CDIO导向的微项目驱动教学法研究

赵庆

关键词：CDIO;微项目;教学法;EDA

1绪论

CDIO工程教育模式是指构思（conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），是欧美20多年来工程教育改革理念的继承和发展。CDIO是产品导向的教育指导原则，它以产品从研发到运行的整个生命周期为载体，注重课程之间的有机联系，让学生以主动的、实践的方式学习工程知识。

微型项目驱动教学法实质上是一种探究性的学习模式，在项目驱动教学法的基础上，以知识点为出发点，学生层次化学习为目标，将原本的项目进行细分，融入微型实验项目中，从简到难，知识点逐层递推，让学生主动学习，并在教师引导下，独立而快速地完成实验项目，提升对知识的应用能力。同时培养学生个人思考问题的能力，积极推进学生参与学科竞赛，培养解决实际工程项目及团队协作的能力。

“EDA技术”是我校信息学科电类专业很重要的应用性专业课，是在学生具备了电类基础知识之后，系统学习数字系统设计思想及方法的一个重要教学环节，是一门实践性很强的课程。它是现代电子设计技术的核心，依赖功能强大的计算机，在EDA软件平台上，以硬件描述语言为表达方式，以大规模可编程逻辑器件为设计载体，培养学生掌握电子设计自动化自顶向下设计方法及电路设计能力，提升创新意识、创新能力和实践技能。

2 CDIO导向的微项目驱动教学法的构建

2.1基本情况

传统的“自下而上”教学方式，对于EDA技术而言，是先讲HDL语言的语法后实验，这种方法往往是学生明确了语法应用的要素，但实际编程完成具体项目时，却不知如何下手。这种方法使学生处于被动，知识的主动权完成掌握在教师手中，学生很难化被动为主动。而采用CDIO微型项目驱动教学法，将教学大纲规定的知识点渗透進若干个微型项目中，采用“倒叙式”授课方式，先整体后局部，以简单而典型的设计示例和电路模型为例，从具体电路和实用背景下引出相关的语言现象和语句规则，并加以深入浅出的说明，同时以CDIO工程项目教学方式，辅以与知识点相关的微型项目加深学习，使学生能迅速了解并掌握HDL语言与逻辑电路问的基本关系，降低学习难度的同时，能更早进入数字系统工程设计经验的积累和能力提高阶段，真正做到“用什么，学什么”。

我校是一所地方性的普通民办本科院校，学院建有的FPGA实训室是通过实验箱的验证来完成相关实训项目，如LED跑马灯实验、4位七段数码管制作自动计时器实验、按键实验、蜂鸣器实现8个乐音实验、串口通信实验等。为实施微项目教学法、提高学习效率与效果，完成更多的微型项目，对整体教学进行重新设计，结合实验环境及设备，将CDIO工程教学理念融入其中，以产品为导向，从构思到运作，设计符合学生需求的微项目，潜移默化地让学生接受新知识。 2.2三层式体系结构 在微项目设计时，按知识体系的递进，构建“层次式”“阶梯式”的EDA技术设计项目，具体层次要求如下：

（1）基础层。根据人才培养方案的修改，该课程将理论与实验相结合的模式改为全程实验室教学，教师以典型的数字电路为切入点，采用自上而下的授课方式讲授一部分知识，学生根据所讲内容及授课教师布置的与知识点相关的微型项目，即一个个子程序、子项目，边学边做，将理论与实践相结合，淡化实验个数概念，从而掌握EDA的基础知识。

（2）应用层。在基础层微型项目的基础上，将各子程序、子项目进行融合，每个工程项目至少两个及以上的子模块，进行工程项目的整体，完成一个项目的综合设计，实现从局部到整体的融合，从而掌握EDA自顶向下的设计技术，将实践与工程实际接轨，充分发挥学生的主观能动性。

（3）创新层。通过基础层与应用层的实践启发，教师可根据教学大纲要求，以及学生层次，由简到繁，实验项目逐级递推。以学生团队为对象，划分实验项目子模块，分模块进行开发设计。同时鼓励学生自制电子作品，参加与学科相关的竞赛，拔高设计层次，真正做到理论与实践相结合，从何提升创新意识以及与团队协作的能力。亦可申报校级大学生科研项目，开展工程项目全过程的实施，检验创新成果与理论知识。在创新层的项目法实施过程中，真正做到“以学生为主”。

《EDA技术》具体实施的微项目设计如下表所示：

3 CDIO导向的微项目驱动教学法的实施

3.1 CDIO导向的微项目驱动教学法阶段性设计

我校2013版人才培养方案中，EDA技术课程共计48学时，后期还有32学时数字系统设计课程，两者实际是一体的。2016版人才培养方案修订时，考虑到课程的工程性和实践性，将课程名更改为“电子设计自动化”，并将理论+实验的教学模式更改为32学时独立设置实验课，真正地做到以学生为中心，在“做”中学，在“学”中做，并在授课时将CDIO工程教学理念融入其中，克服了传统教学相对脱节的缺陷。同时将微型项目融入理论教学与实验教学中，通过项目导出知识点，更容易让学生接受和掌握，也防止理论知识与实践知识割裂，学生能当堂消化知识点并实际动手完成相应的微项目。

由于我校为民办高校，学生基础薄弱，编程能力差，故而，实施过程中，先基础后综合，由教师先简要介绍EDA技术中CPLD、FPGA等可编程逻辑器件的硬件结构、Verilog硬件编程语言，让学生对EDA设计有个初步的认识，并能动手编写简单的微项目。从第5周开始，实验层次升级，从基础层向应用层转化，同时要求学生可以增加自己的创新思想，逐步培养创新思维能力。整个学期共完成4个项目，后期的数字系统设计学习中再完成4个项目，两门课程共计8个项目。每个项目按照CDIO工程培养模式，按构思、设计、实现和运作4阶段展开，每个阶段2个学时。前期基础性实验要求每个学生独立完成，后期应用层和创新层实验分组完成，培养学生团队协作能力。

每个实验项目按照CDIO产品周期过程，分四阶段完成，分别为：