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摘要：阐述了可编程逻辑器件应用的教学特点，结合CDIO新型教学模式，探索项目化实践型教学、理论与实践结合等形式多样的教学方法。实践表明，此教学模式在可编程逻辑器件应用教学中的运用，有利于提高教学质量，激发学生的学习兴趣，促进创新型人才的培养。
关键词：CDIO理念；可编程逻辑器件；项目化教学
作者简介：张巧文（1979-），男，湖南冷水江人，浙江万里学院电子信息学院，讲师；杨亚萍（1967-），女，浙江慈溪人，浙江万里学院电子信息学院，副教授。（浙江 宁波 315100）
基金项目：本文系浙江万里学院精品课程与教改项目（项目编号：1109540316）、浙江省教育厅项目（项目编号：Y201018538）的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）19-0103-02
可编程逻辑器件应用是电子信息类等专业一门重要的专业基础课，该课程将使学生在学完数字电子技术之后，能够熟悉并掌握现代大规模可编程逻辑器件的设计、仿真及应用技术。三本院校的目标主要是培养应用型人才，要求学生在具备一定的理论基础上，同时具备较强的动手实践能力，相对于一本、二本院校而言，三本学生的基础薄弱，主动性学习意识也相对欠缺。因此，对于这入门易、重实践、重应用的课程，在三本学校开展可编程逻辑器件应用教学改革探索，提高学生学习效果尤为重要。
一、课程特点与教学中问题
可编程逻辑器件应用课程综合了多门专业基础课的知识，以HDL语言来表达设计意图，以可编程逻辑器件作为硬件载体，以计算机为设计开发工具，以EDA软件为开发环境，以ASIC、SOPC、IP核技术等为综合设计方法，已成为硬件设计工程的主要特征。该课程主要培养学生现代数字电子系统设计能力，是电子信息类专业重要的特色课程。
然而，在多年的课程教学过程中，存在着教师难教、学生难学的现象，教学效果一直不理想，究其原因，主要有以下两个方面。[1,2]
（1）目前可编程逻辑器件课程在教学内容设置和教学顺序安排方面，仍然沿用传统的“先基础后应用”的教学模式，即：可编程逻辑器件原理→VHDL语法基础→组合、时序电路设计→常用电路设计→状态机设计→复杂数字系统设计。
（2）课堂理论教学学时大大多于实验教学学时，实验教学一般安排在“VHDL基本语句”讲完之后才进行，其大部分实验主要以仿真验证、简单设计为主。
这样，这种传统的教学模式存在以下缺点：一开始就用可编程逻辑器件原理、设计流程、庞杂的VHDL语法体系来引导学生入门，使得三本院校的学生难以理解，感觉枯燥乏味；理论教学过程中以原理、知识为核心，实验教学只以巩固和应用知识为主，易造成学生应用能力的培养不足，同时缺乏学生创新能力的培养；实验教学过程易与系统设计分离，使得学生在设计实际数字系统时，缺少系统化的思维，远达不到市场人才的职位要求。
二、CDIO理念的可编程逻辑器件教学设计
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的典型成果，CDIO 分别代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，它是“做中学”和“学中做”的集中概括和抽象表达。[3]对于电子信息专业来说，可编程逻辑器件应用课程的教学计划安排一般为三或四个学分，且一般安排在大三下学期或大四上学期进行教学。在该阶段，学生一般具备了一定的专业知识，能够较好地进行自主学习和应用设计，因而本课程教学完全可以对学生采用实践型教学、做中学的教学模式。本文将以应用型人才培养为目标，结合浙江万里学院（以下简称“我校”）电子信息专业学生的特点，对学生可编程逻辑器件应用能力培养的相关课程内容、实践教学环节和教学方法等进行探索，结合CDIO教学模式，探讨如何培养出适应社会需要的创新型人才。
1.课程内容的编排
采用从课程讲授开始，就激发学生自主学习、理论结合实践的CDIO理念。在课程教学设计上，改变传统“老师讲学生听”，“先理论后实验”的传授模式，而是将重要的知识点划分到若干个项目当中去，学生在完成各个项目中，自动引出知识点，学生主动去学习相关的硬件原理和编程方法，变成一个为了解决实际问题获取知识的过程。在具体实施过程中，将可编程逻辑器件、VHDL语法知识划分为四篇，包括入门篇、解惑篇、实例篇、经验篇，这几部分相辅相成，可以帮助学生在有限时间内有效掌握硬件描述语言。[4]
