基于POGIL模式的“EDA技術及應用”教學改革初探

徐效文 吳建好 王會海 孫克輝

摘要：分析了“EDA技術及應用”課程教學過程中存在的問題，探討了POGIL教學法在該課程中的應用。通過精心設計POGIL內容，把理論教學和實驗教學有機地結合起來，激發學生學習興趣，啟發學生思維。教學實踐表明，該課程的教學改革提高了學生的學習積極性和主動性，增強了學生的實踐能力和創新能力，教學效果好。

關鍵詞：POGIL模式；EDA技術及應用；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）39-0166-02

隨著現代電子技術的快速發展，基于EDA（Electronic Design Automation，電子設計自動化）技術的設計方法正在成為現代電子系統設計的核心，采用傳統教學模式的EDA教學，存在教學效果不理想、學生難以聽懂、難以培養學生的實踐能力等諸多弊端，因此需要對傳統教學模式進行改革。

本文針對EDA課程的特點，將POGIL教學模式引入到EDA課程的教學中，精心設計POGIL內容，激發學習興趣，啟發學生思維，提升教學效果。

一、EDA技術及應用教學中存在的問題

EDA技術是以計算機為工作平臺，以EDA工具軟件為開發環境，以硬件描述語言HDL（Hardware Description Language）為設計語言，以可編程邏輯器件為實驗載體，以ASIC/SOC芯片為設計目標，以電子系統設計為應用方向的電子系統自動化設計技術。傳統教學模式下EDA教學存在的主要問題如下。

1.教學內容組織安排欠合理。主要問題是：

（1）CPLD/FPGA的結構原理這部分內容理論性強，比較抽象，相對比較復雜，如果一開始就講解CPLD/FPGA的內部結構及工作原理，即使學生有數字電路的基礎知識，理解起來也會感到比較困難。（2）VHDL設計初步、EDA工具軟件（QuartusⅡ）應用向導這兩章內容前后順序欠妥。

2.理論教學與實驗教學銜接不緊密。傳統教學方式往往先講解書本理論知識，再開展上機實驗，學生在實驗過程中，不知道如何下手進行VHDL語言設計，理論與實踐嚴重脫節。

由于EDA教學中存在以上兩個方面的主要問題，導致教學效果不理想，因此需要對EDA技術及應用教學進行改革。

二、POGIL模式在EDA技術及應用課程教學中的應用與實踐

（一）POGIL教學模型

POGIL是一種在教師的指導下進行引導型探究學習模式。在這種以學生為中心的學習模式下，教師不僅教會學生知識，更重要的是教會學生學習新知識的方法。學生自由組成學習小組，充分發揮每一個學生的潛能，使每一個學生都能夠完全融入到學習的氛圍中去。POGIL的課堂活動利用指導性探究的學習理念來設計，每個活動環節都進行精心設計。POGIL學習循環包括概念的探索、形成和應用三個環節。學生分組學習，每個人都有一個角色來確保所有學生積極參與到學習過程中。教師作為學習引導者與推動者，通過精心設計科學的POGIL教學活動，觀察學習進展，并及時解決學生學習需要，使學生積極參與到學習過程中，引導學生建立新知識。

（二）優化教學內容

針對EDA教學存在的問題，根據EDA技術應用性強的特點，需要對教學內容進行適當調整和優化，以利于POGLIL活動的組織和開展。（1）針對目前EDA教學內容設置不合理，對部分章節順序進行了調整，比如：把第3章VHDL設計初步、第4章EDA工具軟件（QuartusⅡ）應用向導這兩章內容進行交換一下順序，先讓學生了解如何使用該工具軟件，再介紹如何利用該軟件進行簡單地VHDL設計。（2）針對第2章CPLD/FPGA的結構原理這部分內容理論性強、比較抽象、比較復雜，學生難以理解的問題，先介紹VHDL設計初步，通過簡單的例子使學生對EDA課程的教學快速入門，然后再引導學生思考，編寫的VHDL程序下載到哪里去了？那么CPLD/FPGA的內部結構是什么？

（3）VHDL設計是EDA課程的重點，對于VHDL語言的教學不能像匯編語言那樣，逐條逐句地對語法進行講解，考慮到學生有數字電路、C語言等前期課程的基礎知識，以數字電路設計為基點，通過一些簡單、典型的實例，逐步引出VHDL語句語法內容，采用POGIL教學模型引導學生去歸納總結VHDL語法要點。

