高職FPGA應用技術課程教學引入CDIO的探討與實踐

韓曉敏

[摘 要] FPGA應用技術課程是高職電子信息類專業的一門專業核心課程，以“‘基于FPGA技術的流水燈設計教學單元引入CDIO教學理念”為案例詳細闡述了CDIO在FPGA應用技術教學中的應用。

[關 鍵 詞] 高職；FPGA應用技術；CDIO

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）11-0127-01

自2015年開始，我校信息工程學院每年舉辦校級技能大賽，旨在培養學生的工程意識和創新能力。而CDIO（Conceive Design Implement Operate，構思、設計、實現、運行）工程教育理念恰恰是這個方向的先行模式和典范。因此，在FPGA應用技術課程教學中，引入了基于CDIO工程教育理念的項目化教學模式。

一、CDIO教學理念的內涵

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。其教學理念的內涵是以項目為主線組織教學內容和教學活動，與業界工作環境緊密結合。

二、FPGA應用技術引入CDIO教學的優勢

將FPGA應用技術課程教學的核心內容融入項目中，把每個項目的實施過程歸納為“構思、設計、實現、運行”四個步驟。這種CDIO教學模式會帶來以下作用：

（一）培養工程思維

課程中引入CDIO教學，可以使學生除了掌握必要的專業基礎知識以外，還能熟悉產品系統從構思研發到運行乃至終結退出的全生命過程，真正體驗工程師的工作過程。

（二）培養創新能力

CDIO教育理念非常重視創新能力的培養，從項目的構思、項目的設計、項目的實施到項目的運行，每一步都需要學生思考、查找資料、動手操作，無形中培養了學生的創新能力。

（三）提高實際操作能力

FPGA應用技術課程的每個項目都是精心設計的，能夠滿足學生的一體化學習。需要學生親自查閱資料、動手操作完成，充分鍛煉了學生的實際操作能力。

三、教學案例解析

以下筆者將以“‘基于FPGA技術的流水燈設計教學單元引入CDIO教學理念”為案例闡述CDIO在FPGA技術教學中的應用。

（一）教學準備

教具準備：FPGA技術實驗室（Quartusii軟件、DE1開發板等配套裝置）。

教學資料：教材+教案+參考書+網上教學資源。

分組準備：將學生分成20組，每組3人，選好組長。

（二）提出項目要求

采用Altera公司的5CSEMA5F31C6N芯片，通過VHDL語言設計一個流水燈控制電路。

10個LED燈能連續發出4種不同的流水顯示形式：（1）小燈按順時針方向逐次點亮；（2）小燈按逆時針方向逐次點亮；（3）小燈兩邊同時亮逐次向中間移動再散開；（4）小燈全滅全亮。

復位時，小燈從第一種形式依次循環……

（三）項目方案的選擇——構思（C）

流水燈是生活中常見的電子產品，學生對此產品比較熟悉，設計的興趣較高。明確設計要求，在構思過程中，教師拋磚引玉，讓學生分組討論、收集相關資料，進行方案論證，提出最優的解決方案。

（四）項目的程序編寫——設計（D）

項目小組明確方案和工作內容后，小組內成員根據分工查找相關資料，確定工作計劃。教師要對學生進行指導、討論，為學生講解設計的一般方法。

（五）項目的程序仿真——實現（I）

通過仿真工具驗證項目設計是否符合設計要求。本步驟中，要求學生會使用Quartusii軟件、DE1開發板，具備分析仿真結果、發現問題、解決問題的能力。正確的仿真結果如下圖所示。

四、結論

基于CDIO教育理念的FPGA應用技術課程的教學改革，取得了很好的教學效果。學生學習主動性明顯提高；喜歡在實驗室做項目，提高了工程設計能力、團隊合作能力；同時，教師的業務水平有了更大的提高。

參考文獻：

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