（1）入门篇，简要介绍可编程逻辑器件原理、设计流程，通過大量实例深入浅出讲解VHDL结构和频繁使用的语法。
（2）解惑篇，对学生常见的一些问题（包括设计方法、仿真、综合，器件配置/下载，器件选型）进行详细解答。
（3）实例篇，给出常用电路的VHDL设计、详细讲解数字系统设计实例、总结设计方法。
（4）经验篇，可综合性地探讨LogicLock设计方法、HDL文件的规范编写等。
2.CDIO理念的项目化实践教学设计
依据CDIO教学理念，可编程逻辑器件应用教学应从生产生活实际出发，选择符合学生知识水平的典型性工程项目作为教学内容，学生们自由组合成若干小组，学生在教师的指导下，按照问题的要求搜集、选择信息资料，通过小组的共同研究，努力去创造性地解决问题、得出结论或完成任务。[5]为了达到这个要求，必须精心准备设置每个项目，采取如下选取原则。
（1）基于FPGA典型开发过程选取项目。可编程逻辑器件应用的开设源于当今IT公司对可编程逻辑器件工程师的实际需求，体现了实践知识与理论知识的结合。如果能基于可编程逻辑器件典型开发过程进行课程设计，以实际公司项目来设计课程项目内容，那么就能更好地实现专业知识和技能的贯通与综合应用。
（2）基于学生职业能力的培养选取项目。本课程对应公司中的具体岗位为FPGA工程师，从公司的工作任务和内容看，FPGA工程师岗位应包含岗位核心能力和基本素质两方面，岗位核心能力可归纳为：一是“系统分析与总体方案设计能力”，由需求分析明确设计任务至总体方案；二是“HDL设计、综合、仿真能力”，完成设计项目的HDL逻辑设计，能够编写测试代码，对设计项目进行功能仿真，应用综合工具，对电路进行综合，生成可编程文件；三是“硬件资源适配、器件选型能力”，能够根据设计项目的规模、速度，合理调配硬件资源，选定可编程逻辑器件的规模、型号和速度等级；四是“系统验证、硬件调试能力”，能够将编程文件下载到目标器件，对硬件系统进行调试，验证设计项目的正确性，如图2所示。
（3）基于教学大纲内容选取项目。项目的选取是教学内容的关键，选取项目必须符合：第一，必须是成熟的系统，包含全部可编程逻辑器件基本单元；第二，必须既有同步数字电路，又有异步接口电路；第三，必须难度适中，涵盖可编程逻辑器件应用设计的典型方法与技巧；最后，规模易调整，功能可扩展，能够为学生的持续性设计奠定良好的基础。基于以上要求和利于学生电子竞赛能力的培养，可以制订如图3所示的教学项目。
3.教学方法
可编程逻辑器件应用教学方法的指导思想是“以学生为本”，目的是把学生培养成满足公司需求，具有良好职业素质和能力的应用型人才。让学生加强对硬件描述语言学习的兴趣，避免以往采取“先灌输知识再实例演示”方法的缺陷，采取先有应用，再有知识点的“实例引出法”方式，充分调动了学生的学习积极性。[6]对于一个集成电路设计人员，有一句名言：“细节是决定项目成败的关键。”针对这个要点，笔者设计了陷阱教学法和典型项目教学方法。对项目中容易出现的细节错误，由教师预先布置一些错误，让学生在完成项目中碰到，这样学生会体会到细节的关键性，养成注意细节的良好品质。除此之外，笔者还设计了典型项目教学法，通过对公司的一些典型项目分析，给学生指出细节的重要性和设计项目具体需要注意到的细节。
三、小结
可编程逻辑器件应用是一门实践与理论相结合的课程，本课程研究通过鼓励、引导学生多参与实践，通过在实践中学，通过实践加深理论知识等方法，达到学生对基本理论和开发方法的掌握，培养适应社会需要的人才。在浙江万里学院校级教学改革项目的推动下，可编程逻辑器件应用课程已经完成了第一轮的课程建设以及实践过程，从学生的接受情况和院系的评价方面都有良好的反映。
参考文献：
[1]石新峰,牟光臣.可编程逻辑器件原理及应用课程实践教学研究[J].新乡学院学报(自然科学版),2009,(3):90-92.
[2]鲍丽星.实验室开设可编程逻辑器件公共选修课的效果[J].实验室研究与探索,2009,(6):134-136.
[3]查建中.论“做中学”战略下的CDIO 模式[J].高等工程教育研究,2008,(3):1-9.
[4]黄任.VHDL入门·解惑·经典实例·经验总结[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.
[5]房汉雄,郭福三,齐怀琴.项目教学法在EDA课程中的应用[J].高师理科学刊,2009,(1):119.
