“校企共筑、協(xié)同育人”FPGA課程思政的探索與實(shí)踐①

賀付亮， 聶秋玉， 曾紀(jì)國(guó)， 王世元， 樊利

1.西南大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，重慶 400715；2.成都國(guó)科微電子有限公司，成都 610093

課程建設(shè)是提升高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量、推進(jìn)教學(xué)改革工作的重要內(nèi)容,是實(shí)現(xiàn)“以本為本、四個(gè)回歸”的重要抓手,是建設(shè)高等教育強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略目標(biāo)的重要途徑.2019年10月教育部發(fā)布的《教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》(教高[2019]8號(hào))就明確指出要從“深化本科課程建設(shè)、推進(jìn)教育教學(xué)改革、以思想政治教育融入本科課堂為手段落實(shí)立德樹(shù)人的根本任務(wù)”等方面,全面推進(jìn)一流本科課程建設(shè),從而形成培養(yǎng)高水平人才的專業(yè)學(xué)科體系[1].一流本科課程的建設(shè),高質(zhì)量教學(xué)的打造,是實(shí)現(xiàn)高水平人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)和保障,對(duì)教育強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略有著極其重要的推動(dòng)作用.以課程思政促進(jìn)一流本科課程建設(shè)是淘汰高等學(xué)校本科教學(xué)中的“水課”,扭轉(zhuǎn)高等學(xué)校本科教學(xué)效果停滯不前,解決專業(yè)課程與時(shí)代脫節(jié)問(wèn)題的重要途徑,也是鍛造新時(shí)代“金課”,培養(yǎng)新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科(“四新”)人才,實(shí)現(xiàn)“為國(guó)育人、為黨育才”的關(guān)鍵,更是解決好“培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰(shuí)培養(yǎng)人”這個(gè)根本問(wèn)題的重要手段[2-7].

現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(field programmable gate array,FPGA)技術(shù)在面向“中國(guó)制造2050”等國(guó)家重大戰(zhàn)略需求中,在我國(guó)智能化、信息化產(chǎn)業(yè)發(fā)展中都起到了重要作用.FPGA技術(shù)作為一種現(xiàn)代電子系統(tǒng)的重要實(shí)現(xiàn)方式,已經(jīng)成為21世紀(jì)具有重大戰(zhàn)略意義的集成電路技術(shù),是當(dāng)今電子工程師必須掌握的重要技能之一.目前,國(guó)內(nèi)各大高校的電子信息類、集成電路類和人工智能類本科專業(yè)都開(kāi)設(shè)了FPGA技術(shù)的相關(guān)課程,旨在讓學(xué)生了解FPGA技術(shù)的基本概念和基本原理,認(rèn)識(shí)CPLD/FPGA芯片的結(jié)構(gòu)和原理,掌握FPGA設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言,建立基于FPGA技術(shù)的數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試能力[8-10].從課程實(shí)施上看,國(guó)內(nèi)高校所開(kāi)設(shè)的FPGA課程,存在著片面強(qiáng)調(diào)學(xué)生專業(yè)技能的建立,而忽視學(xué)生世界觀、價(jià)值觀等綜合素質(zhì)的培養(yǎng)[10-12]等現(xiàn)象,在課程教學(xué)中明顯存在著如下問(wèn)題: ①教學(xué)內(nèi)容過(guò)于傳統(tǒng),所講授知識(shí)更新速度慢,與新時(shí)代高速發(fā)展的FPGA技術(shù)不相適應(yīng).學(xué)生難以把握時(shí)代發(fā)展潮流、認(rèn)清行業(yè)發(fā)展脈絡(luò)、明晰世界發(fā)展變局,因此很難從技術(shù)發(fā)展和社會(huì)需求的角度去構(gòu)建個(gè)人的知識(shí)和能力體系.②教學(xué)手段單一,教學(xué)設(shè)計(jì)難以緊密貼合社會(huì)需求和行業(yè)發(fā)展,社會(huì)價(jià)值輸送相對(duì)薄弱,與“新工科”建設(shè)要求和卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)存在較大差距.學(xué)生難以把所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為內(nèi)在的社會(huì)觀、價(jià)值觀,難以把課程學(xué)習(xí)融入到建立習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義核心價(jià)值觀和擔(dān)當(dāng)國(guó)家復(fù)興大任的職業(yè)責(zé)任與榮譽(yù)感中去.

