項(xiàng)目教學(xué)法在VHDL語(yǔ)言與數(shù)字電路設(shè)計(jì)課中的應(yīng)用論文

　　【摘 要】本文介紹了高職院校項(xiàng)目式教學(xué)改革的重要性，分析了VHDL語(yǔ)言課程實(shí)行項(xiàng)目教學(xué)的可行性，介紹了VHDL語(yǔ)言項(xiàng)目教學(xué)中項(xiàng)目設(shè)計(jì)的原則和方法，并詳細(xì)說(shuō)明了項(xiàng)目教學(xué)過(guò)程。

　　【關(guān)鍵詞】職業(yè)教育 教學(xué)改革 項(xiàng)目教學(xué)法 VHDL語(yǔ)言

　　項(xiàng)目教學(xué)法是一種切合職業(yè)教育特點(diǎn)，采用項(xiàng)目式組織形式實(shí)施課程教學(xué)的方法。項(xiàng)目教學(xué)法把理論與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)獲得知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，因而得到很多高等職業(yè)院校教師和學(xué)生的青睞，逐步成為高等職業(yè)教育教學(xué)改革的發(fā)展方向。本文主要介紹項(xiàng)目教學(xué)法在VHDL語(yǔ)言與數(shù)字電路設(shè)計(jì)課中的應(yīng)用。

　　一、實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)法的歷史背景和原因

　　當(dāng)前，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和技術(shù)的提高，用人單位對(duì)高素質(zhì)技能人才的要求也越來(lái)越高。然而，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，高職學(xué)生普遍都存在文化基礎(chǔ)差，學(xué)習(xí)自覺(jué)性不夠或不會(huì)尋找較好的學(xué)習(xí)方法，上課注意力不夠集中易開(kāi)小差，學(xué)習(xí)被動(dòng)，尤其對(duì)理工科課程的邏輯推理很難適應(yīng)和接受。另一方面，高職院校的教師自身面臨理論與實(shí)際結(jié)合不夠緊密，教學(xué)和科研水平不高等方面的缺陷，因此，如何改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的職業(yè)技能，是我們處在教學(xué)第一線的老師所必須面對(duì)的問(wèn)題。

　　VHDL語(yǔ)言與數(shù)字電路設(shè)計(jì)課程是一門(mén)理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，既要求學(xué)生有扎實(shí)的數(shù)字電路功底，又要求有較強(qiáng)的高級(jí)程序語(yǔ)言能力，還必須有一定的芯片設(shè)計(jì)的知識(shí)。在傳統(tǒng)的教學(xué)方法中，一般先介紹VHDL語(yǔ)言與數(shù)字電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論，然后進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。這種教學(xué)方法，由于學(xué)生缺少對(duì)真實(shí)職業(yè)情境的體驗(yàn)以及必要的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)而無(wú)法提起興趣。因此高職生在學(xué)習(xí)這些課程時(shí)普通反映比較“難懂”，而擔(dān)任該課程的老師也反映“難教”。如果在VHDL語(yǔ)言與數(shù)字電路設(shè)計(jì)課程引入項(xiàng)目教學(xué)法，從完成職業(yè)任務(wù)的需要出發(fā)，以提高學(xué)生職業(yè)技能為目標(biāo)，通過(guò)“先做后學(xué)”，“在做中學(xué)”，這樣可以大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，從而大大提高教學(xué)質(zhì)量。

　　二、VHDL項(xiàng)目式教學(xué)改革的可行性

　　對(duì)一門(mén)課程引入項(xiàng)目教學(xué)方法，是需要具備一定條件的，并不是所有的課程都非常適合項(xiàng)目式教學(xué)。項(xiàng)目教學(xué)法首先是要能將整個(gè)課程劃分為若干個(gè)項(xiàng)目。VHDL語(yǔ)言的數(shù)字電路設(shè)計(jì)課的內(nèi)容主要有邏輯電路設(shè)計(jì)、程序編寫(xiě)、編譯仿真、芯片引腳鎖定和下載等，完全能將這些知識(shí)點(diǎn)按照從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從單一到綜合的原則融入教學(xué)的能力目標(biāo)中，用項(xiàng)目的方式組織起來(lái)進(jìn)行教學(xué)。其次，工科的課程的項(xiàng)目式教學(xué)還需要一定的教學(xué)儀器和場(chǎng)所等條件，就VHDL語(yǔ)言課程來(lái)說(shuō)，必須有專(zhuān)門(mén)的電腦機(jī)房和多媒體教室，還要有FPGA/CPLD實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，教師完全可以在帶有實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)講解、演示并讓學(xué)生動(dòng)手操作。因此，有了這些具備項(xiàng)目教學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)條件，實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)應(yīng)該是完全可行的。