（三）POGIL教學實踐

將POGIL模式引入EDA課程教學，不能照搬國外模式，應該根據課程特點，結合我國學生的學習習慣，開展教學改革和實踐探索，兼顧理論教學和實驗教學，充分發揮POGIL模式的優點，培養學生的創新能力。在課程最初，首先概況介紹課程的知識體系、重點及難點內容以及需要同學們掌握的內容，然后向學生介紹課程的教學方法——POGIL教學模式，讓學生充分了解該方法的教學過程以及需要同學們密切配合的工作。

1.科學分組。首先同學們自由選擇組成學習小組，每組3—4人，組內成員自我分配角色，并明確各自的職責，每人都有自己的角色來保證學習任務的順利開展。典型的POGIL角色分為管理者、發言人、信息員、記錄員。

2.精心設計POGIL內容。（1）POGIL前期準備。在該課程的前兩次課上，用多媒體教學概述EDA課程的知識架構，接著用實驗箱演示一個最簡單的例子，強調需要同學們掌握的主要內容，然后向學生介紹POGIL教學模式以及注意事項，使同學們知道自己要做什么。（2）精心設計POGIL內容。POGIL教學內容的設計應該考慮學生的前期基礎，以便跟他們已有的知識結構聯系起來。以第3章VHDL設計初步為例，同學們對半加器非常熟悉，所以教學就從半加器開始，讓學生使用QuartusⅡ工具軟件參照例子，設計出半加器，并且進行綜合、仿真、測試，然后引導學生概括總結利用VHDL語言進行數字電路設計的流程以及VHDL語法結構。接著逐步由易到難，讓同學們依次進行全加器、1位加法計數器的設計、4位加法計數器的設計、任意位加法計數器的設計，逐步過渡到復雜的分頻器設計。

（四）過程引導

在POGIL課堂活動中，老師充當的不僅是知識的傳授者，更是學生團隊自治的引導者。老師需要做到：鼓勵學生做出選擇和嘗試、指導學生查找學習參考資料、引導學生思考。特別是在學生做不下去時，幫助學生梳理問題，引導線索，啟發學生思維，鼓勵學生繼續進行探索、嘗試。

（五）考核方式多元化

在評價POGIL教學模式的效果時，不能簡單地以筆試作為最終成績方案進行，評價體系應該多元化，不僅應該有理論水平評價，還應該包括實操能力評價和過程評價，而且應該加大過程考核所占的比重，強調對探究和操作過程的考核，主要培養學生的動手能力和創新能力。

三、結束語

本文將POGIL模式引入到EDA技術及應用課程教學中，精心設計POGIL內容，把理論教學和實驗教學有機地結合起來，加強過程引導，加大過程考核比重，著重培養學生分析問題、解決問題的能力，有效激發了學生的學習興趣，提高了學生的學習積極性和主動性，增強了學生的實踐能力和創新能力。

參考文獻：

[1]Patrick J.P.Brown.Process-oriented guided-inquiry learning in an introductory anatomy and physiology course with a diverse student population[J].Adv Physiol Educ 2010，（34）：150-155.

[2]Moog Richard S.and James N.Spencer，Eds.：Process Oriented Guided Inquiry Learning （POGIL）[M].ACS Symposium Series 994；American Chemical Society：Washington，DC，2008.

[3]Stacy D.Brown.A Process-Oriented Guided Inquiry Approach to Teaching Medicinal Chemistry[J].American Journal of Pharmaceutical Education 2010，74 （7）：121-125.

[4]Minderhout V.，Loertscher J.Lecture-free Biochemistry：A Process Oriented Guided Inquiry Approach [J].Biochem Mol Bio Educ，2007，35（3）：172-180.

[5]管華，崔亞男，溫新民.POGIL模式在藥物化學教學中的應用[J].中國高等醫學教育，2013，（9）：92-94.

[6]劉玉紅，馬艷，蔡梅超，董文亮.POGIL教學法在高等中醫藥院校制藥工程專業藥物合成教學中的應用研究[J].中醫藥導報，2016，22（6）：121-123.

[7]潘松，王芳，張筱云.EDA技術及其應用[M].北京：科學出版社，2011.