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高职FPGA应用技术课程教学引入CDIO的探讨与实践


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2018-09-21 | 所属栏目:来稿选登 | 阅读次数:

作者: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.

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本文标题:高职FPGA应用技术课程教学引入CDIO的探讨与实践
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