王秀敏，李正權(quán)，2，單 良，夏哲雷，殷海兵

(1.中國(guó)計(jì)量學(xué)院信息工程學(xué)院，浙江杭州310018;2.東南大學(xué)移動(dòng)通信國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210096)

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，社會(huì)對(duì)熟練掌握EDA技術(shù)的工程人員的需求量逐年增加，各高校都在積極推進(jìn)此類(lèi)課程的建設(shè)。我院也于七年前開(kāi)設(shè)了“現(xiàn)代邏輯設(shè)計(jì)”課程，我們從教學(xué)理念、課程體系、教學(xué)內(nèi)容和方法等方面進(jìn)行了改革，架構(gòu)了立體化教學(xué)體系［2，3］。

1 “現(xiàn)代邏輯設(shè)計(jì)”課程概述

“現(xiàn)代邏輯設(shè)計(jì)”是本校電子信息工程、通信工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)科在“數(shù)字邏輯電路”的基礎(chǔ)上開(kāi)設(shè)的一門(mén)重要選修課。該課程首先讓學(xué)生了解數(shù)字集成電路及其設(shè)計(jì)方法，熟悉大規(guī)模可編程專(zhuān)用集成電路CPLD/FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，掌握硬件描述語(yǔ)言Verilog HDL。這些章節(jié)主要采用過(guò)渡式雙語(yǔ)教學(xué)和課堂討論式教學(xué)?；A(chǔ)知識(shí)扎實(shí)掌握后，在“數(shù)字系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)過(guò)程中，采用項(xiàng)目式教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生采用模塊化的設(shè)計(jì)思路對(duì)較復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。整個(gè)教學(xué)過(guò)程圍繞兩至三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的項(xiàng)目展開(kāi)，項(xiàng)目選題經(jīng)過(guò)仔細(xì)斟酌要求:①難度適中;②實(shí)用和現(xiàn)實(shí)生活緊密結(jié)合;③具備一定的趣味性，讓學(xué)生有更大熱情投入;④和專(zhuān)業(yè)相關(guān)，通過(guò)自主設(shè)計(jì)對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)有更深的理解。

我們通過(guò)項(xiàng)目將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，有利于將書(shū)本知識(shí)向工程實(shí)際擴(kuò)展，有力地推進(jìn)學(xué)生職業(yè)能力的發(fā)展［4-5］。

2 項(xiàng)目式教學(xué)法的實(shí)施步驟

2.1 情境創(chuàng)設(shè)，激發(fā)興趣

建構(gòu)主義認(rèn)為，情境創(chuàng)設(shè)是學(xué)習(xí)者實(shí)現(xiàn)意義建構(gòu)的必要前提。所以我們?cè)诮虒W(xué)中不斷構(gòu)建良好的教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，該課程的建立可持續(xù)發(fā)展的良好機(jī)制［6］。

在該課程的“擴(kuò)頻通信系綜合設(shè)計(jì)”教學(xué)中，學(xué)生首先需要明確:什么是擴(kuò)頻?為什么要擴(kuò)頻?擴(kuò)頻通信與常規(guī)的無(wú)線(xiàn)通信有什么不同?

為此我們?cè)诮虒W(xué)中設(shè)計(jì)了如下場(chǎng)景［7］:給學(xué)生播放一至兩段二戰(zhàn)時(shí)軍事領(lǐng)域如何進(jìn)行目標(biāo)偵察的短片，引出了擴(kuò)頻通信的概念，課后布置他們查閱資料，了解擴(kuò)頻通信概念和原理。上課時(shí)再安排兩名學(xué)生利用自己查到的資料進(jìn)行講解。

2.2 圍繞目標(biāo)，層層深入

明確了擴(kuò)頻通信的概念和原理后，我們繼而引導(dǎo)學(xué)生作進(jìn)一步的討論:為什么采用FPGA設(shè)計(jì)?用Verilog HDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)直接序列擴(kuò)頻通信需要設(shè)計(jì)哪些模塊?學(xué)生可以得出結(jié)論:FPGA具有高度系統(tǒng)化、集成化和標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)用FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)頻通信收發(fā)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手，首先在頂層進(jìn)行功能模塊的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

學(xué)生通過(guò)研究與討論，設(shè)計(jì)出擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的頂層模塊，如圖1所示。圖示的模塊包括擴(kuò)頻、PN碼發(fā)生器、調(diào)制和振蕩器四個(gè)基本模塊，均可采用Verilog HDL語(yǔ)言描述。這些模塊采用原理圖方式構(gòu)建，表達(dá)連接關(guān)系和芯片內(nèi)部邏輯到管腳的接口。在Quartus II平臺(tái)上分別實(shí)現(xiàn)這四個(gè)模塊功能的調(diào)試和仿真，再進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)聯(lián)調(diào)，功能驗(yàn)證完畢，最后進(jìn)行硬件下載和調(diào)試。同時(shí)教師引導(dǎo)學(xué)生思考本課題研究過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題:M序列的產(chǎn)生、2FSK調(diào)制模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、擴(kuò)頻模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、如何對(duì)調(diào)制后的信號(hào)序列進(jìn)行解調(diào)和調(diào)制后模塊的解擴(kuò)等。

