项目式教学法在“现代逻辑设计”课程中的应用

王秀敏，李正权，2，单 良，夏哲雷，殷海兵

(1.中国计量学院信息工程学院，浙江杭州310018;2.东南大学移动通信国家重点实验室，江苏南京210096)

随着信息技术的飞速发展，社会对熟练掌握EDA技术的工程人员的需求量逐年增加，各高校都在积极推进此类课程的建设。我院也于七年前开设了“现代逻辑设计”课程，我们从教学理念、课程体系、教学内容和方法等方面进行了改革，架构了立体化教学体系［2，3］。

1 “现代逻辑设计”课程概述

“现代逻辑设计”是本校电子信息工程、通信工程、电子信息科学与技术专业学科在“数字逻辑电路”的基础上开设的一门重要选修课。该课程首先让学生了解数字集成电路及其设计方法，熟悉大规模可编程专用集成电路CPLD/FPGA的内部结构，掌握硬件描述语言Verilog HDL。这些章节主要采用过渡式双语教学和课堂讨论式教学。基础知识扎实掌握后，在“数字系统综合设计”课程的教学过程中，采用项目式教学法，引导学生采用模块化的设计思路对较复杂的数字系统进行设计。整个教学过程围绕两至三个相对独立的项目展开，项目选题经过仔细斟酌要求:①难度适中;②实用和现实生活紧密结合;③具备一定的趣味性，让学生有更大热情投入;④和专业相关，通过自主设计对专业知识有更深的理解。

我们通过项目将理论与实践紧密结合，有利于将书本知识向工程实际扩展，有力地推进学生职业能力的发展［4-5］。

2 项目式教学法的实施步骤

2.1 情境创设，激发兴趣

建构主义认为，情境创设是学习者实现意义建构的必要前提。所以我们在教学中不断构建良好的教学环境，激发学生的学习兴趣，培养学生自主学习，该课程的建立可持续发展的良好机制［6］。

在该课程的“扩频通信系综合设计”教学中，学生首先需要明确:什么是扩频?为什么要扩频?扩频通信与常规的无线通信有什么不同?

为此我们在教学中设计了如下场景［7］:给学生播放一至两段二战时军事领域如何进行目标侦察的短片，引出了扩频通信的概念，课后布置他们查阅资料，了解扩频通信概念和原理。上课时再安排两名学生利用自己查到的资料进行讲解。

2.2 围绕目标，层层深入

明确了扩频通信的概念和原理后，我们继而引导学生作进一步的讨论:为什么采用FPGA设计?用Verilog HDL语言设计直接序列扩频通信需要设计哪些模块?学生可以得出结论:FPGA具有高度系统化、集成化和标准化等优点，设计一个用FPGA技术实现的扩频通信收发系统具有较强的实际应用价值。在进行设计时，采用自顶向下的设计方法，从系统设计入手，首先在顶层进行功能模块的划分和结构设计。

学生通过研究与讨论，设计出扩频通信系统的顶层模块，如图1所示。图示的模块包括扩频、PN码发生器、调制和振荡器四个基本模块，均可采用Verilog HDL语言描述。这些模块采用原理图方式构建，表达连接关系和芯片内部逻辑到管脚的接口。在Quartus II平台上分别实现这四个模块功能的调试和仿真，再进行系统级联调，功能验证完毕，最后进行硬件下载和调试。同时教师引导学生思考本课题研究过程中的关键问题:M序列的产生、2FSK调制模块的设计与实现、扩频模块的设计与实现、如何对调制后的信号序列进行解调和调制后模块的解扩等。

2.3 模块设计，团队合作

基本设计思路确定以后，进入项目实施阶段。

教师根据学生个人信息，按照知识结构、性格、特长等方面互补的原则协助学生分组。小组成员确定后，明确各自职责。项目负责人全面负责项目的整体组织和协调，保证项目有序开展;助理主要组织编写和完善所有项目文档和报告。

图1 直接序列扩频方式的顶层模块图

各个小组在教师的指导下制定项目的可行性方案，反复论证后主要主要确定最佳方案。教师对各小组方案提供指导意见。

2.4 发现问题，协作研讨

在项目实施过程中，教师整体把握，全程引导。重视学生的需求，尊重学生的设计，解决学生碰到的疑惑和难题。

比如，学生在调制器的设计中遇到了如下问题:在用基准时钟信号对基带信号进行扩频，然后再进行FSK调制时发现根本无法调制。这时教师引导学生从基准时钟上入手查找原因，小组成员经过反复研究发现:扩频后的信号中出现高电平或者低电平的时间和基准时钟信号的半周期相差不多，所以根本无法进行2FSK调制。

2.5 时序仿真，达成目标

学生经过认真的编程设计并通过本原多项式得到了不同长度的M序列，经过仿真可得到波形图。让学生分析所得到的结果，所生成的M序列的周期与时钟信号clk的倍数关系，引导学生判断是否和理论分析的结果一致。

学生对M序列、数字基带信号和分频器了解之后，便可分工协作对这些子模块进行设计编程，最后完成扩频模块的主程序设计和仿真，从而得到扩频模块输出波形。

各个小组完成作品设计后，要进行师生互动评价阶段。每个小组要对整个设计过程进行自我评价，由项目负责人写一份评价报告，并向全班汇报和展示本组设计的最终作品，并列举在项目开发过程中遇到的问题以及解决方案。最后由指导教师对各小组设计方案及实施情况进行评价和总结。

3 结语

本文所述的基于建构主义的教学思想，采用项目式教学法，通过情境创设、激发兴趣、教师引导、学生团队合作和互动交流等的讨论学习，可以全面提高学生的分析问题和解决问题能力。这样可以充分发挥学生的自主学习、协作学习的主动性和积极性，不断培养学生的研究创新能力。师生通过对项目实施方案的评价与反思，引导学生开展阶梯式思维提高获取新知识的能力。从而使学生的学习能理论联系实际。

［1］ 李兰英，崔永利，李妍，沈泓.基于FPGA技术的嵌入式应用型人才培养教学体系，［J］.北京:计算机教育，2011(16):18-21.

［2］ 张红.谈双语教学环境的建设［J］.北京大学学报(哲学社会科学版)2007年5月:286－287.

［3］ 董宇欣.我国高校开展双语教学的实践与思考［J］.北京:北京大学学报(哲学社会科学版)，2007(S2):80-81.

［4］ Tuula Merisuo-Storm，Pupils＇attitudes towards foreign-language learning and the development of literacy skills in bilingual education，Teaching and Teacher Education，2006(5).

［5］ 熊英.建构主义大学英语教学设计［J］.武汉:教育理论与实践，2010，30(4):53 －55.

［6］ 郭姣，刘艳良.问题式教学法在信号与系统课程教学中的运用［J］.南京:电气电子教学学报，2010，32(5):83-85.

［7］ 赵娟.扩频通信技术及其应用［J］.北京:计算机安全，2010.8:21-22.