實踐教學工程化探討

馬玲

摘要：培養實踐動手能力強的本科應用型人才是就業市場的需求，本文以《CPLD/FPGA設計及應用》課程教學改革為例結合實踐教學工程化展開討論，提出實踐教學的三個層次，以及在教學組織和教學內容安排上模糊理論課教學和實驗教學的概念，理論課教材和實驗教材整合為一體，教學過程在實驗室進行的教學改革，經過教學實踐取得較好的教學效果。

關鍵詞：實踐教學；工程化；CPLD/FPGA；教學改革

“就業市場招工難，學生畢業就業難”這一怪相已存在多時，似乎已經被人視為見怪不怪了。1999年以后大學擴招后涌現大量本科院校，然而學校對于如何面對就業市場確定自己辦學定位的認識存在缺失，大學本科精英教育的慣性思維造就這一社會怪相。

不同層次的學校根據辦學條件，生源條件在不同階段應有不同的選擇。以應用型人才培養為例，它可以是不同層次的，如專科、本科、碩士甚至是博士。

根據近十年的摸索，針對電子技術類本科高素質應用型人才培養做了一些嘗試，我們認為培養目標可解釋為：具有某些非操作性的特殊技能，利用成熟的開發工具，能將成熟的技術（算法）應用于項目，通過軟件編程硬件開發最后獲得工程上的實現，構成一個具有實際應用意義的系統。畢業生具備在一定應用領域內的基礎知識與專業知識，以便于技術交流與溝通，以便于技術拓展與升級。在現階段和今后一段時間內，掌握電子設計自動化技術，熟悉主流軟硬件開發環境，圍繞單片機、復雜可編程邏輯器件CPLD/FPGA、ARM嵌入式芯片和部分大規模專用集成電路芯片開發應用，在某一應用領域（專業）能（或初步）具備承擔移動智能設備的研發能力。

其創新體現在工程實現過程之中，一般不涉及原始的技術創新。我們的目標重點是培養工程師、高素質勞動者等。要達到這一目的，強化實踐動手能力的培養，走實踐教學工程化的路子非常重要。

實踐教學是高等學校實現培養人才目標的重要環節，它對提高學生的綜合素質，培養學生的創新意識和創新能力，有著非常重要的作用。要培養高素質人才，就必須重視實踐教學環節。實現所謂實踐教學工程化就是把項目作為實踐教學的載體，學生獲取知識是在圍繞項目的工程實現過程之中。通過理解項目內容，能夠完成項目相關工作，即根據項目經濟技術指標，在有限時間內采用某種成熟技術按照系統的功能要求最后獲得工程上的實現。

如果把實驗教學作為實踐教學工程化的第一個層次，那么課程設計是實踐教學工程化的第二個層次，第二課堂和畢業設計是實踐教學工程化的第三個層次。

結合《CPLD/FPGA設計及應用》課程教學改革，我們在強化實踐動手能力的培養，在實踐教學工程化方面做了一些嘗試。在教學組織和教學內容安排上模糊理論課教學和實驗教學的概念，理論課教材和實驗教材整合為一冊，教學過程在實驗室進行，不單設實驗課程。其內容從EDA的概念到可編程邏輯器件的引入；從Quartus II軟件的安裝到低密度邏輯器件的設計；從硬件描述語言到數字邏輯電路的設計；結合案例掌握復雜可編程邏輯器件的設計方法；掌握各類工程模塊電路的設計方法，從圖形設計輸入、編譯、軟件仿真、下載和硬件測試等全過程；熟悉模塊電路的特性及典型應用。

對實踐教學工程化實踐教學的實驗平臺，采用PC機加開發板，帶有CPLD/FPGA主芯片、外圍電路及接口的最小系統。學生可以完成系統安裝、計算機編程、仿真、下載、硬件測試和系統運行全過程。在講授完一個課程單元后，學生在課堂現場馬上可以結合講授內容按要求完成相應的實驗內容，讓學生對軟件編程和硬件的調試有一種看得見、摸得著的實際體驗，使學生有新鮮感和成就感激發了學生學習的積極性和主動性，使學生具有理論基礎和實驗技能。這里完成實踐教學工程化的第一個層次的教學任務，為后面的教學打下基礎。

