基于CDIO+翻轉課堂的FPGA技術課程教學改革模式探析

摘 要 FPGA作為PAL與GAL等可編程器件的發展產物，在專用集成電路領域中因其卓越屬性日漸得到學界的關注和研究。然而，在傳統的“FPGA”授課模式中，授課方式主要是以教師課堂講授的方法進行，對于理論知識側重較多;另一方面該技術課程主要是以學生的平時表現和卷面得分來評估成績。本文在結合大量FPGA課程教學實踐基礎之上，借鑒國外的CDIO工程模式教學方法以及“翻轉課堂”中學生自學為主的教學理念，將二者應用到“FPGA技術”課程中，以期對提高我國應用型本科教學質量略盡綿薄之力。

關鍵詞 CDIO 翻轉課堂 FPGA 技術課程改革 模式探析

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

隨著我國社會經濟的快速發展，電子信息行業得到了前所未有的發展。與此同時，改革開放與科教興國戰略也極大地提高了我國對技術領域的投入研究。FPGA設計與簡單的芯片研究不同，其主要原理是通過FPGA的模式來進行其他行業產品的設計和研發。然而，通過對眾多知名理工類高校的調研，現有FPGA技術課程教學模式相對單一，對于學生的知識培訓多是通過老師課堂授教的方式進行，不利于學生群體自主學習能力的養成。

1“CDIO+翻轉課堂”式教學模式簡析

1.1CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，該教育模式以工程項目的生命周期為基準，主要圍繞構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）這四個培訓和實踐模塊，旨在為學生提供更為有效的理論學習和實踐應用場景，激勵學生更加主動地投身到科目的學習當中。相較于其他教學模式，CDIO更側重于對工程教學的現實意義，培養了學生思維流程能力和一體化解決能力。此外，CDIO還包括三個核心板塊，即1個愿景、1個大綱和12條標準。在其教學大綱中，首次將工程師必須所具備的專業基礎知識、個人實操能力、團隊協作能力和CDIO全程能力以大綱層級所表征，使得過程教育的改革方向更加明確和系統化。此外，CDIO還體現了系統性、科學性和先進性的統一，代表了當代工程教育的發展趨勢。

1.2“翻轉課堂”教學模式

翻轉課堂是單詞“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”的英譯，顧名思義是指對課堂內外時間或結構的重新安排和調整，將學習的主動權或決定權從老師的手里移交給學生群體。在此種模式下，學生能夠培養出極高的學習積極性，學生群體利用課堂上的寶貴時間更加專注于項目的學習，并通過師生之間的相互協作、交流和研究對所學科目產出更加深層次的理解和想法。與此同時，老師也不會過多的占用課堂的時間，學生需要在課前自主學習所授知識，遇到疑難點時會主動索引視頻、書籍、音頻資料來找尋答案，還可以與同學討論，加深了對重點知識的掌握。與此同時，在翻轉課堂模式后學生可以自主規劃自身的學習內容、學習節奏和知識的呈現方式，而老師扮演地更多的是學生個性的引導者和知識難點的傳道者。通過翻轉課堂，學生可以更加深刻感悟到實踐對學習的重要性。

CDIO與翻轉課堂教學模式本身上都是對傳統課程教學模式的一種革新方式，是提高現代化教學水平的有效范式。相比之下，CDIO工程教學模式更加側重于對學生主體個人技能、團隊協作和工程實操能力的培訓，而翻轉課堂則更強調對學習主動性的培養和學習興趣的開發。因此，將CDIO 工程教育模式與翻轉課堂教學模式的模式優點有機結合起來，具有良好的互補性和統一性，可以有效提高學生的自主學習能力和專業實操水平，從而為日后的工程系統構建能力打下堅實的基礎。

2關于FPGA技術課程教學的發展現狀

2.1 傳統教學模式教師本位傾向明顯 學生自主學習能力發展不足

在傳統的FPGA技術課程教學模式中，無論是在課堂授課還是在實踐練習模塊，都是由教師作為教學過程的主要發起者，而學生群體基本上都是按照老師的要求去完成每一個任務或節點。很多學生都是以等待者的姿態學習FPGA技術課程，長期以往學生在整個學習過程之中自主學習和獨立思考的能力沒有得到有效培訓，喪失了對學科的興趣和積極性。

