《大规模可编程逻辑器件设计》课程实验考试改革的探索

摘要：本文从当前《大规模可编程逻辑器件》课程实验教学的现状出发，针对培养具有实践创新能力的大学生需求，深入剖析了目前该课程实验教学环节中存在的主要问题，提出了在课程实验考试方法改革方面的一些措施，通过使用实验考试软件，以期达到强化课堂教学效果，提高学生的实验动手能力和具体操作技巧，提高教学质量的目标。

关键词：可编程逻辑器件；实验教学软件；实验教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）52-0255-03

作为电子科学与技术专业基础课的《大规模可编程逻辑器件设计》，主要讲授大规模可编程逻辑器件的原理与应用，帮助学生在高年级阶段了解和熟悉大规模可编程逻辑器件设计和使用的基本思想，掌握数字系统设计的基本方法和技巧，学习并掌握CPLD/FPGA器件、流行的EDA设计软件和HDL设计语言等，并通过范例教学和实验课的上机实验，学生可掌握用Verilog和VHDL语言设计开发常用的数字电路和数字系统，提高解决实际问题的能力[1]。教学过程中除课堂教学外，还需要一定课时的实验教学。但在实际的实验教学和考试过程中，实验教学手段和实验考试方法过于单一，仅仅通过笔试的考试手段进行实验考试，难以使学生较好地掌握EDA设计软件和硬件描述语言（HDL）等。但如果采用实际实验操作的考试方式，由于课时紧张，无法在短时间内完成全部学生的实验考试。因此，难以很好地利用实验考试达到教学目标[2，3]。本文依据电子科学与技术专业本科生的该课程实验教学和考试的实际情况，详细分析了实验教学和考试过程中存在的问题，提出了关于该课程实验考试的几点改革方案。

一、目前实验教学和考试中存在的问题

1.在实验教学方面，相关实验教学手段和教学方法过于单一，仅在教师课堂教学讲授程序范例和实验过程的基础上，指导学生进行课程实验，学生按照课程实验手册上的具体步骤逐一进行操作，完成课程所要求的实验。这一实验教学方式难以提升学生的实践和动手能力，学生对所讲内容仍无法彻底理解，更难以实现对所学知识的灵活实践运用。

2.在实验考试和考核阶段，目前只能通过笔试的方式，在试卷中加入有关实验操作的内容对学生的实验操作能力进行考核，缺乏对学生实验操作能力进行量化考核的有效手段和工具。难以通过实验考试来考核学生实际动手能力的过程，相关实验操作考核也只能停留在卷面上。学生通过死记硬背的方式来通过考试，这种方法已经不适合当前强调以实践为主，培养实践型创新人才的要求。

综上所述，为了响应国家“十二五”规划中明确提出的建设创新型国家的任务，培养创新型大学生的要求，必须对大规模可编程逻辑器件设计课程现有的实验教学和考试方法进行改革[4，5]，利用新的实验考试手段，為培养开创未来的全面发展型人才奠定基础。

二、实验考试改革的目的与任务

为了强化实验考试及其实践环节，突出实验教学的重点，需要摒弃传统的实验教学和考试思路，采用新的实验考试手段和方法。利用实验考试软件系统对学生的实验能力进行考核，通过该软件系统给出量化的评判和考核结果，并根据考核结果统计汇总出全部考生的错误和特点，有针对性地给出如何改进实验教学，以及提高学生实验能力的指导性意见，使该实验考试软件系统不仅成为进行实验考核的有效手段，还可以作为检验实验教学效果和学生实验能力的标准，根据评判结果来改进和提高实验教学。

三、实验考试改革的具体内容

对实验教学内容的设计要坚持“从实践出发，通过实例化教学，强调设计流程，提升学生参与度和互动性”的原则。实例化程序和设计流程是本课程的主要内容，要求学生对HDL语言和EDA软件设计流程等深入理解[6]、熟练掌握。因此，这部分教学内容的考核要通过实验考试软件进行，并利用该软件作为实验教学的检验手段来提高学生在实验教学中的动手能力和创新性。具体的实验考试教学改革内容如下。

