新工科背景下“FPGA/CPLD應用技術”課程改革探索

韓曉敏，馬玉英，王曉紅

（泉城工學院，山東 濟南 250200）

隨著國家《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》及《山東省新舊動能轉換重大工程實施方案》的發布，作為地方工科院校，旨在服務社會，培養具有較強行業背景知識、工程實踐能力、勝任新舊動能轉換需求的高素質應用型和技術技能型人才，泉城工學院開展了關于新工科與工程教育理念學習的研討活動。電子信息工程技術專業緊隨國家發展，對許多課程的教學進行改革。在此背景下，筆者對“FPGA/CPLD應用技術”課程進行教學改革探索，以推進新工科背景下創新工程教育對工程人才的培養。

1 轉變教育理念

我們借鑒工程教育認證的核心理念，即：學生中心（Student-Centered）、成果導向（Outcome-Based Education，OBE）、質量持續改進（Continuous Quality Improvement）；實現“三個轉變”：從教師中心向學生中心轉變，從學科導向向成果導向轉變，從教學監控向持續改進轉變。

在“FPGA/CPLD應用技術”課程中，為了能夠完成對不同層次學生的能力培養，教師的教學設計聚焦學生的能力培養，將本門課程的核心內容融入項目中，所選項目的難度科學合理。讓學生在做項目的過程中學習必要的專業基礎知識，同時加強學生學習能力的培養及應用所學知識解決實際問題的能力。所選項目如表1所示。

以教師為指導，學生為中心，有順序的、有目的地完成好有代表性的、適合大多數學生理解的工程任務，讓學生在解決任務的過程中提高綜合能力。在共同完成任務的過程中，教師不僅有效地幫助學生取得學習成果，還清晰地知道每位學生的知識弱點及需要克服的難點。在課堂上，學生表現都很積極，課堂氣氛活躍，他（她）們很喜歡這種教學模式，綜合素質得到很大提高[1]。

表1 所選項目

2 優化教學內容

在“新工科”背景下，教師要在教學過程中引入電子信息行業技術的前沿知識以及明確本行業對人才培養的最新要求，及時對教學內容和課程體系做出修正。本課程選用的教材是由筆者主編、行業企業人員副主編，清華大學出版社出版的《FPGA/CPLD應用技術》，教材分為兩篇，第一篇是基礎知識，全面介紹了FPGA/CPLD應用技術的基本知識；第二篇是應用開發，由易到難完成10個項目。內容全面、各章節條理清晰、重難點突出、例題具有典型性和代表性。教師盡量淡化基礎理論的難度，以能夠解決基本問題需要掌握的基礎知識為原則，以工程應用為重點，在教學中，注重項目訓練的系統性與完整性，從而加強學生的實際操作能力。

為了及時了解本行業前沿知識及拓展學生的知識面，本門課程在講述教材的基礎上，還會結合新興嵌入式技術以及各類大賽相關題目，增加課程的知識點。提高課程興趣度、學業挑戰度，把握新工科人才的核心素養，從而促進學生的全面發展[2]。

3 豐富教學方法

“FPGA/CPLD應用技術”是一門內容豐富、應用廣泛、知識點綜合、實踐性強的學科。很多學生覺得學習起來難度較大，學習積極性不高。所以傳統的灌輸教學方法不再適應本課程的教學，如何改革教學方法，采用更好的手段提高學生的學習興趣和課堂效率，是教師值得深思的問題[3]。

