“ＶＨＤＬ程序設計”課程教學改革探討

摘 要：在簡要介紹VHDL語言特點的基礎上，通過分析目前在VHDL程序設計教學過程中存在的問題，為適應學科發展及培養具有創新意識和創新能力綜合型科技人才的需要，從教學內容、教學方式和考核模式等方面提出改革措施。

關鍵詞：VHDL程序設計 教學改革 探討

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hard-ware Description Language)語言是一種用于數字電路設計的超高速集成電路硬件描述語言，現在已成為IEEE工業標準的硬件描述語言。 VHDL語言有很強的電路描述和建模能力，能從多個層次對數字系統進行建模和描述，從而大大簡化硬件設計任務，提高設計效率和可靠性。而且，基于與具體硬件電路無關和與設計平臺無關的特性，VHDL語言具有良好的電路行為描述和系統描述的能力。因此，我國高等學校電子信息類專業把VHDL語言列為主干課程，作為電子專業學生必須掌握的專業工具。

本文就VHDL程序設計教學中存在的問題，以提高教學質量及學生理論水平和實踐能力為出發點提出相應改革措施。

一、存在的主要問題

目前，在VHDL程序設計教學中存在著以下幾方面的問題。”

1 教學內容組織與安排不盡合理

首先，教學過程中未能做到語言與程序設計有機結合。“VHDL程序設計”課程是VHDL語言與程序設計相結合的一門課程，這就要求教師在授課過程中，既要講解VHDL語言的一些語法規則，又要重視程序設計。但有時任課教師對該門課程的教學內容的尺度和把握不夠，往往把重點放在講述一些學生不感興趣的語法規則方面，這一方面容易使學生喪失學習興趣，另一方面沒有達到教學目的，有損教學質量。

其次，沒有充分發揮實踐教學的優勢。“VHDL程序設計”是一門實踐性很強的課程。當前，實踐教學存在很多弊端。在實踐環節常用模式中，基本遵循著教師布置與程序設計語言教材相符的任務，學生通過上機來驗證教材和講課的內容以及自己所編的程序正確與否。這樣導致學生只會解決書本上的問題，而對于現實問題卻很茫然。

2 考核模式簡單不合理

VHDL是程序設計開發語言，應注重程序編程能力的培養。大多數院校在安排考核時，按照傳統的“7+3”的模式，即期末筆試考試成績70％，平時成績30％，導致大多數同學只注重最終考試的卷面成績。由于筆試的限制，理論概念知識所占比重比較大，結果學生只注重理論知識的學習，對平時上機實驗關注較少，從而達不到培養學生編程能力的目的，教學質量得不到保證。

二、教學內容的改革

由于VHDL賴以使用的器件種類多、更新快、結構復雜，所以課堂上的講授只能起拋磚引玉的作用。教學目的就是使得學生知道怎樣著手去學習VHDL的語法結構、硬件結構特點，把握學習VHDL語言的重點，進而自己探索和掌握先進的電子設計方法。因此在教學內容的組織上尤其需要注重教學內容如何體現培養實踐能力。“VHDL程序設計”的教學內容的改革可分為3個階段，具體內容如下：

第一是初步學習階段。該階段為VHDL語法結構的初步教學和EDA開發環境的熟悉。首先介紹VHDL技術的發展史及相關基礎知識，從一般角度討論VHDL的產生、應用和開發環境。其次介紹可編程邏輯器件(CPLD/FPGA)的內部結構，使學生對可編程邏輯器件的硬件結構和特點有所了解，能根據科研項目合理選擇可編程邏輯器件。最后對VHDL語言進行介紹，包括程序設計基本結構，語言要素，語法結構等，使學生掌握VHDL語言的結構、行為和功能，并詳細介紹Altera公司QUARTUSⅡ開發軟件。

第二是基礎學習階段。該階段為熟悉實驗裝置。我院采用的VHDL實驗裝置是ALTERA公司的DE2平臺，讓學生在該平臺上完成一些基礎性實驗，進一步熟悉VHDL開發設計環境和掌握VHDL設計流程。