1.《大规模可编程逻辑器件设计》课程实验考试软件系统方案设计及开发。开发用于《大规模可编程逻辑器件设计》课程的实验考试软件，通过该软件的使用，与具体实验实践相结合，加强实验教学的效果，提高学生对EDA软件的掌握能力。在实验考试软件系统的设计和开发过程中，有针对性地考察学生掌握有关EDA软件的实际操作能力，并对考试结果进行量化评判，针对每个学生的成绩给出量化的指导性意见，从而有助于帮助其提升实验和实践能力。通过该软件系统可以对学生掌握有关EDA软件的操作能力做量化的考核，给出具体的评分标准和结果，对学生的实际操作能力做出量化的具有实际指导意义的评判，从而为课程教学和学生学习以及实验教学的改进和实践能力的提高给出明确且切实有效的目标。通过对电子科学与技术专业本科生实际课堂教学的运用，来考察该软件系统的教学效果，对该软件系统进行改进和完善，进而提高学生的课堂参与度和互动性，提升其学习主动性。

2.《大规模可编程逻辑器件设计》课程实验考试软件系统的具体使用步骤和考试过程如下：①进入实验考试软件系统界面（如图1所示），界面上方为菜单栏，下方为分值计算和时间计算。实验考试成绩总分为30分（实验成绩占该门课程总成绩的30%），时间为15分钟，学生需要在5项备选实验中随机抽取1项实验进行考试，必须在15分钟内完成作答，否则系统自动关闭，关闭时的成绩为最终的实验考试成绩。②学生必须根据随机抽中的考试实验，根据实验内容逐步按照步骤点击实验考试软件系统中的菜单栏目，按照规定的正确实验步骤完成操作，每个实验步骤允许出现两次操作失误，如果出现第三次错误，则系统自动转入下一步骤，本操作步骤将不得分，最终的得分结果如图2所示。

作为电子科学与技术专业课的《大规模可编程逻辑器件设计》是一门强调实验教学和实践环节的课程。只有通过强化实验教学，才能提高学生实践和创新能力，而通过实验考试软件的引入可以对学生的实验成绩进行量化评判，客观评价学生的实验操作能力，进一步规范和提高学生的实验动手能力和具体操作技巧。实验考试软件的引入可以对学生的实际操作能力做出量化的具有实际指导意义的评判，从而对课程教学和学生学习以及实验教学的改进和实践能力的提高给出明确的切实有效的目标，进而有效地提高实验教学质量，为培养具有实践创新能力的科技创新型人才奠定基础。

参考文献：

[1]汤勇明，郑姚生，吴忠，等.“可编程逻辑器件的基础与应用”课程建设与教学实践[J].电气电子教学学报，2007，（29）.

[2]沈建国，王秉举.可编程逻辑器件课程的探索与实践[J].高等理科教育，2004，（54）.

[3]龚学余，朱卫华，单长虹，等.可编程逻辑器件及应用课程的实践教学[J].电气电子教学学报，2007，29（4）.

[4]吉敬华，赵文祥，刘贤兴，等.“电气工程工具软件”课程的改革[J].电气电子教学学报，2013，35（1）.

[5]张巧文，杨亚萍，朱仲杰，等.基于CDIO理念的可编程逻辑器件应用教学方法探索[J].中国电力教育，2011，（19）.

[6]徐红，叶丰.基于FPGA的课外科技活动实验系统的设计[J].电气电子教学学报，2013，35（2）.

基金项目：天津工业大学高等教育教学改革研究项目（项目编号：2012-3-18）

作者简介：陈力颖（1976-），男，天津工业大学电子与信息工程学院讲师，主要从事微电子学的研究与教学。