摘 要： 課程教學(xué)包括課堂教學(xué)和實驗教學(xué)，其中實驗教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計是重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，只有精心設(shè)計和組織實驗教學(xué)內(nèi)容，針對實驗教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)對課程教學(xué)的新要求和新特點(diǎn)，逐步修訂和完善新的教學(xué)內(nèi)容，探索和提煉新的教學(xué)模式和教學(xué)手段，才能有效地提高教學(xué)質(zhì)量。本文從《大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷氛n程的特點(diǎn)出發(fā)，針對培養(yǎng)具有實踐創(chuàng)新能力的大學(xué)生需求，深入剖析了目前該課程實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的主要問題，提出了課程實驗教學(xué)方法改革的一些措施，通過使用教學(xué)演示軟件和實驗考試軟件，以期強(qiáng)化課堂教學(xué)效果，提高學(xué)生的實驗動手能力和具體操作技巧，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 可編程邏輯器件 教學(xué)軟件 實驗教學(xué) 教學(xué)內(nèi)容

隨著集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，作為電子設(shè)計自動化（EDA）硬件基礎(chǔ)的大規(guī)模可編程邏輯器件（Programmable Logic Devices，PLD）得到廣泛應(yīng)用，PLD通過編程可以靈活方便地構(gòu)建和修改數(shù)字電子系統(tǒng)。PLD設(shè)計技術(shù)的發(fā)展和普及給數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計帶來了革命性的變化，傳統(tǒng)的“固定功能集成塊+連線”的設(shè)計方法正逐步退出歷史舞臺，而基于大規(guī)模可編程邏輯器件的設(shè)計方法正在成為電子系統(tǒng)設(shè)計方法的主流。作為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課的《大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷O(shè)計》，主要講授大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷脑砼c應(yīng)用，幫助學(xué)生了解和熟悉大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷O(shè)計的基本思想，掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的方法、CPLD/FPGA器件、流行的EDA設(shè)計軟件和HDL設(shè)計語言等，并通過范例教學(xué)和實驗課的上機(jī)實驗，使學(xué)生掌握用Verilog和VHDL語言設(shè)計開發(fā)常用的數(shù)字電路和數(shù)字系統(tǒng)的技能，提高解決實際問題的能力[1]。

在實際的教學(xué)與實驗過程中，教學(xué)手段和教學(xué)方法過于單一，僅僅通過多媒體課件的教學(xué)手段，由教師講授程序范例，缺乏學(xué)生的課堂參與和互動，難以使學(xué)生較好地掌握EDA設(shè)計軟件和硬件描述語言（HDL）等。此外，該課程的實驗教學(xué)內(nèi)容較多，需要在實驗課前指導(dǎo)學(xué)生掌握有關(guān)的EDA設(shè)計軟件操作，而僅通過課堂教學(xué)和多媒體課件難以實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)[2，3]。因此，依據(jù)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生的該課程實際教學(xué)情況，筆者詳細(xì)分析了實驗教學(xué)過程中存在的問題，提出了關(guān)于實驗教學(xué)的改革方案。

一、目前教學(xué)中存在的問題

1.在課堂教學(xué)方面，教學(xué)手段和教學(xué)方法過于單一，僅由教師講授程序范例，缺乏學(xué)生的課堂參與和互動，難以提高學(xué)生的實踐和動手能力。教師在課堂上采用常規(guī)講法，費(fèi)時費(fèi)力，學(xué)生對所講內(nèi)容仍無法徹底理解，難以實現(xiàn)對所學(xué)知識的靈活運(yùn)用。

2.在實驗課程方面，存在學(xué)生對實驗準(zhǔn)備嚴(yán)重不足，對實驗缺乏獨(dú)立思考的能力等問題。課前預(yù)習(xí)嚴(yán)重不足，導(dǎo)致實驗課時，學(xué)生把大多數(shù)時間、精力放在程序的編寫和設(shè)計上。由于大多數(shù)學(xué)生都是第一次接觸硬件描述語言，對Verilog語法不能很好地理解和運(yùn)用，例如并行語句等，程序設(shè)計占用時間過多，導(dǎo)致調(diào)試、仿真、修改、完善時間不夠，部分學(xué)生不能完成實驗任務(wù)。

3.在考查學(xué)生實際操作能力的實驗考核階段，缺乏對學(xué)生實際掌握有關(guān)EDA軟件操作的能力進(jìn)行量化考核的有效手段和工具。截至目前，該課程只是通過卷面的考試來考核學(xué)生對有關(guān)EDA設(shè)計軟件和HDL設(shè)計語言等的掌握效果，沒有通過實驗考試來考核學(xué)生實際動手能力的過程，只是對學(xué)生利用HDL語言編寫相關(guān)設(shè)計程序進(jìn)行考試，對EDA軟件的操作考核只是停留在卷面上，這種死記硬背通過考試的方法不適合《大規(guī)模可編程邏輯器件設(shè)計》這門以實踐為主、強(qiáng)調(diào)動手能力的課程。

綜上所述，在大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷O(shè)計課程的教學(xué)過程中還存在一些嚴(yán)重影響教學(xué)5d733c2d60c94e01881c49415021d3e9質(zhì)量的因素。為了響應(yīng)國家“十二五”規(guī)劃中明確提出的建設(shè)創(chuàng)新型國家的任務(wù)，培養(yǎng)創(chuàng)新型大學(xué)生的要求，我們必須逐步改革和完善現(xiàn)有的教學(xué)模式、教學(xué)手段和實驗方法[4，5]，提高教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)開創(chuàng)未來的全面發(fā)展型人才奠定基礎(chǔ)。

