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项目教学法在VHDL语言与数字电路设计课中的应用论文
【摘 要】本文介绍了高职院校项目式教学改革的重要性，分析了VHDL语言课程实行项目教学的可行性，介绍了VHDL语言项目教学中项目设计的原则和方法，并详细说明了项目教学过程。
【关键词】职业教育 教学改革 项目教学法 VHDL语言
项目教学法是一种切合职业教育特点，采用项目式组织形式实施课程教学的方法。项目教学法把理论与实践教学有机地结合起来，鼓励学生通过实践活动获得知识，激发学生的学习动机，发掘学生的创造潜能，因而得到很多高等职业院校教师和学生的青睐，逐步成为高等职业教育教学改革的发展方向。本文主要介绍项目教学法在VHDL语言与数字电路设计课中的应用。
一、实施项目式教学法的历史背景和原因
当前，随着生产力的发展和技术的提高，用人单位对高素质技能人才的要求也越来越高。然而，在实际教学过程中，高职学生普遍都存在文化基础差，学习自觉性不够或不会寻找较好的学习方法，上课注意力不够集中易开小差，学习被动，尤其对理工科课程的逻辑推理很难适应和接受。另一方面，高职院校的教师自身面临理论与实际结合不够紧密，教学和科研水平不高等方面的缺陷，因此，如何改进教学方法，提高教学质量，提高学生的职业技能，是我们处在教学第一线的老师所必须面对的问题。
VHDL语言与数字电路设计课程是一门理论性和实践性很强的课程，既要求学生有扎实的数字电路功底，又要求有较强的高级程序语言能力，还必须有一定的芯片设计的知识。在传统的教学方法中，一般先介绍VHDL语言与数字电路设计的基础理论，然后进行实践教学。这种教学方法，由于学生缺少对真实职业情境的体验以及必要的经验基础而无法提起兴趣。因此高职生在学习这些课程时普通反映比较“难懂”，而担任该课程的老师也反映“难教”。如果在VHDL语言与数字电路设计课程引入项目教学法，从完成职业任务的需要出发，以提高学生职业技能为目标，通过“先做后学”，“在做中学”，这样可以大大激发学生的学习动机，从而大大提高教学质量。
二、VHDL项目式教学改革的可行性
对一门课程引入项目教学方法，是需要具备一定条件的，并不是所有的课程都非常适合项目式教学。项目教学法首先是要能将整个课程划分为若干个项目。VHDL语言的数字电路设计课的内容主要有逻辑电路设计、程序编写、编译仿真、芯片引脚锁定和下载等，完全能将这些知识点按照从简单到复杂，从单一到综合的原则融入教学的能力目标中，用项目的方式组织起来进行教学。其次，工科的课程的项目式教学还需要一定的教学仪器和场所等条件，就VHDL语言课程来说，必须有专门的电脑机房和多媒体教室，还要有FPGA/CPLD实验开发平台，教师完全可以在带有实验开发系统的机房现场讲解、演示并让学生动手操作。因此，有了这些具备项目教学的基本实验条件，实施项目式教学应该是完全可行的。
三、VHDL语言课程项目式教学的项目设计原则和方法
项目教学法中的项目，不同于实际生产和商业服务中的工程项目，而是指以生产一种具体的、具有实际应用价值的产品或服务为目的的任务。这个任务必须有一定的应用价值，用于学习特定的教学内容，能将教学的理论知识和实践技能结合在一起，学生有独立动手实践的机会，并且还必须有一定的难度。完成这个任务不是已有知识和技能的运用,而是学生利用已有知识在一定范围内学习新的知识和技能,解决过去从未遇到过的实际问题。因此进行项目设计需要把握几个原则。
1.循序渐进的原则
项目设计遵循的第一点是循序渐进过程。这一过程很重要，因为学生在学习过程中是需要成功来激励的。比如，下面的一段程序：
Library ieee;
Use ieee.Std_logic_1164.all;
Entity nand2 is
Port(a,b:in bit;Y:Out bit);