基于工程教育理念，在課堂教學過程中，我們實現“五個轉變”，即：從傳統的滿堂灌轉變到對話課堂、從封閉課堂轉變到開放課堂、從知識課堂轉變到能力課堂、從重學輕思轉變到學思結合、從重教輕學轉變到教主于學。例如，在保證所學內容覆蓋所有課程標準要求的情況下，對于比較簡單的章節，如第一章的了解FPGA/CPLD，簡單介紹兩種大規模邏輯器件的一些基本概念及基本結構之后，可以讓學生分組討論，與教師對話舉例研究所學概念，同時，學生可以上網搜索查找不同公司的兩類器件，從而拓展知識面。教師在講授由易到難的上述10個項目時，可以借鑒CDIO工程教育理念，同時充分利用網絡資源，配合多媒體，根據課程內容的需要引入仿真、圖片、動畫、現場演示等，采用圖、文、聲、演示并茂的形式精心設計教學內容，課堂留下時間讓學生根據任務要求編寫程序、下載調試、演示結果、討論問題、回答問題，從而提高學生的感性認識、理解能力、分析問題及解決問題的能力。

對于新擴充的一些前沿知識，可以采用信息化教學、網絡課堂、MOOC、微課等新興的教學手段，既提升了教師的教學水平，還培養了學生的學習興趣、拓寬了學生的知識面，一舉多得[4]。

綜上所述，在教學過程中，教師要轉變教學理念，針對不同的教學內容采取不同的教學手段。以立德樹人為引領，培養未來多元化、創新型卓越工程人才。

4 強化實踐教學環節

依據新工科的培養目標，學生在掌握專業理論知識的基礎上，需加強實踐教學。因此，對實踐教學各個環節進行整體設計，形成合理的實踐教學模塊，建立與理論教學體系相輔相成、結構和功能優化的實踐教學體系，是新工科實踐教育發展的重要基礎和保障。同時，在新工科建設指南中，引導大學生創新創業正逐步納入高校工科學生培養體系中。如何在實踐教學中融入創新創業元素，完成從普通工科培養模式向新工科培養模式的轉換是最為關鍵性的問題[5]。

對于本課程，實驗學時占總學時的40%，是課程項目作業實踐環節；一周的課程設計實踐環節，占用30學時；校內技能大賽環節、課外興趣小組項目設計環節、校外大賽環節及創新創業大賽環節。實踐體系如圖1所示。

圖1 本課程實踐體系

（1）課內實訓采用Altera公司的DE1開發板演示教學。讓學生完成基礎實驗，學會使用硬件設備，鍛煉學生的動手能力。同時，發揮學生的主觀能動性，提高他們的創新能力和設計能力。

（2）課程設計會結合“數字電路技術”“模擬電路技術”等專業基礎課所學內容，給出一些綜合性課題，讓學生自己設計方案，完成測試，寫出實訓報告。

（3）把創新實驗室作為開放實驗室，向學生全天開放。為了與行業發展同步，同時為加強校企合作交流，由企業向學生提供合適的課題；為了加強校校合作，可以與兄弟院校的同學相互交流、共同進步。

（4）結合各類大賽，匯聚行業部門、科研院所、企業優勢資源，完善科教結合、產學融合、校企合作的協同育人模式，建設教育、培訓、研發一體的共享型協同育人實踐平臺。

新工科實踐教學相比傳統的實踐教學有以下特點[6]。

（1）項目設計創新化。采用“互聯網+”創新思想，針對相關企業的用人需求和詳細的崗位要求，以創新為引領、以專業為基礎、組建團隊以發揮每位學生所長為目的，開展創新型實驗，由教師和學生共同討論，選擇方案，發揮學生的創造性，擴展思維活動，提高學生學習興趣。

（2）創新創業系統化。從思想導入、政策解讀、專業融入，到系統訓練、領域分析、項目指導、深入進行創新創業指導工作，以對接實戰。

綜上，我們必須加強實踐教學環節，提升學生的創新精神、創業意識和創新創業能力。

5 結語

本文根據新工科建設的要求，結合“FPGA/CPLD應用技術”課程本身的特點，在教學理念、教學內容、教學方法、實踐環節等幾個方面做出了改革。學生的綜合素質、工程實踐能力明顯提高，工程意識和工程實踐能力增強。今后，我們會繼續踐行新工科理念，為培養創新型卓越工程人才做出努力。