基于此,本研究以FPGA課程的教學(xué)改革為基礎(chǔ),探索以“校企共筑、協(xié)同育人”的形式,深度挖掘課程教學(xué)中的思政元素,研究校企聯(lián)合開(kāi)展課程思政建設(shè)、提升教學(xué)質(zhì)量的途徑和方法,從而解決傳統(tǒng)的FPGA人才培養(yǎng)模式缺乏緊密貼合社會(huì)發(fā)展、行業(yè)發(fā)展的課程內(nèi)容和教學(xué)手段,且與當(dāng)前電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展不相適應(yīng)的問(wèn)題,從而進(jìn)一步建立在專業(yè)課程教學(xué)中實(shí)現(xiàn)本科學(xué)生工程能力、職業(yè)素養(yǎng)、科學(xué)精神和愛(ài)國(guó)情懷等素質(zhì)融合發(fā)展的途徑.

1 實(shí)施方略

1.1 課程建設(shè)歷程

當(dāng)前,數(shù)字芯片設(shè)計(jì)是衡量國(guó)家科技發(fā)展水平的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一,大力發(fā)展數(shù)字芯片產(chǎn)業(yè),培養(yǎng)大批具有家國(guó)情懷、擁有社會(huì)責(zé)任感、專業(yè)基礎(chǔ)雄厚、工程能力強(qiáng)且綜合素質(zhì)高的芯片人才是我國(guó)高校電子信息類專業(yè)本科教學(xué)的重要使命.西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院秉承這一理念,緊扣當(dāng)前蓬勃發(fā)展的人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算行業(yè)對(duì)數(shù)字芯片人才的需求,創(chuàng)新“校企共筑、協(xié)同育人”的形式,聯(lián)合國(guó)科微電子有限公司、英特爾FPGA中國(guó)創(chuàng)新中心等行業(yè)內(nèi)領(lǐng)軍企業(yè),從培養(yǎng)卓越FPGA工程師出發(fā),以FPGA原理及應(yīng)用和FPGA實(shí)踐訓(xùn)練課程為依托,深度挖掘課程內(nèi)容與思政育人元素之間的結(jié)合點(diǎn),并創(chuàng)造性地融入理論教學(xué)、行業(yè)講座、實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽、實(shí)踐培訓(xùn)和專業(yè)實(shí)習(xí)等各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié),在培養(yǎng)學(xué)生的課程認(rèn)知和工程能力的同時(shí),充分激發(fā)學(xué)生的責(zé)任意識(shí)和愛(ài)國(guó)情懷,從而達(dá)到建設(shè)“有溫度、有思想”的FPGA課程.

西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院對(duì)FPGA課程的建設(shè)歷史悠久,且面向時(shí)代需求持續(xù)改進(jìn).早在2003年,學(xué)院就開(kāi)設(shè)了可編程邏輯器件原理與應(yīng)用課程,建設(shè)了ZY13DSP12BD EDA 系列實(shí)驗(yàn)平臺(tái).2008年,依托申報(bào)成功的校級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,學(xué)院成立了EDA本科教學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室.2014年,為貫徹“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的國(guó)家工程教育戰(zhàn)略,西南大學(xué)“數(shù)字電路-FPGA”課程組聯(lián)合依元素科技有限公司建立了以Anvyl FPGA和Xilinx ISE為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的“FPGA本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)室”,構(gòu)建了面向電子信息類本科生的數(shù)字電子技術(shù)綜合工程實(shí)踐能力培養(yǎng)體系.2018年,為了積極推進(jìn)“新工科”建設(shè),課程組進(jìn)一步打造了理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)并重的FPGA原理及應(yīng)用和FPGA實(shí)踐訓(xùn)練配套課程,并依托產(chǎn)學(xué)融合機(jī)制,聯(lián)合阿吉畢科技有限公司建設(shè)了以Basys 3和Vivado為基礎(chǔ)的FPGA實(shí)驗(yàn)平臺(tái).近兩年來(lái),為對(duì)標(biāo)工程認(rèn)證、建設(shè)一流課程,提高學(xué)生的FPGA工程實(shí)踐能力,課程組在“校企共筑、協(xié)同育人”的理念下,聯(lián)合國(guó)科微電子有限公司、英特爾FPGA中國(guó)創(chuàng)新中心等行業(yè)內(nèi)領(lǐng)軍企業(yè),對(duì)FPGA課程進(jìn)行了全方位的教學(xué)設(shè)計(jì)和課程思政建設(shè)(圖1).