第三是提高階段。該階段為開展綜合實驗和創新實驗。主要鍛煉學生應用VHDL綜合實驗平臺開展一些綜合實驗。同時學生可自行在VHDL綜合實驗裝置上進行創新實驗。學生可以根據自己的興趣和研究需要具體選擇和設計實驗內容，獨立完成設計任務，并提交實驗報告和源程序代碼。

三、教學方法的改革

教學方法的改革主要包含以下三個方面：

1 采用啟發式教學

首先要明確的是VHDL并非是針對硬件設計而開發的語言，而是被我們用來描述設計硬件的語言。這就決定了絕大部分電路設計要遵循寄存器傳輸級的模式來編寫代碼，而不能隨心所欲地寫僅僅符合語法的HDL代碼。任何符合HDL語法標準的代碼都是對硬件行為的一種描述，但不一定是可直接對應成電路的設計信息。通過這樣的啟發式教學，讓學生建立硬件描述的概念，從而把每一步設計與具體硬件有效的結合起來。

在實驗環節中，只設定題目和要求，對沒有學過的知識進行必要的提示，讓學生獨立思考，通過自己學習來發現知識、掌握原理、提高能力。

2 采用多種媒體教學

在課堂教學中，應多采用黑板粉筆和電子教案相結合的方式。電子教案中包含講課的梗概、要點、基本語法、程序、仿真結果等，具有系統性，可以成為學生課后復習的參考資料。另一方面“VHDL程序設計”這門課程少不了要結合具體程序講解設計過程，板書將會花費大量時間在抄寫上。此時，可以將板書和多媒體相結合，程序等用多媒體演示，講解時關鍵地方可使用板書注解。對于教學過程中需自學的內容，則制作成多媒體課件，放在網絡課堂上運行，使學生能夠充分利用課余時間。在實驗教學中，采用電子教案和錄像片的方式，便于學生反復觀看，反復琢磨。

3 網絡教學

開展網絡教學可以與課堂教學互補，教師可以面對每一個學生，真正做到“因材施教”。網絡課堂中可設置“課程介紹”、“公告欄”、“電子教案”、“教學資源”、“師生討論”、“教師答疑”、“問題集錦”等多個欄目，充分滿足學生學習和交流的需要。另外，網絡課堂中還可開設論壇，學生可以在論壇中相互討論、相互學習，這樣就打破了時間和空間的界限，拓寬學習課堂。現有的“ESDA專題學習網站”也為今后網絡教學的開展提供了良好的基礎。

4 考核模式的改革

現行的考試往往都是由單一的筆試來決定學生水平的高低，對于“VHDL程序設計”這種實踐性很強的課程來說，這與以能力培養為目標的教學思路是相違背的，不能反映學生的真實水平。考慮到上述因素，學生的最終成績宜以以下三部分組成：平時成績占15％、筆試成績占60％、實踐能力測試成績占25％。在實踐能力測試中，選擇一些設計性題目，制訂出詳細的評分標準，這樣可以讓動手能力強的學生脫穎而出。對于理論知識的考試，可以建立相應的題庫，放在網絡中供學生平時自主學習。

四、結語

通過這幾年VHDL的教學，筆者深深地體會到：第一，“VHDL程序設計”是一門應用性強、涉及面廣的技術應用型課程。隨著新技術的不斷發展，其教學內容也要相應地不斷調整提高，教學方法和教學形式也應不斷改進，這樣才能培養出能夠適應技術發展的有創新能力的復合型應用型人才。第二，教師不僅要精通理論知識，還要有豐富的程序設計經驗，能夠熟練地指導實驗。對學生提出的問題要能夠結合課堂知識和編程經驗加以解決。第三，任課教師自己也要不斷學習、實踐和總結，將最新的技術成果和實踐心得引入到教學的內容中，實現教學相長的良性循環。

參考文獻

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(文字編輯、責任校對：王麗華)