2.3 模塊設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)合作

基本設(shè)計(jì)思路確定以后，進(jìn)入項(xiàng)目實(shí)施階段。

教師根據(jù)學(xué)生個(gè)人信息，按照知識(shí)結(jié)構(gòu)、性格、特長(zhǎng)等方面互補(bǔ)的原則協(xié)助學(xué)生分組。小組成員確定后，明確各自職責(zé)。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人全面負(fù)責(zé)項(xiàng)目的整體組織和協(xié)調(diào)，保證項(xiàng)目有序開(kāi)展;助理主要組織編寫(xiě)和完善所有項(xiàng)目文檔和報(bào)告。

圖1 直接序列擴(kuò)頻方式的頂層模塊圖

各個(gè)小組在教師的指導(dǎo)下制定項(xiàng)目的可行性方案，反復(fù)論證后主要主要確定最佳方案。教師對(duì)各小組方案提供指導(dǎo)意見(jiàn)。

2.4 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，協(xié)作研討

在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，教師整體把握，全程引導(dǎo)。重視學(xué)生的需求，尊重學(xué)生的設(shè)計(jì)，解決學(xué)生碰到的疑惑和難題。

比如，學(xué)生在調(diào)制器的設(shè)計(jì)中遇到了如下問(wèn)題:在用基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻，然后再進(jìn)行FSK調(diào)制時(shí)發(fā)現(xiàn)根本無(wú)法調(diào)制。這時(shí)教師引導(dǎo)學(xué)生從基準(zhǔn)時(shí)鐘上入手查找原因，小組成員經(jīng)過(guò)反復(fù)研究發(fā)現(xiàn):擴(kuò)頻后的信號(hào)中出現(xiàn)高電平或者低電平的時(shí)間和基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的半周期相差不多，所以根本無(wú)法進(jìn)行2FSK調(diào)制。

2.5 時(shí)序仿真，達(dá)成目標(biāo)

學(xué)生經(jīng)過(guò)認(rèn)真的編程設(shè)計(jì)并通過(guò)本原多項(xiàng)式得到了不同長(zhǎng)度的M序列，經(jīng)過(guò)仿真可得到波形圖。讓學(xué)生分析所得到的結(jié)果，所生成的M序列的周期與時(shí)鐘信號(hào)clk的倍數(shù)關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生判斷是否和理論分析的結(jié)果一致。

學(xué)生對(duì)M序列、數(shù)字基帶信號(hào)和分頻器了解之后，便可分工協(xié)作對(duì)這些子模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)編程，最后完成擴(kuò)頻模塊的主程序設(shè)計(jì)和仿真，從而得到擴(kuò)頻模塊輸出波形。

各個(gè)小組完成作品設(shè)計(jì)后，要進(jìn)行師生互動(dòng)評(píng)價(jià)階段。每個(gè)小組要對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人寫(xiě)一份評(píng)價(jià)報(bào)告，并向全班匯報(bào)和展示本組設(shè)計(jì)的最終作品，并列舉在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及解決方案。最后由指導(dǎo)教師對(duì)各小組設(shè)計(jì)方案及實(shí)施情況進(jìn)行評(píng)價(jià)和總結(jié)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文所述的基于建構(gòu)主義的教學(xué)思想，采用項(xiàng)目式教學(xué)法，通過(guò)情境創(chuàng)設(shè)、激發(fā)興趣、教師引導(dǎo)、學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作和互動(dòng)交流等的討論學(xué)習(xí)，可以全面提高學(xué)生的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力。這樣可以充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，不斷培養(yǎng)學(xué)生的研究創(chuàng)新能力。師生通過(guò)對(duì)項(xiàng)目實(shí)施方案的評(píng)價(jià)與反思，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展階梯式思維提高獲取新知識(shí)的能力。從而使學(xué)生的學(xué)習(xí)能理論聯(lián)系實(shí)際。

［1］ 李蘭英，崔永利，李妍，沈泓.基于FPGA技術(shù)的嵌入式應(yīng)用型人才培養(yǎng)教學(xué)體系，［J］.北京:計(jì)算機(jī)教育，2011(16):18-21.

［2］ 張紅.談雙語(yǔ)教學(xué)環(huán)境的建設(shè)［J］.北京大學(xué)學(xué)報(bào)(哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版)2007年5月:286－287.

［3］ 董宇欣.我國(guó)高校開(kāi)展雙語(yǔ)教學(xué)的實(shí)踐與思考［J］.北京:北京大學(xué)學(xué)報(bào)(哲學(xué)社會(huì)科學(xué)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.建構(gòu)主義大學(xué)英語(yǔ)教學(xué)設(shè)計(jì)［J］.武漢:教育理論與實(shí)踐，2010，30(4):53 －55.

［6］ 郭姣，劉艷良.問(wèn)題式教學(xué)法在信號(hào)與系統(tǒng)課程教學(xué)中的運(yùn)用［J］.南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32(5):83-85.

［7］ 趙娟.擴(kuò)頻通信技術(shù)及其應(yīng)用［J］.北京:計(jì)算機(jī)安全，2010.8:21-22.