《大規模可編程邏輯器件設計》課程實驗考試改革的探索

摘要：本文從當前《大規模可編程邏輯器件》課程實驗教學的現狀出發，針對培養具有實踐創新能力的大學生需求，深入剖析了目前該課程實驗教學環節中存在的主要問題，提出了在課程實驗考試方法改革方面的一些措施，通過使用實驗考試軟件，以期達到強化課堂教學效果，提高學生的實驗動手能力和具體操作技巧，提高教學質量的目標。

關鍵詞：可編程邏輯器件；實驗教學軟件；實驗教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）52-0255-03

作為電子科學與技術專業基礎課的《大規模可編程邏輯器件設計》，主要講授大規模可編程邏輯器件的原理與應用，幫助學生在高年級階段了解和熟悉大規模可編程邏輯器件設計和使用的基本思想，掌握數字系統設計的基本方法和技巧，學習并掌握CPLD/FPGA器件、流行的EDA設計軟件和HDL設計語言等，并通過范例教學和實驗課的上機實驗，學生可掌握用Verilog和VHDL語言設計開發常用的數字電路和數字系統，提高解決實際問題的能力[1]。教學過程中除課堂教學外，還需要一定課時的實驗教學。但在實際的實驗教學和考試過程中，實驗教學手段和實驗考試方法過于單一，僅僅通過筆試的考試手段進行實驗考試，難以使學生較好地掌握EDA設計軟件和硬件描述語言（HDL）等。但如果采用實際實驗操作的考試方式，由于課時緊張，無法在短時間內完成全部學生的實驗考試。因此，難以很好地利用實驗考試達到教學目標[2，3]。本文依據電子科學與技術專業本科生的該課程實驗教學和考試的實際情況，詳細分析了實驗教學和考試過程中存在的問題，提出了關于該課程實驗考試的幾點改革方案。

一、目前實驗教學和考試中存在的問題

1.在實驗教學方面，相關實驗教學手段和教學方法過于單一，僅在教師課堂教學講授程序范例和實驗過程的基礎上，指導學生進行課程實驗，學生按照課程實驗手冊上的具體步驟逐一進行操作，完成課程所要求的實驗。這一實驗教學方式難以提升學生的實踐和動手能力，學生對所講內容仍無法徹底理解，更難以實現對所學知識的靈活實踐運用。

2.在實驗考試和考核階段，目前只能通過筆試的方式，在試卷中加入有關實驗操作的內容對學生的實驗操作能力進行考核，缺乏對學生實驗操作能力進行量化考核的有效手段和工具。難以通過實驗考試來考核學生實際動手能力的過程，相關實驗操作考核也只能停留在卷面上。學生通過死記硬背的方式來通過考試，這種方法已經不適合當前強調以實踐為主，培養實踐型創新人才的要求。

綜上所述，為了響應國家“十二五”規劃中明確提出的建設創新型國家的任務，培養創新型大學生的要求，必須對大規模可編程邏輯器件設計課程現有的實驗教學和考試方法進行改革[4，5]，利用新的實驗考試手段，為培養開創未來的全面發展型人才奠定基礎。

二、實驗考試改革的目的與任務

為了強化實驗考試及其實踐環節，突出實驗教學的重點，需要摒棄傳統的實驗教學和考試思路，采用新的實驗考試手段和方法。利用實驗考試軟件系統對學生的實驗能力進行考核，通過該軟件系統給出量化的評判和考核結果，并根據考核結果統計匯總出全部考生的錯誤和特點，有針對性地給出如何改進實驗教學，以及提高學生實驗能力的指導性意見，使該實驗考試軟件系統不僅成為進行實驗考核的有效手段，還可以作為檢驗實驗教學效果和學生實驗能力的標準，根據評判結果來改進和提高實驗教學。