2.2教學過程中師生缺乏足夠互動 課堂氛圍有待改善

傳統填鴨式教學模式中，師生被錯誤的理解為二元對立的形式，老師傳授多少知識理論，學生就被動地接受知識灌輸。由于學生個體間對學科理論掌握的差異性，老師如果缺乏對群體的調研，一味地采取知識點灌輸勢必會加劇學生學習效果的兩極化。對學科掌握較好的同學不能夠得到進一步的提升，而掌握較差的同學則很難趕追平均水平。另一方面，在目前的教學模式中，理論教學與實驗教學相對孤立、關聯較少。理論教學主要以老師講解知識點為主，而實驗教學以學生實操模擬為主，師生間并沒有足夠的互動和交流，思維碰撞機會較少，不利于學生學科興趣的調動和培養。

2.3 傳統教學評價體系未能有效反映學生的綜合能力

在傳統教學模式中，學生成績評估考核主要是以學生考試卷面得分為導向，學生群體養成了平時被動學習，而在距離期末考核階段根據老師提供的復習大綱來進行突擊、應急式的記憶與學習。這種盲目追求考試通過率的現象是傳統教學評價體系的弊端，并未從教育的本質出發來調動學生們的自主學習能力和積極性。針對上述現象，為了有效改善傳統教學模式中的種種缺陷，結合現代應用型本科高校注重培養學生綜合能力和實操水平的理念，基于CDIO 的“翻轉課堂”教學模式不失為一種改善途徑。

3基于CDIO 的“翻轉課堂”的教學改進建議

3.1 構思階段

根據CDIO教學理念，對現有教學模式進行模型借鑒，主要圍繞構思、設計、實現和運行四個階段展開。構思階段作為學生接觸學習單一的首要模塊，在調動學生學習興趣和培養自主學習能力方面具有至關重要的作用。在正式的課堂授課之前，授課老師可以錄制一段基礎性的知識視頻，讓學生在觀看學習之后去自主地完成線上的檢測并引導學生思考自選項目。在課堂時間中，老師將課堂主體交付到學生手中，學生在實驗平臺中完成對基礎項目的構思闡釋。最后，老師根據學生們的課堂表現來進行提問式總結知識點并與學生針對疑難點進行討論和答疑，布置學生在課后進一步完善自身基礎項目設計。

3.2 設計階段

在項目設計階段，學生結合老師的前期評測對基礎項目方案做進一步的修改并完成方案建檔。學生在進一步學習之后嘗試完成經典項目的分組編寫和設計文檔。在接下來的課堂之中，依然由學生作為課堂主體展示經典項目成果，老師引導交流自選項目設計，并輔導學生如何在實驗平臺實現經典項目演練。在課后老師布置相應的線下檢測，了解學生對經典項目的掌握程度并有的放矢地改進教學方案。

3.3 實現與運作階段

在最后的項目實現與運作階段，老師可以首先將相關性的項目實操視頻錄制并播放給學生觀看學習，在課堂中將學生分為小組來進行自選項目的展示和比拼。在學生完成自選項目的論述和操作之后老師圍繞學生表現進行現場的點評和答疑，并對學生的項目提出進一步的修改和提升意見。最后，學生完善項目報告書和用戶操作手冊。

4結語

在傳統FPGA技術課堂中引用CDIO 工程教學模式與“翻轉課堂”，不僅能夠對學生的自主學習能力起到良好的培養作用，還能夠促進學生獨立思考和總結的能力。通過CDIO四個模塊的專項強化和練習，學生能夠更為輕松地學習專業知識和提高實操水平，發展創新意識，有利于我國應用型本科教學水平的長足發展。

作者簡介：楊祖芳（1981-），女，漢族，湖北荊州人，碩士，武漢工商學院副教授，研究方向：電子線路與嵌入式系統。

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