CDIO導向的微項目驅動教學法研究

趙慶

關鍵詞：CDIO;微項目;教學法;EDA

1緒論

CDIO工程教育模式是指構思（conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），是歐美20多年來工程教育改革理念的繼承和發展。CDIO是產品導向的教育指導原則，它以產品從研發到運行的整個生命周期為載體，注重課程之間的有機聯系，讓學生以主動的、實踐的方式學習工程知識。

微型項目驅動教學法實質上是一種探究性的學習模式，在項目驅動教學法的基礎上，以知識點為出發點，學生層次化學習為目標，將原本的項目進行細分，融入微型實驗項目中，從簡到難，知識點逐層遞推，讓學生主動學習，并在教師引導下，獨立而快速地完成實驗項目，提升對知識的應用能力。同時培養學生個人思考問題的能力，積極推進學生參與學科競賽，培養解決實際工程項目及團隊協作的能力。

“EDA技術”是我校信息學科電類專業很重要的應用性專業課，是在學生具備了電類基礎知識之后，系統學習數字系統設計思想及方法的一個重要教學環節，是一門實踐性很強的課程。它是現代電子設計技術的核心，依賴功能強大的計算機，在EDA軟件平臺上，以硬件描述語言為表達方式，以大規模可編程邏輯器件為設計載體，培養學生掌握電子設計自動化自頂向下設計方法及電路設計能力，提升創新意識、創新能力和實踐技能。

2 CDIO導向的微項目驅動教學法的構建

2.1基本情況

傳統的“自下而上”教學方式，對于EDA技術而言，是先講HDL語言的語法后實驗，這種方法往往是學生明確了語法應用的要素，但實際編程完成具體項目時，卻不知如何下手。這種方法使學生處于被動，知識的主動權完成掌握在教師手中，學生很難化被動為主動。而采用CDIO微型項目驅動教學法，將教學大綱規定的知識點滲透進若干個微型項目中，采用“倒敘式”授課方式，先整體后局部，以簡單而典型的設計示例和電路模型為例，從具體電路和實用背景下引出相關的語言現象和語句規則，并加以深入淺出的說明，同時以CDIO工程項目教學方式，輔以與知識點相關的微型項目加深學習，使學生能迅速了解并掌握HDL語言與邏輯電路問的基本關系，降低學習難度的同時，能更早進入數字系統工程設計經驗的積累和能力提高階段，真正做到“用什么，學什么”。

我校是一所地方性的普通民辦本科院校，學院建有的FPGA實訓室是通過實驗箱的驗證來完成相關實訓項目，如LED跑馬燈實驗、4位七段數碼管制作自動計時器實驗、按鍵實驗、蜂鳴器實現8個樂音實驗、串口通信實驗等。為實施微項目教學法、提高學習效率與效果，完成更多的微型項目，對整體教學進行重新設計，結合實驗環境及設備，將CDIO工程教學理念融入其中，以產品為導向，從構思到運作，設計符合學生需求的微項目，潛移默化地讓學生接受新知識。 2.2三層式體系結構 在微項目設計時，按知識體系的遞進，構建“層次式”“階梯式”的EDA技術設計項目，具體層次要求如下：

（1）基礎層。根據人才培養方案的修改，該課程將理論與實驗相結合的模式改為全程實驗室教學，教師以典型的數字電路為切入點，采用自上而下的授課方式講授一部分知識，學生根據所講內容及授課教師布置的與知識點相關的微型項目，即一個個子程序、子項目，邊學邊做，將理論與實踐相結合，淡化實驗個數概念，從而掌握EDA的基礎知識。

（2）應用層。在基礎層微型項目的基礎上，將各子程序、子項目進行融合，每個工程項目至少兩個及以上的子模塊，進行工程項目的整體，完成一個項目的綜合設計，實現從局部到整體的融合，從而掌握EDA自頂向下的設計技術，將實踐與工程實際接軌，充分發揮學生的主觀能動性。

（3）創新層。通過基礎層與應用層的實踐啟發，教師可根據教學大綱要求，以及學生層次，由簡到繁，實驗項目逐級遞推。以學生團隊為對象，劃分實驗項目子模塊，分模塊進行開發設計。同時鼓勵學生自制電子作品，參加與學科相關的競賽，拔高設計層次，真正做到理論與實踐相結合，從何提升創新意識以及與團隊協作的能力。亦可申報校級大學生科研項目，開展工程項目全過程的實施，檢驗創新成果與理論知識。在創新層的項目法實施過程中，真正做到“以學生為主”。

《EDA技術》具體實施的微項目設計如下表所示：

3 CDIO導向的微項目驅動教學法的實施

3.1 CDIO導向的微項目驅動教學法階段性設計

我校2013版人才培養方案中，EDA技術課程共計48學時，后期還有32學時數字系統設計課程，兩者實際是一體的。2016版人才培養方案修訂時，考慮到課程的工程性和實踐性，將課程名更改為“電子設計自動化”，并將理論+實驗的教學模式更改為32學時獨立設置實驗課，真正地做到以學生為中心，在“做”中學，在“學”中做，并在授課時將CDIO工程教學理念融入其中，克服了傳統教學相對脫節的缺陷。同時將微型項目融入理論教學與實驗教學中，通過項目導出知識點，更容易讓學生接受和掌握，也防止理論知識與實踐知識割裂，學生能當堂消化知識點并實際動手完成相應的微項目。

由于我校為民辦高校，學生基礎薄弱，編程能力差，故而，實施過程中，先基礎后綜合，由教師先簡要介紹EDA技術中CPLD、FPGA等可編程邏輯器件的硬件結構、Verilog硬件編程語言，讓學生對EDA設計有個初步的認識，并能動手編寫簡單的微項目。從第5周開始，實驗層次升級，從基礎層向應用層轉化，同時要求學生可以增加自己的創新思想，逐步培養創新思維能力。整個學期共完成4個項目，后期的數字系統設計學習中再完成4個項目，兩門課程共計8個項目。每個項目按照CDIO工程培養模式，按構思、設計、實現和運作4階段展開，每個階段2個學時。前期基礎性實驗要求每個學生獨立完成，后期應用層和創新層實驗分組完成，培養學生團隊協作能力。

每個實驗項目按照CDIO產品周期過程，分四階段完成，分別為：