VHDL語言及應用的項目化教學探索

周殿鳳?康素成

摘要：基于VHDL語言及應用的特點，探討了項目化教學的具體實施方法。通過有趣的項目激發學生學習興趣，引導學生一步步適應和喜歡項目化教學，提高了教學效果，培養了學生的設計能力和創造能力，做到了因材施教，為學生從高校到企業的零距離轉變奠定了基礎。

關鍵詞：VHDL；教學改革；項目化教學

作者簡介：周殿鳳（1978-），女，江蘇寶應人，鹽城師范學院物理科學與電子技術學院，講師；康素成（1966-），男，江蘇濱海人，鹽城師范學院物理科學與電子技術學院，副教授。（江蘇 鹽城 224002）

基金項目：本文系鹽城師范學院高校發展研究項目（項目編號：13YCFZ006）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）09-0111-02

VHDL語言及應用是電子信息工程專業的一門重要的技術類應用型課程，主要講解VHDL語言以及它的應用。但在多年的教學實踐中，筆者發現要想讓學生在短時間內接受大量的語法知識，學生很難充分理解與掌握，這樣在隨后的編程過程中非常容易犯錯，并感覺難以入手，更不用說形成良好的編程習慣和程序風格。[1]大多數大學生畢業后或許精通C語言，可是由于各方面的原因，精通VHDL語言的少之又少，但是企業單位對此方面的人才的需求卻越來越多，筆者出于對VHDL語言的摯愛及多年教學經驗，探索了該課程項目化教學的具體實施方法。

一、改變傳統教學方法

VHDL語言及應用這門課程的終極目標是使學生掌握VHDL語言并能用之進行相關的電子設計。如果教師將大量的時間用于講解枯澀的語法、語句、復雜的算法，學生在學習時也不知它們有何用途，學、用脫節，只是為學而學，不能激發學生學習和應用知識的興趣和積極性，效果很差，[2]因此教師不能按部就班地講解知識。教師可以通過多個實例講解語法，效果會好得多。這就要求老師上課全部現場編寫程序，并且故意犯一些學生經常犯的錯誤，編程中的錯誤基本上都是語法和語句使用不當引起的，教師恰好可以利用這些錯誤來講解語法、語句。這門課程的硬件基礎是FPGA和CPLD芯片，CPLD/FPGA內部沒有CPU，只需要用1課時簡單講解即可，并不需要詳細分析。因為對于設計者而言只要會用這些芯片即可，而且CPLD/FPGA芯片本身就像一張白紙，只要學生的單片機和硬件描述語言足夠好，學生就可以任意發揮，所以本課程的關鍵還是掌握VHDL語言本身。

二、理論教學環節的項目化實施

1.通過最簡單的例子引導學生入門

以二極管閃爍為例，分成幾個層次，一步一步引導學生入門。

先問學生：如何讓一個二極管亮？學生學過數字電路，知道當二極管的陽極為高電平且陰極為低電平時二極管亮。然后講解在VHDL語言里是如何實現的，接著現場編寫程序，最后下載到開發板上并且演示。

接著問：如何讓二極管閃爍呢？當陰極接地且陽極的高、低電平等間隔出現時二極管閃爍，在VHDL里如何實現呢？在剛才程序里稍作修改即可，同樣要演示給學生看，并可順勢講一點這個程序里出現的語法和學習VHDL語言的一些注意事項，如工程名、頂層文件名和實體名要一致，命名時字母的大小寫沒有區別等。做到在不知不覺中自然而然地講解語法知識，學生記得也牢固。[2]

為了讓學生語法學得更扎實，所有程序教師都隨堂編寫，一邊編程序一邊講解語法語句，還可以插入算法的講解。經過實踐，筆者發現現場編程的講解方法可以讓學生較好地記住一些難以理解的語法、詞法和算法。

2.設計巧妙的項目引導學生深入學習

在開展項目化教學時，項目的設計非常關鍵，設計的好壞直接影響教學效果。項目設計應遵循如下原則：一是圍繞課程的重點展開，項目內容應覆蓋基本的教學知識點。二是為了調動學生的積極性，應盡量選擇學生感興趣的項目。三是難度適中，項目過于簡單，學生會很快完成，達不到思考的效果；太難，支撐的理論知識就會過多，教學組織比較困難，不能達到預期的教學效果。VHDL語言及應用共48課時，其中12節為實驗課，理論學時只有36課時，需要用4課時按照傳統的教學方式講解一些在項目中不好講解的知識，如CPLD/FPGA的硬件知識、VHDL語言的部分語法等，故選擇9個小項目講解各種知識。

