彭敏

摘 要 STEAM是將科學(xué)、技術(shù)、工學(xué)、藝術(shù)和數(shù)學(xué)這五個學(xué)科有機融合的綜合教育新概念，注重學(xué)習(xí)的過程，注重學(xué)生實際動手能力。FPGA技術(shù)課程是電子類相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)課程，而傳統(tǒng)教學(xué)模式較單一，為提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，本文探索將STEAM的教學(xué)思想融入到FPGA技術(shù)課程的教學(xué)中去，對FPGA技術(shù)課程的理論教學(xué)和實踐教學(xué)內(nèi)容進行改革，定位于民辦高校學(xué)生層次，突出應(yīng)用型的特色。

關(guān)鍵詞 FPGA技術(shù)課程 STEAM 課程改革

0 前言

STEAM教育最早起源于美國，為解決美國學(xué)生對理工科課程逐漸失去興趣而開展以科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程 （Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics） 相結(jié)合的課程，簡稱STEM，后來加入藝術(shù)（Arts），從而形成了STEAM?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”進一步地推動教學(xué)方式突破時空的限制，促進教與學(xué)的雙重改革，構(gòu)建了沒有圍墻的校園，匯聚了海量的知識資源，為學(xué)生們提供了更多優(yōu)質(zhì)、個性化、多樣化的學(xué)習(xí)支持 ，這一時代背景為發(fā)展STEAM教育提供了良好基礎(chǔ)，并深入地改變著教師的教學(xué)模式與學(xué)生的學(xué)習(xí)模式。

1 研究的內(nèi)容

FPGA技術(shù)是電子類相關(guān)專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)課，起到由專業(yè)基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課過渡的承上啟下的作用，但傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式枯燥乏味提不起學(xué)生的興趣。STEAM 教育注重實踐、注重動手、注重過程，讓學(xué)生通過制作自己喜歡的東西，在制作的過程中建構(gòu)起關(guān)于科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)的知識，因而考慮結(jié)合STEAM教育理念，對FPGA技術(shù)課程進行改革，徹底改變原來的教學(xué)模式與內(nèi)容。對FPGA技術(shù)課程的改革圍繞以下三個方面展開：

（1）FPGA技術(shù)課程基于STEAM的教學(xué)設(shè)計模式的探索，對教學(xué)目的、教學(xué)方法、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)對象進行探索和研究，設(shè)計出適合民辦高校學(xué)生層次和人才培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)模式。

（2）基于問題導(dǎo)向的學(xué)習(xí)、案例式教學(xué)模式，將生活中、工程中實際的應(yīng)用引入課堂。

（3）教學(xué)資源及教材的開發(fā)，如教學(xué)大綱、實驗大綱、教案、試題庫等。

1.1 理論教學(xué)改革

首先可以將理論教學(xué)從原本呆板的課堂教學(xué)改在實驗室進行STEAM課堂，讓學(xué)生可以邊聽邊做，邊學(xué)邊練，學(xué)做合一，理實一體，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。

其次改變教學(xué)方法與教學(xué)手段，將書本內(nèi)容進行提煉，采取項目驅(qū)動教學(xué)法、案例教學(xué)法、答辯和項目展示教學(xué)法、結(jié)合畢業(yè)設(shè)計及電子設(shè)計大賽促進教學(xué)各種教學(xué)方法的交叉運用，讓學(xué)生參與到教學(xué)當(dāng)中來，在教學(xué)當(dāng)中滲入電子行業(yè)的項目運作模式，結(jié)合學(xué)生的職業(yè)發(fā)展需要，充分落實培養(yǎng)應(yīng)用型人才的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。

不同的教學(xué)內(nèi)容通過不同教學(xué)方法以及教學(xué)手段的運用，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。STEAM課堂上，教師提出一個實際應(yīng)用中的問題，將學(xué)生分成幾個小組，讓學(xué)生參與到小組中去開展計論及研究，在這期間可以通過面對面的方式、網(wǎng)絡(luò)的方式與學(xué)習(xí)伙伴們開展交流，讓學(xué)生參與到課堂教學(xué)當(dāng)中來，讓學(xué)生提高自主學(xué)習(xí)的能力，并且能夠用到其他類似的專業(yè)課學(xué)習(xí)當(dāng)中去。

1.2 實踐教學(xué)改革

通過項目的方式完成綜合性、設(shè)計性的電路設(shè)計，讓學(xué)生在完成的過程中體會學(xué)以致用的快樂，使教學(xué)變得實踐性、開放性和職業(yè)性。讓學(xué)生通過本門課程的學(xué)習(xí)過程能夠推廣到其他專業(yè)課的實踐學(xué)習(xí)，從而全方面培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

通過專題講座的形式，讓學(xué)生熟悉常用的設(shè)計模型，并且在同樣的實驗項目中設(shè)置不同難度的實驗內(nèi)容以滿足不同層次學(xué)生的需求。

