SOPC实验教学改革探讨

周殿凤

（盐城师范学院 物电学院，江苏 盐城 224002）

SOPC实验教学改革探讨

周殿凤

（盐城师范学院 物电学院，江苏 盐城 224002）

分析了当前实验教学存在的问题，对SOPC实验教学进行了探索。根据学生具体情况进行分组教学，即不同基础的学生选择不同类型的实验。此举充分调动了学生的积极性，使得每位学生都学到了很多知识，做到了因材施教。同时将布置任务型实验改为开放型实验，提高了大部分学生的设计能力和创造能力。分组开放型实验教学切实可行，既能提高实验教学质量，又能培养学生创新能力和工程综合应用能力。

SOPC；实验教学；改革

实验教学是理工科教学中重要的组成部分，它不仅是学生获得知识的重要途径，而且对培养学生的工程实践能力、科学研究能力和创新意识，具有十分重要的作用。近年来，我国工程人才培养与产业需求出现一定的脱节，创新人才培养体系尚不完善，整体培养质量有待提高[1]，培养符合建设创新型国家需要的工程创新人才，是高校亟待解决的问题，而想要完成这一任务，实验教学起着巨大的作用[2]。笔者结合多年教学经验和指导学生参加全国大学生电子大赛的实战经验，以片上可编程系统（SOPC）的实验教学为例，探索了实验教学的改革，寻找提高实验教学质量、提高学生创新能力和设计能力的方法。

1 原有教学模式及其不足

传统的实验教学是实验课上教师详细讲解实验原理，对实验内容进行操作示范，学生不需要主动思维和创新，只需按实验讲义步骤进行，“依葫芦画瓢”，通过反复训练让学生形成一定的基本技能。这种实验教学模式，学生动手机会少，不能自主学习，不利于个性发展，阻碍了学生的学习积极性、主动性、创造性以及现代科学思维方式的形成[3]。传统实验中每位学生实验的内容都是相同的，实验成绩主要由实验报告决定，很难避免一部分学生几乎不做实验，直接抄同学的实验报告。由于实验内容单一，理论知识好的学生觉得实验太简单，而基础不好的学生又消化不了。学生做完实验后还要抄写实验报告，我校电子专业大三的学生每学期上6门专业课，假设每门课6个实验，每个实验至少要写4页实验报告，每个学生总共要写150页左右实验报告，繁琐的抄写工作从另一方面也让学生对实验课厌倦。传统的实验教学也确实到了必须改革的时候了。教师应设法激发学生的学习兴趣，使其主动获取知识，进而应用知识解决问题，提高创新和实践能力。

2 统一实验变为层次化实验

SOPC是大三下学期才开设的课程，课程形式是36（理论课时）+12（实验课时）。此时学生的基础已大不相同，不能一刀切，只有采取层次化教学，才能让每一位学生学到知识。层次化教学在理论课上不易展开，但可以实施于实验教学。目前我校每班大概有50位同学，实验室一次最多接受30位学生，每班必须分成两组，而教师可以根据需要在实验中将学生再次分组，就是说可以根据学生的具体情况将一个班分为4组，假设第1组的学生基础最好，第4组最差，每组的学生人数可以不一样多，该课程成绩想取得优秀的学生必须选择第1组或第2组（不是说第1、2组学生肯定得优）。教师准备4套实验内容供学生选择，每组的要求不一样，具体安排如表1所示。

表1 不同组别学生实验性质

“QuartusII软件的使用”是所有实验的基础，它是一个验证性实验，每个组都要做，但可以提出不同的要求。对于基础好的，可以不给出程序，让其自行设计，这部分学生未必需要再去抄写那些没有太多意义的实验报告。

对于第4组同学，实验难度不宜太大，要留给学生一定的思考空间，不能将实验看作“走过场”，较好的结果是前面3个实验以教师为主，而后面3个以学生为主。

同样是设计性实验，不同组别的具体内容也不相同。例如“霓虹灯设计”实验，对于第4组学生，教师需要讲解霓虹灯的原理及设计方法，对学生的要求是霓虹灯有 4种亮法。对于第3组学生，由于已是第2个设计性实验，教师不需要详细讲解，学生在教师的提示下进行设计，实验的效果是霓虹灯有6种亮法。对于第2组学生，可以要求霓虹灯有8种亮法，教师也要适当引导和提示。而第1组学生设计出的霓虹灯不仅要求有8种亮法，而且霓虹灯闪烁的速度也要随之变化，对于个别学生教师可让其思考如何让霓虹灯随着音乐的节奏进行闪烁。不同的要求可以杜绝学生抄袭，也可以真正实现因材施教，达到最优教学效果。

为了有较好的实验效果，学生最好能预习。如果学生真的认真实验了，当他们看见自己的设计效果（在每个学生的开发平台上演示），他们的兴趣必会大涨，在实验课时不够用的情况下预习也就成了他们心甘情愿的事情了。所以教师要选择趣味性强的实验吸引学生，激发起兴趣。

