实践教学工程化探讨

马玲

摘要：培养实践动手能力强的本科应用型人才是就业市场的需求，本文以《CPLD/FPGA设计及应用》课程教学改革为例结合实践教学工程化展开讨论，提出实践教学的三个层次，以及在教学组织和教学内容安排上模糊理论课教学和实验教学的概念，理论课教材和实验教材整合为一体，教学过程在实验室进行的教学改革，经过教学实践取得较好的教学效果。

关键词：实践教学；工程化；CPLD/FPGA；教学改革

“就业市场招工难，学生毕业就业难”这一怪相已存在多时，似乎已经被人视为见怪不怪了。1999年以后大学扩招后涌现大量本科院校，然而学校对于如何面对就业市场确定自己办学定位的认识存在缺失，大学本科精英教育的惯性思维造就这一社会怪相。

不同层次的学校根据办学条件，生源条件在不同阶段应有不同的选择。以应用型人才培养为例，它可以是不同层次的，如专科、本科、硕士甚至是博士。

根据近十年的摸索，针对电子技术类本科高素质应用型人才培养做了一些尝试，我们认为培养目标可解释为：具有某些非操作性的特殊技能，利用成熟的开发工具，能将成熟的技术（算法）应用于项目，通过软件编程硬件开发最后获得工程上的实现，构成一个具有实际应用意义的系统。毕业生具备在一定应用领域内的基础知识与专业知识，以便于技术交流与沟通，以便于技术拓展与升级。在现阶段和今后一段时间内，掌握电子设计自动化技术，熟悉主流软硬件开发环境，围绕单片机、复杂可编程逻辑器件CPLD/FPGA、ARM嵌入式芯片和部分大规模专用集成电路芯片开发应用，在某一应用领域（专业）能（或初步）具备承担移动智能设备的研发能力。

其创新体现在工程实现过程之中，一般不涉及原始的技术创新。我们的目标重点是培养工程师、高素质劳动者等。要达到这一目的，强化实践动手能力的培养，走实践教学工程化的路子非常重要。

实践教学是高等学校实现培养人才目标的重要环节，它对提高学生的综合素质，培养学生的创新意识和创新能力，有着非常重要的作用。要培养高素质人才，就必须重视实践教学环节。实现所谓实践教学工程化就是把项目作为实践教学的载体，学生获取知识是在围绕项目的工程实现过程之中。通过理解项目内容，能够完成项目相关工作，即根据项目经济技术指标，在有限时间内采用某种成熟技术按照系统的功能要求最后获得工程上的实现。

如果把实验教学作为实践教学工程化的第一个层次，那么课程设计是实践教学工程化的第二个层次，第二课堂和毕业设计是实践教学工程化的第三个层次。

结合《CPLD/FPGA设计及应用》课程教学改革，我们在强化实践动手能力的培养，在实践教学工程化方面做了一些尝试。在教学组织和教学内容安排上模糊理论课教学和实验教学的概念，理论课教材和实验教材整合为一册，教学过程在实验室进行，不单设实验课程。其内容从EDA的概念到可编程逻辑器件的引入；从Quartus II软件的安装到低密度逻辑器件的设计；从硬件描述语言到数字逻辑电路的设计；结合案例掌握复杂可编程逻辑器件的设计方法；掌握各类工程模块电路的设计方法，从图形设计输入、编译、软件仿真、下载和硬件测试等全过程；熟悉模块电路的特性及典型应用。

对实践教学工程化实践教学的实验平台，采用PC机加开发板，带有CPLD/FPGA主芯片、外围电路及接口的最小系统。学生可以完成系统安装、计算机编程、仿真、下载、硬件测试和系统运行全过程。在讲授完一个课程单元后，学生在课堂现场马上可以结合讲授内容按要求完成相应的实验内容，让学生对软件编程和硬件的调试有一种看得见、摸得着的实际体验，使学生有新鲜感和成就感激发了学生学习的积极性和主动性，使学生具有理论基础和实验技能。这里完成实践教学工程化的第一个层次的教学任务，为后面的教学打下基础。