在FPGA技術(shù)課程設(shè)計教學(xué)過程中采用學(xué)生主導(dǎo)項目模式，由學(xué)生自己選擇設(shè)計項目。學(xué)生根據(jù)教師提出的要求去思考相關(guān)學(xué)科的知識點，然后按照一定的設(shè)計流程完成自己定下的設(shè)計任務(wù)。以裸芯片開發(fā)平臺進行項目開發(fā)，讓學(xué)生能夠獨立完成一個小型的電子設(shè)計項目，并且以項目結(jié)果展示、PPT答辯、課程設(shè)計報告相結(jié)合的方式完成驗收。在學(xué)習(xí)的過程中，要求學(xué)生學(xué)會文獻檢索、程序設(shè)計、仿真分析、測試數(shù)據(jù)分析，并與同組成員交流研究成果，學(xué)生通過這種學(xué)習(xí)方式需要花費更多的課外時間來完成項目，在整個過程中，教師為學(xué)生提供不同層次的指導(dǎo)。

2 課程改革難點

2.1 基于STEAM的FPGA技術(shù)課程教學(xué)模式的設(shè)計

FPGA技術(shù)課程的傳統(tǒng)課堂融入STEAM教育，以實際工程的思想和模式讓學(xué)生在做中學(xué)。但是，基于實際工程項目的教學(xué)，沒有完整的教學(xué)設(shè)計模式，將STEAM思想融入到傳統(tǒng)課堂的教學(xué)理論和實際案例還比較缺乏。相應(yīng)的教學(xué)過程中各個環(huán)節(jié)的設(shè)計有待完善，教學(xué)相關(guān)的資源還不豐富。

2.2 師資力量的提升

STEAM教育志與傳統(tǒng)課堂教育不同，教師與學(xué)生的關(guān)系發(fā)生了改變，隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等各種技術(shù)的飛速發(fā)展，教師不但需要轉(zhuǎn)變教學(xué)方法，而且需要了解多領(lǐng)域的知識。教師雖然有一定的教學(xué)技能，但在技術(shù)應(yīng)用上卻達不到STEAM教育那樣豐富。

2.3 傳統(tǒng)課堂班額受限

在美國，STEAM教育的課堂一般只有十幾個人，而在中國，一般高校的課堂，即使小班上課，也在三四十人左右。在這樣的STEAM課堂上，老師很難關(guān)注和指導(dǎo)每個學(xué)生，創(chuàng)新活動也會因為缺乏對學(xué)生的引導(dǎo)而受到限制，STEAM教育的最初目標(biāo)也會難以實現(xiàn)。

2.4 資源不足

要進行STEAM教育就需要相應(yīng)的工程素材和活動的空間，還需要一定的教學(xué)設(shè)施、教材和教學(xué)資源的開發(fā)，這需要有相應(yīng)資金投入和場地規(guī)劃。

3 課程改革措施

每個教師可能都會有一定程度的偏科，因此組建課題組，建立教師團隊來研究教案，構(gòu)架更多的STEAM 項目，或者通過記錄學(xué)生解決問題的方案，幫助學(xué)生孵化項目。

用充滿趣味性的方式來教授基礎(chǔ)理論知識。學(xué)生進行跨學(xué)科知識的運用就必須擁有各學(xué)科一定的基礎(chǔ)知識，那么基礎(chǔ)理論知識的傳授怎樣做得有吸引力，這將是課程教學(xué)中很有挑戰(zhàn)性的部分。教師可以讓學(xué)生參與到教學(xué)中來，通過游戲化的教學(xué)方式，增大學(xué)生負(fù)責(zé)部分的比重，減少教授理論知識的部分。增加學(xué)生在整個STEAM教育中學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識、運用各學(xué)科知識綜合實踐、觀察問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的部分。

建立新的教學(xué)評價體系，將學(xué)生平時學(xué)習(xí)及動手的過程作為最終成績的一部分，學(xué)生最后制作的作品或考試的結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有體驗過程重要。學(xué)生用于答辯的作品可能只是一個一次性的作品，但在制作的過程中學(xué)生的創(chuàng)造力和跨學(xué)科綜合知識的運用能力、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力才是最重要的，這些要在實際動手中慢慢培養(yǎng)。設(shè)計及制作的過程只是培養(yǎng)學(xué)生能力的一種手段，所以不能只以最終的作品來評價學(xué)生的成績，這樣也能讓學(xué)生把更多的精力投入到打磨作品上，而不是最終考試結(jié)果上。

加強實習(xí)基地的建設(shè)，加強校企合作。傳統(tǒng)的教育體制和模式，單從學(xué)校本身現(xiàn)有的資源和固有培養(yǎng)模式來說，有比較多的局限性，需要企業(yè)從教學(xué)的硬件、技術(shù)、教學(xué)產(chǎn)品、課程、師資、教材、教具等方面提供專業(yè)的、全方位的支持，為FPGA技術(shù)的STEAM教育打開新的局面和注入更多新鮮的血液，從傳統(tǒng)的教育模式中徹底改變才能走向雙贏。

4 結(jié)語

科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)等學(xué)科的相互結(jié)合，有助于提升學(xué)生的跨學(xué)科思維能力和綜合能力。在教學(xué)中讓學(xué)生參與進來，始終給學(xué)生留有獨立思考的空間，提倡個性、鼓勵想象、力行實踐，充分培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和動手應(yīng)用能力，突破學(xué)科本位的單一模式，建立以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的教學(xué)模式，根據(jù)企業(yè)的需求設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，融合STEAM教育，幫助學(xué)生不被單一的學(xué)科知識體系所束縛，鼓勵學(xué)生跨學(xué)科的解決問題，促進教師在教學(xué)過程中更好地進行跨學(xué)科的融合。

項目來源：武漢工商學(xué)院，項目編號：2016Y04

參考文獻

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