基于CDIO+翻转课堂的FPGA技术课程教学改革模式探析

摘 要 FPGA作为PAL与GAL等可编程器件的发展产物，在专用集成电路领域中因其卓越属性日渐得到学界的关注和研究。然而，在传统的“FPGA”授课模式中，授课方式主要是以教师课堂讲授的方法进行，对于理论知识侧重较多;另一方面该技术课程主要是以学生的平时表现和卷面得分来评估成绩。本文在结合大量FPGA课程教学实践基础之上，借鉴国外的CDIO工程模式教学方法以及“翻转课堂”中学生自学为主的教学理念，将二者应用到“FPGA技术”课程中，以期对提高我国应用型本科教学质量略尽绵薄之力。

关键词 CDIO 翻转课堂 FPGA 技术课程改革 模式探析

中图分类号：G642文献标识码：A

随着我国社会经济的快速发展，电子信息行业得到了前所未有的发展。与此同时，改革开放与科教兴国战略也极大地提高了我国对技术领域的投入研究。FPGA设计与简单的芯片研究不同，其主要原理是通过FPGA的模式来进行其他行业产品的设计和研发。然而，通过对众多知名理工类高校的调研，现有FPGA技术课程教学模式相对单一，对于学生的知识培训多是通过老师课堂授教的方式进行，不利于学生群体自主学习能力的养成。

1“CDIO+翻转课堂”式教学模式简析

1.1CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，该教育模式以工程项目的生命周期为基准，主要围绕构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）这四个培训和实践模块，旨在为学生提供更为有效的理论学习和实践应用场景，激励学生更加主动地投身到科目的学习当中。相较于其他教学模式，CDIO更侧重于对工程教学的现实意义，培养了学生思维流程能力和一体化解决能力。此外，CDIO还包括三个核心板块，即1个愿景、1个大纲和12条标准。在其教学大纲中，首次将工程师必须所具备的专业基础知识、个人实操能力、團队协作能力和CDIO全程能力以大纲层级所表征，使得过程教育的改革方向更加明确和系统化。此外，CDIO还体现了系统性、科学性和先进性的统一，代表了当代工程教育的发展趋势。

1.2“翻转课堂”教学模式

翻转课堂是单词“Flipped Classroom”或“Inverted Classroom”的英译，顾名思义是指对课堂内外时间或结构的重新安排和调整，将学习的主动权或决定权从老师的手里移交给学生群体。在此种模式下，学生能够培养出极高的学习积极性，学生群体利用课堂上的宝贵时间更加专注于项目的学习，并通过师生之间的相互协作、交流和研究对所学科目产出更加深层次的理解和想法。与此同时，老师也不会过多的占用课堂的时间，学生需要在课前自主学习所授知识，遇到疑难点时会主动索引视频、书籍、音频资料来找寻答案，还可以与同学讨论，加深了对重点知识的掌握。与此同时，在翻转课堂模式后学生可以自主规划自身的学习内容、学习节奏和知识的呈现方式，而老师扮演地更多的是学生个性的引导者和知识难点的传道者。通过翻转课堂，学生可以更加深刻感悟到实践对学习的重要性。

CDIO与翻转课堂教学模式本身上都是对传统课程教学模式的一种革新方式，是提高现代化教学水平的有效范式。相比之下，CDIO工程教学模式更加侧重于对学生主体个人技能、团队协作和工程实操能力的培训，而翻转课堂则更强调对学习主动性的培养和学习兴趣的开发。因此，将CDIO 工程教育模式与翻转课堂教学模式的模式优点有机结合起来，具有良好的互补性和统一性，可以有效提高学生的自主学习能力和专业实操水平，从而为日后的工程系统构建能力打下坚实的基础。

