(diào)試基本方法（含錯(cuò)誤信息識(shí)別與解決），最后完成整個(gè)項(xiàng)目形成文檔。這個(gè)訓(xùn)練分4次課完成，每次課有其訓(xùn)練重點(diǎn)（詳見(jiàn)表1），將其動(dòng)作分解，每節(jié)課強(qiáng)調(diào)規(guī)定動(dòng)作的完成，讓學(xué)生明白本次課的訓(xùn)練目標(biāo)，盡量在課堂上完成本次訓(xùn)練，這個(gè)簡(jiǎn)單而又復(fù)雜的實(shí)例可以讓學(xué)生基本掌握FPGA開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)流程，整個(gè)流程參考圖2[5]，給學(xué)生實(shí)踐指出明確的引導(dǎo)方向，方便學(xué)生課后練習(xí)遇到疑問(wèn)時(shí)尋求解答。

2）單項(xiàng)技能訓(xùn)練之仿真技能。

仿真技能訓(xùn)練安排2次課（含測(cè)試），通過(guò)典型實(shí)例訓(xùn)練學(xué)生仿真的基本技能，系統(tǒng)地講解仿真的基本原則、常規(guī)步驟、仿真過(guò)程中各個(gè)工具的使用和實(shí)用方法，課后配有題庫(kù)訓(xùn)練。

表1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與技能培訓(xùn)對(duì)照表

（續(xù)表1）

圖2 FPGA開(kāi)發(fā)流程圖

3）單項(xiàng)技能訓(xùn)練之代碼編寫(xiě)。

硬件描述語(yǔ)言部分的訓(xùn)練，涉及教材中的組合電路設(shè)計(jì)、計(jì)數(shù)器與分頻器、狀態(tài)機(jī)序列檢測(cè)器等部分內(nèi)容，不是單一完成某個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)或?qū)懸欢未a，而是從問(wèn)題分析到畫(huà)RTL結(jié)構(gòu)圖的完成、結(jié)構(gòu)圖的描述方法掌握到代碼描述的套路等訓(xùn)練，此項(xiàng)訓(xùn)練安排4次課（含測(cè)試）。同時(shí)，每次課后有題庫(kù)供學(xué)生在線(xiàn)訓(xùn)練，教師每天都可通過(guò)系統(tǒng)后臺(tái)關(guān)注每一位學(xué)生課后訓(xùn)練情況。

4）大綜合訓(xùn)練。

自選綜合項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)任務(wù)的解讀，抽象出任務(wù)，并畫(huà)出結(jié)構(gòu)圖，再運(yùn)用各項(xiàng)技能在實(shí)驗(yàn)板上實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能，并完成設(shè)計(jì)報(bào)告，以大綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證學(xué)習(xí)效果。

2.5 考核與網(wǎng)上題庫(kù)訓(xùn)練相輔相成

每次實(shí)驗(yàn)課在課堂上完成規(guī)定任務(wù)，明確培訓(xùn)目標(biāo)，課后配有網(wǎng)上題庫(kù)，學(xué)生需在課后完成相應(yīng)題庫(kù)才能參與相應(yīng)的題庫(kù)測(cè)試，未完成者不允許參與在線(xiàn)題庫(kù)測(cè)試。考核分為題庫(kù)作業(yè)（30%）、在線(xiàn)題庫(kù)測(cè)試（30%）、綜合1驗(yàn)收與報(bào)告（20%）和大綜合驗(yàn)收與報(bào)告（20%）。系統(tǒng)后臺(tái)可統(tǒng)計(jì)出學(xué)生的整體課后題庫(kù)完成情況，從題庫(kù)的完成統(tǒng)計(jì)情況能明顯區(qū)分出學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度。依據(jù)上述考核方法，能夠比較合理地對(duì)每一名學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況給出較為公正的評(píng)價(jià)分值。

3 教學(xué)效果總結(jié)

經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的實(shí)踐，通過(guò)分析動(dòng)作分解教學(xué)法運(yùn)用于數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，可以得出的結(jié)論有：①此執(zhí)行方案通過(guò)實(shí)踐，以綜合項(xiàng)目入門(mén)，輔以仿真，節(jié)奏很緊湊，學(xué)生反映好，這一點(diǎn)要堅(jiān)持下去。②編程部分的訓(xùn)練，像做瑜伽、彈鋼琴一樣，天天練才會(huì)有肌肉記憶技能，不是單純靠學(xué)能會(huì)的知識(shí)，因此，課后大量的題庫(kù)訓(xùn)練還需繼續(xù)加強(qiáng)。③大綜合項(xiàng)目的題目是學(xué)生在15個(gè)題中自選的，學(xué)生花了大量時(shí)間才完成，部分題目比較偏，百度上能搜到的信息少，影響學(xué)生的信心；另外，大綜合的安排正好是學(xué)生考試周前后，影響了教學(xué)效果。④實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)定，如綜合項(xiàng)目的選擇很重要，以第一個(gè)綜合項(xiàng)目為例，這個(gè)案例中最后的層次化設(shè)計(jì)，是從建模開(kāi)始，從模塊到信號(hào)再到實(shí)現(xiàn)的全過(guò)程體現(xiàn)，仿真、編程技能都能夠揉進(jìn)其中。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)該依照這樣的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)定，達(dá)到全面訓(xùn)練學(xué)生的目的。⑤仿真技能與編程題庫(kù)可以單獨(dú)分離出來(lái)作為單獨(dú)的機(jī)測(cè)知識(shí)部分進(jìn)行測(cè)試。⑥大綜合可以選擇一個(gè)經(jīng)典案例去分組完成。⑦綜合合作部分，學(xué)生的日志報(bào)告文字功底還需加強(qiáng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)踐形成了一套完整的實(shí)驗(yàn)體系，體系的功能完善，教學(xué)思路新穎，任務(wù)的完成既能讓學(xué)生獲得滿(mǎn)足感與成就感，又可激發(fā)他們的求知欲望，從而提高學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)效率，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，使學(xué)生建構(gòu)起探究、實(shí)踐、思考、運(yùn)用和解決問(wèn)題的研究學(xué)習(xí)體系[6]，實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題也需要在后續(xù)教學(xué)中不斷解決。

[1] 方愷晴, 張洪杰, 劉峰, 等. 信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)硬件基礎(chǔ)實(shí)踐的項(xiàng)目沉浸式教學(xué)模式[J]. 計(jì)算機(jī)教育, 2016(7): 108-113.

[2] 方愷晴, 張洪杰, 劉峰. 數(shù)字邏輯“做中學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探討[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2009(10): 107-110,113.

[3] 鐘明寶. 分解法教學(xué)應(yīng)用的理論性研究[J]. 體育學(xué)刊, 1996(4): 90-91.

[4] 王震東. 分解教學(xué)法在少兒武術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J]. 當(dāng)代體育科技, 2017(1): 112, 114.

[5] 方愷晴, 張洪杰, 劉三一, 等. 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教程[M]. 2版. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2017(2): 108.

[6] 王紅航, 劉凱, 鄧春健, 等. 數(shù)字電路綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)案例驅(qū)動(dòng)法教學(xué)探討[J]. 計(jì)算機(jī)教育, 2017(7): 140-143.