圖1 西南大學(xué)和國(guó)科微電子有限公司、英特爾FPGA中國(guó)創(chuàng)新中心開(kāi)展校企協(xié)同育人活動(dòng)

1.2 總體目標(biāo)

“校企共筑、協(xié)同育人”課程思政建設(shè)的總體目標(biāo)包含了3個(gè)方面,即幫助學(xué)生達(dá)成知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和情感目標(biāo).

1) 知識(shí)目標(biāo): 以當(dāng)前數(shù)字芯片行業(yè)為窗口,了解可編程邏輯器件的演進(jìn)歷程、硬件結(jié)構(gòu)、行業(yè)市場(chǎng)和前沿技術(shù);以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和工程規(guī)范為基礎(chǔ),掌握硬件描述語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則和編程技術(shù).

2) 能力目標(biāo): 具備基于FPGA技術(shù)的數(shù)字芯片設(shè)計(jì)、仿真和調(diào)試能力;在專業(yè)競(jìng)賽和科學(xué)研究中培養(yǎng)構(gòu)建復(fù)雜的、綜合的數(shù)字電路系統(tǒng)的FPGA高級(jí)應(yīng)用能力;面向人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等大型工程實(shí)踐應(yīng)用提供良好的FPGA知識(shí)和技能儲(chǔ)備.

3) 情感目標(biāo): “愿得此身長(zhǎng)報(bào)國(guó)”,幫助學(xué)生放眼世界,認(rèn)清百年未有之大變局,從而建立課程學(xué)習(xí)的內(nèi)生動(dòng)力,將個(gè)人發(fā)展融入國(guó)家重大戰(zhàn)略需求之中;“志之所趨,無(wú)遠(yuǎn)勿屆”,幫助學(xué)生樹(shù)立成為卓越工程師的遠(yuǎn)大目標(biāo),從而屏氣凝神,實(shí)現(xiàn)自身工程能力和職業(yè)素養(yǎng)的“內(nèi)涵式”發(fā)展;“業(yè)精于勤,行成于思”,幫助學(xué)生建立自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)的能力,從而培養(yǎng)FPGA領(lǐng)域的學(xué)習(xí)型、創(chuàng)新型人才.

1.3 基本策略

1.3.1 產(chǎn)學(xué)一體,培養(yǎng)家國(guó)情懷

“以本為本”的教學(xué),就是在教學(xué)的過(guò)程中首先要激發(fā)學(xué)生的內(nèi)生動(dòng)力,幫助學(xué)生弄懂基于專業(yè)知識(shí)背景下“為什么學(xué)”“學(xué)了有什么用”等關(guān)鍵問(wèn)題.然而,在傳統(tǒng)FPGA課堂上,師生共同缺乏行業(yè)企業(yè)背景,在課程教學(xué)上對(duì)當(dāng)今社會(huì)需求和技術(shù)發(fā)展認(rèn)識(shí)有限、理解不深,使得學(xué)生在大部分學(xué)習(xí)時(shí)間里只能面對(duì)脫節(jié)于社會(huì)需求、脫節(jié)于工程需要且生澀難懂的理論知識(shí)和電路代碼,無(wú)法讓學(xué)生產(chǎn)生自主研學(xué)的內(nèi)生動(dòng)力,更無(wú)法把自己當(dāng)前的所學(xué)所得提升到行業(yè)需求和國(guó)家需要的高度.為此,在FPGA課程教學(xué)改革中,西南大學(xué)“數(shù)字電路-FPGA”課程組充分把握本科生的社會(huì)行業(yè)認(rèn)知,從學(xué)生體驗(yàn)感的角度,把“家國(guó)情懷、社會(huì)責(zé)任感、國(guó)家使命感”的孕育通過(guò)“校企共筑、協(xié)同育人”的形式走進(jìn)課堂.課程組在教學(xué)實(shí)踐中設(shè)計(jì)了以下一些“校企協(xié)同”的環(huán)節(jié),以期達(dá)到思政育人的目的: ①邀請(qǐng)行業(yè)企業(yè)工程師和技術(shù)經(jīng)理,開(kāi)設(shè)宣講課堂,把學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)對(duì)標(biāo)國(guó)家需要、行業(yè)需求和企業(yè)聘任,讓學(xué)生切身明白FPGA技術(shù)的學(xué)習(xí)意義;②邀請(qǐng)已參加工作的畢業(yè)生和已到企業(yè)實(shí)習(xí)的高年級(jí)學(xué)生,定期回校與正在上課的低年級(jí)學(xué)生開(kāi)展課程沙龍,把家國(guó)情懷、職業(yè)發(fā)展和行業(yè)企業(yè)親身經(jīng)歷落地到初嘗FPGA技術(shù)的學(xué)生上;③建設(shè)在線精品課程和校企交流群,重點(diǎn)解讀課本以外、知識(shí)以外的工程背景,幫助學(xué)生理解生澀難懂的技術(shù)知識(shí).

