高职FPGA应用技术课程教学引入CDIO的探讨与实践

韩晓敏

[摘 要] FPGA应用技术课程是高职电子信息类专业的一门专业核心课程，以“‘基于FPGA技术的流水灯设计教学单元引入CDIO教学理念”为案例详细阐述了CDIO在FPGA应用技术教学中的应用。

[关 键 词] 高职；FPGA应用技术；CDIO

[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）11-0127-01

自2015年开始，我校信息工程学院每年举办校级技能大赛，旨在培养学生的工程意识和创新能力。而CDIO（Conceive Design Implement Operate，构思、设计、实现、运行）工程教育理念恰恰是这个方向的先行模式和典范。因此，在FPGA应用技术课程教学中，引入了基于CDIO工程教育理念的项目化教学模式。

一、CDIO教学理念的内涵

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。其教学理念的内涵是以项目为主线组织教学内容和教学活动，与业界工作环境紧密结合。

二、FPGA应用技术引入CDIO教学的优势

将FPGA应用技术课程教学的核心内容融入项目中，把每个项目的实施过程归纳为“构思、设计、实现、运行”四个步骤。这种CDIO教学模式会带来以下作用：

（一）培养工程思维

课程中引入CDIO教学，可以使学生除了掌握必要的专业基础知识以外，还能熟悉产品系统从构思研发到运行乃至终结退出的全生命过程，真正体验工程师的工作过程。

（二）培养创新能力

CDIO教育理念非常重视创新能力的培养，从项目的构思、项目的设计、项目的实施到项目的运行，每一步都需要学生思考、查找资料、动手操作，无形中培养了学生的创新能力。

（三）提高实际操作能力

FPGA应用技术课程的每个项目都是精心设计的，能够满足学生的一体化学习。需要学生亲自查阅资料、动手操作完成，充分锻炼了学生的实际操作能力。

三、教学案例解析

以下笔者将以“‘基于FPGA技术的流水灯设计教学单元引入CDIO教学理念”为案例阐述CDIO在FPGA技术教学中的应用。

（一）教学准备

教具准备：FPGA技术实验室（Quartusii软件、DE1开发板等配套装置）。

教学资料：教材+教案+参考书+网上教学资源。

分组准备：将学生分成20组，每组3人，选好组长。

（二）提出项目要求

采用Altera公司的5CSEMA5F31C6N芯片，通过VHDL语言设计一个流水灯控制电路。

10个LED灯能连续发出4种不同的流水显示形式：（1）小灯按顺时针方向逐次点亮；（2）小灯按逆时针方向逐次点亮；（3）小灯两边同时亮逐次向中间移动再散开；（4）小灯全灭全亮。

复位时，小灯从第一种形式依次循环……

（三）项目方案的选择——构思（C）

流水灯是生活中常见的电子产品，学生对此产品比较熟悉，设计的兴趣较高。明确设计要求，在构思过程中，教师抛砖引玉，让学生分组讨论、收集相关资料，进行方案论证，提出最优的解决方案。

（四）项目的程序编写——设计（D）

项目小组明确方案和工作内容后，小组内成员根据分工查找相关资料，确定工作计划。教师要对学生进行指导、讨论，为学生讲解设计的一般方法。

（五）项目的程序仿真——实现（I）

通过仿真工具验证项目设计是否符合设计要求。本步骤中，要求学生会使用Quartusii软件、DE1开发板，具备分析仿真结果、发现问题、解决问题的能力。正确的仿真结果如下图所示。

四、结论

基于CDIO教育理念的FPGA应用技术课程的教学改革，取得了很好的教学效果。学生学习主动性明显提高；喜欢在实验室做项目，提高了工程设计能力、团队合作能力；同时，教师的业务水平有了更大的提高。

参考文献：

[1]黄梅兰.基于CDIO模式的高职计算机文化基础实训教学改革[J].考试周刊，2014（69）：12-13.

[2]杨雪，王玫.CDIO在数字电子技术教学模式改革中的应用[J].南京工程学院学报（社会科学版），2010，10（1）：65-68.

[3]赵方，苏咏梅.基于CDIO的高職电子专业项目化教学探索与实践[J].教育与职业，2014，8（24）：110-112.

[4]周变凤，冯永芳.CDIO工程教育模式在高职电子专业课程中的应用研究[J].郑州铁路职业技术学院学报，2014（2）：39-40.