新工科背景下“FPGA/CPLD应用技术”课程改革探索

韩晓敏，马玉英，王晓红

（泉城工学院，山东 济南 250200）

随着国家《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》及《山东省新旧动能转换重大工程实施方案》的发布，作为地方工科院校，旨在服务社会，培养具有较强行业背景知识、工程实践能力、胜任新旧动能转换需求的高素质应用型和技术技能型人才，泉城工学院开展了关于新工科与工程教育理念学习的研讨活动。电子信息工程技术专业紧随国家发展，对许多课程的教学进行改革。在此背景下，笔者对“FPGA/CPLD应用技术”课程进行教学改革探索，以推进新工科背景下创新工程教育对工程人才的培养。

1 转变教育理念

我们借鉴工程教育认证的核心理念，即：学生中心（Student-Centered）、成果导向（Outcome-Based Education，OBE）、质量持续改进（Continuous Quality Improvement）；实现“三个转变”：从教师中心向学生中心转变，从学科导向向成果导向转变，从教学监控向持续改进转变。

在“FPGA/CPLD应用技术”课程中，为了能够完成对不同层次学生的能力培养，教师的教学设计聚焦学生的能力培养，将本门课程的核心内容融入项目中，所选项目的难度科学合理。让学生在做项目的过程中学习必要的专业基础知识，同时加强学生学习能力的培养及应用所学知识解决实际问题的能力。所选项目如表1所示。

以教师为指导，学生为中心，有顺序的、有目的地完成好有代表性的、适合大多数学生理解的工程任务，让学生在解决任务的过程中提高综合能力。在共同完成任务的过程中，教师不仅有效地帮助学生取得学习成果，还清晰地知道每位学生的知识弱点及需要克服的难点。在课堂上，学生表现都很积极，课堂气氛活跃，他（她）们很喜欢这种教学模式，综合素质得到很大提高[1]。

表1 所选项目

2 优化教学内容

在“新工科”背景下，教师要在教学过程中引入电子信息行业技术的前沿知识以及明确本行业对人才培养的最新要求，及时对教学内容和课程体系做出修正。本课程选用的教材是由笔者主编、行业企业人员副主编，清华大学出版社出版的《FPGA/CPLD应用技术》，教材分为两篇，第一篇是基础知识，全面介绍了FPGA/CPLD应用技术的基本知识；第二篇是应用开发，由易到难完成10个项目。内容全面、各章节条理清晰、重难点突出、例题具有典型性和代表性。教师尽量淡化基础理论的难度，以能够解决基本问题需要掌握的基础知识为原则，以工程应用为重点，在教学中，注重项目训练的系统性与完整性，从而加强学生的实际操作能力。

为了及时了解本行业前沿知识及拓展学生的知识面，本门课程在讲述教材的基础上，还会结合新兴嵌入式技术以及各类大赛相关题目，增加课程的知识点。提高课程兴趣度、学业挑战度，把握新工科人才的核心素养，从而促进学生的全面发展[2]。

3 丰富教学方法

“FPGA/CPLD应用技术”是一门内容丰富、应用广泛、知识点综合、实践性强的学科。很多学生觉得学习起来难度较大，学习积极性不高。所以传统的灌输教学方法不再适应本课程的教学，如何改革教学方法，采用更好的手段提高学生的学习兴趣和课堂效率，是教师值得深思的问题[3]。

基于工程教育理念，在课堂教学过程中，我们实现“五个转变”，即：从传统的满堂灌转变到对话课堂、从封闭课堂转变到开放课堂、从知识课堂转变到能力课堂、从重学轻思转变到学思结合、从重教轻学转变到教主于学。例如，在保证所学内容覆盖所有课程标准要求的情况下，对于比较简单的章节，如第一章的了解FPGA/CPLD，简单介绍两种大规模逻辑器件的一些基本概念及基本结构之后，可以让学生分组讨论，与教师对话举例研究所学概念，同时，学生可以上网搜索查找不同公司的两类器件，从而拓展知识面。教师在讲授由易到难的上述10个项目时，可以借鉴CDIO工程教育理念，同时充分利用网络资源，配合多媒体，根据课程内容的需要引入仿真、图片、动画、现场演示等，采用图、文、声、演示并茂的形式精心设计教学内容，课堂留下时间让学生根据任务要求编写程序、下载调试、演示结果、讨论问题、回答问题，从而提高学生的感性认识、理解能力、分析问题及解决问题的能力。

对于新扩充的一些前沿知识，可以采用信息化教学、网络课堂、MOOC、微课等新兴的教学手段，既提升了教师的教学水平，还培养了学生的学习兴趣、拓宽了学生的知识面，一举多得[4]。

综上所述，在教学过程中，教师要转变教学理念，针对不同的教学内容采取不同的教学手段。以立德树人为引领，培养未来多元化、创新型卓越工程人才。

4 强化实践教学环节

依据新工科的培养目标，学生在掌握专业理论知识的基础上，需加强实践教学。因此，对实践教学各个环节进行整体设计，形成合理的实践教学模块，建立与理论教学体系相辅相成、结构和功能优化的实践教学体系，是新工科实践教育发展的重要基础和保障。同时，在新工科建设指南中，引导大学生创新创业正逐步纳入高校工科学生培养体系中。如何在实践教学中融入创新创业元素，完成从普通工科培养模式向新工科培养模式的转换是最为关键性的问题[5]。

对于本课程，实验学时占总学时的40%，是课程项目作业实践环节；一周的课程设计实践环节，占用30学时；校内技能大赛环节、课外兴趣小组项目设计环节、校外大赛环节及创新创业大赛环节。实践体系如图1所示。

图1 本课程实践体系

（1）课内实训采用Altera公司的DE1开发板演示教学。让学生完成基础实验，学会使用硬件设备，锻炼学生的动手能力。同时，发挥学生的主观能动性，提高他们的创新能力和设计能力。

（2）课程设计会结合“数字电路技术”“模拟电路技术”等专业基础课所学内容，给出一些综合性课题，让学生自己设计方案，完成测试，写出实训报告。

（3）把创新实验室作为开放实验室，向学生全天开放。为了与行业发展同步，同时为加强校企合作交流，由企业向学生提供合适的课题；为了加强校校合作，可以与兄弟院校的同学相互交流、共同进步。

（4）结合各类大赛，汇聚行业部门、科研院所、企业优势资源，完善科教结合、产学融合、校企合作的协同育人模式，建设教育、培训、研发一体的共享型协同育人实践平台。

新工科实践教学相比传统的实践教学有以下特点[6]。

（1）项目设计创新化。采用“互联网+”创新思想，针对相关企业的用人需求和详细的岗位要求，以创新为引领、以专业为基础、组建团队以发挥每位学生所长为目的，开展创新型实验，由教师和学生共同讨论，选择方案，发挥学生的创造性，扩展思维活动，提高学生学习兴趣。

（2）创新创业系统化。从思想导入、政策解读、专业融入，到系统训练、领域分析、项目指导、深入进行创新创业指导工作，以对接实战。

综上，我们必须加强实践教学环节，提升学生的创新精神、创业意识和创新创业能力。

5 结语

本文根据新工科建设的要求，结合“FPGA/CPLD应用技术”课程本身的特点，在教学理念、教学内容、教学方法、实践环节等几个方面做出了改革。学生的综合素质、工程实践能力明显提高，工程意识和工程实践能力增强。今后，我们会继续践行新工科理念，为培养创新型卓越工程人才做出努力。