CDIO導(dǎo)向的微項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法研究

趙慶

關(guān)鍵詞：CDIO;微項(xiàng)目;教學(xué)法;EDA

1緒論

CDIO工程教育模式是指構(gòu)思（conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），是歐美20多年來工程教育改革理念的繼承和發(fā)展。CDIO是產(chǎn)品導(dǎo)向的教育指導(dǎo)原則，它以產(chǎn)品從研發(fā)到運(yùn)行的整個(gè)生命周期為載體，注重課程之間的有機(jī)聯(lián)系，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)工程知識(shí)。

微型項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法實(shí)質(zhì)上是一種探究性的學(xué)習(xí)模式，在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的基礎(chǔ)上，以知識(shí)點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，學(xué)生層次化學(xué)習(xí)為目標(biāo)，將原本的項(xiàng)目進(jìn)行細(xì)分，融入微型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，從簡(jiǎn)到難，知識(shí)點(diǎn)逐層遞推，讓學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，并在教師引導(dǎo)下，獨(dú)立而快速地完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提升對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力。同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生個(gè)人思考問題的能力，積極推進(jìn)學(xué)生參與學(xué)科競(jìng)賽，培養(yǎng)解決實(shí)際工程項(xiàng)目及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。

“EDA技術(shù)”是我校信息學(xué)科電類專業(yè)很重要的應(yīng)用性專業(yè)課，是在學(xué)生具備了電類基礎(chǔ)知識(shí)之后，系統(tǒng)學(xué)習(xí)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想及方法的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。它是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)的核心，依賴功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，在EDA軟件平臺(tái)上，以硬件描述語言為表達(dá)方式，以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O(shè)計(jì)載體，培養(yǎng)學(xué)生掌握電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化自頂向下設(shè)計(jì)方法及電路設(shè)計(jì)能力，提升創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力和實(shí)踐技能。

2 CDIO導(dǎo)向的微項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的構(gòu)建

2.1基本情況

傳統(tǒng)的“自下而上”教學(xué)方式，對(duì)于EDA技術(shù)而言，是先講HDL語言的語法后實(shí)驗(yàn)，這種方法往往是學(xué)生明確了語法應(yīng)用的要素，但實(shí)際編程完成具體項(xiàng)目時(shí)，卻不知如何下手。這種方法使學(xué)生處于被動(dòng)，知識(shí)的主動(dòng)權(quán)完成掌握在教師手中，學(xué)生很難化被動(dòng)為主動(dòng)。而采用CDIO微型項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，將教學(xué)大綱規(guī)定的知識(shí)點(diǎn)滲透進(jìn)若干個(gè)微型項(xiàng)目中，采用“倒敘式”授課方式，先整體后局部，以簡(jiǎn)單而典型的設(shè)計(jì)示例和電路模型為例，從具體電路和實(shí)用背景下引出相關(guān)的語言現(xiàn)象和語句規(guī)則，并加以深入淺出的說明，同時(shí)以CDIO工程項(xiàng)目教學(xué)方式，輔以與知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的微型項(xiàng)目加深學(xué)習(xí)，使學(xué)生能迅速了解并掌握HDL語言與邏輯電路問的基本關(guān)系，降低學(xué)習(xí)難度的同時(shí)，能更早進(jìn)入數(shù)字系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的積累和能力提高階段，真正做到“用什么，學(xué)什么”。

我校是一所地方性的普通民辦本科院校，學(xué)院建有的FPGA實(shí)訓(xùn)室是通過實(shí)驗(yàn)箱的驗(yàn)證來完成相關(guān)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，如LED跑馬燈實(shí)驗(yàn)、4位七段數(shù)碼管制作自動(dòng)計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)、按鍵實(shí)驗(yàn)、蜂鳴器實(shí)現(xiàn)8個(gè)樂音實(shí)驗(yàn)、串口通信實(shí)驗(yàn)等。為實(shí)施微項(xiàng)目教學(xué)法、提高學(xué)習(xí)效率與效果，完成更多的微型項(xiàng)目，對(duì)整體教學(xué)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)環(huán)境及設(shè)備，將CDIO工程教學(xué)理念融入其中，以產(chǎn)品為導(dǎo)向，從構(gòu)思到運(yùn)作，設(shè)計(jì)符合學(xué)生需求的微項(xiàng)目，潛移默化地讓學(xué)生接受新知識(shí)。 2.2三層式體系結(jié)構(gòu) 在微項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，按知識(shí)體系的遞進(jìn)，構(gòu)建“層次式”“階梯式”的EDA技術(shù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，具體層次要求如下：

