高職FPGA應用技術(shù)課程教學引入CDIO的探討與實踐

韓曉敏

[摘 要] FPGA應用技術(shù)課程是高職電子信息類專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，以“‘基于FPGA技術(shù)的流水燈設(shè)計教學單元引入CDIO教學理念”為案例詳細闡述了CDIO在FPGA應用技術(shù)教學中的應用。

[關(guān) 鍵 詞] 高職；FPGA應用技術(shù)；CDIO

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）11-0127-01

自2015年開始，我校信息工程學院每年舉辦校級技能大賽，旨在培養(yǎng)學生的工程意識和創(chuàng)新能力。而CDIO（Conceive Design Implement Operate，構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行）工程教育理念恰恰是這個方向的先行模式和典范。因此，在FPGA應用技術(shù)課程教學中，引入了基于CDIO工程教育理念的項目化教學模式。

一、CDIO教學理念的內(nèi)涵

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。其教學理念的內(nèi)涵是以項目為主線組織教學內(nèi)容和教學活動，與業(yè)界工作環(huán)境緊密結(jié)合。

二、FPGA應用技術(shù)引入CDIO教學的優(yōu)勢

將FPGA應用技術(shù)課程教學的核心內(nèi)容融入項目中，把每個項目的實施過程歸納為“構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行”四個步驟。這種CDIO教學模式會帶來以下作用：

（一）培養(yǎng)工程思維

課程中引入CDIO教學，可以使學生除了掌握必要的專業(yè)基礎(chǔ)知識以外，還能熟悉產(chǎn)品系統(tǒng)從構(gòu)思研發(fā)到運行乃至終結(jié)退出的全生命過程，真正體驗工程師的工作過程。

（二）培養(yǎng)創(chuàng)新能力

CDIO教育理念非常重視創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，從項目的構(gòu)思、項目的設(shè)計、項目的實施到項目的運行，每一步都需要學生思考、查找資料、動手操作，無形中培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力。

（三）提高實際操作能力

FPGA應用技術(shù)課程的每個項目都是精心設(shè)計的，能夠滿足學生的一體化學習。需要學生親自查閱資料、動手操作完成，充分鍛煉了學生的實際操作能力。

三、教學案例解析

以下筆者將以“‘基于FPGA技術(shù)的流水燈設(shè)計教學單元引入CDIO教學理念”為案例闡述CDIO在FPGA技術(shù)教學中的應用。

（一）教學準備

教具準備：FPGA技術(shù)實驗室（Quartusii軟件、DE1開發(fā)板等配套裝置）。

教學資料：教材+教案+參考書+網(wǎng)上教學資源。

分組準備：將學生分成20組，每組3人，選好組長。

（二）提出項目要求

采用Altera公司的5CSEMA5F31C6N芯片，通過VHDL語言設(shè)計一個流水燈控制電路。

10個LED燈能連續(xù)發(fā)出4種不同的流水顯示形式：（1）小燈按順時針方向逐次點亮；（2）小燈按逆時針方向逐次點亮；（3）小燈兩邊同時亮逐次向中間移動再散開；（4）小燈全滅全亮。

復位時，小燈從第一種形式依次循環(huán)……

（三）項目方案的選擇——構(gòu)思（C）

流水燈是生活中常見的電子產(chǎn)品，學生對此產(chǎn)品比較熟悉，設(shè)計的興趣較高。明確設(shè)計要求，在構(gòu)思過程中，教師拋磚引玉，讓學生分組討論、收集相關(guān)資料，進行方案論證，提出最優(yōu)的解決方案。

（四）項目的程序編寫——設(shè)計（D）

項目小組明確方案和工作內(nèi)容后，小組內(nèi)成員根據(jù)分工查找相關(guān)資料，確定工作計劃。教師要對學生進行指導、討論，為學生講解設(shè)計的一般方法。

（五）項目的程序仿真——實現(xiàn)（I）

通過仿真工具驗證項目設(shè)計是否符合設(shè)計要求。本步驟中，要求學生會使用Quartusii軟件、DE1開發(fā)板，具備分析仿真結(jié)果、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。正確的仿真結(jié)果如下圖所示。

四、結(jié)論

基于CDIO教育理念的FPGA應用技術(shù)課程的教學改革，取得了很好的教學效果。學生學習主動性明顯提高；喜歡在實驗室做項目，提高了工程設(shè)計能力、團隊合作能力；同時，教師的業(yè)務水平有了更大的提高。

參考文獻：

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