1.3.2 說(shuō)古談今,培養(yǎng)科學(xué)精神

在FPGA課程的理論教學(xué)上,課程組充分利用“校企共筑、協(xié)同育人”平臺(tái),從課程教學(xué)大綱的知識(shí)點(diǎn)出發(fā),在工程實(shí)踐中廣泛收集FPGA技術(shù)發(fā)展、重要代表人物、工程問(wèn)題解決方案和行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等4個(gè)方面的教學(xué)資料,深度挖掘思政元素,有機(jī)創(chuàng)作學(xué)科故事,讓FPGA技術(shù)的學(xué)習(xí)更加興趣化、工程化、發(fā)展化.通過(guò)學(xué)科故事,讓學(xué)生感受文化自信和民族自豪,深刻認(rèn)識(shí)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展規(guī)律,激發(fā)學(xué)生銳意創(chuàng)新、勇攀高峰的科學(xué)精神.讓學(xué)生從工程案例背后理解大國(guó)工匠精神,明晰自我發(fā)展的卓越工程師目標(biāo),激發(fā)學(xué)生艱苦奮斗、求實(shí)創(chuàng)新的科學(xué)精神.

1.3.3 工程實(shí)踐,培養(yǎng)興趣能力

FPGA課程作為電子信息類具有工程實(shí)踐特色的專業(yè)課程,動(dòng)手操作無(wú)疑是增強(qiáng)學(xué)生體驗(yàn)感、激發(fā)學(xué)生興趣度、提高學(xué)生對(duì)課程價(jià)值認(rèn)識(shí)的關(guān)鍵途徑.課程組在本課程教學(xué)環(huán)節(jié)的規(guī)劃上,充分重視這一特性,秉持“以學(xué)生為中心、理論與實(shí)驗(yàn)并舉、教學(xué)和實(shí)踐同行”的理念,除了配套設(shè)置FPGA實(shí)踐訓(xùn)練課程外,還進(jìn)一步利用“校企共筑、協(xié)同育人”機(jī)制,從多角度、多層次打造實(shí)踐環(huán)節(jié),讓學(xué)生在工程實(shí)踐體驗(yàn)中建立對(duì)FPGA技術(shù)的“相識(shí)、相知、相愛(ài)、相守”.課程組與阿吉畢科技有限公司合作,從學(xué)科競(jìng)賽出發(fā),打造支持學(xué)生參與全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的FPGA核心板和FPGA競(jìng)賽培訓(xùn)課程,讓學(xué)生在學(xué)科競(jìng)賽中感受FPGA技術(shù)的魅力;與英特爾FPGA中國(guó)創(chuàng)新中心合作,建立學(xué)生校外專業(yè)實(shí)習(xí)基地,讓學(xué)生在行業(yè)導(dǎo)師的指導(dǎo)中、在工程實(shí)戰(zhàn)的體驗(yàn)中提升職業(yè)發(fā)展的興趣;與國(guó)科微電子有限公司合作,建立本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)聯(lián)合指導(dǎo)、工程碩士聯(lián)合培養(yǎng)等機(jī)制,讓工程技術(shù)專家深度參與課程教學(xué)和指導(dǎo),讓學(xué)生深度參與企業(yè)芯片設(shè)計(jì)和研發(fā),增強(qiáng)學(xué)生對(duì)FPGA技術(shù)的忠誠(chéng)與熱愛(ài).從而,在工程實(shí)踐和思政元素融合的角度上,實(shí)現(xiàn)了人才培養(yǎng)的興趣關(guān)愛(ài)、價(jià)值關(guān)愛(ài)和職業(yè)關(guān)愛(ài),讓FPGA課堂成為了知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)和情感滋潤(rùn)的有機(jī)融合平臺(tái).