Architecture nand2_1 of nand2 is
Y<= a nand b;
End nand2_1;
上面的程序是一个简单的与非门电路的源程序。在学习前，很多同学特别是一些英语基础较差的同学对“Entity”、“Architecture”等单词觉得难“懂”。因此在教学过程中，要根据学生学习基础较差的状况，简单而通俗易懂的介绍与非门电路设计的完整过程，包括Quartus编程软件的基本使用、程序的编写、编译、引脚的锁定、程序的下载等，特别让学生在课堂上动手实践。对“Entity（实体）”、“Architecture（构造体）”，只要先告诉这些只是VHDL语言必须包含的两个基本单元，而“Library ieee”只是VHDL语言中中一些库的集合，类似于UNIX和DOS中的目录，至于“Use ieee.Std_logic_1164.all”则是VHDL语言的包集合，其作用跟C语言中的“Include”相同。学生刚学的时候没有必要详细了解它的确切的含义、具体内容或者适用的范围，只要了解这个与门电路的源程序中，主要的设计就是使用了“Nand”这个“与非”逻辑运算符进行了运算而已。通过这样的讲解学生就不会对“Entity”、“Architecture”等长度较长，且在日常交流中应用比较少单词觉得“发秫”，就会觉得VHDL语言容易“上手”。
2.由单一到综合的原则
项目设计遵循的第二点就是由单一到综合。训练应从单项训练开始，然后再过渡到综合训练。数字时钟的设计，可以先从简单的10进制开始逐渐过渡到60进制，然后再增加清零、调节小时、分钟以及整点报时（甚至音乐报时）以及闹钟等一系列功能，这样可以大地提高学生的动手能力，实操性很强，学生开始进入状态。
3.知识与技能的结合原则
项目设计遵循的第三点是将基本知识与设计技能有机结合。在教学的不同阶段，完成不同基础知识与VHDL程序设计方法的项目教学。如在介绍VHDL最基本知识的项目中，可借助学生过去学过的数字电路知识，使用电路原理图的方法程序设计。如下图所示：
在掌握了VHDL基本知识后，比如VHDL语言程序的基本结构（Entity、Architecture、Configuration等）和VHDL语言的描述方式时，项目就可以用RTL、行为描述等方式来设计。
根据项目设计的原则，因此选择数字时钟、交通灯的控制这些人们熟悉且随处可见对象作为项目教学的主要内容，是十分适合的。表1列出了VHDL语言项目式教学的部分项目：
四、VHDL语言项目课程组织过程和教学过程
在项目教学法中,项目的选取是关键。教学的整个过程和所有的内容都要以项目来贯彻,项目确定后,整个教学过程也就确定下来。在项目实施中,学习过程成为一个人人参与的带有创造性的实践活动,它注重的不是最终的结果,而是完成项目的过程,这就要求尽可能地确立优秀实用的项目。
VHDL语言在传统的教学过程中，一般来说，是要先利用一次课的时间介绍VHDL语言的基本知识，再在课堂上介绍VHDL语言进行数字逻辑电路设计的方法，但不会让学习动手实践，因为传统的教学观念认为，刚接触这个课程的学生还不掌握VHDL基础知识，根本不具备编写程序进行数字电路设计的理论基础和能力。接下来，就会花大量的课时介绍VHDL语言程序的基本结构、数据类型、运算操作符、语言的描述方式、主要描述语句等，再介绍VHDL的编程语言（如Quartus）的使用方法，这样经过漫长的理论介绍，最后才进行一些实验。在这个教学过程中理论和实践的教学完全是割裂的，而且教师处于主体地位，完全是教师教，学生听的方式。这种方法，对激发学生的学习兴趣，提高学生的技能，甚至对学生知识点的掌握方面效果都不会太好。因此，VHDL语言课中采用项目式教学方法，将完全不同于上面的教学方法。
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