產學研聯動模式下的可編程邏輯器件技術研究

陳景霞　鈕文良　李琳　肖琳　袁克亞

摘要：可編程邏輯器件作為電子領域的重要硬件，該技術的研究及學習除了傳統的實驗輔助方法外，還應結合當前電子市場的需求，以及借助企業工程實踐的力量 ，共同開發出適合高職學生的課程設計策略和課程內容。本文在實驗輔助型技術研究的基礎上引入新的創新的研究模式-產學研聯動模式，指出該模式下企業、高校、科研機構缺一不可，整個鏈條有機結合，才能做到人才、智力、經濟、科技的緊密銜接，才能實現可編程邏輯器件學習的終極目標。

關鍵詞：產學研 電子 可編程邏輯

中圖分類號：TM932 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0000-00

可編程邏輯器件（Programmable Logic Device，PLD）指的是器件邏輯功能按照用戶編程來確定的半定制集成電路，其發展經歷了從邏輯規模較小的簡單PLD（PROM、PLA、PAL、GAL）到采用大規模集成電路技術的復雜PLD（EPLD、CPLD、FPGA）的發展進程，在結構、工藝、集成度、速度和性能等方面都得到極大的提高。《可編程邏輯器件及應用》課程主要以復雜可編程邏輯器件中的FPGA為硬件載體，講授該類PLD的應用方法和內在規律。本課程是電子信息工程技術專業的一門專業方向必修課，其具體任務是：通過本課程的學習使學生具備FPGA基礎開發、實例開發和高級應用的能力，提高工程實踐能力，學會應用FPGA技術解決一些簡單的電子設計問題，并為將來從事電子信息工程和電氣工程等領域的工程應用打下基礎。

1課程現狀

本課程已經連續開設了多屆，目前的教學設計方案是實踐服務于理論，整個課程以理論為主線，學生做實驗是為了更好的理解課堂上的理論知識或者方法，對于大部分的章節都有配套的基礎實驗。顯然，當前的課程教學方法和設計方案在一定程度上起到了加深理解可編程邏輯器件相關原理、設計方法的作用，然而鑒于高職學生的特點，如缺少學習枯燥理論的耐性、傳統授課注意力難以集中、與單純聽講理論相比，更多地喜歡實踐操作等。另一方面，電子類課程的學習離不開對當前社會電子產業發展的現狀的了解，以及社會對電子類專業的需求。因此，該課程還需要進行適當改革，以找到適合當前授課對象和社會需求的教學模式和方法。本文將“產學研”聯動模式與《可編程邏輯器件及應用》課程相結合，以激發學生的求知欲和對專業課程的學習熱情，相信可以進一步促進良好學風的形成。

2 傳統實驗輔助型研究模式

根據教學大綱，學生通過掌握FPGA專業知識的基礎上，應該達到以下的能力目標：

（1）基本組合邏輯電路和時序邏輯電路的VHDL描述。

（2）簡單數字電路的設計，如7段數碼顯示譯碼器設計、簡易分頻器設計等。

（3）能設計簡單有限狀態機，如交通信號燈控制器設計等。

（4）對于簡單的數字系統能迅速得出其需求分析表，列出其硬件組成和軟件構思等。

（5）能夠借助Quartus Ⅱ開發平臺完成一些簡單的SOPC嵌入式系統的設計，包括Nios系統基礎實驗（流水燈實驗，JTAG UART通信實驗、按鍵中斷實驗、計數顯示實驗）和綜合實驗（電子樂器實驗）。

（6）培養學生軟件和硬件協同開發的能力以及團隊合作精神。

傳統的實驗輔助型教學方法，是教師為了實現以上的教學目標，以某本教材為指導，將整個教學過程分為若干個章節，分章分節來講授。為了使得學生易于掌握和驗證所學的知識，多數章節配套有相應地實驗，如圖1所示。顯然，相對于純粹的理論授課，該方法在一定的程度上起到了輔助教學的作用，使得所學知識更加直觀，一定程度上也引起了學生的興趣和學習熱情。

但隨著電子技術的迅速發展，原有的電子類人才培養方案落后，教學方法、培養模式都比較單一，學術型人才已經很難滿足需要了。因此綜合性人才如何培養，培養模式單一的狀況如何改變，成了迫切需要解決的問題。

3 產學研聯動模式下的研究模式

所謂產學研，即產業、學校、科研機構等相互配合，發揮各自優勢，形成強大的研究、開發、生產一體化的先進系統并在運行過程中體現出綜合優勢。產學研合作是指企業、科研院所和高等學校之間的合作，通常指以企業為技術需求方，與以科研院所或高等學校為技術供給方之間的合作，其實質是促進技術創新所需各種生產要素的有效組合。

在這樣的社會背景下，本課程的教學設計可作如下調整：

首先，專業教師和企業工程師共同研討，制定適合的教學案例，并以案例為主導，融入專業知識。《可編程邏輯器件》課程，根據其課程內容以及目標，通過企業、任課教師共同商討可以基于FPGA的智能小車作為貫穿整個課程的教學實物。

課程的第一堂課，就是給學生演示類似圖2所示的智能小車，詳細說明操作要領及其功能，主要說明各功能對應的的基本原理框架。這樣，從課程的開始就吸引學生的眼球，并引起學生濃厚的興趣，但也從一開始就給學生一點點滲透課程的基本內容，既生動又不失深度，區別于純粹的只講操作不講原理的實踐操作類課程。此課程導入的方式遠比，用圖3所示的框圖要效果好得多。

接著，將智能小車系統的各個模塊展開成圖4所示的硬件結構。并在講述每個功能的實現過程中滲入課程相關的理論知識，如FPGA系統開發流程、Avalon總線、Nios常用外設編程知識。

如此，在企業工程師的協助下，以系統工程開發為主線，在實現功能的過程中穿插理論知識的講解，既能提高學生的學習興趣，同時也使得校內所學的技能是以解決實際問題為目標。

與此同時，教師和學生都應該到有合作的企業中去鍛煉和學習，這樣可進一步提升二者的社會實踐能力。學生在求學期間的實習，對于企業來說，屬于性價比較高的勞動力，企業的有些功能模塊可以直接拿進校園來完成，這也是校企合作中，企業能夠有效且可長期配合的動力。

校企共建研發、實習基地，校企共同制定人才培養計劃，通過密切的產、學和研的結合，能將整個鏈條有機組合，將人才培養、科技研究、企業發展等多個環節融為一體。做到產業、學校、科研有機結合，人才、智力、經濟、科技的緊密銜接。

4結語

本文從實驗輔助型教學方法的缺點觸發，引入新的創新課程研究模式-產學研聯動模式，并具體說明該模式在本課程中的具體實施，指出該模式下企業、高校、科研機構的有機結合，才能實現可編程邏輯器件學習的終極目標。

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收稿日期：2016-03-28

基金項目：北京聯合大學2015高職特色實踐類課程建設（可編程邏輯器件及應用）項目支持。

作者簡介：陳景霞（1979—），女，山西夏縣人，碩士，講師，主要研究方向為電子系統設計和電能動態計量。