李志贵?刘睿强?周胜

摘 要：FPGA技术的相关课程具有實践性和应用性非常强的特点，结合高职学生的实际情况，本文阐述了FPGA技术的课程教学改革的基本思路，旨在提高学生的团结协作、沟通交流和分析解决问题等能力，进一步满足用人单位的需求，从而提高学生的就业竞争力。

关键词：FPGA;高职课程

FPGA（Field Programmable Gate Array）即现场可编程门阵列，是1985年美国Xilinx公司率先推出的一种新型的可编程逻辑器件。其具有规模较大、集成高、灵活性强和实现逻辑范围广的特点。这些特点既克服了原有可编程逻辑器件规模小，又解决了专用集成电路投片成本高和开发周期长的不足。FPGA现常用于专用集成电路设计的原型验证，以便及早发现仿真工具不容易发现的错误并及早更改，避免投片损失。随着FPGA 技术的快速发展，其在视频图像处理、通信技术、数字信号处理和嵌入式等领域得到广泛应用。

近年来，随着国家对集成电路产业的高度重视，整个行业对FPGA相关的高素质人才需求急剧增加。经过大量的网络调研，行业企业急需的岗位主要集中在基于FPGA的数字芯片原型验证和FPGA应用设计两方面。为满足社会需求，各高校电子类相关专业开设了硬件描述语言和FPGA应用技术等相关课程。但是由于高职学生对数字电路和编程基础等课程掌握不够扎实，再加上学校实训条件及师资的严重短缺，授课教师会有意识地偏重讲授硬件描述语言等理论课程，而在FPGA应用技术方面投入的精力相对较少。这就直接导致高职学生理论知识学习效果差，实践操作也未跟上，整体技能掌握的效果不佳，在就业时也就难以满足企业的要求。因此，《FPGA应用设计》相关课程教学改革具有现实意义。

学校课程团队成员就行业企业对FPGA人才的需求进行了详细的调查与分析，同时提出了初步的课程整合方案，重新设计教学内容，新增部分实践教学内容，重新制定了《FPGA应用设计》课程的考核及评价标准。课程整合主要包括《FPGA应用设计》和《verilog HDL硬件描述语言》两门课程合二为一。在学生掌握硬件描述语言基本语法的同时，更加强调学生对FPGA器件的应用能力，鼓励学生养成自主学习的能力，鼓励学生加入成立的“工匠工坊”并积极参加相关的技能竞赛，培养学生的工匠精神。从而提高学生的工学一体化的思想，并使学生潜移默化地形成创新性思维，具有行业企业认可的工程素质和实践能力。基于上述思想，课程改革的思路基于如下六点进行实施：

1）明确教学目标，满足企业需求。即通过对集成电路相关企业级网络进行调研，掌握企业对学生在FPGA技术方面的技能需求，从而进一步明确FPGA技术的教学目标。为应对各企业的发展方向不同，开发工具也不尽相同的情况。教学目标应该重基础、多实践。在扎实的理论基础上，让学生多接触典型的开发工具及开发环境。

2）整合课程资源，改变教学形式。根据专业特点、企业需求和教学目标，对原FPGA技术相关课程的教学内容进行深入分析，依据教学内容的关联程度，制定课程整合方案，调整教学计划，合理安排授课内容，做好衔接，充分利用教学资源。使学生同时掌握公司的典型开发环境，代码编辑工具以及基本的系统级设计方法。

3）调整实训计划，提高学习兴趣。Verilog硬件描述语言实验通常以Modelsim仿真为主，基本只能通过波形确认代码的正确性，显示不够直观，学生的学习兴趣大大降低。因此需要增加FPGA开发实训项目，增加的实训项目最好是肉眼可以直观地观察效果，其高学生的学习兴趣，从而让学生熟悉开发板结构、核心器件及外设结构、连接方式，真正能熟悉开发工具，熟练掌握开发流程，鼓励学生多动手、多实践，真正做到学以致用。

4）加强师资培训，紧跟时代步伐。由于微电子行业技术更新快，新技术及新工具层推出层出不穷，而学校常常又远离技术更新的核心区域。因此必须加强师资队伍建设，进行定期的技术培训，及时更新授课老师的知识体系。通过定期培训，可以为课程中的开发工具及实训内容进程及时的更新，以和最新的行业企业需求保持一致。同时通过参加培训，使授课教师能有更多的机会直接与企业行业的一线技术开发工程师进行面对面地交流。及时了解行业的最新动态、趋势、技术和主流的开发工具，更好地将最新的设计理念及行业信息及时地传达给学生，紧跟时代发展的步伐。

5）变革教学方法，模仿实际工作。传统的教学方法强调以课堂为中心、以讲授为主，而FPGA相关课程本身以实践操作为主，过分地知识点讲授会影响学生的积极性、主动性及创造性的发挥，从而影响教学的效果。在 FPGA 技术的教学中，根据讲授的内容，采用不同的教学方法。除了课堂讲授外，在教学具体实例时还应多采用演示法。而FPGA技术的实践性和应用性很强，实践操作的课程设置应该设计必要的难度梯度，可分为基础性实践、提高性实践和综合性创新实践。在实践教学中要坚持“重基础与技能、求综合与创新”的改革思路，加强学生工程思维的训练、分析并解决问题的能力，提高实践教学体系的创新性、综合性。除常规的课堂教学外，还应引导学生完成网络学习的教学方式，提高学生的自主学习能力，并根据团队协作的思想，根据学生的自身特点进行科学分组，在教学实施过程中大家取长补短，高效完成实践任务，为每个小组的阶段性成果在课堂上进行成果发布，锻炼学生的语言表达能力。最后，还应设计对应的创新创业课程，由教师引导，根据课程的特点，学生在网络上查询资料，每位同学提出自己的创新思想，再进行课堂讨论、分析，调动每个学生的创新思维，最后形成的创新思想可以用于中国“互联网+”和中国创新创业大赛等竞赛。

6）革新考核标准，全面综合评价。传统以教师印象为主的考核评价方式难以让学生信服。因而通过以教师对每个学生在项目中完成任务比重、创新性思维、学生宣讲内容及表现加上学生互评的结果作为学生FPGA应用能力的综合评价结果的方式进行评价会更加公平。这同时也全面考察了学生的团队协作、动手实践、交流沟通、分析解决问题的综合能力。

通过课程改革，学生的学习兴趣明显提高，有参加技能竞赛的意愿的学生也明显增多。大多数同学能独立完成程序的编写，通过反复地训练掌握FPGA设计流程，参加“工匠工坊”的学生能独立完成小型的创新设计。

参考文献

[1]马志强.FPGA课程教学改革研究[J].中国校外教育，2009.

[2]朱贇.翻转课堂在FPGA教学改革中的实践[J].电脑知识与技术，2019

[3]胡靖，杜西亮.基于FPGA技术的课程教学改革探索[J].黑龙江教育，2015.

[4]朱磊，卫建华，邱春婷.FPGA课程实践环节教学改革[J].高等工程教育研究，2008.