二、實驗教學(xué)改革的整體規(guī)劃

為了優(yōu)化實驗教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的動手能力，突出實驗教學(xué)的重點(diǎn)，必須摒棄傳統(tǒng)的教學(xué)思路，重新構(gòu)建實驗教學(xué)體系。在實驗教學(xué)中要貫徹“激發(fā)興趣、夯實基礎(chǔ)、引導(dǎo)創(chuàng)新、全面培養(yǎng)”的教學(xué)方針，通過對教學(xué)手段和實驗方法的改革，擴(kuò)展“范例”教學(xué)模式，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新設(shè)計，采用新的教學(xué)手段，整個課程主要圍繞大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷嶋H的設(shè)計開發(fā)流程展開，加強(qiáng)課堂教學(xué)與實踐的緊密結(jié)合，使學(xué)生明確本課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)是掌握大規(guī)模可編程邏輯器件的具體設(shè)計和使用流程，進(jìn)而提高學(xué)生的課堂參與度和互動性，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)主動性。

三、實驗教學(xué)改革的具體內(nèi)容

對實驗教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計要堅持“從實踐出發(fā)，通過實例化教學(xué)，強(qiáng)調(diào)設(shè)計流程，提升學(xué)生參與度和互動性”的原則[6]。實例化程序和設(shè)計流程是本課程的主要內(nèi)容，要求學(xué)生對HDL語言和EDA軟件設(shè)計流程等深入理解[7]，熟練掌握。因此，這部分教學(xué)內(nèi)容要通過教學(xué)演示軟件進(jìn)行詳細(xì)講解，并利用該軟件作為教學(xué)手段提高學(xué)生在課堂教學(xué)中的參與性和互動性。

對實驗考核部分，通過實驗考試軟件系統(tǒng)對學(xué)生的實際實踐能力進(jìn)行考核，并給出量化的評判和考核結(jié)果，根據(jù)考核結(jié)果有針對性地給出如何提高其實驗實踐能力的指導(dǎo)性意見，使該實驗考試軟件系統(tǒng)不僅成為進(jìn)行實驗考核的有效手段，而且作為學(xué)生檢驗自己實際動手能力的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)評判結(jié)果縮短學(xué)習(xí)差距，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。具體的實驗教學(xué)改革內(nèi)容如下：

1.《大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷O(shè)計》課程教學(xué)演示軟件系統(tǒng)方案設(shè)計及開發(fā)。開發(fā)用于《大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷O(shè)計》課程的教學(xué)演示軟件，通過該軟件的使用，與具體實驗實踐相結(jié)合，強(qiáng)化課堂教學(xué)效果，提高學(xué)生對EDA軟件的掌握能力。在教學(xué)演示軟件設(shè)計和開發(fā)過程中，如何選擇教學(xué)的實例化程序，如何設(shè)計教學(xué)演示軟件系統(tǒng)，使得其與實踐過程一致并提高學(xué)生的參與度和互動性是需要解決的關(guān)鍵問題。首先給出典型器件的結(jié)構(gòu)模型，分析其各組成電路的結(jié)構(gòu)，明確具體的設(shè)計要素和使用流程及方法，然后通過實例化教學(xué)，運(yùn)用Verilog和VHDL講授程序設(shè)計，進(jìn)而逐步完成大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷娜吭O(shè)計流程和下載。并通過對電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生實際課堂教學(xué)的運(yùn)用，考察該軟件系統(tǒng)的教學(xué)效果，對該軟件系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和完善，進(jìn)而提高學(xué)生的課堂參與度和互動性，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)主動性。

2.《大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷O(shè)計》課程實驗考試軟件系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)。開發(fā)用于《大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷O(shè)計》課程的實驗考試軟件系統(tǒng)，在實驗考試軟件系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)過程中，如何有針對性地考核學(xué)生實際掌握有關(guān)EDA軟件操作的技能，對考核結(jié)果進(jìn)行量化評判，并針對每個學(xué)生的成績給出量化的指導(dǎo)性意見，幫助其提高實踐能力是需要解決的另一個關(guān)鍵問題。通過該軟件系統(tǒng)可以對學(xué)生掌握有關(guān)EDA軟件的操作能力做量化的考核，給出具體的評分標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)果，對學(xué)生的實際操作能力做出量化的、具有實際指導(dǎo)意義的評判，從而為課程教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)及實驗教學(xué)的改進(jìn)和實踐能力的提高制定明確且切實有效的目標(biāo)。

四、結(jié)語

《大規(guī)模可編程邏輯器件設(shè)計》是一門強(qiáng)調(diào)實驗教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)的課程，只有通過強(qiáng)化實驗教學(xué)，才能提高學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力，而教學(xué)演示軟件的引入可以強(qiáng)化課堂教學(xué)效果，提高學(xué)生的實驗動手能力和具體操作技巧。實驗考試軟件的引入可以對學(xué)生的實際操作能力做出量化的、具有實際指導(dǎo)意義的評判，從而為課程教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)及實驗教學(xué)的改進(jìn)和實踐能力的提高制定明確且切實有效的目標(biāo)，進(jìn)而有效提高實驗教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)具有實踐創(chuàng)新能力的科技創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)。

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天津工業(yè)大學(xué)高等教育教學(xué)改革研究項目（項目編號：2012-3-18）。