基于CDIO工程教育理念的FPGA技术课程教学改革,该文是教学改革类有关论文范文集与理念和教学改革和CDIO类论文范文.
教学改革论文参考文献：
［摘 要］基于CDIO 工程教育理念,高校FPGA 技术课程教学应针对教学方法、实践内容、实践方式以及考核方式等方面进行改革探索.教师可综合运用演示法、对比式、案例式等教学方法提高学生的学习兴趣；将当前社会主流的FPGA 应用项目分解于实验内容中,使学生在课堂实践接触的内容与当前社会需求接轨；以项目或任务的方式建立课外创新小组,形成课堂课外线上线下多元实践方式,充分调动学生的积极性,提高其工程实践能力；结合CDIO 工程教育标准在考核,方式上侧重于实践操作能力考核.通过这些改革措施最终能培养学生利用已学的理论知识解决工程实际问题的创新精神和综合能力,以满足当前社会对高质量FPGA 技术人才的需求.
［关键词］CDIO；工程教育；FPGA 技术；教学改革
［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2018）11-0064-03
○、引言
随着集成电路和计算机技术的飞速发展,可编程逻辑器件为数字系统的设计带来了极大的灵活性［1］.FP?GA（Field Programmable Gate Array）即现场可编程门阵列,作为可编程逻辑器件的一个重要分支,其因直接面向用户,具有极大的通用性,以及使用方便、开发效率高、成本低、工作可靠性高等特点.该技术在通信、数据处理、网络、工业控制、云计算、军事和航空航天等领域不断得到广泛应用.由此,社会对熟练掌握FPGA 技术的高素质高校毕业生的需求逐年增加［2］.国内各大高校自20世纪90年代末起陆续开始进行FPGA技术相关内容的课程建设,旨在提高学生利用FPGA器件进行电子系统设计的能力,加强FPGA技术相关人才的培养.然而,人才培养的速度仍然未能赶上相关技术发展对相关人才需求的增速.特别是近年来,FPGA技术再次进一步发展,其所提供的性能、成本、功耗和容量都已经达到甚至超过此前专用IC或专用标准器件（ASSP）的水平,应用阶段已经从最初主要应用于原型设计逐渐延伸到最终产品的整个生命周期,甚至有专业人士认为,21世纪最具决定性的集成电路技术就是FPGA 技术,它现在已经成为集成电路设计工程师必须掌握的技术之一,整个社会对相关人才的迫切需求达到了一个新的高度.
二、FPGA 技术课程教学现状分析
目前,基于FPGA 技术的集成电路设计是一门理论与实践相结合的课程,已被大部分高校电子信息工程等相关专业作为主要授课课程.其主要目的是：使学生熟悉现代数字系统的设计方法,使他们的思维从功能电路设计转向系统设计,由传统的通用集成电路的应用转向可编程逻辑器件的应用,从硬件设计转向硬件软件高度渗透的设计；拓宽学生的数字技术知识面和设计能力,全面实现数字系统设计的自动化.总体而言,该课程需要特别注重对学生实践能力的培养.但是现在高校FP?GA技术课程教学普遍存在如下问题：
第一,由于学生基础课程掌握不牢,同时受实验条件及师资的限制,一些高校在FPGA 相关课程教学中偏重于讲授硬件描述语言,而在FPGA 应用方面涉及很少,导致学生学习与现实应用脱节,难以适应FPGA技术快速发展的需求.
第二,FPGA课程传统的教学方法强调以课堂为中心、以教师为中心、以教材为中心,主要以讲授为主,而忽视学生的积极性、主动性及创造性的发挥,这将影响FPGA 技术的教学效果,使学生接受知识的意愿与能力下降.
第三,FPGA课程实践时间少,实践方式单一,实验内容基本侧重于基础验证性实验,同时考核方式更侧重于期末考试,直接导致学生的实践技能较差,就业时难以满足企业需求.
面对FPGA技术高素质、高质量人才的需求与高校FPGA技术课程教学现状的矛盾,各高校迫切需要对FP?GA技术课程教学进行改革探索,形成一套完整的培养体系,大幅提高学生的系统设计能力与工程实践能力,满足社会对相关人才日益增长的需求.