在9個項目講解的過程中，還要教會學生如何閱讀英文datasheets。在進行真正的項目設計時，必定要用到不少陌生的芯片，要想會用這些芯片，必須看它們的datasheets。datasheets總是長達幾十頁，學生不容易看懂，需要教師引導他們如何抓住其中的重點，快速準確閱讀。

在項目的講解和設計后期，教師作為領隊將學生分成小組學習，分組合作的學習方法激發了學生學習的動力，增強了各成員的責任感。互相之間積極配合、互動，培養學生多角度、多渠道獲得信息，有利于促進學生發展，完善自我，也將學生評價變成了主動參與、自我反思、自我教育的過程。[3]

三、實踐教學環節的項目化改革

1.布置型教學改為開放式教學

傳統的實驗教學是教師講解實驗原理，然后演示一下實驗，學生只需按實驗講義中的步驟進行，“依葫蘆畫瓢”，通過反復訓練讓學生形成一定的基本技能。這種實驗教學模式，學生動手機會少，不能自主學習，不利于個性發展，阻礙了學生的學習積極性、主動性、創造性以及現代科學思維方式的形成。[4]學生進入實驗室后，教師可以提供大量實驗，讓學生根據各自興趣選擇想做的實驗。也可以由學生根據教學要求自己擬定實驗內容，教師加以適當指導，減少實驗的盲目性，使學生真正參與到實驗中來，提高實驗教學效果，培養學生的動手能力和創新思維能力。

學生的實驗成績采取過程記錄法，教師為每一位學生準備一張記錄卡，實時記錄學生的實驗情況。

2.統一實驗變為層次化實驗

另外傳統的實驗教學中，所有學生做的實驗是一樣的。實際上學生到了大三，基礎已各不相同，可以根據學生的基礎采取層次化實驗教學。教師可以根據學生的具體情況將一個班分為4組，假設1組的學生基礎最好，2組次之，4組最差；每組的學生人數可以不一樣多，該課程成績想得優秀的學生必須選擇1組或2組。針對4組學生要求教師準備4套實驗內容供學生選擇，每組的要求不一樣，具體安排如表2所示。因為鹽城師范學院要求一次實驗為25人左右（半個班級），所以教師需要同時指導2組學生，實際操作時可以1組和4組一起做實驗，2組和3組一起做實驗。如果教師愿意加班，第一次實驗可以只輔導一組學生，第二次及以后就可以2個組同時做實驗，交叉輔導了。

對于基礎較差的第4組同學，實驗難度不宜太大，要留給學生一定的思考空間。同樣是設計性實驗，不同組別的具體內容也可以不同，1組難度加大，而4組則簡單一些。如此訓練下來，學生各有所得，不管基礎好壞，總能學到一定的知識，甚至有助于基礎差的學生學到更多的知識。

四、考核方式改革

項目化教學需要改變傳統教學中一張試卷定成績的考核辦法，[5]學生成績主要由項目的設計決定，要注意到學生的設計思路。理論知識學完后教師可以選擇幾個綜合性項目，學生從中任選一個進行設計，這樣可以培養學生發現問題和解決問題的能力，也可提高其設計能力。

五、小結

本文根據VHDL語言及應用的特點，探索了適于它的項目化教學。通過項目化教學，廢除注入式教學方法，建立以學生為本，教師啟發引導的教學方法。通過一個個項目和層次化實驗，學生不僅可以熟悉VHDL語言的基本語法和常用語句，還對硬件描述語言的本質有了深刻的認識，對所設計的電路有深刻理解，在此基礎上才能更好地使用VHDL語言進行電路設計。通過多個項目的訓練，學生的設計能力、創造能力和團隊合作能力都可以得到很大提高，因此說項目化教學是應用性強的課程的首選教學方法。

參考文獻：

[1]胡小玲，翟秀艷，袁穎.VHDL的模塊化教學方法反思與總結[J].中國電力教育，2013，29（2）：112-113.

[2]周殿鳳.片上可編程系統項目化教學探討[J].輕工科技，2013，

15（5）：190-191.

[3]姚培.教師在理實一體化教學學生評價中的角色研究[J].中國電力教育，2013，29（25）：180-181.

[4]張乃群，龐發虎，李運賢.分層次開放性實驗教學模式探索[J].南陽師范學院學報，2009，8（6）：105-108.

[5]陸黎.大學計算機應用基礎項目化教學改革的探索與實踐[J].計算機時代，2010，29（11）：62-64.

（責任編輯：王意琴）