[6]陈李胜.三本院校EDA课程改革探索[J].科教文汇,2010,(1):44-45.
（责任编辑：麻剑飞）
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词：CDIO理念；可编程逻辑器件；项目化教学
作者简介：张巧文（1979-），男，湖南冷水江人，浙江万里学院电子信息学院，讲师；杨亚萍（1967-），女，浙江慈溪人，浙江万里学院电子信息学院，副教授。（浙江 宁波 315100）
基金项目：本文系浙江万里学院精品课程与教改项目（项目编号：1109540316）、浙江省教育厅项目（项目编号：Y201018538）的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）19-0103-02
可编程逻辑器件应用是电子信息类等专业一门重要的专业基础课，该课程将使学生在学完数字电子技术之后，能够熟悉并掌握现代大规模可编程逻辑器件的设计、仿真及应用技术。三本院校的目标主要是培养应用型人才，要求学生在具备一定的理论基础上，同时具备较强的动手实践能力，相对于一本、二本院校而言，三本学生的基础薄弱，主动性学习意识也相对欠缺。因此，对于这入门易、重实践、重应用的课程，在三本学校开展可编程逻辑器件应用教学改革探索，提高学生学习效果尤为重要。
一、课程特点与教学中问题
可编程逻辑器件应用课程综合了多门专业基础课的知识，以HDL语言来表达设计意图，以可编程逻辑器件作为硬件载体，以计算机为设计开发工具，以EDA软件为开发环境，以ASIC、SOPC、IP核技术等为综合设计方法，已成为硬件设计工程的主要特征。该课程主要培养学生现代数字电子系统设计能力，是电子信息类专业重要的特色课程。
然而，在多年的课程教学过程中，存在着教师难教、学生难学的现象，教学效果一直不理想，究其原因，主要有以下两个方面。[1,2]
（1）目前可编程逻辑器件课程在教学内容设置和教学顺序安排方面，仍然沿用传统的“先基础后应用”的教学模式，即：可编程逻辑器件原理→VHDL语法基础→组合、时序电路设计→常用电路设计→状态机设计→复杂数字系统设计。
（2）课堂理论教学学时大大多于实验教学学时，实验教学一般安排在“VHDL基本语句”讲完之后才进行，其大部分实验主要以仿真验证、简单设计为主。
这样，这种传统的教学模式存在以下缺点：一开始就用可编程逻辑器件原理、设计流程、庞杂的VHDL语法体系来引导学生入门，使得三本院校的学生难以理解，感觉枯燥乏味；理论教学过程中以原理、知识为核心，实验教学只以巩固和应用知识为主，易造成学生应用能力的培养不足，同时缺乏学生创新能力的培养；实验教学过程易与系统设计分离，使得学生在设计实际数字系统时，缺少系统化的思维，远达不到市场人才的职位要求。
二、CDIO理念的可编程逻辑器件教学设计
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的典型成果，CDIO 分别代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，它是“做中学”和“学中做”的集中概括和抽象表达。[3]对于电子信息专业来说，可编程逻辑器件应用课程的教学计划安排一般为三或四个学分，且一般安排在大三下学期或大四上学期进行教学。在该阶段，学生一般具备了一定的专业知识，能够较好地进行自主学习和应用设计，因而本课程教学完全可以对学生采用实践型教学、做中学的教学模式。本文将以应用型人才培养为目标，结合浙江万里学院（以下简称“我校”）电子信息专业学生的特点，对学生可编程逻辑器件应用能力培养的相关课程内容、实践教学环节和教学方法等进行探索，结合CDIO教学模式，探讨如何培养出适应社会需要的创新型人才。
1.课程内容的编排
采用从课程讲授开始，就激发学生自主学习、理论结合实践的CDIO理念。在课程教学设计上，改变传统“老师讲学生听”，“先理论后实验”的传授模式，而是将重要的知识点划分到若干个项目当中去，学生在完成各个项目中，自动引出知识点，学生主动去学习相关的硬件原理和编程方法，变成一个为了解决实际问题获取知识的过程。在具体实施过程中，将可编程逻辑器件、VHDL语法知识划分为四篇，包括入门篇、解惑篇、实例篇、经验篇，这几部分相辅相成，可以帮助学生在有限时间内有效掌握硬件描述语言。[4]
（1）入门篇，简要介绍可编程逻辑器件原理、设计流程，通過大量实例深入浅出讲解VHDL结构和频繁使用的语法。