课程设计是实践教学工程化的第二个层次，是实践教学工程化的具体体现。选择多个典型实际应用课题，依据项目的难易程度为顺序，依据项目的工程实现为线索，以项目开发方式，立足项目开发流程组织安排教学。从项目的需求分析到划分逻辑模块，从逻辑模块到工程模块，从软件编程到计算机仿真，从程序下载到硬件调试直至组织项目功能验收始终贯穿在教学过程之中。从中提炼功能模块的特性，从熟悉各类模块功能到模块的灵活运用。

教学中采用项目驱动教学法。以项目任务为驱动力将所学知识综合应用于一个项目当中，以理论指导实践，在实践中促进理论知识的学习和理解。通过项目教学，对课程内容的理解可以实现量的变化到质的飞跃。教师讲课时把理论结合实际项目、实际项目融入理论教学，可以培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力以及创新思维与技术综合应用能力。教师在课程设计开始之前仅讲解项目设计目的和要求，要求学生在教师所列举的课题中选择课题，根据自己的选择提前到图书馆或者网上查阅相关资料，编写相关的流程图和预习程序。到实验室的任务是发现问题并解决问题，最后得到实验结果。使学生亲身体验项目开发的全过程。

在课程设计的验收环节采用答辩和项目展示教学法。让学生自行设计、制作的项目以答辩、总结报告的形式进行展示，通过PPT、实验现象展示项目结果，验证学生掌握完整设计过程，表达自我设计理念的能力。这种教学法不仅可以充分利用学生的课余时间，利用课余时间思考如何完善其设计的系统，更可以发挥学生的创新意识，形成发散思维，还可以培养学生的理论总结、技术性文档撰写的能力。

课程设计的实验平台采用核心板，主芯片和少量必要的外围电路构成，项目所需外围电路由学生完成，相当于裸片开发，更接近项目开发的实际。

历时二周的课程设计，对于不同学习状况的学生提出不同的要求，对掌握比较好的学生适当增加课程设计的难度，就是大概有30%的学生做高级开发板，高级开发板可以完成以下项目：并口、USB口、网口的数据通信；TFT彩屏驱动、音视频播放等。

为进一步拓展和深化实践教学工程化，结合构建选修第二课堂和大学生电子设计大赛以及毕业设计教学形式完成实践教学工程化的第三个层次的教学，也是实践教学工程化的真实实现。根据学生的不同层次和学习兴趣组建兴趣小组，组建成学生科研项目小组，每个小组定期完成感兴趣的小项目，进行实践活动，完成单个小系统的设计。可以将兴趣小组研究的内容、电子大赛的内容与毕业设计打通，让学生有更大的选择空间。这样可以让学生从项目的立项，项目开发直至项目验收全过程有一个切身的体会。

在《CPLD/FPGA设计及应用》课程教学过程中，要尊重学生的认知规律，即不只是从某种知识体系出发，还需要从学生的认知特点出发去组织教学活动。传授给学生设计知识为目标，让学生掌握解决工程实现的方法为目标。让学生有了具体的学习目的，能够产生要达到这个目的的心理需求，激励学生学习的主动性和积极性。

在结合案例教学中，所采用的工程案例，注意到项目的教学化处理，选取与学生生活密切相关或者趣味性较强的实例进行讲解，有效地将教学内容形象化、简单化、趣味化，使学生从“要我学”变成“我要学”，激发学生的学习兴趣和主动性。

强化工程教育有利于增强学生对未来工作的适应性，学生尽早接触工程实际了解和熟悉未来可能从事的工作，缩短今后角色转变的时间，提高学生就业竞争力。

然而实践教学工程化的方式不是唯一的按照课程性质和内容可以采取不同的方式。根据目前学生的学习现状，对于技术性、实践性较强和编程语言的课程，改传统的先讲理论，后进行实验的教学理念，将理论课堂搬进实验室，在有限的课时中最高效的将理论课堂和以往的实验课堂有机的结合起来，采用案例法和比较法等教学方式方法，还是一种行之有效的方法。

面对目前学生学习现状，强化实验和课程设计结果的验收环节是教学成败的关键。

在上述的教学改革中，有一些是做了，有一些还是一种设想，想做没有完全做到。所采取措施谈正面效果较多，而往往忽略它的负面效果。

实践教学工程化教学改革虽然经历了一段时间，其效果很难有一个客观的定量的评价标准，很难有立竿见影的效果，这需要一个长期摸索和实践的过程。所谈及的效果只是一种自我感受，最终效果还和学生的学习状态密切相关，这只能让时间做出公正的评价。