2 案例實(shí)踐

從“校企共筑、協(xié)同育人”理念出發(fā),開(kāi)展課程思政建設(shè)的關(guān)鍵是解決思政元素融入傳統(tǒng)工科課程中出現(xiàn)的刻意、突兀等問(wèn)題,利用行業(yè)企業(yè)資源,將貼近現(xiàn)實(shí)需求和工程應(yīng)用的思想價(jià)值觀貫穿于課程教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)之中,使得工科的專業(yè)課教學(xué)也能“有血有肉”地貼近學(xué)生生活,從而打造出“有溫度、有思想”的FPGA課堂.西南大學(xué)電子信息工程學(xué)院“數(shù)字電路-FPGA”課程組通過(guò)和國(guó)科微電子有限公司、英特爾FPGA中國(guó)創(chuàng)新中心等公司密切協(xié)作,變革FPGA課程的教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、案例設(shè)計(jì)和工程實(shí)驗(yàn)等各個(gè)環(huán)節(jié),促進(jìn)思政教育在FPGA課程教學(xué)中的有機(jī)融合,以價(jià)值導(dǎo)向培育、職業(yè)發(fā)展指導(dǎo)為目的,實(shí)現(xiàn)知識(shí)的顯性教學(xué)和育人的隱性教育相統(tǒng)一,進(jìn)一步打造高質(zhì)量的課程教學(xué),進(jìn)一步推進(jìn)“一流本科課程”的建設(shè).本文以課程教學(xué)中“序列檢測(cè)器之狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)”一節(jié)為案例,展示基于“校企共筑、協(xié)同育人”理念下思政教育融入FPGA課程教學(xué)的方法(圖2).

2.1 課程分析

根據(jù)課程教學(xué)大綱,“序列檢測(cè)器之狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)”是FPGA原理及應(yīng)用課程第六章“基本數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)實(shí)例”第二節(jié)“時(shí)序邏輯電路VHDL描述”中的學(xué)習(xí)內(nèi)容.學(xué)生在掌握了FPGA技術(shù)中狀態(tài)機(jī)的概念和特點(diǎn),理解了狀態(tài)機(jī)編程包含的基本要素等知識(shí)后,將進(jìn)一步通過(guò)教學(xué)實(shí)例“序列檢測(cè)器”,來(lái)學(xué)習(xí)和實(shí)踐基于狀態(tài)機(jī)的FPGA設(shè)計(jì)方法.目的是讓學(xué)生在親身分析和設(shè)計(jì)代碼的過(guò)程中,深刻理解和熟練掌握FPGA技術(shù)中狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法.本節(jié)課的授課內(nèi)容為后續(xù)基于FPGA的復(fù)雜時(shí)序邏輯電路分析與設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐支撐.因此,本節(jié)課具有承前啟后的作用,是本章的重要內(nèi)容之一.

本節(jié)課程的教學(xué)重點(diǎn)是兩進(jìn)程的狀態(tài)機(jī)描述方式,教學(xué)難點(diǎn)是FPGA技術(shù)中利用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)組合進(jìn)程和時(shí)序進(jìn)程的設(shè)計(jì)方法.通過(guò)本節(jié)課程的學(xué)習(xí),學(xué)生應(yīng)該建立基于狀態(tài)機(jī)的FPGA設(shè)計(jì)能力.

2.2 教學(xué)思路

為了更好地秉承“校企共筑、協(xié)同育人”理念,實(shí)踐現(xiàn)代工程教育的教學(xué)方法,培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力,課程組確立了如圖2所示的本節(jié)課教學(xué)思路.

1) 家國(guó)情懷的建立: 線上教學(xué),讓企業(yè)人士談行業(yè)現(xiàn)狀,讓學(xué)生親身了解社會(huì)需求,培養(yǎng)其責(zé)任感與使命感.企業(yè)技術(shù)經(jīng)理講述“序列檢測(cè)器”在當(dāng)今工業(yè)、軍事等領(lǐng)域的工程應(yīng)用、市場(chǎng)規(guī)模.技術(shù)工程師舉例講解狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法在FPGA工程應(yīng)用中的意義.

2) 科學(xué)精神的塑造: 課堂講授,利用所挖掘的科學(xué)故事等教學(xué)素材,培養(yǎng)學(xué)生的價(jià)值觀.例如,列舉我國(guó)科研工作者為國(guó)家振興而研制相控陣列雷達(dá)的故事,來(lái)激勵(lì)學(xué)生為國(guó)奮斗的學(xué)習(xí)熱情.課堂上開(kāi)展研討式學(xué)習(xí)、相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)術(shù)論文剖析,培養(yǎng)學(xué)生自主研學(xué)的習(xí)慣和方法.