課程設計是實踐教學工程化的第二個層次，是實踐教學工程化的具體體現。選擇多個典型實際應用課題，依據項目的難易程度為順序，依據項目的工程實現為線索，以項目開發方式，立足項目開發流程組織安排教學。從項目的需求分析到劃分邏輯模塊，從邏輯模塊到工程模塊，從軟件編程到計算機仿真，從程序下載到硬件調試直至組織項目功能驗收始終貫穿在教學過程之中。從中提煉功能模塊的特性，從熟悉各類模塊功能到模塊的靈活運用。

教學中采用項目驅動教學法。以項目任務為驅動力將所學知識綜合應用于一個項目當中，以理論指導實踐，在實踐中促進理論知識的學習和理解。通過項目教學，對課程內容的理解可以實現量的變化到質的飛躍。教師講課時把理論結合實際項目、實際項目融入理論教學，可以培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力以及創新思維與技術綜合應用能力。教師在課程設計開始之前僅講解項目設計目的和要求，要求學生在教師所列舉的課題中選擇課題，根據自己的選擇提前到圖書館或者網上查閱相關資料，編寫相關的流程圖和預習程序。到實驗室的任務是發現問題并解決問題，最后得到實驗結果。使學生親身體驗項目開發的全過程。

在課程設計的驗收環節采用答辯和項目展示教學法。讓學生自行設計、制作的項目以答辯、總結報告的形式進行展示，通過PPT、實驗現象展示項目結果，驗證學生掌握完整設計過程，表達自我設計理念的能力。這種教學法不僅可以充分利用學生的課余時間，利用課余時間思考如何完善其設計的系統，更可以發揮學生的創新意識，形成發散思維，還可以培養學生的理論總結、技術性文檔撰寫的能力。

課程設計的實驗平臺采用核心板，主芯片和少量必要的外圍電路構成，項目所需外圍電路由學生完成，相當于裸片開發，更接近項目開發的實際。

歷時二周的課程設計，對于不同學習狀況的學生提出不同的要求，對掌握比較好的學生適當增加課程設計的難度，就是大概有30%的學生做高級開發板，高級開發板可以完成以下項目：并口、USB口、網口的數據通信；TFT彩屏驅動、音視頻播放等。

為進一步拓展和深化實踐教學工程化，結合構建選修第二課堂和大學生電子設計大賽以及畢業設計教學形式完成實踐教學工程化的第三個層次的教學，也是實踐教學工程化的真實實現。根據學生的不同層次和學習興趣組建興趣小組，組建成學生科研項目小組，每個小組定期完成感興趣的小項目，進行實踐活動，完成單個小系統的設計。可以將興趣小組研究的內容、電子大賽的內容與畢業設計打通，讓學生有更大的選擇空間。這樣可以讓學生從項目的立項，項目開發直至項目驗收全過程有一個切身的體會。

在《CPLD/FPGA設計及應用》課程教學過程中，要尊重學生的認知規律，即不只是從某種知識體系出發，還需要從學生的認知特點出發去組織教學活動。傳授給學生設計知識為目標，讓學生掌握解決工程實現的方法為目標。讓學生有了具體的學習目的，能夠產生要達到這個目的的心理需求，激勵學生學習的主動性和積極性。

在結合案例教學中，所采用的工程案例，注意到項目的教學化處理，選取與學生生活密切相關或者趣味性較強的實例進行講解，有效地將教學內容形象化、簡單化、趣味化，使學生從“要我學”變成“我要學”，激發學生的學習興趣和主動性。

強化工程教育有利于增強學生對未來工作的適應性，學生盡早接觸工程實際了解和熟悉未來可能從事的工作，縮短今后角色轉變的時間，提高學生就業競爭力。

然而實踐教學工程化的方式不是唯一的按照課程性質和內容可以采取不同的方式。根據目前學生的學習現狀，對于技術性、實踐性較強和編程語言的課程，改傳統的先講理論，后進行實驗的教學理念，將理論課堂搬進實驗室，在有限的課時中最高效的將理論課堂和以往的實驗課堂有機的結合起來，采用案例法和比較法等教學方式方法，還是一種行之有效的方法。

面對目前學生學習現狀，強化實驗和課程設計結果的驗收環節是教學成敗的關鍵。

在上述的教學改革中，有一些是做了，有一些還是一種設想，想做沒有完全做到。所采取措施談正面效果較多，而往往忽略它的負面效果。

實踐教學工程化教學改革雖然經歷了一段時間，其效果很難有一個客觀的定量的評價標準，很難有立竿見影的效果，這需要一個長期摸索和實踐的過程。所談及的效果只是一種自我感受，最終效果還和學生的學習狀態密切相關，這只能讓時間做出公正的評價。