（1）基礎(chǔ)層。根據(jù)人才培養(yǎng)方案的修改，該課程將理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的模式改為全程實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，教師以典型的數(shù)字電路為切入點(diǎn)，采用自上而下的授課方式講授一部分知識(shí)，學(xué)生根據(jù)所講內(nèi)容及授課教師布置的與知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的微型項(xiàng)目，即一個(gè)個(gè)子程序、子項(xiàng)目，邊學(xué)邊做，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，淡化實(shí)驗(yàn)個(gè)數(shù)概念，從而掌握EDA的基礎(chǔ)知識(shí)。

（2）應(yīng)用層。在基礎(chǔ)層微型項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，將各子程序、子項(xiàng)目進(jìn)行融合，每個(gè)工程項(xiàng)目至少兩個(gè)及以上的子模塊，進(jìn)行工程項(xiàng)目的整體，完成一個(gè)項(xiàng)目的綜合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)從局部到整體的融合，從而掌握EDA自頂向下的設(shè)計(jì)技術(shù)，將實(shí)踐與工程實(shí)際接軌，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

（3）創(chuàng)新層。通過基礎(chǔ)層與應(yīng)用層的實(shí)踐啟發(fā)，教師可根據(jù)教學(xué)大綱要求，以及學(xué)生層次，由簡(jiǎn)到繁，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目逐級(jí)遞推。以學(xué)生團(tuán)隊(duì)為對(duì)象，劃分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目子模塊，分模塊進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生自制電子作品，參加與學(xué)科相關(guān)的競(jìng)賽，拔高設(shè)計(jì)層次，真正做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，從何提升創(chuàng)新意識(shí)以及與團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。亦可申報(bào)校級(jí)大學(xué)生科研項(xiàng)目，開展工程項(xiàng)目全過程的實(shí)施，檢驗(yàn)創(chuàng)新成果與理論知識(shí)。在創(chuàng)新層的項(xiàng)目法實(shí)施過程中，真正做到“以學(xué)生為主”。

《EDA技術(shù)》具體實(shí)施的微項(xiàng)目設(shè)計(jì)如下表所示：

3 CDIO導(dǎo)向的微項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的實(shí)施

3.1 CDIO導(dǎo)向的微項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法階段性設(shè)計(jì)

我校2013版人才培養(yǎng)方案中，EDA技術(shù)課程共計(jì)48學(xué)時(shí)，后期還有32學(xué)時(shí)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程，兩者實(shí)際是一體的。2016版人才培養(yǎng)方案修訂時(shí)，考慮到課程的工程性和實(shí)踐性，將課程名更改為“電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化”，并將理論+實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式更改為32學(xué)時(shí)獨(dú)立設(shè)置實(shí)驗(yàn)課，真正地做到以學(xué)生為中心，在“做”中學(xué)，在“學(xué)”中做，并在授課時(shí)將CDIO工程教學(xué)理念融入其中，克服了傳統(tǒng)教學(xué)相對(duì)脫節(jié)的缺陷。同時(shí)將微型項(xiàng)目融入理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過項(xiàng)目導(dǎo)出知識(shí)點(diǎn)，更容易讓學(xué)生接受和掌握，也防止理論知識(shí)與實(shí)踐知識(shí)割裂，學(xué)生能當(dāng)堂消化知識(shí)點(diǎn)并實(shí)際動(dòng)手完成相應(yīng)的微項(xiàng)目。

由于我校為民辦高校，學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，編程能力差，故而，實(shí)施過程中，先基礎(chǔ)后綜合，由教師先簡(jiǎn)要介紹EDA技術(shù)中CPLD、FPGA等可編程邏輯器件的硬件結(jié)構(gòu)、Verilog硬件編程語言，讓學(xué)生對(duì)EDA設(shè)計(jì)有個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，并能動(dòng)手編寫簡(jiǎn)單的微項(xiàng)目。從第5周開始，實(shí)驗(yàn)層次升級(jí)，從基礎(chǔ)層向應(yīng)用層轉(zhuǎn)化，同時(shí)要求學(xué)生可以增加自己的創(chuàng)新思想，逐步培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。整個(gè)學(xué)期共完成4個(gè)項(xiàng)目，后期的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中再完成4個(gè)項(xiàng)目，兩門課程共計(jì)8個(gè)項(xiàng)目。每個(gè)項(xiàng)目按照CDIO工程培養(yǎng)模式，按構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作4階段展開，每個(gè)階段2個(gè)學(xué)時(shí)。前期基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)要求每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成，后期應(yīng)用層和創(chuàng)新層實(shí)驗(yàn)分組完成，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目按照CDIO產(chǎn)品周期過程，分四階段完成，分別為：