2关于FPGA技术课程教学的发展现状

2.1 传统教学模式教师本位倾向明显 学生自主学习能力发展不足

在传统的FPGA技术课程教学模式中，无论是在课堂授课还是在实践练习模块，都是由教师作为教学过程的主要发起者，而学生群体基本上都是按照老师的要求去完成每一个任务或节点。很多学生都是以等待者的姿态学习FPGA技术课程，长期以往学生在整个学习过程之中自主学习和独立思考的能力没有得到有效培训，丧失了对学科的兴趣和积极性。

2.2教学过程中师生缺乏足够互动 课堂氛围有待改善

传统填鸭式教学模式中，师生被错误的理解为二元对立的形式，老师传授多少知识理论，学生就被动地接受知识灌输。由于学生个体间对学科理论掌握的差异性，老师如果缺乏对群体的调研，一味地采取知识点灌输势必会加剧学生学习效果的两极化。对学科掌握较好的同学不能够得到进一步的提升，而掌握较差的同学则很难赶追平均水平。另一方面，在目前的教学模式中，理论教学与实验教学相对孤立、关联较少。理论教学主要以老师讲解知识点为主，而实验教学以学生实操模拟为主，师生间并没有足够的互动和交流，思维碰撞机会较少，不利于学生学科兴趣的调动和培养。

2.3 传统教学评价体系未能有效反映学生的综合能力

在传统教学模式中，学生成绩评估考核主要是以学生考试卷面得分为导向，学生群体养成了平时被动学习，而在距离期末考核阶段根据老师提供的复习大纲来进行突击、应急式的记忆与学习。这种盲目追求考试通过率的现象是传统教学评价体系的弊端，并未从教育的本质出发来调动学生们的自主学习能力和积极性。针对上述现象，为了有效改善传统教学模式中的种种缺陷，结合现代应用型本科高校注重培养学生综合能力和实操水平的理念，基于CDIO 的“翻转课堂”教学模式不失为一种改善途径。

3基于CDIO 的“翻转课堂”的教学改进建议

3.1 构思阶段

根据CDIO教学理念，对现有教学模式进行模型借鉴，主要围绕构思、设计、实现和运行四个阶段展开。构思阶段作为学生接触学习单一的首要模块，在调动学生学习兴趣和培养自主学习能力方面具有至关重要的作用。在正式的课堂授课之前，授课老师可以录制一段基础性的知识视频，让学生在观看学习之后去自主地完成线上的检测并引导学生思考自选项目。在课堂时间中，老师将课堂主体交付到学生手中，学生在实验平台中完成对基础项目的构思阐释。最后，老师根据学生们的课堂表现来进行提问式总结知识点并与学生针对疑难点进行讨论和答疑，布置学生在课后进一步完善自身基础项目设计。

3.2 设计阶段

在项目设计阶段，学生结合老师的前期评测对基础项目方案做进一步的修改并完成方案建档。学生在进一步学习之后尝试完成经典项目的分组编写和设计文档。在接下来的课堂之中，依然由学生作为课堂主体展示经典项目成果，老师引导交流自选项目设计，并辅导学生如何在实验平台实现经典项目演练。在课后老师布置相应的线下检测，了解学生对经典项目的掌握程度并有的放矢地改进教学方案。

3.3 实现与运作阶段

在最后的项目实现与运作阶段，老师可以首先将相关性的项目实操视频录制并播放给学生观看学习，在课堂中将学生分为小组来进行自选项目的展示和比拼。在学生完成自選项目的论述和操作之后老师围绕学生表现进行现场的点评和答疑，并对学生的项目提出进一步的修改和提升意见。最后，学生完善项目报告书和用户操作手册。

4结语

在传统FPGA技术课堂中引用CDIO 工程教学模式与“翻转课堂”，不仅能够对学生的自主学习能力起到良好的培养作用，还能够促进学生独立思考和总结的能力。通过CDIO四个模块的专项强化和练习，学生能够更为轻松地学习专业知识和提高实操水平，发展创新意识，有利于我国应用型本科教学水平的长足发展。

作者简介：杨祖芳（1981-），女，汉族，湖北荆州人，硕士，武汉工商学院副教授，研究方向：电子线路与嵌入式系统。

参考文献

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