二本院校FPGA課程教學(xué)現(xiàn)狀分析與對策

邱杰　朱曉姝

【摘 要】當(dāng)前，二本院校FPGA課程在實際的教學(xué)中仍存在一些問題，對此，應(yīng)轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，注重培養(yǎng)學(xué)生興趣；合理安排理論教學(xué)與實驗教學(xué)；通過布置實驗任務(wù)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力；關(guān)愛學(xué)生，鼓舞學(xué)生。

【關(guān)鍵詞】FPGA 二本院校 課程教學(xué) 現(xiàn)狀 對策

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2016）02C-0154-02

一、FPGA課程概述

FPGA課程是嵌入式開發(fā)必修的一門課程。FPGA即“現(xiàn)場可編程門陣列”，是高集成的可編程邏輯器件。它具有靈活的編程方式，是可以重復(fù)的現(xiàn)場的編程，并且具有強大的兼容功能，可以外接顯示器、示波器、鍵盤等設(shè)備進行必要的開發(fā)設(shè)計。FPGA開發(fā)板的IP內(nèi)核非常豐富，設(shè)計人員以IP內(nèi)核為基礎(chǔ)進行設(shè)計，可以縮短設(shè)計所需的周期，因此它的設(shè)計具有低成本、高效率的特點；其集成的門電路非常龐大，復(fù)雜的甚至?xí)_(dá)到幾百萬門的超大規(guī)模集成電路；時鐘的頻率非常高速，時鐘周期短使得它的運算速度非常快，并且具有強大的邏輯功能和復(fù)雜的時序電路處理功能，甚至用可編程門陣列設(shè)計出來的CPU都能達(dá)到比較高的頻率。

由上所見，F(xiàn)PGA的作用與功能是強大的，而學(xué)好FPGA課程逐漸成為計算機與電子專業(yè)本科畢業(yè)生一個優(yōu)勢。公司與企業(yè)對于嵌入式方面的FPGA開發(fā)也是越來越重視，對這類人才提供的薪酬也在不斷增加。而且多功能的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計已經(jīng)無處不融入到我們的日常生活中，我們平時用到的很多電子產(chǎn)品都跟它息息相關(guān)，所以很多院校都在這門課程上投入大量的人力與物力，以更好地開發(fā)這門課程。因此，加強FPGA課程建設(shè)，對于本科院校來說也是十分重要的，特別是培養(yǎng)學(xué)生的自主設(shè)計與創(chuàng)新能力以及對這門課程的興趣都是課程建設(shè)與改革的主要研究方向。

二、二本院校FPGA課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

目前，二本院校FPGA課程在實際的教學(xué)中存在以下一些問題：首先，F(xiàn)PGA的教學(xué)在理論與實驗上的分配沒有做到平衡與協(xié)調(diào)教學(xué)，有的教材或者有的高校比較注重實驗的培養(yǎng)，這樣的教學(xué)會使得課程缺乏理論知識的指引，那么培養(yǎng)的人才在接受編程語言更新或者新一代內(nèi)核開發(fā)板的時候就會顯得尤為吃力。而有的教材或者有的高校比較注重理論的培養(yǎng)，缺乏實驗的支持和驗證，并且不夠注重學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，到最后學(xué)生就會感覺到學(xué)到的東西好像沒有什么用，無法與實際關(guān)聯(lián)起來，他們往往在創(chuàng)新性實驗以及動手能力上會顯得尤為吃力。其次，F(xiàn)PGA課程并不如其他課程那樣有很多精彩的舉例，它的課堂有時候會顯得異常乏味。老師講解一些復(fù)雜的電路圖的原理與設(shè)計思路，傳授一門硬件描述語言或者電路圖設(shè)計語言的時候，學(xué)生會覺得難懂和疲憊吃力，這樣課堂就會變得很沉悶，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果較差。最后，學(xué)生的自身條件與外界影響不盡相同，學(xué)生的基礎(chǔ)也不盡相同。在上FPGA課程之前，就要在數(shù)字電路與C語言等前置課程中把學(xué)生拉到差不多的水平上，這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)FPGA課程時才能如魚得水。此外，由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的影響，很多學(xué)生沉迷于網(wǎng)絡(luò)游戲中，對FPGA課程卻缺乏興趣，并且覺得很難，掛科現(xiàn)象不斷出現(xiàn)。

三、對策

（一）轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，注重培養(yǎng)學(xué)生興趣

在一般的教學(xué)當(dāng)中，老師都是在講臺上演示PPT或者講解實驗步驟和內(nèi)容，學(xué)生在講臺下往往興趣不高，沒有專心聽講。這樣的教學(xué)中，老師的目的只是把要講授的知識全部灌輸給學(xué)生，并不考慮學(xué)生到底愛不愛學(xué)，這樣就會使得學(xué)生缺乏興趣，甚至出現(xiàn)上課睡覺或者逃課的現(xiàn)象。興趣在學(xué)習(xí)上起到的作用是非常大的，那么在教FPGA這門課程之初，教師就應(yīng)讓學(xué)生對這門課程產(chǎn)生興趣，一旦有了興趣作為支撐，即使前面培養(yǎng)興趣花了些時間而導(dǎo)致在后面的學(xué)習(xí)中進度慢了點，或沒有把所有的實驗做完，這些都不會影響學(xué)生以后對這門課程的求知。因為有了興趣的支撐，學(xué)生甚至?xí)约喝W(xué)習(xí)，通過報班培訓(xùn)或者網(wǎng)絡(luò)平臺學(xué)習(xí)，自學(xué)更新更多的知識，自己去嘗試做實驗，即使遇到難題也會主動去攻克。為了培養(yǎng)興趣，教師在上這門課之初，就應(yīng)該先給學(xué)生展示這門課程最后能讓他們獲得什么，在實際生活中有什么高科技的東西是與這門課程相關(guān)的，用目標(biāo)驅(qū)動的方法激起學(xué)生的好奇心與興趣。然后再給學(xué)生介紹一些有趣的實驗，引出一些有趣的并值得思考的問題讓他們?nèi)ゲ孪?，讓他們做出實際有用的東西，給予他們成果以肯定，用成就感和贊揚來激發(fā)他們的興趣。

