以PLD 课程为例强化大学生创新思维训练的探讨与实践

以PLD 课程为例强化大学生创新思维训练的探讨与实践 作者：李威震 来源：《发明与创新（职业教育）》 2020年第12期

【作者简介】 李威震（1965—），男，研究方向：现代电工技术，电子信息技术。 李威震 （江苏海洋大学，江苏 连云港 222005） 摘 要：世界贸易争端加剧，科学和技术创新竞争更加激烈。国内基于“新工科”的建设在加速，对大学教育特别是对工科学生的教育要求必须强化。在长期的教学实践经验基础上，要不断加强学生创新思维训练的探讨与实践。本文以“可编程逻辑器件及应用”课程为例，总结了在教学过程中培养学生学会质疑，加强创新思维训练的教学成果。重点介绍了在教学过程中挖掘相关教学内容，对大学生进行创新思维训练的经验。通过总结成果，推动对大学生创新思维训练在同行中的广泛关注，推动“新工科”建设，加快创新型人才培养。

关键词：大学生；PLD课程教学；创新思维训练 一、综述 改革开放以来，我国对高等教育投入逐年加强，学校建设和招生规模不断更新扩大。进入新世纪以来，国内高等教育的总规模已经是世界最大。据教育部统计的公开数据，截止到2020年6月11日，普通本科高校有1265所，教职工人数1866619人，专任教师人数1225310人。普通本科大学生在校生人数17508204人。我国的高等教育在中国改革开放的进程中贡献巨大，大量的创新型人才在各个领域发挥着巨大作用。人才加速培养促进了我国的科技进步。从百度学术搜索，科学技术进步对经济的贡献词条，有约132000搜索结果。说明我国对“科学技术是第一生产力”的认识达到了一个新高度。

产业竞争环境加剧，经济的全面发展和快速超越即是优势也面临巨大压力。创新发展成为经济发展新的发动机。加快创新型人才培养是一个艰巨任务，高等学校要积极参与到国家创新工程建设中来。高校第一要务就是不断向国家各个领域提供创新人才支撑，为国家建设提供人才保障。

我国大学的普通本科教育学科门类众多，在教育教学的过程中广大教职员工尽心尽力，不断探索新方法，开发新工具，为提高教育教学质量而努力。在百度学术以“教学方法探索”词条下，搜索到530000个结果。说明广大教师对改进教学方法在做积极地努力。在“创新思维训练”词条下，搜索到的结果非常少，有36个。这说明在高校课堂上急需开展“创新思维训练”等教学，促进创新型人才的培养。注重知识的传播和灌输，一直受到病垢，时代要求高校教师作出积极改进，不断提高对创新型人才培养的必要性和紧迫性，提高思想认识和业务能力，为服务教学做好充分准备工作。

二、引导大学生学会质疑，促进创新思维的形成 承担“可编程逻辑器件与应用（PLD）”课程的教学任务，连续有十八年的教学积累。在教学过程中大学生在课堂上普遍存在两种倾向：一是在儒家文化圈内，受传统文化影响，大学生趋于保守，害怕“枪打出头鸟”。表现在大学课堂内不积极、不主动参与课堂教学，不敢提问题，更喜欢接受知识灌输。二是由于高考入学考试更倾向于对现存知识的考核，死记硬背和答题技巧性训练，阻碍了质疑能力和创新思维的发展。进入大学后，必须尽快调整，教授要积极引导大学生学会质疑，促进创新思维的形成。

结合“PLD”课程要求和特点，有针对性地开展大学生心理、智力和习得能力的综合训练。大学课程该讲知识还是能力发展，在学界也有不同声音，在教学实践过程中受教授的学历学识和阅历不同，在操作上有不同模式，并没有统一要求。大多数教授有共识，对于创新型人才的培养必须重视质疑精神和创新思维能力的培养：一是要在机制和环境建设上，克服学生不积极不主动的状态，鼓励学生积极思考、敢于发问。二是克服学生学习靠死记硬背和答题技巧来学习的心理，促进质疑能力和创新思维的发展。因此，要求教授在教学的过程中以学生为中心，以学生主动学习为重点，积极开发学生学习的能动性，克服惰性和依赖性，提高学习的效率，促进学习成果的转化。这将会给教授带来压力和较大地工作量，需要系统体制机制的全面协调，共同创造一个有利于创新型人才培养的环境。

在“PLD”课程教学过程中，基于最基本的事实考虑，要从四个方面积极引导大学生对科学技术中的问题学会质疑。质疑不是对现存事实的否定，而是对存在的问题进行分析，是“扬弃”的过程，是创新的基础，是大学教育教学过程中必须重视的操作。一是质疑精神的培养，解决大学生“敢不敢”质疑的问题；二是质疑意识的培养，解决大学生“想不想”质疑的问题；三是质疑能力的形成，解决大学生“能不能”质疑的问题；四是质疑行动力的培养，解决大学生“做不做”质疑的问题。教授应该清晰表达这样的信息，“质疑不是抬杠”、“质疑不是否定”、“质疑是创新的前提”、“质疑是思路、方法、规划方案和应用的创新”。

在“PLD”课程教学过程中，引导大学生对科学问题的质疑，进一步促进其创新思维的发展。在实践中，以四个方面训练大学生的创新思维的形成。一是创新精神的培养，解决大学生“敢不敢”挑战现存问题；二是创新意识的培养，解决大学生“想不想”挑战现存问题；三是创新能力的培养，解决大学生“能不能”挑战现有问题；四是创新行动力的培养，解决大学生“做不做”挑战现有问题的事。通过教学过程的动态影响，在创新思维训练的同时，适时引入“知识产权”和“知识产权保护”的问题，引导大学生将创新转化为“知识产权”认识。

