刊名：电脑与电信
曾用名：广东电脑与电讯
主办：广东省科技合作研究促进中心
主管：广东省科学技术厅
ISSN：1008-6609
CN：44-1606/TN
语言：中文
周期：月刊
影响因子：0.0948000028729439
被引频次：10013
期刊分类：电子信息
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FPGA课程实验教学改革探究
【作者】网站采编【关键词】【摘要】1 引言 实验教学作为高校教学工作中的重要组成部分，在锻炼学生实践能力，培养学生综合素质和创新能力等方面起着不可替代的作用 [1] 。在教育部办公厅《关于开展2015年国家级实验
1 引言
实验教学作为高校教学工作中的重要组成部分，在锻炼学生实践能力，培养学生综合素质和创新能力等方面起着不可替代的作用[1]。在教育部办公厅《关于开展2015年国家级实验教学示范中心建设工作的通知》中指出[2]，“积极开发综合性、设计性、创新性实验项目。重点实行以学生为本的基于问题、项目、案例的互动式、研讨式教学方式和自主、合作、探究的学习方式”。在教育部办公厅《关于印发国家级实验教学示范中心管理办法的通知》中指出[3]，“紧扣高等学校人才培养目标，开展实验教学研究，创新实验室管理机制，探索引领实验教学改革方向，共享优质实验教学资源，以高水平实验教学支撑高质量人才培养工作”。在教育部《关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》[4]和《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》[5]中均指出，“切实加强学习过程考核，严格过程考核，加大过程考核成绩在课程总成绩中的比重”。
VPA可剂量依赖性下调SH-SY5Y细胞中ATG4B的mRNA水平（图1），Western blot进一步检测发现，VPA同样剂量依赖性地下调了SH-SY5Y细胞中ATG4B的蛋白水平（图2）。由于0.3 mmol/L和0.6 mmol/L的VPA能显著降低SH-SY5Y细胞中ATG4B的表达，且该剂量属临床正常用药范围［14］，因此后续实验主要使用这两种剂量的VPA处理细胞。
FPGA课程是电子信息类专业的必修课，是数字电路课程的延续，是数字电子系统设计必须掌握的一门实践性课程。通过教学使学生了解可编程逻辑器件的作用，熟悉可编程逻辑器件的设计方法，掌握可编程逻辑器件的设计流程，提高设计开发、静态测试、动态测试的能力。我校本课程总课时34课时（理论14课时+实验20课时）。但是在实验教学过程中发现诸多问题：(1)实验的基础知识储备具有差异性，部分学生的已有知识水平不能跟上该课程的正常教学，设计实例时，不具备基本电路的工作原理、描述、设计思路；(2)实验教学部分学生模仿或者抄袭他人实验项目设计，缺少独立设计；(3)实验操作过程中，学生的操作失误和错误较多；(4)实验难度不适合所有学生，出现“吃不饱”和“吃不了”的现象；(5)具有课余兴趣的学生不能形成较大的团队，不利于课余实践能力的加强。
秸秆颗粒，指将风干秸秆粉碎至0.5～1cm规格，随后按照5%～15%的比例添加水，混合搅拌后用压缩法挤压成的棒状物。专家一致认为，秸秆颗粒肥可作为一种新型的秸秆综合利用、藏粮于地、藏粮于技、生态改善的技术，在经过长期的试验示范后，可加以推广应用。
2 改革探索
针对如上的教育部要求和学生在实践过程中出现的不良现象，主要就三个方面进行改革探索。
2.1 实验项目的梯度性
实验过程考核成绩在整个单次实验成绩中的比重最大，实验过程考核也是体现学生实验能力的最主要的考核内容，主要包含实验操作、程序或原理图、功能测试、创新挑战，具体分值分配和评定标准如表4所示。
在FPGA的实践教学过程中，为了较好地贯彻CDIO教育理念，课前已经给出了实验项目的名称和具体要求，另外将实验开发硬件平台也发到学生手中，便于在课余进行设计和调试；课中主要对难于解决的问题进行处理和考核。CDIO过程和任务阶段如表5所示。
在执行过程中，由于学生设计能力具有一定的个性差异，所以在实验阶段和考核上没有和CDIO过程进行硬性的阶段匹配划分。
表1 宏观实验项目梯度表
难度梯度逻辑梯度从易到难从组合逻辑到时序逻辑1、主副裁判器设计（组合逻辑）3、数码管显示设计（时序逻辑）5、抢答器设计（时序逻辑）7、正弦波产生设计（时序逻辑）2、3-8译码器设计（组合逻辑）4、计数器设计（时序逻辑）6、数字钟设计（时序逻辑）8、函数信号发生器设计（时序逻辑）
表2 实验项目基本要求和扩展要求梯度表
