基于STEAM模式的FPGA技术课程改革

彭敏

摘 要 STEAM是将科学、技术、工学、艺术和数学这五个学科有机融合的综合教育新概念，注重学习的过程，注重学生实际动手能力。FPGA技术课程是电子类相关专业的一门重要的专业课程，而传统教学模式较单一，为提高学生学习积极性，本文探索将STEAM的教学思想融入到FPGA技术课程的教学中去，对FPGA技术课程的理论教学和实践教学内容进行改革，定位于民办高校学生层次，突出应用型的特色。

关键词 FPGA技术课程 STEAM 课程改革

0 前言

STEAM教育最早起源于美国，为解决美国学生对理工科课程逐渐失去兴趣而开展以科学（Science）、技术（Technology）、工程 （Engineering）、数学（Mathematics） 相结合的课程，简称STEM，后来加入艺术（Arts），从而形成了STEAM。“互联网+”进一步地推动教学方式突破时空的限制，促进教与学的双重改革，构建了没有围墙的校园，汇聚了海量的知识资源，为学生们提供了更多优质、个性化、多样化的学习支持 ，这一时代背景为发展STEAM教育提供了良好基础，并深入地改变着教师的教学模式与学生的学习模式。

1 研究的内容

FPGA技术是电子类相关专业的一门非常重要的专业课，起到由专业基础课向专业课过渡的承上启下的作用，但传统的课堂教学模式枯燥乏味提不起学生的兴趣。STEAM 教育注重实践、注重动手、注重过程，让学生通过制作自己喜欢的东西，在制作的过程中建构起关于科学、技术、工程、艺术和数学的知识，因而考虑结合STEAM教育理念，对FPGA技术课程进行改革，彻底改变原来的教学模式与内容。对FPGA技术课程的改革围绕以下三个方面展开：

（1）FPGA技术课程基于STEAM的教学设计模式的探索，对教学目的、教学方法、教学环境、教学对象进行探索和研究，设计出适合民办高校学生层次和人才培养目标的教学模式。

（2）基于问题导向的学习、案例式教学模式，将生活中、工程中实际的应用引入课堂。

（3）教学资源及教材的开发，如教学大纲、实验大纲、教案、试题库等。

1.1 理论教学改革

首先可以将理论教学从原本呆板的课堂教学改在实验室进行STEAM课堂，让学生可以边听边做，边学边练，学做合一，理实一体，充分激发学生的学习兴趣，让学生变被动学习为主动学习。

其次改变教学方法与教学手段，将书本内容进行提炼，采取项目驱动教学法、案例教学法、答辩和项目展示教学法、结合毕业设计及电子设计大赛促进教学各种教学方法的交叉运用，让学生参与到教学当中来，在教学当中渗入电子行业的项目运作模式，结合学生的职业发展需要，充分落实培养应用型人才的专业培养目标。

不同的教学内容通过不同教学方法以及教学手段的运用，充分调动学生学习的积极性。STEAM课堂上，教师提出一个实际应用中的问题，将学生分成几个小组，让学生参与到小组中去开展计论及研究，在这期间可以通过面对面的方式、网络的方式与学习伙伴们开展交流，让学生参与到课堂教学当中来，让学生提高自主学习的能力，并且能够用到其他类似的专业课学习当中去。

1.2 实践教学改革

通过项目的方式完成综合性、设计性的电路设计，让學生在完成的过程中体会学以致用的快乐，使教学变得实践性、开放性和职业性。让学生通过本门课程的学习过程能够推广到其他专业课的实践学习，从而全方面培养学生的自主学习能力。

通过专题讲座的形式，让学生熟悉常用的设计模型，并且在同样的实验项目中设置不同难度的实验内容以满足不同层次学生的需求。

在FPGA技术课程设计教学过程中采用学生主导项目模式，由学生自己选择设计项目。学生根据教师提出的要求去思考相关学科的知识点，然后按照一定的设计流程完成自己定下的设计任务。以裸芯片开发平台进行项目开发，让学生能够独立完成一个小型的电子设计项目，并且以项目结果展示、PPT答辩、课程设计报告相结合的方式完成验收。在学习的过程中，要求学生学会文献检索、程序设计、仿真分析、测试数据分析，并与同组成员交流研究成果，学生通过这种学习方式需要花费更多的课外时间来完成项目，在整个过程中，教师为学生提供不同层次的指导。

