“Verilog數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革

蔣 華，徐 晨，宋 超

(南通大學(xué)1.電子信息學(xué)院，江蘇 南通226019; 2.南通大學(xué) 杏林學(xué)院，江蘇 南通226007)

“Verilog 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)”是我校電子信息工程類專業(yè)的一門核心課程。該課程難教和難學(xué)的原因有以下四點(diǎn):①教學(xué)內(nèi)容太多而其課堂授課時(shí)間有限;②學(xué)生聽課后很難及時(shí)完全理解實(shí)踐性很強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容，也很難將教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐緊密地聯(lián)系起來;③教師和學(xué)生的交流互動(dòng)不夠;④課程實(shí)驗(yàn)難度大，而實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)安排有限。

針對(duì)以上問題，從我校電子信息工程類2006 級(jí)學(xué)生開始，我們逐步對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)改革。我們基于因材施教的思想，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了修訂，建立了一套新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，同時(shí)建立了一個(gè)采用ASP 語言開發(fā)的輔助教學(xué)網(wǎng)站來幫助學(xué)生學(xué)習(xí)該課程，學(xué)生可以在課后充分利用我校EDA 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心開放式的實(shí)驗(yàn)條件，并利用輔助教學(xué)網(wǎng)站與教師互動(dòng)，共同改進(jìn)該課程的學(xué)習(xí)效果［1］。

1 教學(xué)改革總體目標(biāo)與措施

針對(duì)“Verilog 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程的學(xué)習(xí)要求，我們修訂了課程教學(xué)大綱和改造了教學(xué)方法，合理地減少理論教學(xué)內(nèi)容［2］，將其劃分成六個(gè)專題，如表1所示。

同時(shí)，我們還改革了實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，延長了學(xué)生課后的自主學(xué)習(xí)和自主實(shí)踐的時(shí)間，逐步完善課程的網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)。為了配合課程教學(xué)改革，建立更加有利于學(xué)生完成實(shí)踐訓(xùn)練的環(huán)境，我校EDA 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建立了完全開放式的實(shí)驗(yàn)室預(yù)約和使用管理制度，確保每位學(xué)生均能夠得到在實(shí)驗(yàn)室完成課程實(shí)驗(yàn)的充足機(jī)會(huì)［3，4］。

表1 課程教學(xué)內(nèi)容

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

我們將傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)題目要求進(jìn)一步分解和細(xì)化，劃分為基本要求和提高要求兩項(xiàng)，且所有實(shí)驗(yàn)題目的類型都是設(shè)計(jì)型。其中的提高要求則不是每個(gè)學(xué)生都必須完成的，僅供學(xué)有余力的學(xué)生自主選做。此外，我們還為每一次的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了多種難易程度不同的功能供學(xué)生選擇，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)課開始之前自主選擇一組功能，以達(dá)到基本要求。

我們以“定時(shí)器/計(jì)數(shù)器改進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”為例介紹具體做法。一個(gè)功能可配置的三通道六種工作方式定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(參照Intel8253 芯片)的邏輯功能主要包括:①減法計(jì)數(shù)器可以按照二進(jìn)制或十進(jìn)制兩種方式計(jì)數(shù);②定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式可以是方式0 到方式5 六種中的任何一種;③16 位的減法計(jì)數(shù)器可以設(shè)置為鎖存器、只利用其高8 位計(jì)數(shù)、只利用其低8 位計(jì)數(shù)或先利用其低8 位后利用其高8位計(jì)數(shù)四種功能中的任何一種。

由于三個(gè)計(jì)數(shù)器通道是完全相同的，我們以其中任意一個(gè)通道為例，將單個(gè)通道的邏輯功能細(xì)分為11 項(xiàng)基本功能，即如圖1中的(1)～(11)所示。