3) 興趣能力的培養(yǎng): 動(dòng)手實(shí)踐,學(xué)生在校企聯(lián)合所建的FPGA專業(yè)實(shí)驗(yàn)室自主開(kāi)展工程項(xiàng)目練習(xí),實(shí)踐動(dòng)手編程,開(kāi)展小組研討,切身體驗(yàn)所學(xué)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn).授課教師和企業(yè)技術(shù)工程師在學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中,利用線上線下溝通平臺(tái),解讀技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),剖析關(guān)鍵代碼,布置課后任務(wù),讓學(xué)生自主練習(xí)鞏固.從而,讓學(xué)生在實(shí)踐體驗(yàn)中建立對(duì)FPGA技術(shù)的興趣,切實(shí)增強(qiáng)FPGA技術(shù)的工程能力.

圖2 “序列檢測(cè)器之狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)”一節(jié)的課程教學(xué)思路

2.3 教學(xué)方法

在“校企共筑、協(xié)同育人”教育理念指導(dǎo)下,課程組規(guī)劃了如表1所示的本節(jié)課的教學(xué)方法,教師組織引導(dǎo),學(xué)生主動(dòng)參與,線上線下互動(dòng),理論與實(shí)踐并行,從而構(gòu)建起“以學(xué)生為中心、以思政教育為引導(dǎo)、價(jià)值理念與知識(shí)能力共育”的課程教學(xué)形式.

表1 “序列檢測(cè)器之狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)” 一節(jié)的課程教學(xué)方法

2.4 教學(xué)過(guò)程

按照上述的教學(xué)思路與方法,“序列檢測(cè)器之狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)”一節(jié)的具體教學(xué)過(guò)程應(yīng)該結(jié)合專業(yè)知識(shí)特點(diǎn),合理融入卓越工程師培養(yǎng)所需要的思政育人元素,依托產(chǎn)學(xué)合作平臺(tái),把價(jià)值引領(lǐng)、情感滋潤(rùn)有機(jī)地貫穿于課程教學(xué)的全過(guò)程之中,形成如下的課程教學(xué)實(shí)踐過(guò)程.

2.4.1 新課導(dǎo)入

當(dāng)前FPGA技術(shù)的日新月異,是信息化工業(yè)發(fā)展推動(dòng)的結(jié)果,是國(guó)家生產(chǎn)需求和社會(huì)生活需要的集中體現(xiàn).利用校企合作,開(kāi)發(fā)FPGA教學(xué)資源,以線上形式展示,向授課學(xué)生勾勒該技術(shù)發(fā)展的行業(yè)背景,從而引入新課.

所融入的思政元素: 在新課的開(kāi)啟環(huán)節(jié),引導(dǎo)學(xué)生從國(guó)家在信息化高新技術(shù)的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)上,樹(shù)立家國(guó)夢(mèng),認(rèn)識(shí)到自己的社會(huì)責(zé)任和時(shí)代使命,激發(fā)科學(xué)報(bào)國(guó)的熱情和信心.引導(dǎo)學(xué)生從FPGA技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展歷程,認(rèn)識(shí)到科學(xué)的發(fā)展是一個(gè)曲折而艱辛的過(guò)程,技術(shù)的進(jìn)步是具有反復(fù)性、無(wú)窮性的過(guò)程,從而幫助學(xué)生建立起正確的科學(xué)發(fā)展觀和科學(xué)奮斗精神.

2.4.2 前期課程知識(shí)的測(cè)試與總結(jié)

課堂上現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試前期課程所學(xué)內(nèi)容: 線下設(shè)問(wèn),線上作答,相關(guān)答卷現(xiàn)場(chǎng)展示和評(píng)析,以競(jìng)答方式調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)興趣.教師舉例演繹學(xué)生熟知的“超級(jí)馬里奧”角色如何開(kāi)展?fàn)顟B(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)方法,聯(lián)系前期數(shù)字電路課程知識(shí),復(fù)習(xí)總結(jié)狀態(tài)機(jī)的概念以及狀態(tài)機(jī)在時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)上的優(yōu)勢(shì).采用圖表方式,分析歸納基于狀態(tài)機(jī)描述的時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)方法.設(shè)問(wèn)展開(kāi)小組課堂討論,讓學(xué)生在研討中明晰: 為什么兩進(jìn)程狀態(tài)機(jī)和單進(jìn)程狀態(tài)機(jī)是當(dāng)前最常用FPGA狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法.