2 课程改革难点

2.1 基于STEAM的FPGA技术课程教学模式的设计

FPGA技术课程的传统课堂融入STEAM教育，以实际工程的思想和模式让学生在做中学。但是，基于实际工程项目的教学，没有完整的教学设计模式，将STEAM思想融入到传统课堂的教学理论和实际案例还比较缺乏。相应的教学过程中各个环节的设计有待完善，教学相关的资源还不丰富。

2.2 师资力量的提升

STEAM教育志与传统课堂教育不同，教师与学生的关系发生了改变，随着人工智能、物联网等各种技术的飞速发展，教师不但需要转变教学方法，而且需要了解多领域的知识。教师虽然有一定的教学技能，但在技术应用上却达不到STEAM教育那样丰富。

2.3 传统课堂班额受限

在美国，STEAM教育的课堂一般只有十几个人，而在中国，一般高校的课堂，即使小班上课，也在三四十人左右。在这样的STEAM课堂上，老师很难关注和指导每个学生，创新活动也会因为缺乏对学生的引导而受到限制，STEAM教育的最初目标也会难以实现。

2.4 资源不足

要进行STEAM教育就需要相应的工程素材和活动的空间，还需要一定的教学设施、教材和教学资源的开发，这需要有相应资金投入和场地规划。

3 课程改革措施

每个教师可能都会有一定程度的偏科，因此组建课题组，建立教师团队来研究教案，构架更多的STEAM 项目，或者通过记录学生解决问题的方案，帮助学生孵化项目。

用充满趣味性的方式来教授基础理论知识。学生进行跨学科知识的运用就必须拥有各学科一定的基础知识，那么基础理论知识的传授怎样做得有吸引力，这将是课程教学中很有挑战性的部分。教师可以让学生参与到教学中来，通过游戏化的教学方式，增大学生负责部分的比重，减少教授理论知识的部分。增加学生在整个STEAM教育中学习基础知识、运用各学科知识综合实践、观察问题、发现问题、解决问题的部分。

建立新的教学评价体系，将学生平时学习及动手的过程作为最终成绩的一部分，学生最后制作的作品或考试的结果远远没有体验过程重要。学生用于答辩的作品可能只是一个一次性的作品，但在制作的过程中学生的创造力和跨学科综合知识的运用能力、发现问题、分析问题、解决问题的能力才是最重要的，这些要在实际动手中慢慢培养。设计及制作的过程只是培养学生能力的一种手段，所以不能只以最终的作品来评价学生的成绩，这样也能让学生把更多的精力投入到打磨作品上，而不是最终考试结果上。

加强实习基地的建设，加强校企合作。传统的教育体制和模式，单从学校本身现有的资源和固有培养模式来说，有比较多的局限性，需要企业从教学的硬件、技术、教学产品、课程、师资、教材、教具等方面提供专业的、全方位的支持，为FPGA技术的STEAM教育打开新的局面和注入更多新鲜的血液，从传统的教育模式中彻底改变才能走向双赢。

4 结语

科学、技术、工程、艺术等学科的相互结合，有助于提升学生的跨学科思维能力和综合能力。在教学中让学生参与进来，始终给学生留有獨立思考的空间，提倡个性、鼓励想象、力行实践，充分培养学生的自主学习能力和动手应用能力，突破学科本位的单一模式，建立以培养应用型人才为目标的教学模式，根据企业的需求设计教学环节，融合STEAM教育，帮助学生不被单一的学科知识体系所束缚，鼓励学生跨学科的解决问题，促进教师在教学过程中更好地进行跨学科的融合。

项目来源：武汉工商学院，项目编号：2016Y04

参考文献

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