我們的基本要求是:每位學(xué)生從(1)～(3)、(4)～(9)和(10)～(11)三組中各選一種功能組合成一個(gè)實(shí)驗(yàn)題目，然后獨(dú)立完成設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。這三組不同要求的功能，其側(cè)重點(diǎn)都不同。對(duì)學(xué)生來說，基本要求不是一成不變的，而是可以進(jìn)行自主選擇。對(duì)教師來說，這樣既簡化了題目的總體難度，又可以使每個(gè)學(xué)生完成的題目盡可能各不相同，既考慮到了學(xué)生之間的個(gè)體差異，又避免了設(shè)計(jì)結(jié)果的抄襲。對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生，可以在完成基本要求的前提下選做其它功能，實(shí)現(xiàn)提高要求。

圖1 功能可配置的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式實(shí)例

這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式可以總結(jié)為:①學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課之前，可與教師商量選題，選擇期望實(shí)現(xiàn)的基本功能，并確定設(shè)計(jì)方案;②學(xué)生畫出完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，標(biāo)注出各個(gè)狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換必須滿足的條件;③學(xué)生完成Verilog 程序編碼，利用Quartus II 完成編譯、仿真和下載驗(yàn)證;④教師對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢查驗(yàn)收;⑤學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告;⑥教師根據(jù)學(xué)生的綜合表現(xiàn)，確定其實(shí)驗(yàn)課的成績等級(jí)。

3 課程輔助教學(xué)網(wǎng)站

針對(duì)我校學(xué)生的特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)的“Verilog 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程輔助教學(xué)網(wǎng)站緊密結(jié)合課程教學(xué)內(nèi)容的六個(gè)專題，采用瀏覽器/服務(wù)器(B/S)模式，用ASP 語言開發(fā)，以滿足不同基礎(chǔ)的學(xué)生需要。該課程輔助教學(xué)網(wǎng)站是密切聯(lián)系課堂教學(xué)內(nèi)容的第二課堂，其內(nèi)容的深淺程度、專業(yè)程度和準(zhǔn)確程度都經(jīng)過精心挑選。其具體實(shí)現(xiàn)主要包括后臺(tái)數(shù)據(jù)庫和各個(gè)專題的頁面設(shè)計(jì)。輔助教學(xué)網(wǎng)站的結(jié)構(gòu)，主要包括教學(xué)信息動(dòng)態(tài)發(fā)布子系統(tǒng)、資料上傳下載子系統(tǒng)、提問子系統(tǒng)、公告欄子系統(tǒng)、調(diào)查子系統(tǒng)、在線測(cè)試子系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)課件子系統(tǒng)等七個(gè)子系統(tǒng)。

4 課程評(píng)價(jià)方式

“Verilog 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程的評(píng)價(jià)方式，由平時(shí)成績和期末考試成績綜合確定。其中，平時(shí)成績占30%，考試成績占70%。平時(shí)成績主要是由實(shí)驗(yàn)成績決定，這符合本課程側(cè)重于實(shí)踐的要求。由于考試成績占總評(píng)成績的比例較高，因此考試環(huán)節(jié)非常重要。

本課程的考試題目，在學(xué)期末從試卷庫中由系主任隨機(jī)抽取獲得。試卷庫由四份難易程度接近的試卷組成。主要有單項(xiàng)選擇題、判斷題、填空題和程序設(shè)計(jì)題等題型?；竞w了本課程教學(xué)大綱中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

通過這幾年的教學(xué)實(shí)踐，我們的“Verilog 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)”教學(xué)改革已經(jīng)取得了良好的成效。學(xué)習(xí)過該課程的學(xué)生，運(yùn)用Verilog HDL 設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力普通增強(qiáng)。

［1］ 楊全勝，吳強(qiáng). 基于網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)的研究性學(xué)習(xí)教學(xué)模式［J］. 南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2011，23(3):91-93

［2］ 蔣華，袁紅林. C8051 微控制器IP 軟核的參數(shù)化設(shè)計(jì)［J］. 北京:微計(jì)算機(jī)信息，2007，23(10-2)，104-106

［3］ 周暉，蔣華.“硬件描述語言”課程的教學(xué)改革探索［J］. 南寧:高教論壇，2008，(6):184-186

［4］ 蔡惟錚，胡曉光，王立欣等. 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程體系的改革與教材編寫的實(shí)踐［J］. 南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2001，23(3):17-20