所融入的思政元素: 在前期所學(xué)知識(shí)的測(cè)試和復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)中,利用案例引導(dǎo)和互動(dòng)研學(xué),啟發(fā)學(xué)生對(duì)FPGA課程的興趣,增強(qiáng)其學(xué)術(shù)志向.知識(shí)歸納總結(jié)的呈現(xiàn)和研學(xué)形式的開(kāi)展,以實(shí)現(xiàn)學(xué)生的科學(xué)思維能力和自主學(xué)習(xí)能力的訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生的研學(xué)方法,倡導(dǎo)學(xué)生要善于總結(jié)和交流,在總結(jié)和交流中進(jìn)行思考、優(yōu)化、演變和創(chuàng)新.

2.4.3 序列檢測(cè)器基本原理及工程應(yīng)用介紹

利用校企合作開(kāi)發(fā)的教學(xué)資源,以熱點(diǎn)新聞“中美戰(zhàn)機(jī)對(duì)抗”,引出序列檢測(cè)器的工程應(yīng)用場(chǎng)景,從而帶領(lǐng)學(xué)生入題到本堂課的重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容“序列檢測(cè)器基本原理以及FPGA實(shí)現(xiàn)方法”.接下來(lái),以學(xué)術(shù)論文為例,分析闡述序列檢測(cè)器的基本原理.然后,再通過(guò)線上線下互動(dòng)討論的方式,和學(xué)生共同探討利用FPGA狀態(tài)機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)序列檢測(cè)器的方法.

所融入的思政元素: 展現(xiàn)當(dāng)前復(fù)雜嚴(yán)峻的國(guó)際形勢(shì),用老一輩科研工作者為國(guó)家軍事工業(yè)振興而研制相控陣列雷達(dá)的故事來(lái)激勵(lì)學(xué)生,號(hào)召學(xué)生勇于在電子信息領(lǐng)域攻堅(jiān)克難、自強(qiáng)不息.以學(xué)術(shù)論文剖析介紹科學(xué)研究方法,激勵(lì)學(xué)生在科研中精于觀察、勤于思考、勇于創(chuàng)新.

2.4.4 FPGA技術(shù)中狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法的課堂教學(xué)

這部分是課程的重難點(diǎn)內(nèi)容,課程教學(xué)方式以學(xué)生為中心,以自主研學(xué)的體驗(yàn)式教學(xué)為主,讓學(xué)生通過(guò)序列檢測(cè)器實(shí)例的分析與設(shè)計(jì),掌握FPGA技術(shù)中狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)方法.首先,采用導(dǎo)讀法,讓學(xué)生通過(guò)自我閱讀教材,小組相互研討,共同思考、共同探討利用FPGA兩進(jìn)程狀態(tài)機(jī)描述方式實(shí)現(xiàn)序列檢測(cè)器的設(shè)計(jì)方法.然后,教師對(duì)整體代碼進(jìn)行剖析,引入HDL語(yǔ)言描述的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范,讓學(xué)生對(duì)比自己的設(shè)計(jì)思路,理解所舉例的標(biāo)準(zhǔn)代碼.教師對(duì)FPGA技術(shù)中狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵點(diǎn)、重難點(diǎn)逐個(gè)剖析,加深學(xué)生對(duì)該設(shè)計(jì)方法的理解.

所融入的思政元素: 在此環(huán)節(jié)注重研學(xué)方法和研學(xué)態(tài)度的培養(yǎng).在教師的指導(dǎo)下,幫助學(xué)生充分發(fā)揮主體作用,通過(guò)自我研學(xué)、相互交流、對(duì)比剖析來(lái)提高獲取知識(shí)的學(xué)習(xí)能力,提高解決問(wèn)題的創(chuàng)新能力,建立自主學(xué)習(xí)的態(tài)度和方法.將技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范引入課堂教學(xué)中,幫助學(xué)生建立職業(yè)修養(yǎng)觀,培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)精神,逐漸形成自覺(jué)踐行職業(yè)操守和行為規(guī)范的職業(yè)意識(shí).

2.4.5 FPGA技術(shù)中狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐

西南大學(xué)“數(shù)字電路-FPGA”課程團(tuán)隊(duì)聯(lián)合專業(yè)的FPGA公司編寫(xiě)了面向工程應(yīng)用的“設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)”式《FPGA實(shí)踐訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)》.在教學(xué)實(shí)驗(yàn)室中,課程組已與阿吉畢科技有限公司等企業(yè)聯(lián)合建設(shè)了以Xilinx Basys3,Xilinx Nexys4,Xilinx Zynq7000和清華紫光Logos FPGA等芯片為核心的多個(gè)系列FPGA硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái),形成了全方位、多層次滿足課程實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的實(shí)驗(yàn)室條件.學(xué)生在本節(jié)課的課堂學(xué)習(xí)后,依托面向工程應(yīng)用的、關(guān)于狀態(tài)機(jī)編程的綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),自主開(kāi)展實(shí)踐練習(xí),利用小組研討,在FPGA設(shè)計(jì)與調(diào)試中理解狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法,切身體驗(yàn)所講狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn).