　　三、VHDL語(yǔ)言課程項(xiàng)目式教學(xué)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)原則和方法

　　項(xiàng)目教學(xué)法中的項(xiàng)目，不同于實(shí)際生產(chǎn)和商業(yè)服務(wù)中的工程項(xiàng)目，而是指以生產(chǎn)一種具體的、具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的產(chǎn)品或服務(wù)為目的的任務(wù)。這個(gè)任務(wù)必須有一定的應(yīng)用價(jià)值，用于學(xué)習(xí)特定的教學(xué)內(nèi)容，能將教學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)踐技能結(jié)合在一起，學(xué)生有獨(dú)立動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，并且還必須有一定的難度。完成這個(gè)任務(wù)不是已有知識(shí)和技能的運(yùn)用,而是學(xué)生利用已有知識(shí)在一定范圍內(nèi)學(xué)習(xí)新的知識(shí)和技能,解決過(guò)去從未遇到過(guò)的實(shí)際問(wèn)題。因此進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)需要把握幾個(gè)原則。

　　1.循序漸進(jìn)的原則

　　項(xiàng)目設(shè)計(jì)遵循的第一點(diǎn)是循序漸進(jìn)過(guò)程。這一過(guò)程很重要，因?yàn)閷W(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中是需要成功來(lái)激勵(lì)的。比如，下面的一段程序：

　　Library ieee;

　　Use ieee.Std_logic_1164.all;

　　Entity nand2 is

　　Port(a,b:in bit;Y:Out bit);

　　Architecture nand2_1 of nand2 is

　　Y<= a nand b;

　　End nand2_1;

　　上面的程序是一個(gè)簡(jiǎn)單的與非門(mén)電路的源程序。在學(xué)習(xí)前，很多同學(xué)特別是一些英語(yǔ)基礎(chǔ)較差的同學(xué)對(duì)“Entity”、“Architecture”等單詞覺(jué)得難“懂”。因此在教學(xué)過(guò)程中，要根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差的狀況，簡(jiǎn)單而通俗易懂的介紹與非門(mén)電路設(shè)計(jì)的完整過(guò)程，包括Quartus編程軟件的基本使用、程序的編寫(xiě)、編譯、引腳的鎖定、程序的下載等，特別讓學(xué)生在課堂上動(dòng)手實(shí)踐。對(duì)“Entity（實(shí)體）”、“Architecture（構(gòu)造體）”，只要先告訴這些只是VHDL語(yǔ)言必須包含的兩個(gè)基本單元，而“Library ieee”只是VHDL語(yǔ)言中中一些庫(kù)的集合，類(lèi)似于UNIX和DOS中的目錄，至于“Use ieee.Std_logic_1164.all”則是VHDL語(yǔ)言的包集合，其作用跟C語(yǔ)言中的“Include”相同。學(xué)生剛學(xué)的時(shí)候沒(méi)有必要詳細(xì)了解它的確切的含義、具體內(nèi)容或者適用的范圍，只要了解這個(gè)與門(mén)電路的源程序中，主要的設(shè)計(jì)就是使用了“Nand”這個(gè)“與非”邏輯運(yùn)算符進(jìn)行了運(yùn)算而已。通過(guò)這樣的講解學(xué)生就不會(huì)對(duì)“Entity”、“Architecture”等長(zhǎng)度較長(zhǎng)，且在日常交流中應(yīng)用比較少單詞覺(jué)得“發(fā)秫”，就會(huì)覺(jué)得VHDL語(yǔ)言容易“上手”。

