項(xiàng)目化教學(xué)在“FPGA在汽車系統(tǒng)中的應(yīng)用”課程中的應(yīng)用與實(shí)踐

劉靜

[摘? ? ? ? ? ?要]? “FPGA在汽車系統(tǒng)中的應(yīng)用”是汽車電子技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)必修課程，也是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。但高職高專學(xué)生在編程方面的基礎(chǔ)薄弱，應(yīng)用傳統(tǒng)的教學(xué)方法枯燥地講解編程語(yǔ)句會(huì)使教學(xué)效果達(dá)不到預(yù)期。基于行動(dòng)導(dǎo)向的項(xiàng)目化教學(xué)是將書本知識(shí)轉(zhuǎn)變成一個(gè)個(gè)項(xiàng)目。每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目又由不同的工作任務(wù)組成。每個(gè)工作任務(wù)中都包含學(xué)生需要掌握的知識(shí)點(diǎn)，通過技能訓(xùn)練引出相關(guān)概念、設(shè)計(jì)技巧，體現(xiàn)做中學(xué)、學(xué)中做的教學(xué)思路和職業(yè)教育特色。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 項(xiàng)目;編程;FPGA;高職

[中圖分類號(hào)]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2021）35-0086-02

“FPGA在汽車系統(tǒng)中的應(yīng)用”是汽車電子技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)必修課程，也是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生了解FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理等理論知識(shí)，掌握基于開發(fā)工具Quartus II電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)過程，熟練應(yīng)用Verilog語(yǔ)言按工作需求編程[1]，為以后從事基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)打下基礎(chǔ)。

高職高專院校與本科院校相比，層次較低、錄取分?jǐn)?shù)線低。招生錄取到的學(xué)生理論基礎(chǔ)薄弱、缺乏有效的學(xué)習(xí)方法、自制力不強(qiáng)、自主學(xué)習(xí)能力差。部分學(xué)生長(zhǎng)期以來在學(xué)習(xí)方面養(yǎng)成的不良習(xí)慣，會(huì)讓他們無(wú)法集中精力學(xué)習(xí)，對(duì)很多課程都沒興趣，對(duì)自己的職業(yè)生涯也沒規(guī)劃。但是這些學(xué)生有一個(gè)特點(diǎn)就是動(dòng)手能力較強(qiáng)，在實(shí)作課與理論課上的表現(xiàn)反差很大。學(xué)生對(duì)于枯燥的公式推理、理論講解不感興趣，對(duì)知識(shí)點(diǎn)難以理解和掌握，但是對(duì)于設(shè)計(jì)電路、動(dòng)手解決實(shí)際問題卻表現(xiàn)出了濃厚的興趣和很高的積極性。根據(jù)高職高專學(xué)生的特點(diǎn)，將所有需要掌握的知識(shí)點(diǎn)都融入項(xiàng)目里，學(xué)生就可以在完成工作任務(wù)的時(shí)候?qū)W習(xí)掌握理論知識(shí)[2]。因此，采用項(xiàng)目化教學(xué)比傳統(tǒng)教學(xué)更容易讓學(xué)生接受，教學(xué)效果更好。基于行動(dòng)導(dǎo)向的項(xiàng)目化教學(xué)是將書本知識(shí)轉(zhuǎn)變成一個(gè)個(gè)項(xiàng)目。這些教學(xué)項(xiàng)目都是計(jì)劃好的、有固定的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間的工作任務(wù)[3]。每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目又由不同的工作任務(wù)組成。每個(gè)工作任務(wù)中都包含學(xué)生需要掌握的知識(shí)點(diǎn)，通過技能訓(xùn)練引出相關(guān)概念、設(shè)計(jì)技巧，體現(xiàn)做中學(xué)、學(xué)中做的教學(xué)思路和職業(yè)教育特色。本文結(jié)合“FPGA在汽車系統(tǒng)中的應(yīng)用”課程的教學(xué)，就項(xiàng)目化教學(xué)的具體應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行分析。

一、項(xiàng)目教學(xué)的目標(biāo)

通過對(duì)“FPGA在汽車系統(tǒng)中的應(yīng)用”的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該獲得如下能力：能夠利用適當(dāng)?shù)姆椒ㄔO(shè)計(jì)信號(hào)采集的硬件電路，能夠?qū)ΤＳ秒娐穮?shù)進(jìn)行正確的手工計(jì)算，同時(shí)，利用適當(dāng)?shù)能浖?、編程語(yǔ)言，編寫簡(jiǎn)單的控制程序;并能正確選擇基本的電路測(cè)量?jī)x器，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行有效性的測(cè)量。