实验项目名称主副裁判器设计3-8译码器设计数码管显示设计计数器设计抢答器设计数字钟设计正弦波产生设计函数发生器设计基本要求通过蜂鸣器报警L E D显示译码结果显示学号中的8位计数结果数码显示数码显示抢答选手时分秒数码显示示波器显示波形正弦波三角波方波扩展要求1）4输入主副裁判；2）“正逻辑”设计；3）显示做出“通过”评判的评委编号；4）其他实现方法或自创，但原理图只记一种自创。1）实现“负”逻辑输出设计；2）加使能端设计；3）4-1616译码器设计；4）其他实现方法或自创，但原理图只记一种自创。1）修改选通频率，调试出不炫目最低频率；2）8位数码管滚动显示1010位学号；3）其他实现方法或自创，但原理图只记一种自创；4）比较不同实现方法硬件资源的利用情况。1）可控加法和减法；2）可控模值的大小；3）模值和计数值同时显示；4）每个计数循环报警提示；5）其他实现方法或自创，但原理图只记一种自创。1）添加抢答成功报警；2）抢答成功后2020秒回答倒计时；3）显示选手当前总得分值；4）其他实现方法或自创，但原理图只记一种自创。1）2424小时制和1212小时制可切换；2）1212小时制要有A M和P M显示；3）添加闹钟功能；4）其他实现方法或自创，但原理图只记一种自创。1）正弦波每个周期蜂鸣一次；2）减少采样数据一半或四分之一；3）具有改变频率功能；4）具有改变幅度功能；5）其他实现方法或自创，但原理图只记一种自创。1）增添阶梯波、半波整流、全波整流、锯齿波等波形，每种波形属于一项自创；2）具有改变频率功能；3）具有改变幅度功能；4）其他实现方法或自创，但原理图只记一种自创。
表3 实验预习报告和实验总结报告评分标准
报告类型预习报告总结报告成绩区间9090-1010010100书写整洁，有具体实验设计过程，实验步骤条理，有实验结果预判，有可能出现的问题以及应对措施，设计了合理的图表。书写整洁，具有实验目的、原理、结果，图表齐全，体现出发觉问题分析问题解决问题的能力，具有深层次实验结果分析或者心得体会。7575-8989书写条理，有设计过程和具体步骤，能对实验结果给出预判，给出较少的可能出现的问题和处理措施。书写条理，结构较完整、实验步骤有序安排，实验现象分析较合理，有较深入的实验结果分析或者心得体会。6060-7474书写不条理，设计过程和具体步骤有少量缺失，给出较少的实验结果预判，无解决问题的措施。书写不条理，实验目的、原理稍简单，实验现象分析较合理，实验结果和心得体会不深。6060以下设计过程和具体步骤有错误，无实验结果预判。实验结果分析错误，无心得体会。
表4 实验过程考核评定标准
项目分值说明操作（2020%）程序或原理图（3030%）功能测试（2020%）创新挑战（3030%）分值易读（1010）纠错（1010）说明（1010）测试流程（1010）测试结果（1010分）每挑战1项，系数加1具体说明硬件平台操作（1010）连续正确，上电、断电、插拔电缆正确软件平台操作（1010）工程、文件、编译、引脚锁定、下载图形条理整洁，程序结构层次合理出错情况下，能够按照报错纠错讲解主要设计思想和具体功能测试思路清晰、明确测试功能满足设计要求系数最高的按照3030分计算，其他系数的对应比例折算
表5CDIO过程和任务阶段表
C D I O过程任务阶段考核C(c o n c e i v e)构思D(d e s i g n)设计I(i m p l e m e n t)实施O(o p e r a t e)运行具体任务运行检测、撰写报告、系统改进、整理归位实验阶段需求分析、技术要求、软硬件平台计划实验前模块划分、接口设计、模块流程图设计、模块程序设计实验前、中软件实现、硬件实现、系统整合、系统测试、系统确认实验前、中考核预习报告预习报告、实验过程预习报告、实验过程实验前、中、后预习报告、实验过程、总结报告
2.2 实验全方位考核
实验考核作为实验教学的一个重要环节，考查学生的能力是多方面的，诸如：实验设计的能力、实验操作的能力、结果预判的能力、发现问题分析问题的能力、实验报告分析撰写的能力。另外合理科学全方位的实验考核不但可以促进学生实验的质量，提高学生实验的主动性和积极性，而且还对教师的实验教学设计改进具有重要的意义。
对于世界范围内的工程教育而言，其经历了依照“技术范式”→“科学范式”→“工程范式”的转变过程，而CDIO工程教育模式是在工程教育范式转变过程中的最新教育研究成果。CDIO代表构思（Conceive）-设计（Design）-实现（Implement）-运作（Operate），本教育模式是以产品研发为起始以产品运行为终止的生命周期为载体，让学生以工程教育中的主体进行整个工程教育实践过程。它不仅能反映出一个工程产品（或过程或系统）从概念到运行的完整生命周期，同时也是人类一种实践性活动的完整过程。
