[摘 要]本文指出了以往“可编程逻辑器件”课程教学中所存在的一些问题。针对这些问题，提出了课堂教学和实验教学改革的措施，并在教学实践中取得了良好的效果。 [关键词]可编程逻辑器件 课堂教学 实验教学教学改革
引言：“可编程逻辑器件”是电子信息类学生的一门重要专业课程。具有实践性强、知识内容更新快的特点。开设在数字电子技术课程之后，介绍现代大规模可编程逻辑器件(PLD)设计方法，目的在于培养学生基于PLD的现代数字电子系统设计能力。
该课程以往教学过程中，老师会注重学生知识接受能力和动手能力的培养。不断更新教学内容，完善教学方法，取得了一定的效果。但随着PLD技术的不断发展，课程教学还是出现了明显不足之处。具体如下：
①教学内容相对滞后，与当前可编程逻辑器件前沿设计技术有一定的差距：
②实验设备相对落后，所开设实验种类少，实验难度不够；
③教学形式单一，层次不够，学生被动学习，主动性不强；
④考核形式单一，不能很好地反映学生真实学习情况。
基于以上的问题，必须重新修改课程培养方案。同时考虑到：第一，课程开设时学生已经完成数字电子技术以及单片机课程的学习，后续还有嵌入式系统课程；第二，理论教学与实践教学并重的原则，对课程重新定位如下：
①掌握当前主流PLD芯片使用选型，同时培养学生获取PLD技术最新发展动向的能力；
②掌握PLD芯片的基本开发流程，同时培养学生对新技术、新设计方法的自学能力；
③针对于大规模数字逻辑电路、系统级设计，要培养学生多人协同工作能力，建立模块化设计理念，熟悉团队工作方式。
针对以往教学中出现的问题以及对课程培养方案的重新定位，课程建设小组主要从三个方面展开工作：，一是课堂教学改革；二是实验教学改革；三是课程配套内容建设。
1.课堂教学改革。在教学实践中，课程建设小组在课堂教学内容、教学方法以及考核方法上都做了进一步的改进与完善。
1.1 教学内容：新编排的课堂教学内容如表1所示。
新教学内容编排加强了PLD芯片及编程配置电路介绍，以方便感兴趣的学生课后完成PLD最小系统板设计。同时，引入了PLD片上资源应用介绍。另外，8051单片机IP核应用很好地将PLD技术和单片机联系起来。通过Nios II软核介绍，为学生今后SOPC嵌入式系统课程学习奠定了基础。新编排的教学内容基本上反映了当前PLD主流设计技术。
1.2 教学方法：该课程面向高年级学生开设。学习该课程时，学生都具备了其他编程语言(如c语言、汇编语言等)学习基础。因此，在PLD硬件描述语言――VHDL语言教学中并没有采用逐条语句、逐个语法点讲解的教学形式，而是从实例讲解入手，通过基本电路单元、实用电路的实例分析引出基本语法知识及其使用方法的介绍。通过教学实践，反映出该教学方法效果明显，同学不仅很好地掌握了VHDL语言语法知识，更重要的是具备了扎实的实用编程能力。
教学过程中，十分注重学生系统级电路设计能力的培养，建立模块化设计理念。为此，教学过程中采用了小组竞争学习方式。对于一个教学自然班，在开学初期，分成若干个设计小组(每小组3～5人左右)。在教学过程当中，每个小组会分配一个设计课题，在学期结束之前，以课堂讨论的形式，每个小组完成对设计课题的总结。最后，设计课题的评价是由老师和其他小组同学共同给出。这种具有竞争性质的小组学习方式，极大地激活了学生学习兴趣和学习主动性。在竞争学习过程当中，很好地锻炼了学生动手能力，更重要的是培养了学生小组多人协同工作和大规模电路模块化设计的能力。
1.3 考核方法：在新的培养方案中，该课程的课堂教学和实验教学是分开独立考核的。为了更加客观公平地反映学生平时的学习情况，课堂教学总评成绩考核由三部分组成的：一是学生平时的考勤情况，占10％；二是期末笔试成绩，占50％；三是平时小组设计课题完成情况，占40％。设计课题考核由老师和同学共同完成，老师考核成绩占60％，同学考核成绩占40％，考核内容主要包括：①设计方案是否正确合理；②小组成员工作分配是否合理；③设计方法有无独特新颖之处：④设计报告是否规范、正确；⑤总结陈述和回答问题是否正确；⑥设计过程是否认真，学习态度是否端正等。
2.实验教学改革。实验教学改革在实验内容上做了比较大的变动，增加了PLD片上资源应用、8051IP核应用及Nios II软核嵌入式系统实验。为了很好地开展实验，实验室环境做了改进，升级了实验平台。另外，对实验考核方法也做了进一步完善。
2.1 实验内容：新编排的实验内容如表2所示。
实验内容根据需要分为了三个部分：第一部分是基础性实验，内容相对简单，实验提示性内容较多，目的是让学生熟悉PLD设计流程，以及基本硬件输入、显示设备的驱动设计。第二部分是设计性实验，与课堂教学内容相关联，同时加入了思考性内容，目的是让学生掌握常见数字逻辑单元的设计方法。其中8051单片机IP核实验，使学生把本课程和单片机课程联系起来，扩大了课程交叉学习内容。第三部分是综合性实验，难度相对较大，需要学生在本课程基础上，查阅其他相关资料思考完成，目的是提高学生综合运用知识的能力。