三、實驗考試改革的具體內容

對實驗教學內容的設計要堅持“從實踐出發，通過實例化教學，強調設計流程，提升學生參與度和互動性”的原則。實例化程序和設計流程是本課程的主要內容，要求學生對HDL語言和EDA軟件設計流程等深入理解[6]、熟練掌握。因此，這部分教學內容的考核要通過實驗考試軟件進行，并利用該軟件作為實驗教學的檢驗手段來提高學生在實驗教學中的動手能力和創新性。具體的實驗考試教學改革內容如下。

1.《大規模可編程邏輯器件設計》課程實驗考試軟件系統方案設計及開發。開發用于《大規模可編程邏輯器件設計》課程的實驗考試軟件，通過該軟件的使用，與具體實驗實踐相結合，加強實驗教學的效果，提高學生對EDA軟件的掌握能力。在實驗考試軟件系統的設計和開發過程中，有針對性地考察學生掌握有關EDA軟件的實際操作能力，并對考試結果進行量化評判，針對每個學生的成績給出量化的指導性意見，從而有助于幫助其提升實驗和實踐能力。通過該軟件系統可以對學生掌握有關EDA軟件的操作能力做量化的考核，給出具體的評分標準和結果，對學生的實際操作能力做出量化的具有實際指導意義的評判，從而為課程教學和學生學習以及實驗教學的改進和實踐能力的提高給出明確且切實有效的目標。通過對電子科學與技術專業本科生實際課堂教學的運用，來考察該軟件系統的教學效果，對該軟件系統進行改進和完善，進而提高學生的課堂參與度和互動性，提升其學習主動性。

2.《大規模可編程邏輯器件設計》課程實驗考試軟件系統的具體使用步驟和考試過程如下：①進入實驗考試軟件系統界面（如圖1所示），界面上方為菜單欄，下方為分值計算和時間計算。實驗考試成績總分為30分（實驗成績占該門課程總成績的30%），時間為15分鐘，學生需要在5項備選實驗中隨機抽取1項實驗進行考試，必須在15分鐘內完成作答，否則系統自動關閉，關閉時的成績為最終的實驗考試成績。②學生必須根據隨機抽中的考試實驗，根據實驗內容逐步按照步驟點擊實驗考試軟件系統中的菜單欄目，按照規定的正確實驗步驟完成操作，每個實驗步驟允許出現兩次操作失誤，如果出現第三次錯誤，則系統自動轉入下一步驟，本操作步驟將不得分，最終的得分結果如圖2所示。

作為電子科學與技術專業課的《大規模可編程邏輯器件設計》是一門強調實驗教學和實踐環節的課程。只有通過強化實驗教學，才能提高學生實踐和創新能力，而通過實驗考試軟件的引入可以對學生的實驗成績進行量化評判，客觀評價學生的實驗操作能力，進一步規范和提高學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生的實際操作能力做出量化的具有實際指導意義的評判，從而對課程教學和學生學習以及實驗教學的改進和實踐能力的提高給出明確的切實有效的目標，進而有效地提高實驗教學質量，為培養具有實踐創新能力的科技創新型人才奠定基礎。

參考文獻：

[1]湯勇明，鄭姚生，吳忠，等.“可編程邏輯器件的基礎與應用”課程建設與教學實踐[J].電氣電子教學學報，2007，（29）.

[2]沈建國，王秉舉.可編程邏輯器件課程的探索與實踐[J].高等理科教育，2004，（54）.

[3]龔學余，朱衛華，單長虹，等.可編程邏輯器件及應用課程的實踐教學[J].電氣電子教學學報，2007，29（4）.

[4]吉敬華，趙文祥，劉賢興，等.“電氣工程工具軟件”課程的改革[J].電氣電子教學學報，2013，35（1）.

[5]張巧文，楊亞萍，朱仲杰，等.基于CDIO理念的可編程邏輯器件應用教學方法探索[J].中國電力教育，2011，（19）.

[6]徐紅，葉豐.基于FPGA的課外科技活動實驗系統的設計[J].電氣電子教學學報，2013，35（2）.

基金項目：天津工業大學高等教育教學改革研究項目（項目編號：2012-3-18）

作者簡介：陳力穎（1976-），男，天津工業大學電子與信息工程學院講師，主要從事微電子學的研究與教學。