3 布置型教学变为开放型教学

建构主义认为课本知识只是一种关于某种现象的较可靠的解释或假设，并不是解释现实世界的“绝对参照”[4]。这是对传统实验教学中“布置型”教学的最大挑战。就是说教师不该向学生填鸭式灌输知识，而是创造情境让学生自己学习知识，这样学到的知识是最深刻的。

在SOPC实验教学上，废除注入式教学方法，建立以学生为本，教师启发引导的实验教学方法，实验过程中2～3组学生应该逐步学会根据要求自己设计实验内容、实验步骤，教师提出问题引导和启发学生一步步思考，让学生自己动手实践，留给学生足够的创新空间，这样就可以充分发挥学生的主观能动性，真正提高学生利用所学理论知识解决实际问题的能力，提高创新意识和动手能力。至于第1组学生，教师只需要讲解1～2实验，剩下的实验完全放开，教师只需提供题目、要求、扩展要求，让学生自拟方案，教师在实验过程中可以答疑、指导甚至提示学生如何将大题目细化为小题目但不能包办。第1、2组学生在实验后期也可以根据DE2开发平台上的资源自己拟订题目，自己带着问题去学习，主动寻找解决问题的方法，从而可以更好地提高设计能力。对于设计性和综合性实验，实验结束后学生提交设计方案而不是实验报告，以达到培养学生的设计能力和创造能力。

由于不再统一实验内容，所以实验内容的设计应具有较大的柔性和灵活性。12个课时（6个实验）的实验讲义至少应提供20个实验，其中有5～6个实验需要有详细的说明以便学生入门。教师在实验开始一个月前将所有实验内容发给学生，让其预先了解实验内容，并可根据自己的兴趣有目的地选择6个实验，减少实验的盲目性，使学生真正参与到实验中来，提高实验教学效果，培养学生的动手能力和创新思维能力。

SOPC是一门前沿性学科，可以很好地发挥学生的创造性。因为FPGA芯片本身是一张白纸，只要学生的单片机和硬件描述语言足够好，学生就可以任意发挥。当然QuartusII软件和nios软件本身难度较大，在网络上又很难找到答案，这方面的知识教师要详细指导（也可以在理论教学时借助开发板讲解），否则学生会占用大量的时间去摸索。

最终学生的实验成绩采取过程记录法，就是教师为每一位学生准备一张记录卡，实时记录学生的实验情况。

4 适当增加实验课时

理论教学尽量以够用为度，在理论教学的基础上应该尽可能地强化实验、实践环节[5]。SOPC（片上可编程系统）是一门非常特殊的课程，它所基于的硬件 FPGA由于没有CPU，故其知识点可以很简单地用1～2课时讲完，运用的编程语言学生在 EDA课程中学习。它的主要理论知识就是Nios II处理器和avalon总线，这两部分十几个课时肯定可以讲完，在设计项目中只要会用Nios II处理器，了解avalon总线，并没有高深的公式推导和理论知识，如果还有其他知识非得补充，几个课时足以。因此这门前沿性学科与单片机、DSP、嵌入式系统都不同，它没有太多的理论知识需要讲解，FPGA芯片几乎不需要花时间理解，学生对FPGA一窍不通也可以运用硬件描述语言进行片上可编程系统设计。而上述其余三门课的硬件至少得花 12课时讲解。笔者认为可将36+12的课时分配改为24+24。如在理论课上带着开发板讲2个项目的设计，第一个项目可教师讲解，第2个让学生分组讨论，学生自行设计方案，教师加以引导，结合开发板演示不同方案的结果并加以评议，这样实际上也起到了提高学生实践能力的目的。

[1] 余建星,徐斌,孙克俐,郭强,等.工程创新人才培养模式的构建与成效[J].中国大学教学,2010,32(1)：28-30.

[2] 王怀平,林刚勇.电工电子类课程群实验教学改革与实践[J].中国电力教育,2011,27(4)：117-118.

[3] 张乃群,庞发虎,李运贤.分层次开放性实验教学模式探索[J].南阳师范学院学报,2009,8(6)：105-108.

[4] 吴赟婷,熊婷,王钟庄.以学生学习为中心的教学模式在计算机实验课程中的应用[J].职教论坛,2011,27(8)：28-31.

[5] 梁洪卫,高丙坤,邸晓宇,等.“EDA技术与应用”实验与实践教学改革[J].实验技术与管理,2011,28(1)：147-149.

（责任编辑、校对：孙海祥）

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

盐城师范学院教研项目（11YCTCJY038）

2011-06-27

周殿凤（1978-），女，江苏宝应人，硕士，盐城师范学院物理学院讲师，研究方向为片上可编程系统（SOPC）。

G642

A

1009-9115(2011)05-0150-03