三、结合课程特点的“创新思维训练”探索与实践 “PLD”课程特点分析。（一）“PLD”课程从内容上讲有两块，一块是硬件部分分析研究，另一块是软件部分的学习。硬件部分分析研究PLD器件的分类和应用场景，主要对CPLD和FPGA进行研究。从结构上区别逻辑功能的特点，一个是乘积项实现，另一个是查找表法实现。多次可编程特点为创新应用实现硬件支撑。软件部分学习基于VHDL语言的设计，重点强调设计实现的描述多样化。（二）在实践中，积累并提取课程中可以作为创新思维训练内容特征。PLD器件在生产实践中已经广泛应用，对于实现非定制应用具有较大地竞争优势，快速将具有先进应用的技术推广并占有市场，产品市场周期缩短。VHDL高速硬件描述语言在电路设计上提供了创新应用设计环境，可以产生具有自主知识产权的设计，或知识产权核。（三）实用性强，面向工程实际，实现自主创新。

从课程内容中挖掘可以作为创新思维训练的部分，加以重点引导，引导学生从新角度、新问题和新方案考虑电路设计问题。实际上由于各个学科各个课程特点不同，发现和挖掘能成为创新思维训练的内容也是有困难的，需要教授根据实际情况，结合工作经验和阅历多方比较，找出合适的内容作为素材。例如：（一）对于PLD器件的特点，引导学生与在“数字逻辑电路”“单片机原理及应用”等课程中定制器件进行比较，思考在新应用场景下PLD器件的竞争优势。（二）重点在VHDL学习过程中，引导学生针对同一种应用场景运用不同的设计描述方法实现设计的创新意义。 “PLD”课程理论课堂创新思维训练实例。课程讲授过程中可以有许多知识点作为创新思维训练的例子，关键是要提取出来并有意识地对学生进行训练。限于篇幅，精要地对教学经验和成果用实例进行总结。（一）对4选1多路选择器的VHDL不同描述方式进行设计。在这个例子中用四种不同的描述方式实践设计[1]。这四种描述方式是，CASE——WHEN语句、IF——THEN——ELSEIF——ELSE——END IF语句、WHEN——ELSE语句、WITH——SELECT语句。在这个例子中创新思维训练的重点在于对学生强调，同一个项目或应用场景的设计可以用不同描述方法实现，从而强化学生的创新性思维的形成。（二）在实用计数器的VHDL设计中，使用变量和信号两种不同数据对象进行描述。在这个例子中强调变量和信号的各自特点，发挥其特殊性在同一种电路设计中创新性应用，实现自主知识产权。在用VHDL进行设计的工程中，采用了自顶向下的设计方法，对现实问题描述从方案描述到硬件实现，可以实现平台之间的迁移，为创新应用提供了多样化解决途径。（三）通过课堂教学实践，挖掘PLD课程内容中有助于大学生创新思维训练的内容精心组织，积极探索和实践，对于创新型人才的培养具有现实的意义。在学生课后作业的布置上，强调在设计的过程中用不同的描述方法实现同一个设计，加强创新思维的训练。经过创新思维训练对我校相关专业的学生在创新能力的培育上起到了明显的促进作用。

“PLD”课程实验课堂创新思维训练实例。本课程是个实践性要求较高的课程。创新思维训练紧紧联系实验课的展开，有利于学生产生更加具体的创新体验。实验过程中强调用不同的描述方式可以获取相同的综合结果。为了实现对创新思维训练的效果，鼓励学生在设计VHDL代码是采用不同的代码对相同的项目进行设计。通过实验结果的输出，分析在不同代码设计的硬件逻辑电路功能一致，这样每种设计结果都产生了独立的自主知识产权，从而具有创新的现实意义。

“PLD”课程学习的全过程，创新思维训练是一个综合训练。鼓励学生积极参与社会实践，透过对生活细节的认真观察，对生活中存在的应用进行再思考，尝试规划出再设计方案。使学生的创新思维训练拓展到课堂之外，应用到现实生活场景，从而提高学生的综合创新能力。在实践中发现，大学生缺乏社会生活活动经历，从中学到大学没有经过过渡。对生活的观察非常少，特别是缺少对生活场景中技术的开发和创新知之甚少，不能激发大学生对创新的兴趣，影响了预期教学效果。所以，引导学生走出校园，走进工程和走进工厂，对生活做全面的观察，特别观察技术创新对生活产生的深刻影响。

四、总结 本文从经济社会发展背景、社会对创新型人才的需求、大学生质疑和创新思维、大学生创新思维训练探索与实践四个方面进行了教学经验和教学成果的总结。结合“PLD”课程教学的具体过程对大学生创新思维训练的探讨和实践，明显地促进了我校相关专业大学生的创新能力的提升。主要做法是从课程内容中挖掘支撑创新思维训练的素材，从教学过程中鼓励学生敢于质疑的精神，从学生学习实践中引导学生发现新问题并解决问题。通过“PLD”课程教育改进大学生在学习过程中科学质疑等重要的科研素质，增强对相关问题进行科学质疑从而发现创新的机会。大学生对问题的质疑精神的培养，是重要的能力培养。有了质疑能力，还必须具有创新思维。大学生创新思维训练具有现实意义，对于创新驱动的国家战略需要创新型人才来支撑。

参考文献 [1] 潘松，黄继业.EDA技术实用教程——VHDL版（第六版）[M].科学出版社，2018. [2] 李威震，胡全斌.哲学思考在控制工程教学中的应用研究[J].中国电力教育，2009（5）：51-52.