三、基于CDIO 工程教育理念的FPGA 课程教学改革
CDIO 工程教育模式是由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等多所高校针对教育模式改革研究出的工程教育新方法.CDIO 是Conceive（构思）、Design（设计）、Implement（实现）和Operate（运作）四个英文单词的缩写,它以产品自研发到运行的完整生命周期为载体,着重培养学生的工程能力,包括个人的工程科学和技术知识,终身学习能力、团队交流能力和大系统调控等方面的能力,让学生在实践与理论课程有机结合的教学中,以主动、实践的方式学习工程［3］.它特别强调学生在实践、在“做”的过程中学习知识、掌握知识.实践教学和课外活动不仅能够使学生深化已掌握的知识,而且是一种很好的了解、接触社会,培养情趣、思维、实践能力等综合素质的教育方式,由此培养学生自己去创造、体验和发现的能力,使学生做到学以致用［4］.FPGA技术课程教学本身具有实践性强、学习内容多且更新快等特点,其最终的培养目标与CDIO工程教育理念非常契合.因此,在其课程教学过程中引入CDIO的工程教育理念,进行理论研究和实践探索,可以较大程度地提高学生在FPGA技术与集成数字电路设计方面的工程实践能力,以适应社会和企业的需求.
（一）教学方法改革
基于CDIO工程教育理念,变革教学方法.传统的教学方法过于枯燥,局限于书本,对FPGA技术课程应用教学涉及远远不足,导致学生学习兴趣不强、知识理解不够,从而形成恶性循环,导致学生知识掌握得不牢固,更不用说综合运用了.因此,在FPGA 技术的教学方法改革中,应基于目标导向,认真研究课程中需讲授的内容,并针对不同的教学内容,采用不同的教学方法以提高学生的学习兴趣,同时注重将知识的重点和难点融入实例中讲解,以加深对学习内容的理解运用.比如,针对数字系统设计概述的教学,以时间为主线对可编程逻辑器件与电子设计自动化技术的发展进行讲解,同时要求学生利用图书馆、网络等资源进行查阅了解并完成相应报告,以此培养学生的学习兴趣与锻炼他们搜索资料的能力；针对基于原理图设计方法教学则采用演示法教学,对基于原理图设计与FPGA的开发流程进行演示讲解,同时要求学生们在课堂里跟随教师的演示步骤一起操作,加深对于相关操作的印象；针对VerilogHDL基础语言教学,采用对比式教学,首先结合已学过的C语言编程技术对比讲解完成基础语言的语法学习,加深学生对具有相同语法的部分的印象,与C语言编程语法不同的部分则是VerilogHDL语言特有的编程语法,需着重讲解,加深学生的理解与应用；然后结合数字电子技术课程中典型器件功能电路（如选择器、译码器等）与Veril?ogHDL语言的实现一一进行对应式教学,使得学生在学习的过程中既能巩固数字电子技术的内容,也能达到深刻理解并能运用相应的VerilogHDL语言代码；针对Ver?ilogHDL语言中状态机的教学,则采用案例式教学,通过十字路口交通灯控制系统与ADC采样控制系统的设计案例完成对时序进程和组合进程及状态机一般化运用方法的讲解.通过不同教学方法的交叉使用,可以有效提高学生的学习兴趣并增强对所学内容的理解与运用.
（二）实践内容改革
基于CDIO工程教育理念,变革实验内容.FPGA 技术的实践性和应用性很强,并且相关技术内容更新较快,传统教学实验课内容中验证性实验占据绝大部分比例,虽然加深了学生对相关内容的理解,但对学生的主动学习和综合运用能力锻炼太少,直接导致培养的人才与企业的实际需求脱轨.因此,需要对实践教学中的实验内容进行改革,坚持“重基础与技能、求综合与创新”的改革思路,通过内容导向,加强学生工程思维、调试和分析能力的训练,提高实践教学体系的创新性、综合性.本次改革设置了课内实验内容和课外实验内容.其中,课内实验设置三种类型,分别为基础性实验、提高性实验和综合性实验.其中,基础性实验内容为原理的验证与对基于FPGA设计软件的处理流程的熟悉,这一部分应当在早期实验课中进行训练,同时需要降低其在整体实验内容的比例；提高性实验内容则是在熟悉相关原理的基础上,通过Verilog语言进行简单电路的设计并结合仿真工具的应用完成电路功能的验证,这一部分应在基础性实验后进行训练,其所占比例也不应太大；综合性实验内容则需结合给定资料,通过自顶向下的设计方法进行分析,完成分电路模块的设计与仿真验证,最后将多个电路模块组合设计,完成整体功能的仿真验证并进行硬件下载,这一部分在后期实验课中进行训练,需要在整体实验内容占据大部分比例.整个课程通过基础性、提高性和综合性实验循序渐进的训练,完成对学生FPGA技术的综合性实践能力的培养.而课外实验内容则更多选择贴近实际生活需求的内容或当前企业需求涉及FPGA技术的内容进行拆分和凝练,形成综合训练较强的实验内容.目前,课程组提供的相应课外实验内容有数字跑表、数字频率计、电子琴和VGA显示控制等.这些课外实验项目的设计实现既能提高学生兴趣,又能增强他们继续进行深入学习的信心,同时其训练内容也与社会需求接轨.