　　2.由單一到綜合的原則

　　項(xiàng)目設(shè)計(jì)遵循的第二點(diǎn)就是由單一到綜合。訓(xùn)練應(yīng)從單項(xiàng)訓(xùn)練開(kāi)始，然后再過(guò)渡到綜合訓(xùn)練。數(shù)字時(shí)鐘的設(shè)計(jì)，可以先從簡(jiǎn)單的10進(jìn)制開(kāi)始逐漸過(guò)渡到60進(jìn)制，然后再增加清零、調(diào)節(jié)小時(shí)、分鐘以及整點(diǎn)報(bào)時(shí)（甚至音樂(lè)報(bào)時(shí)）以及鬧鐘等一系列功能，這樣可以大地提高學(xué)生的動(dòng)手能力，實(shí)操性很強(qiáng)，學(xué)生開(kāi)始進(jìn)入狀態(tài)。

　　3.知識(shí)與技能的結(jié)合原則

　　項(xiàng)目設(shè)計(jì)遵循的第三點(diǎn)是將基本知識(shí)與設(shè)計(jì)技能有機(jī)結(jié)合。在教學(xué)的不同階段，完成不同基礎(chǔ)知識(shí)與VHDL程序設(shè)計(jì)方法的項(xiàng)目教學(xué)。如在介紹VHDL最基本知識(shí)的項(xiàng)目中，可借助學(xué)生過(guò)去學(xué)過(guò)的數(shù)字電路知識(shí)，使用電路原理圖的方法程序設(shè)計(jì)。如下圖所示：

　　在掌握了VHDL基本知識(shí)后，比如VHDL語(yǔ)言程序的基本結(jié)構(gòu)（Entity、Architecture、Configuration等）和VHDL語(yǔ)言的描述方式時(shí)，項(xiàng)目就可以用RTL、行為描述等方式來(lái)設(shè)計(jì)。

　　根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的原則，因此選擇數(shù)字時(shí)鐘、交通燈的控制這些人們熟悉且隨處可見(jiàn)對(duì)象作為項(xiàng)目教學(xué)的主要內(nèi)容，是十分適合的。表1列出了VHDL語(yǔ)言項(xiàng)目式教學(xué)的部分項(xiàng)目：

　　四、VHDL語(yǔ)言項(xiàng)目課程組織過(guò)程和教學(xué)過(guò)程

　　在項(xiàng)目教學(xué)法中,項(xiàng)目的選取是關(guān)鍵。教學(xué)的整個(gè)過(guò)程和所有的內(nèi)容都要以項(xiàng)目來(lái)貫徹,項(xiàng)目確定后,整個(gè)教學(xué)過(guò)程也就確定下來(lái)。在項(xiàng)目實(shí)施中,學(xué)習(xí)過(guò)程成為一個(gè)人人參與的帶有創(chuàng)造性的實(shí)踐活動(dòng),它注重的不是最終的結(jié)果,而是完成項(xiàng)目的過(guò)程,這就要求盡可能地確立優(yōu)秀實(shí)用的項(xiàng)目。

　　VHDL語(yǔ)言在傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程中，一般來(lái)說(shuō)，是要先利用一次課的時(shí)間介紹VHDL語(yǔ)言的基本知識(shí)，再在課堂上介紹VHDL語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)的方法，但不會(huì)讓學(xué)習(xí)動(dòng)手實(shí)踐，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的教學(xué)觀念認(rèn)為，剛接觸這個(gè)課程的學(xué)生還不掌握VHDL基礎(chǔ)知識(shí)，根本不具備編寫(xiě)程序進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)和能力。接下來(lái)，就會(huì)花大量的課時(shí)介紹VHDL語(yǔ)言程序的基本結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類(lèi)型、運(yùn)算操作符、語(yǔ)言的描述方式、主要描述語(yǔ)句等，再介紹VHDL的編程語(yǔ)言（如Quartus）的使用方法，這樣經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的理論介紹，最后才進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)教學(xué)過(guò)程中理論和實(shí)踐的教學(xué)完全是割裂的，而且教師處于主體地位，完全是教師教，學(xué)生聽(tīng)的方式。這種方法，對(duì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的技能，甚至對(duì)學(xué)生知識(shí)點(diǎn)的掌握方面效果都不會(huì)太好。因此，VHDL語(yǔ)言課中采用項(xiàng)目式教學(xué)方法，將完全不同于上面的教學(xué)方法。

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