应用型本科fpga课程教学模式探索

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1、应用型本科FPGA课程教学模式探索　　摘要：近几年来，FPGA技术飞速的发展，众多高校争相开设FPGA课程，本文通过分析教学过程中出现的问题，提出了结合工程应用的课堂引导教学，以学生团队为主体的项目实践性教学，建立辅助教学手段等有效方法，改变了传统的按部就班、单一的课堂教学模式，提高了教学质量。关键词：应用型本科；FPGA；教学模式中图分类号：G642.0文献标一、前言8FPGA技术经过二十多年的发展，现在已经被广泛应用到各个领域，并成为越来越多领先技术的系统解决方案。从2000年起FPGA技术

2、开始引入国内电子工程专业的研究生教学中，并在2005年后开始在本科生教学中大面积铺开[1]。当时由于FPGA刚刚进入中国市场，无论对于教师、企业研发人员，还是本科生、研究生来说，FPGA的教学几乎都是同时展开的，一切从零开始，摸索着前进。但7年后的今天，FPGA技术已经相当成熟，从当初的仅仅在研究生阶段才开设的FPGA课程，到现在各大高校本科阶段都争相开设，FPGA技术的普及程度越来越高。但FPGA作为一种实用技术面临的最大问题是产品性能更新换代的速度快，从教学内容、教学思想到教学资源都面临不断

3、更新的问题。在这里不仅有一个教师如何适应电子技术的发展，自身不断学习提高的问题，而且还有一个如何将新知识有效传输，让学生学到真本事，使学生在毕业后能够更快地适应工作的问题。建设应用型本科为主的独立学院，面临的问题很多，但突出实践教学，跟上技术的进步始终是我们应把握的方向。笔者在这7年中作为学生和教师的双重身份，见证着FPGA在国内的发展，深深体会着FPGA教学的逐步变化，从不同的角度剖析现有FPGA教学中还存在的诸多问题。现在把教学过程中遇到的主要问题及解决方法与大家探讨，希望可以更好地促进FP

4、GA教学的发展。二、FPGA教学的现状及问题8长期以来，由于独立学院实验室条件有限，FPGA技术的课程教学仅仅局限在理论教学中，导致教学过程中出现了教师难教，学生难学的情况，严重影响了教学的效果，最终导致整个课程学习下来学生依旧无法独立开发FPGA项目，仅仅是纸上谈兵。传统的FPGA教学一般都是先介绍可编程门阵列的结构特点，然后介绍EDA软件工具的使用，接着花大量的时间讲解硬件描述性语言[2]。这种传统的按部就班式的教学模式，虽然对夯实理论基础很有帮助，但是毕竟教学课时是有限的，对学生来说现在所

5、学到的东西让他们没有方向感，甚至不知道这个FPGA到底怎么用、用在哪。如果一味进行课堂教学，缺少实际的动手操作或者工程实践，就会造成学生的学习兴趣不浓，现在很多学生都对这种传统的教学模式感到枯燥。目前FPGA课程中硬件描述语言教学通常选择VHDL语言，国内外教材也大多使用VHDL语言编写。VHDL由美国军方组织开发，正由于军方的优势，使其在1987年就成为了IEEE标准[3]。VHDL语法规范严谨，由于其历史较长，参考资料及程序范例也更加容易寻找，但不足之处也是显而易见的，对于学生来讲，它是一种

6、全新的、独立的编程语言，无论对于电子专业或者计算机专业的学生来说都需要从头学起，增加了学生的学习负担，容易在一开始打击学生的自信心。三、改进FPGA教学的探讨FPGA这门课程的教学目标是要使学生在掌握基本原理的基础上，能自主实现系统设计，这就需要给学生提供一个真实的系统设计案例，让学生从中体会和感悟设计思想、设计过程以及分析问题的方法，在教学过程中，利用“逐项引导+项目驱动”的教学模式，培养学生的自主学习能力、系统设计能力和语言表达能力。本文结合我校FPGA课程改革前后的对比，探讨FPGA教学模

7、式的改变对FPGA教学所起到的效果。81.结合工程应用的课堂引导教学。在学生学习FPGA的入门阶段，尚未熟悉设计方法与技巧，对于FPGA的应用还一无所知，此时采用案例教学法最为适宜，结合工程应用的课堂引导教学，通过剖析工程案例，引导学生以个人自学、集体讨论、小组展示演讲等形式，分析和研究工程案例，从而激发带动学生主动思考，培养学生发现问题、解决问题，归纳和总结问题经验的能力。例如，在学生第一次操作实验时，通常都会使用控制LED灯交替闪烁的方式学习对单个管脚的控制。而我在这个实验的基础上，引入十字

8、路口交通灯的问题，引导学生分组讨论如何利用现有知识实现实际工程应用，在实现的过程中，有何优点与不足，如何加以改进，如何完善功能等，在集体讨论中，各组代表介绍本组的方案，其他各组可以提出反驳，引起辩论，最终得出最优方案，集体论证方案的可行性，确定最终方案，并在软硬件中实现功能。通过这样的课程学习，学生对FPGA设计的一般流程有了深刻的认识，极大地提高了学生主动学习的兴趣，在一正一反的辩论中产生了更多的思想火花，加深了对FPGA应用的理解，解决实际问题的能力得到了极大加强。82.以学生团队为主体的项