所融入的思政元素: 通過(guò)理論知識(shí)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)踐行精神,建立學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)態(tài)度,建立學(xué)生知識(shí)聯(lián)系實(shí)踐的工程意識(shí),讓學(xué)生學(xué)會(huì)在工程實(shí)踐中進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),并在實(shí)踐中平衡、演化和創(chuàng)新.

2.4.6 課后練習(xí),實(shí)現(xiàn)知識(shí)鞏固與閉環(huán)教學(xué)

依托課程組聯(lián)合FPGA公司在 “超星學(xué)習(xí)通”線上平臺(tái)所建設(shè)的FPGA原理及應(yīng)用校級(jí)在線開(kāi)放課程,布置課后任務(wù),讓學(xué)生通過(guò)線上自主練習(xí),了解更多本節(jié)課所學(xué)知識(shí)涉及的工程問(wèn)題案例和錯(cuò)誤案例,從而深化鞏固本節(jié)課所學(xué)到的FPGA技術(shù)中狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法的知識(shí)與技能.

所融入的思政元素: 通過(guò)更多的線上資源,擴(kuò)寬學(xué)生的行業(yè)眼界與工程經(jīng)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)發(fā)展觀、社會(huì)主義核心價(jià)值觀和職業(yè)精神.讓學(xué)生認(rèn)識(shí)所學(xué)知識(shí)技能的工程應(yīng)用和社會(huì)需求,激發(fā)科學(xué)報(bào)國(guó)的熱情和信心,努力去付諸實(shí)踐,同時(shí)將所建立的社會(huì)主義核心價(jià)值觀外化于職業(yè)發(fā)展的自覺(jué)行動(dòng).另外,培養(yǎng)學(xué)生“終身學(xué)習(xí)”“自主學(xué)習(xí)”和“探究學(xué)習(xí)”的意識(shí)和能力,讓學(xué)生在問(wèn)題中思考,在討論中學(xué)習(xí),在自主實(shí)踐中理解和掌握FPGA技術(shù),從而建立起適應(yīng)于現(xiàn)代工程實(shí)踐理念的學(xué)習(xí)模式.

3 結(jié)論

在新工科理念下,開(kāi)展一流本科課程的建設(shè),就是要依托“校企共筑、協(xié)同育人”機(jī)制,將電子信息類專業(yè)本科人才的培養(yǎng)充分融入到國(guó)家發(fā)展、社會(huì)變革的潮流中去.西南大學(xué)“數(shù)字電路-FPGA”課程組在重慶市教育教學(xué)改革項(xiàng)目(課程思政專項(xiàng))、西南大學(xué)教育教學(xué)改革項(xiàng)目等教改項(xiàng)目的支持下,以FPGA原理及應(yīng)用等專業(yè)課程的思政教育改革為依托,探索“校企共筑、協(xié)同育人”的新形式,構(gòu)建符合新工科理念的產(chǎn)學(xué)合作共建課程,在“超星學(xué)習(xí)通”平臺(tái)上建設(shè)了FPGA原理及應(yīng)用西南大學(xué)在線開(kāi)放課程,申報(bào)了線上線下混合式一流本科課程.FPGA課程改革的相關(guān)成果已經(jīng)在西南大學(xué)2020級(jí)電子信息工程、通信工程專業(yè)本科教學(xué)中進(jìn)行了實(shí)踐和驗(yàn)證.從教務(wù)系統(tǒng)評(píng)教反饋的調(diào)研結(jié)果看,學(xué)生對(duì)課改后的FPGA課程平均滿意度達(dá)到了94.29%,比往屆課程評(píng)價(jià)提高7%.在今后的FPGA課程教學(xué)中,課程組將繼續(xù)優(yōu)化思政教育引領(lǐng)專業(yè)課教學(xué)的機(jī)制,凝練“校企共筑、協(xié)同育人”的實(shí)施方案,探索行業(yè)企業(yè)深度參與課程建設(shè)的方式,構(gòu)建契合于工程專業(yè)思政教育的FPGA課程教學(xué)模式,并推廣于其他工科專業(yè)的課程教學(xué)中,讓廣大工科學(xué)生受益.