項目式教學法在“現代邏輯設計”課程中的應用

王秀敏，李正權，2，單 良，夏哲雷，殷海兵

(1.中國計量學院信息工程學院，浙江杭州310018;2.東南大學移動通信國家重點實驗室，江蘇南京210096)

隨著信息技術的飛速發展，社會對熟練掌握EDA技術的工程人員的需求量逐年增加，各高校都在積極推進此類課程的建設。我院也于七年前開設了“現代邏輯設計”課程，我們從教學理念、課程體系、教學內容和方法等方面進行了改革，架構了立體化教學體系［2，3］。

1 “現代邏輯設計”課程概述

“現代邏輯設計”是本校電子信息工程、通信工程、電子信息科學與技術專業學科在“數字邏輯電路”的基礎上開設的一門重要選修課。該課程首先讓學生了解數字集成電路及其設計方法，熟悉大規模可編程專用集成電路CPLD/FPGA的內部結構，掌握硬件描述語言Verilog HDL。這些章節主要采用過渡式雙語教學和課堂討論式教學。基礎知識扎實掌握后，在“數字系統綜合設計”課程的教學過程中，采用項目式教學法，引導學生采用模塊化的設計思路對較復雜的數字系統進行設計。整個教學過程圍繞兩至三個相對獨立的項目展開，項目選題經過仔細斟酌要求:①難度適中;②實用和現實生活緊密結合;③具備一定的趣味性，讓學生有更大熱情投入;④和專業相關，通過自主設計對專業知識有更深的理解。

我們通過項目將理論與實踐緊密結合，有利于將書本知識向工程實際擴展，有力地推進學生職業能力的發展［4-5］。

2 項目式教學法的實施步驟

2.1 情境創設，激發興趣

建構主義認為，情境創設是學習者實現意義建構的必要前提。所以我們在教學中不斷構建良好的教學環境，激發學生的學習興趣，培養學生自主學習，該課程的建立可持續發展的良好機制［6］。

在該課程的“擴頻通信系綜合設計”教學中，學生首先需要明確:什么是擴頻?為什么要擴頻?擴頻通信與常規的無線通信有什么不同?

為此我們在教學中設計了如下場景［7］:給學生播放一至兩段二戰時軍事領域如何進行目標偵察的短片，引出了擴頻通信的概念，課后布置他們查閱資料，了解擴頻通信概念和原理。上課時再安排兩名學生利用自己查到的資料進行講解。

2.2 圍繞目標，層層深入

明確了擴頻通信的概念和原理后，我們繼而引導學生作進一步的討論:為什么采用FPGA設計?用Verilog HDL語言設計直接序列擴頻通信需要設計哪些模塊?學生可以得出結論:FPGA具有高度系統化、集成化和標準化等優點，設計一個用FPGA技術實現的擴頻通信收發系統具有較強的實際應用價值。在進行設計時，采用自頂向下的設計方法，從系統設計入手，首先在頂層進行功能模塊的劃分和結構設計。

學生通過研究與討論，設計出擴頻通信系統的頂層模塊，如圖1所示。圖示的模塊包括擴頻、PN碼發生器、調制和振蕩器四個基本模塊，均可采用Verilog HDL語言描述。這些模塊采用原理圖方式構建，表達連接關系和芯片內部邏輯到管腳的接口。在Quartus II平臺上分別實現這四個模塊功能的調試和仿真，再進行系統級聯調，功能驗證完畢，最后進行硬件下載和調試。同時教師引導學生思考本課題研究過程中的關鍵問題:M序列的產生、2FSK調制模塊的設計與實現、擴頻模塊的設計與實現、如何對調制后的信號序列進行解調和調制后模塊的解擴等。

2.3 模塊設計，團隊合作

基本設計思路確定以后，進入項目實施階段。

教師根據學生個人信息，按照知識結構、性格、特長等方面互補的原則協助學生分組。小組成員確定后，明確各自職責。項目負責人全面負責項目的整體組織和協調，保證項目有序開展;助理主要組織編寫和完善所有項目文檔和報告。

圖1 直接序列擴頻方式的頂層模塊圖

各個小組在教師的指導下制定項目的可行性方案，反復論證后主要主要確定最佳方案。教師對各小組方案提供指導意見。

2.4 發現問題，協作研討

在項目實施過程中，教師整體把握，全程引導。重視學生的需求，尊重學生的設計，解決學生碰到的疑惑和難題。

比如，學生在調制器的設計中遇到了如下問題:在用基準時鐘信號對基帶信號進行擴頻，然后再進行FSK調制時發現根本無法調制。這時教師引導學生從基準時鐘上入手查找原因，小組成員經過反復研究發現:擴頻后的信號中出現高電平或者低電平的時間和基準時鐘信號的半周期相差不多，所以根本無法進行2FSK調制。

2.5 時序仿真，達成目標

學生經過認真的編程設計并通過本原多項式得到了不同長度的M序列，經過仿真可得到波形圖。讓學生分析所得到的結果，所生成的M序列的周期與時鐘信號clk的倍數關系，引導學生判斷是否和理論分析的結果一致。

學生對M序列、數字基帶信號和分頻器了解之后，便可分工協作對這些子模塊進行設計編程，最后完成擴頻模塊的主程序設計和仿真，從而得到擴頻模塊輸出波形。

各個小組完成作品設計后，要進行師生互動評價階段。每個小組要對整個設計過程進行自我評價，由項目負責人寫一份評價報告，并向全班匯報和展示本組設計的最終作品，并列舉在項目開發過程中遇到的問題以及解決方案。最后由指導教師對各小組設計方案及實施情況進行評價和總結。

3 結語

本文所述的基于建構主義的教學思想，采用項目式教學法，通過情境創設、激發興趣、教師引導、學生團隊合作和互動交流等的討論學習，可以全面提高學生的分析問題和解決問題能力。這樣可以充分發揮學生的自主學習、協作學習的主動性和積極性，不斷培養學生的研究創新能力。師生通過對項目實施方案的評價與反思，引導學生開展階梯式思維提高獲取新知識的能力。從而使學生的學習能理論聯系實際。

［1］ 李蘭英，崔永利，李妍，沈泓.基于FPGA技術的嵌入式應用型人才培養教學體系，［J］.北京:計算機教育，2011(16):18-21.

［2］ 張紅.談雙語教學環境的建設［J］.北京大學學報(哲學社會科學版)2007年5月:286－287.

［3］ 董宇欣.我國高校開展雙語教學的實踐與思考［J］.北京:北京大學學報(哲學社會科學版)，2007(S2):80-81.

［4］ Tuula Merisuo-Storm，Pupils＇attitudes towards foreign-language learning and the development of literacy skills in bilingual education，Teaching and Teacher Education，2006(5).

［5］ 熊英.建構主義大學英語教學設計［J］.武漢:教育理論與實踐，2010，30(4):53 －55.

［6］ 郭姣，劉艷良.問題式教學法在信號與系統課程教學中的運用［J］.南京:電氣電子教學學報，2010，32(5):83-85.

［7］ 趙娟.擴頻通信技術及其應用［J］.北京:計算機安全，2010.8:21-22.