实验内容根据需要分为了三个部分：第一部分是基础性实验，内容相对简单，实验提示性内容较多，目的是让学生熟悉PLD设计流程，以及基本硬件输入、显示设备的驱动设计。第二部分是设计性实验，与课堂教学内容相关联，同时加入了思考性内容，目的是让学生掌握常见数字逻辑单元的设计方法。其中8051单片机IP核实验，使学生把本课程和单片机课程联系起来，扩大了课程交叉学习内容。第三部分是综合性实验，难度相对较大，需要学生在本课程基础上，查阅其他相关资料思考完成，目的是提高学生综合运用知识的能力。
实验内容根据需要分为了三个部分：第一部分是基础性实验，内容相对简单，实验提示性内容较多，目的是让学生熟悉PLD设计流程，以及基本硬件输入、显示设备的驱动设计。第二部分是设计性实验，与课堂教学内容相关联，同时加入了思考性内容，目的是让学生掌握常见数字逻辑单元的设计方法。其中8051单片机IP核实验，使学生把本课程和单片机课程联系起来，扩大了课程交叉学习内容。第三部分是综合性实验，难度相对较大，需要学生在本课程基础上，查阅其他相关资料思考完成，目的是提高学生综合运用知识的能力。
2.2 实验平台：课程建设小组根据新编排的实验内容对实验系统做了升级，引入了一套新的实验平台。该实验平台是以ALTERA公司Cyclone系列EPlCl2Q240C8为目标下载芯片，等效规模在30万逻辑门以上，能够满足较大规模系统设计。EPlCl2核心板上配备了常见的通信接口，如VGA口、RS232串口、USB口以及PS／2口等。此外，实验平台上还提供了其他丰富的实验资源，如8字型和米字型数码管模块、LED显示模块、16~16点阵模块、128~32液晶显示模块、按键及拨码开关输入模块、话筒输入及语音输出模块、电平调节模块、A／D及D／A转换模块、EEPROM模块、单片机及RS232接口模块、可调数字信号源等。该实验平台完全能够满足新实验内容的需要，同时也可以用作PLD课程设计和毕业设计。
此外，课程建设小组还设计了一套基于CPLD器件MAX7128的最小系统板。该系统板结构简单，采用交直流双电源供电方式，提供板上多路数字信号源，支持USB及ByteblasterlI下载，所有IO引脚对外开放。可用作学生电子设计大赛和课后训练需要。
2.3 实验教学与考核：实验教学内容分为三个层次，由易到难。基础性实验必须全部完成，设计性实验要求学生选做6个完成，综合性实验选做1个完成。在选择设计性实验和综合性实验时，是有相互关联性的。如综合性实验选择“自动乐曲硬件演奏电路设计”，那么设计性实验中最好选择“数控分频器设计”，因为乐曲硬件演奏电路中的核心部分是一个数控分频器。再比如综合性实验选择 “语音采集处理系统设计”，则设计性实验中应该选择“ADC0809采样控制电路及简易数字电压表设计”和“比较器和D／A器件实现A／D转换功能电路设计”，因为语音采集与回放需要A／D和D／A转换模块。对于基础性实验和选做的设计性实验要求学生在课内时间完成，选做的综合性实验在课后完成，但最后必须在实验室验证通过。对于实验室，除正常教学时间外，每周会安排3--4个晚上的开放时间，学生可以完成课堂外的一些实践内容。如没有选做的设计性、综合性实验内容，协助导师完成的一些科研实践内容。
为了客观公正地反映学生实践动手能力，实验考核由三部分成绩组成：第一部分是平时实验成绩，占50％，考查的是基础性实验和选做的设计性实验完成情况；第二部分是综合实践成线，占30％，主要考查的是选做的综合性实验完成情况，也包括课外非选做实验内容及参与导师科研实践的完成情况；第三部分是期末上机考试成绩，占20％，主要考查同学基础编程能力。特别强调一点，每个实验的考核还要特别注重实验报告的撰写。每份实验报告应该包括：实验任务和要求，实验原理与方案，实验电路图、程序流程图，程序清单及必要的注释，仿真测试波形，实验调试中出现的问题和解决措施，实验体会等。
3.课程配套内容建设。除了对课堂教学、实验教学做了改革与实践，在课程配套建设方面也做了一些工作。重新修订了课程教学大纲、制作了多媒体教学课件、建立了考试题库、编写了新的配套实验讲义、建设了课程网站等。其中课程网站提供了优秀学生作品演示，为学生配备了丰富的下载资料，包括常用软件、各类学习资料及教学课件等，提供了网上作业练习，同时网上留言区为师生交流提供了平台。
4.小结。根据“可编程逻辑器件”课程新的培养计划，课程建设小组从课堂教学和实验教学上在教学实践中作了一些尝试和探索。课堂教学内容的补充丰富了教学的素材，考试方式的改进能更全面的考核学生掌握知识及获取知识的能力，多媒体现代教学手段对教学效果的加强、教学水平的提高都有很大的促进作用。实验教学内容的层次化、模块化，使得学生能够由易到难、循序渐进地掌握PLD设计方法及应用。自主式的实验项目选择，能极大的激活学生学习的兴趣和学习的积极性。特别是在教学过程中引入的竞争性小组学习方式，提高了同学们的学习热情和学习主动性，培养锻炼了同学们主动获取、总结及整理最新科技信息的能力，为他们今后的毕业设计打下良好的基础。同时，也锻炼了学生团队协作能力和表达能力，为今后的工作、学习积累了经验。课程内容的选取与编排，实验设备的选配与使用都经历了两年的教学实践，从学生学习情况反映来看，效果是良好的。为了更好地推动“可编程逻辑器件”课程教学发展，课程建设小组对课程建设中所做的工作，以及教学实践中所积累的一些经验在本文中做了总结，以供同行参考与交流。