实验项目的梯度性包含两个梯度。从宏观角度而言，所有实验项目，电路设计的功能上从简单到复杂，电路逻辑的性质上从组合逻辑到时序逻辑，通过该梯度的合理安排，能够适应学生的认知过程和技能培养过程，宏观实验项目梯度表如表1所示。
2.3 嵌入CDIO教育理念
FPGA课程的实验成绩评定标准如下：(1)实验平时成绩=（∑单个实验成绩）÷实验总数；(2)单次试验成绩=实验预习报告×25%+实验过程考核×50%+实验总结报告×25%。实验预习报告和实验总结报告评分标准如表3所示，按照成绩区间给出。
从微观角度而言，每一个实验项目，又有基本要求和扩展要求所构成的梯度，通过该梯度的设置，能够因材施教，充分调动学生发挥自己的个性，同时便于激发学生学习兴趣，实验项目的梯度表如表2所示。
在扩展要求中最后一项要求其他实现方法和自创，给学生留下了主动探索的空间，提高了学生的积极性，另外也可根据本届学生自创的情况，为后续教学提供了扩展要求的备选要求。
这天晚上，我和付玉的事就被妈妈知道了。我去上补习班，回来的晚，一进家，感到家里气氛不对。茶桌上有打烂的杯子和茶壶。我爸躲在书房里抽烟。我妈红着眼。
表6 问卷调查部分结果
调查问题对应人数所占比例说明你对实验项目中设置难度梯度和挑战创新扩展，看法是？你认为在实验过程中，同学对你的影响有哪些？你在本实验过程中，收获是？超5050%选项应该有，主要能让每一位同学都能将自己的实验能力体现最大化，同时实验考核更加合理。可以和其他同学讨论，训练了自己的思维。感觉到自己的不足，应该弥补。4949616149496161%发挥了每个人的个性，且成绩和能力获得匹配。6464808064648080%4343545443435454%培养了团队小组学习氛围。认真对待实验，才挖掘出自己的不足。
3 问卷调查分析
通过本次实验教学改革，学生的实验积极性和主动性显著提高。为了检验教学改革效果，通过问卷调查，具有代表性的结果如表6所示（共80份调查问卷）。
4 结束语
虽然本次实验教学改革取得了一定的收获，但是通过问卷调查结果分析，还需在如下几个方面给予注意：加大试验预习的广度和深度，尤其考虑与前面所学课程的联系，课堂中教师只提示注意事项，实验进行过程中，教师给予指导且进行现场考核；实验教师做到对待简单错误和有技术含量的错误态度一致，对于简单错误或者多次强调了仍然犯错的，给予考核扣分处理；实验报告应增加最能体现实验过程中的发现问题、分析问题、解决问题的考核比重。
张仲平心里暗笑，敢情人家把你当司机了，他不想搭理她，用手示意曾真不要说话，然后假装打着电话：“好好……那不行，行……好好。行，那不行。不是，我的意思是说……好好好，你说你说你先说……”
[1]刘霞，陈柳．浅析高校实验教学存在的问题及对策[J].中国电力教育．2014(11)：174-175．
[2]教育部．《教育部办公厅关于开展2015年国家级实验教学示范中心建设工作的通知》教高厅函[2015]31号[EB/O L]．[2015-06-18]．http：//www．moe．gov．cn/srcsite/A 0808/moe_73 6/moe_735/se_3e_3 1/06-1]．htt06-1]．htt/t20201506150620201506150629_192_2_9．html．
[3]教育部．《教育部办公厅关于印发国家级实验教学示范中心管理办法的通知》教高厅[2016]3号[EB/O L]．[2016-12-3]．http：//www．moe．gov．cn/srcsite/A08/s7945/s7946/201612/t20161227_293114．html．
[4]教育部．《教育部关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》教高函[2018]8号[EB/O L]．[2018-8-27]．http：//www．moe．gov．cn/srcsite/A08/s7056/201809/t 20180903_347079．html?from=timeline．
[5]教育部．《教育部关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》教高[2018]2号[EB/O L]．[2018-10-8]．http：//www．moe．gov．cn/srcsite/A08/s7056/201810/t20181017_351887．html．
Exploration of Experimental Teaching Reform of FPGACourse
文章来源：《电脑与电信》 网址: http://www.dnydxzz.cn/qikandaodu/2020/0522/338.html