（2）解惑篇，对学生常见的一些问题（包括设计方法、仿真、综合，器件配置/下载，器件选型）进行详细解答。
（3）实例篇，给出常用电路的VHDL设计、详细讲解数字系统设计实例、总结设计方法。
（4）经验篇，可综合性地探讨LogicLock设计方法、HDL文件的规范编写等。
2.CDIO理念的项目化实践教学设计
依据CDIO教学理念，可编程逻辑器件应用教学应从生产生活实际出发，选择符合学生知识水平的典型性工程项目作为教学内容，学生们自由组合成若干小组，学生在教师的指导下，按照问题的要求搜集、选择信息资料，通过小组的共同研究，努力去创造性地解决问题、得出结论或完成任务。[5]为了达到这个要求，必须精心准备设置每个项目，采取如下选取原则。
（1）基于FPGA典型开发过程选取项目。可编程逻辑器件应用的开设源于当今IT公司对可编程逻辑器件工程师的实际需求，体现了实践知识与理论知识的结合。如果能基于可编程逻辑器件典型开发过程进行课程设计，以实际公司项目来设计课程项目内容，那么就能更好地实现专业知识和技能的贯通与综合应用。
（2）基于学生职业能力的培养选取项目。本课程对应公司中的具体岗位为FPGA工程师，从公司的工作任务和内容看，FPGA工程师岗位应包含岗位核心能力和基本素质两方面，岗位核心能力可归纳为：一是“系统分析与总体方案设计能力”，由需求分析明确设计任务至总体方案；二是“HDL设计、综合、仿真能力”，完成设计项目的HDL逻辑设计，能够编写测试代码，对设计项目进行功能仿真，应用综合工具，对电路进行综合，生成可编程文件；三是“硬件资源适配、器件选型能力”，能够根据设计项目的规模、速度，合理调配硬件资源，选定可编程逻辑器件的规模、型号和速度等级；四是“系统验证、硬件调试能力”，能够将编程文件下载到目标器件，对硬件系统进行调试，验证设计项目的正确性，如图2所示。
（3）基于教学大纲内容选取项目。项目的选取是教学内容的关键，选取项目必须符合：第一，必须是成熟的系统，包含全部可编程逻辑器件基本单元；第二，必须既有同步数字电路，又有异步接口电路；第三，必须难度适中，涵盖可编程逻辑器件应用设计的典型方法与技巧；最后，规模易调整，功能可扩展，能够为学生的持续性设计奠定良好的基础。基于以上要求和利于学生电子竞赛能力的培养，可以制订如图3所示的教学项目。
3.教学方法
可编程逻辑器件应用教学方法的指导思想是“以学生为本”，目的是把学生培养成满足公司需求，具有良好职业素质和能力的应用型人才。让学生加强对硬件描述语言学习的兴趣，避免以往采取“先灌输知识再实例演示”方法的缺陷，采取先有应用，再有知识点的“实例引出法”方式，充分调动了学生的学习积极性。[6]对于一个集成电路设计人员，有一句名言：“细节是决定项目成败的关键。”针对这个要点，笔者设计了陷阱教学法和典型项目教学方法。对项目中容易出现的细节错误，由教师预先布置一些错误，让学生在完成项目中碰到，这样学生会体会到细节的关键性，养成注意细节的良好品质。除此之外，笔者还设计了典型项目教学法，通过对公司的一些典型项目分析，给学生指出细节的重要性和设计项目具体需要注意到的细节。
三、小结
可编程逻辑器件应用是一门实践与理论相结合的课程，本课程研究通过鼓励、引导学生多参与实践，通过在实践中学，通过实践加深理论知识等方法，达到学生对基本理论和开发方法的掌握，培养适应社会需要的人才。在浙江万里学院校级教学改革项目的推动下，可编程逻辑器件应用课程已经完成了第一轮的课程建设以及实践过程，从学生的接受情况和院系的评价方面都有良好的反映。
参考文献：
[1]石新峰,牟光臣.可编程逻辑器件原理及应用课程实践教学研究[J].新乡学院学报(自然科学版),2009,(3):90-92.
[2]鲍丽星.实验室开设可编程逻辑器件公共选修课的效果[J].实验室研究与探索,2009,(6):134-136.
[3]查建中.论“做中学”战略下的CDIO 模式[J].高等工程教育研究,2008,(3):1-9.
[4]黄任.VHDL入门·解惑·经典实例·经验总结[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.
[5]房汉雄,郭福三,齐怀琴.项目教学法在EDA课程中的应用[J].高师理科学刊,2009,(1):119.
[6]陈李胜.三本院校EDA课程改革探索[J].科教文汇,2010,(1):44-45.
（责任编辑：麻剑飞）
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文