同時(shí)，通過學(xué)習(xí)使學(xué)生在獲得電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，逐步培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的技術(shù)作風(fēng)和理論聯(lián)系實(shí)際的工程觀點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力、數(shù)據(jù)測(cè)量與數(shù)據(jù)分析和歸納的能力，為其自主學(xué)習(xí)、知識(shí)應(yīng)用和知識(shí)遷移提供一種普適方法。通過對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將了解可編程邏輯器件硬件系統(tǒng)和常用EDA軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)， 了解FPGA 中 Verilog 語(yǔ)言的基本知識(shí)，掌握 Verilog 語(yǔ)法的基本概念、基本運(yùn)算符和語(yǔ)句，并會(huì)運(yùn)用這些語(yǔ)句編程。

二、項(xiàng)目的實(shí)施

（一）項(xiàng)目的具體安排和實(shí)施

根據(jù)課程的總課時(shí)量合理安排項(xiàng)目實(shí)施的具體時(shí)間。“FPGA在汽車系統(tǒng)中的應(yīng)用”課程的課時(shí)量為50課時(shí)。按照教學(xué)要求，將課程分為車輛信息的采集及預(yù)處理（10課時(shí)）和車輛數(shù)據(jù)的處理及輸出顯示（40課時(shí)）兩個(gè)項(xiàng)目。其中車輛信息的采集及預(yù)處理項(xiàng)目包括FPGA的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介和信號(hào)采集電路的制作與調(diào)試兩個(gè)任務(wù)，讓學(xué)生掌握FPGA的結(jié)構(gòu)和電路的設(shè)計(jì)、制作和調(diào)試。車輛數(shù)據(jù)的處理及輸出顯示項(xiàng)目包括FPGA的選擇、FPGA工程的建立、時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生、計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)、數(shù)值比較器的實(shí)現(xiàn)、數(shù)值顯示的實(shí)現(xiàn)、蜂鳴器報(bào)警的實(shí)現(xiàn)、液晶屏顯示的實(shí)現(xiàn)和直流電機(jī)控制的實(shí)現(xiàn)九個(gè)任務(wù)，主要讓學(xué)生掌握功耗估算、Quartus II軟件、3-8譯碼器的設(shè)計(jì)、按鍵控制LED的設(shè)計(jì)、跑馬燈的設(shè)計(jì)、分頻器的設(shè)計(jì)、四位二進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)、十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)、多位數(shù)值比較器的設(shè)計(jì)、七段數(shù)碼管掃描顯示的設(shè)計(jì)、數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)、蜂鳴器報(bào)警的設(shè)計(jì)、LCD1602顯示器的設(shè)計(jì)和直流電機(jī)控制的設(shè)計(jì)等內(nèi)容（見表1）。

項(xiàng)目具體的實(shí)施過程分為以下四個(gè)步驟：1.教師講解完成任務(wù)所需知識(shí);2.在教師指導(dǎo)下，完成工作頁(yè)里的工作，并閱讀相關(guān)的小知識(shí)小應(yīng)用;3.在教師指導(dǎo)下，閱讀任務(wù)書，按任務(wù)要求及步驟完成相關(guān)任務(wù);4.學(xué)生學(xué)習(xí)并自主完成項(xiàng)目任務(wù)。能力訓(xùn)練項(xiàng)目設(shè)計(jì)見表2。

（二）考核評(píng)價(jià)

在進(jìn)行考核評(píng)價(jià)時(shí)，不僅要根據(jù)項(xiàng)目的完成情況對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，還要結(jié)合學(xué)生的參與程度、學(xué)習(xí)態(tài)度和行為等綜合素質(zhì)能力進(jìn)行全面考核。這樣能夠增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和團(tuán)結(jié)合作精神，在不斷提高專業(yè)技術(shù)的同時(shí)增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作等方面的綜合素質(zhì)。

三、總結(jié)

高職高專學(xué)生在編程方面的基礎(chǔ)薄弱，應(yīng)用傳統(tǒng)的教學(xué)方法枯燥地講解編程語(yǔ)句會(huì)使學(xué)生厭煩，教學(xué)效果達(dá)不到預(yù)期。通過實(shí)踐證明，項(xiàng)目化教學(xué)更適合職業(yè)教育。項(xiàng)目化教學(xué)將枯燥的書本知識(shí)變成了一個(gè)完整的工作項(xiàng)目。通過技能訓(xùn)練引出相關(guān)概念和設(shè)計(jì)技巧，實(shí)踐部分有理論分析，理論部分以實(shí)踐為依托，理論與實(shí)踐融為一體，有效發(fā)揮了學(xué)生的主體作用，提高了學(xué)習(xí)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣小燕.FPGA在“數(shù)字信號(hào)處理”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].常州工學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，26（1）：80-82.

[2]白云.項(xiàng)目化教學(xué)在高職院校計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程中的應(yīng)用[J].消費(fèi)電子，2012（9）：132-133.

[3]吳金文.項(xiàng)目化教學(xué)在體育課程中的應(yīng)用與實(shí)踐[J].長(zhǎng)春師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，32（5）：149-151.

◎編輯 郭小琴