项目化教学在“FPGA在汽车系统中的应用”课程中的应用与实践

刘静

[摘           要]  “FPGA在汽车系统中的应用”是汽车电子技术专业的一门专业必修课程，也是一门实践性很强的课程。但高职高专学生在编程方面的基础薄弱，应用传统的教学方法枯燥地讲解编程语句会使教学效果达不到预期。基于行动导向的项目化教学是将书本知识转变成一个个项目。每个教学项目又由不同的工作任务组成。每个工作任务中都包含学生需要掌握的知识点，通过技能训练引出相关概念、设计技巧，体现做中学、学中做的教学思路和职业教育特色。

[关    键   词]  项目;编程;FPGA;高职

[中图分类号]  G712                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2021）35-0086-02

“FPGA在汽车系统中的应用”是汽车电子技术专业的一门专业必修课程，也是一门实践性很强的课程。通过本课程的学习，学生了解FPGA内部结构原理等理论知识，掌握基于开发工具Quartus II电子系统设计开发过程，熟练应用Verilog语言按工作需求编程[1]，为以后从事基于FPGA的嵌入式系统设计和开发打下基础。

高职高专院校与本科院校相比，层次较低、录取分数线低。招生录取到的学生理论基础薄弱、缺乏有效的学习方法、自制力不强、自主学习能力差。部分学生长期以来在学习方面养成的不良习惯，会让他们无法集中精力学习，对很多课程都没兴趣，对自己的职业生涯也没规划。但是這些学生有一个特点就是动手能力较强，在实作课与理论课上的表现反差很大。学生对于枯燥的公式推理、理论讲解不感兴趣，对知识点难以理解和掌握，但是对于设计电路、动手解决实际问题却表现出了浓厚的兴趣和很高的积极性。根据高职高专学生的特点，将所有需要掌握的知识点都融入项目里，学生就可以在完成工作任务的时候学习掌握理论知识[2]。因此，采用项目化教学比传统教学更容易让学生接受，教学效果更好。基于行动导向的项目化教学是将书本知识转变成一个个项目。这些教学项目都是计划好的、有固定的开始时间和结束时间的工作任务[3]。每个教学项目又由不同的工作任务组成。每个工作任务中都包含学生需要掌握的知识点，通过技能训练引出相关概念、设计技巧，体现做中学、学中做的教学思路和职业教育特色。本文结合“FPGA在汽车系统中的应用”课程的教学，就项目化教学的具体应用实践进行分析。

一、项目教学的目标

通过对“FPGA在汽车系统中的应用”的学习，学生应该获得如下能力：能够利用适当的方法设计信号采集的硬件电路，能够对常用电路参数进行正确的手工计算，同时，利用适当的软件、编程语言，编写简单的控制程序;并能正确选择基本的电路测量仪器，对输出信号进行有效性的测量。

同时，通过学习使学生在获得电路设计的基础上，逐步培养学生严肃认真的技术作风和理论联系实际的工程观点，培养学生分析问题、解决问题的能力、数据测量与数据分析和归纳的能力，为其自主学习、知识应用和知识迁移提供一种普适方法。通过对本课程的学习，学生将了解可编程逻辑器件硬件系统和常用EDA软件设计平台， 了解FPGA 中 Verilog 语言的基本知识，掌握 Verilog 语法的基本概念、基本运算符和语句，并会运用这些语句编程。

二、项目的实施

（一）项目的具体安排和实施

根据课程的总课时量合理安排项目实施的具体时间。“FPGA在汽车系统中的应用”课程的课时量为50课时。按照教学要求，将课程分为车辆信息的采集及预处理（10课时）和车辆数据的处理及输出显示（40课时）两个项目。其中车辆信息的采集及预处理项目包括FPGA的结构简介和信号采集电路的制作与调试两个任务，让学生掌握FPGA的结构和电路的设计、制作和调试。车辆数据的处理及输出显示项目包括FPGA的选择、FPGA工程的建立、时钟信号的产生、计数器的实现、数值比较器的实现、数值显示的实现、蜂鸣器报警的实现、液晶屏显示的实现和直流电机控制的实现九个任务，主要让学生掌握功耗估算、Quartus II软件、3-8译码器的设计、按键控制LED的设计、跑马灯的设计、分频器的设计、四位二进制加减计数器的设计、十进制加减计数器的设计、多位数值比较器的设计、七段数码管扫描显示的设计、数字时钟的设计、蜂鸣器报警的设计、LCD1602显示器的设计和直流电机控制的设计等内容（见表1）。

项目具体的实施过程分为以下四个步骤：1.教师讲解完成任务所需知识;2.在教师指导下，完成工作页里的工作，并阅读相关的小知识小应用;3.在教师指导下，阅读任务书，按任务要求及步骤完成相关任务;4.学生学习并自主完成项目任务。能力训练项目设计见表2。

（二）考核评价

在进行考核评价时，不仅要根据项目的完成情况对学生的学习效果进行评价，还要结合学生的参与程度、学习态度和行为等综合素质能力进行全面考核。这样能够增强学生学习的积极性和团结合作精神，在不断提高专业技术的同时增强团队协作等方面的综合素质。

三、总结

高职高专学生在编程方面的基础薄弱，应用传统的教学方法枯燥地讲解编程语句会使学生厌烦，教学效果达不到预期。通过实践证明，项目化教学更适合职业教育。项目化教学将枯燥的书本知识变成了一个完整的工作项目。通过技能训练引出相关概念和设计技巧，实践部分有理论分析，理论部分以实践为依托，理论与实践融为一体，有效发挥了学生的主体作用，提高了学习效率。

参考文献：

[1]蒋小燕.FPGA在“数字信号处理”课程实验教学中的应用[J].常州工学院学报，2013，26（1）：80-82.

[2]白云.项目化教学在高职院校计算机应用基础课程中的应用[J].消费电子，2012（9）：132-133.

[3]吴金文.项目化教学在体育课程中的应用与实践[J].长春师范学院学报，2013，32（5）：149-151.

◎编辑 郭小琴