（三）实践方式改革
基于CDIO工程教育理念,变革实践方式.传统的FPGA技术实践方式只局限于课内实验课,而课内实验课程时间短,教师与学生、学生与学生之间的交流较少,实践的机会非常少.CDIO工程教育模式要求把培养目标融入整个课程体系中,每一个能力点都要具体落实到课程和课外活动中［5］.因此,在课程实践方式上基于时空导向进行改革,恰当利用课外时间与网络平台,形成课上课下、线上线下的实践方式,建立教师与学生、学生与学生相互之间的多元化交流平台.本次实践方式改革立足于课外,现有两种实践方式：第一,根据上节所述课外实验内容,教师在理论课教学的过程中根据学生的学习情况将相关内容布置给学生,要求学生利用课外时间完成相关实验内容的设计、综合、实现与仿真验证；而在实验课内,学生可在完成课内实验的基础上对课外实验进行硬件的下载验证与测试,这样可以提高学生对相关硬件平台的利用率.第二,根据当前FPGA主流技术或者教师自身的实际科研项目建立课外创新小组,为每个小组分配相应的任务；同时,由教师引导小组内成员相互沟通并进行分工协作,并及时对创新小组遇到的问题进行线上线下讨论、分析,然后就其阶段性成果在课堂上或网络平台进行成果发布,调动每个学生的积极性；同时在课内课外鼓励学生积极参加全国大学生电子设计大赛、创新创业大赛和申请大学生创新基金项目等多种实践性活动,不断锻炼学生的自行发现问题、分析问题及解决问题的能力,以及沟通交流、语言表达和协作能力,不断增强学生的自信心.
（四）考核方式改革
基于CDIO工程教育理念,变革考核方式.考虑FP?GA技术的实践性要求,结合CDIO工程教育标准,教师在考核方式上要基于过程导向进行改革,整体倾向整个课程学习中的实践操作能力考核.最终确定FPGA技术课程考核方式为：考勤与平时作业占最终成绩的10%,期末考试成绩只占最终成绩的40%,而实践考核占最终成绩的50%.其中,实践考核分为平时实验与实验考试,平时实验过程需完成课内实验指导书指定的内容,同时还需完成课外实验内容指定的任务,根据学生的设计、仿真、下载和实验报告给出平时实验分值,综合平均多次实验的成绩作为平时实验成绩,该部分占实践考核成绩的60%.实验考试为教师预先给定一部分综合性题目,学生抽签选择实验题目并在规定时间内完成电路的设计与功能验证操作并进行器件的下载,然后在实验箱上演示电路功能；在进行功能演示的同时,学生需对设计的思路、验证的方式进行叙述讲解,教师根据学生的完成情况和内容叙述给出实验考试成绩,该部分占实践考核成绩的40%.改革后的考核方式通过平时实验过程考核与最终的实验考试的综合考核,锻炼学生查阅资料、工程设计与实现、文字总结叙述与语言表达等综合能力,达到培养高素质FPGA技术人才的目的.
四、结束语
本文针对高校FPGA技术课程内容多且更新快、实践性强的特点与教学现状,在教学过程中引入CDIO工程教育理念,基于目标导向、内容导向、过程导向等方式,从教学方法、实践内容、实践方式和考核方式四个方面进行教学改革,充分调动了学生的积极性,不断增强学生的主动学习意愿,激发了学生的理解能力和创新性,提高学生发现问题、分析问题、解决问题的工程能力以及文字总结与沟通交流能力,达到培养高素质、高质量人才的目的,以适应当前社会FPGA技术不断发展的需求.
综上资料:此文是关于理念和教学改革和CDIO方面的教学改革论文题目、论文提纲、教学改革论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文.
基于CDIO模式的高职数据库应用技术课程教学改革
摘要高职软件技术专业的基础核心课程之一是数据库应用技术,通过对数据库应用技术课程传统教学模式中的问题进行分析讨论,将工程项目的生命规律作为载体,在教学内容、目标和组织以及手段考核……方面,对数据库应用.
教育理念下的高职英语教学改革
为充分满足当前用人市场的整体需要,在开展高职英语教学时,必须充分注重转变传统英语教学活动的思想不足,忽略了人文意识的必要融人,因此,在当前高职英语教学活动具体实施过程中,只有密切关注时代要求,彰显改革.
高职谷物加工技术课程教学改革
摘 要谷物加工技术是高职院校粮食工程专业的技能领域的一门核心课程,具有很强的实践性,传统教学方法重理论、轻实践 本文以开展“理论 实践”一体化教学模式为起点,从明确教学目标、整.