（二）合理安排理論教學(xué)與實驗教學(xué)

有些人認(rèn)為FPGA這門課程是一門以實驗為主的課程，應(yīng)該把大量的時間投入到實驗的教學(xué)與講解中去。其實事實并非如此，大專的教學(xué)可能是以實驗為主，他們注重培養(yǎng)動手能力，但是二本院校對于這門課程的安排應(yīng)該是理論與實驗相輔相成，講完理論課就能當(dāng)場拿開發(fā)板出來用實驗去驗證理論的正確與錯誤，理論與實驗是不可分割的有機整體。我們應(yīng)該改變以往的理論分為理論上課，實驗分為實驗上課的思路。FPGA這門課程在理論上會給學(xué)生講解很多各電路的功能，如D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、四選一多路選擇器、狀態(tài)機、分頻器等，這些都是很籠統(tǒng)的，如果只是讓學(xué)生看電路圖或者是看源代碼，他們就是陷入誤區(qū)，有時候甚至不能區(qū)分一些器件的功能。只有講解理論以后，再引導(dǎo)他們把這些功能器件做出來，然后配置好管腳，撥動輸入，觀察輸出，學(xué)生才能更好地理解各功能器件，同時也方便他們在以后的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中懂得如何去用這些功能器件?；蛘咴诶碚撝v解的過程中拿出開發(fā)板來演示實驗過程，讓學(xué)生也能動手模仿實驗演示，這樣來加深他們對各功能器件的理解。

（三）通過布置實驗任務(wù)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

FPGA課程是一門創(chuàng)新性比較強的課程，而創(chuàng)新能力對于學(xué)生來說是非常重要的。在一般的教學(xué)當(dāng)中，老師都是按照實驗講義的內(nèi)容安排學(xué)生做實驗，學(xué)生也是按部就班地去做，沒有自己的見解與創(chuàng)新。筆者認(rèn)為，二本院校的學(xué)生是具有一定創(chuàng)新能力的學(xué)生，他們當(dāng)中優(yōu)秀的甚至在以后會成為出名的工程師。那么，為了培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，教師在講授理論知識對就應(yīng)該拓展出一些引人深思的問題，比如講完分頻器以后，就引導(dǎo)學(xué)生怎么將分頻器加入到他們以前所做的實驗當(dāng)中去，并引得他們觀察這樣做會得到的結(jié)果。在布置學(xué)生做實驗的時候，要精心設(shè)計布置的實驗。創(chuàng)新之前首先是模仿別人的實驗，然后開始思考自己的新實驗，讓他們一步一步的做出自己想要的實驗來。我們可以讓學(xué)生先做出講義上的實驗，然后提示他們，按他們喜歡的方式加入分頻器或者多路選擇器等功能器件，最后讓他們把自己做的實驗結(jié)果寫成報告。教師在看他們實驗報告的時候再對以后的實驗進行深思與設(shè)計，結(jié)合上一次的實驗去做下一次的開發(fā)，把學(xué)生的創(chuàng)造性實驗總結(jié)出來，這樣一步一步引領(lǐng)學(xué)生和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（四）關(guān)愛學(xué)生，鼓舞學(xué)生

人都是有感情的，學(xué)生在平時的學(xué)習(xí)中需要老師的關(guān)心和幫助，因此，教師下課后應(yīng)多了解學(xué)生對課程的理解程度，多跟學(xué)生溝通，了解他們學(xué)習(xí)上的困難，多給予正確性的意見與建議。只有師生之間的關(guān)系和諧了，學(xué)生才能在以后的課堂中更有學(xué)習(xí)熱情和激情，才能學(xué)到更多知識。教師也應(yīng)在平時多鼓勵學(xué)生，不能因為他們實驗沒做出來或者沒理解上課的內(nèi)容而責(zé)怪他們，應(yīng)教給他們更多有用的學(xué)習(xí)方法并給予態(tài)度上的肯定，提示他們?nèi)绻n堂上有不懂的知識可以私下通過發(fā)郵件等方式來找老師解答。而對于學(xué)生的問題，教師該盡力去解答，給予學(xué)生足夠的尊重與重視，如果不重視學(xué)生的問題，同樣會使學(xué)生對這門課程產(chǎn)生抵觸。

總之，實驗創(chuàng)新性課程的教學(xué)改革是一項重大而艱巨并且長期的任務(wù)，它需要隨著知識更新與社會進步不斷調(diào)整。因此，教師需要不斷學(xué)習(xí)新知識與反思教學(xué)中出現(xiàn)的問題，不斷與學(xué)生接觸和溝通，才能跟得上教學(xué)的步伐。同時也需要學(xué)校與老師及學(xué)生共同努力，使教學(xué)質(zhì)量更上一層樓。

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【基金項目】玉林師范學(xué)院教學(xué)改革工程立項項目（15XJJG44）