EDA課程教學(xué)探索和實踐

劉婭琴,林 霖

(南方醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院,廣東廣州510515)

我校開設(shè)的“EDA技術(shù)與應(yīng)用”課程[1],作為電子信息專業(yè)的必修課和影像工程專業(yè)的選修課,學(xué)時數(shù)為54。作為醫(yī)科院校,如何順應(yīng)醫(yī)療電子設(shè)備發(fā)展的要求,讓學(xué)生盡快掌握基本知識并培養(yǎng)學(xué)生在醫(yī)療電子設(shè)備應(yīng)用開發(fā)方面的工程實踐能力,是我們教學(xué)研究的核心問題。

1 課程教學(xué)內(nèi)容安排

EDA技術(shù)課程主要內(nèi)容有EDA基本原理和概念、可編程邏輯器件(FPGA/CPLD)、硬件描述語言(VHDL)、數(shù)字電路的VHDL描述、數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法、常用EDA工具軟件的使用和EDA開發(fā)裝置的操作等。主要教學(xué)任務(wù)是使學(xué)生獲得自主設(shè)計電路的能力,在教學(xué)內(nèi)容安排上應(yīng)以實用為原則。

例如:教材[2]前三章全是比較抽象的理論知識,而學(xué)生對EDA技術(shù)基本上是一無所知。若直接講授會使學(xué)生覺得乏味。為此,第一次課時介紹前兩章,讓學(xué)生了解EDA的相關(guān)理論知識。第二次課即用原理圖輸入方法設(shè)計簡單電路,當(dāng)學(xué)生自己可以動手時,興趣自然很大。課后大部分學(xué)生對MAX+plus II的操作步驟都可基本掌握。然后再學(xué)習(xí)如何利用VHDL設(shè)計數(shù)字電路。

又如:FPGA的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用一章是本課程的難點。教師可以安排在學(xué)完用EDA軟件設(shè)計數(shù)字電路的方法后,又上過好幾次實驗課,讓學(xué)生看到不同的數(shù)字電路可以下載到同一片F(xiàn)PGA芯片上來實現(xiàn)。此時我們再介紹CPLD/FPGA的結(jié)構(gòu),效果自然很好。

由于課時少,部分內(nèi)容可以讓學(xué)生自學(xué),有些內(nèi)容可以融合在一塊講授,還有些內(nèi)容可以安排由學(xué)生講授。如VHDL語法語句的系統(tǒng)描述。另外,在教學(xué)過程中,可根據(jù)課程特點補充一些 EDA技術(shù)在醫(yī)療電子方面的具體應(yīng)用實例。

2 教學(xué)方式多樣化

EDA技術(shù)是一門實踐性和應(yīng)用性很強的課程,如果按照傳統(tǒng)的課程教學(xué)方式,理論課和實驗課完全分開,實驗課全是驗證型實驗,學(xué)生會覺得索然無味。教學(xué)中應(yīng)采用靈活的多樣的教學(xué)方式,調(diào)動學(xué)生的興趣,注重學(xué)生的能力培養(yǎng)。

1)理論與實踐相結(jié)合

首先理論課最好由教師邊講,學(xué)生邊干、教師邊輔導(dǎo),即采用邊干邊學(xué)[3]的教學(xué)模式。讓學(xué)生多動手、多實踐,才能多動腦、多收獲,從而體會 EDA設(shè)計的真締。

理論課的講授宜采用由設(shè)計實例引出VHDL語句的教學(xué)方式。因為學(xué)生已經(jīng)學(xué)過數(shù)字電路和C語言,對VHDL的教學(xué)不必像純軟件語言那樣逐條語句講授,也不必系統(tǒng)地學(xué)習(xí)完VHDL語句和語法后再學(xué)習(xí)利用VHDL設(shè)計電路。我們可以通過完整、典型的 VHDL設(shè)計實例,使學(xué)生先了解用VHDL表達(dá)和設(shè)計電路的方法,然后引出VHDL語句來講解其格式及其使用方法。

2)培養(yǎng)學(xué)生實踐能力

教學(xué)中應(yīng)始終注意調(diào)動學(xué)生的興趣。例如:課后作業(yè)要求學(xué)生3人組成一組,自己選題,在規(guī)定時間內(nèi)完成,并通過網(wǎng)上提交電子文檔,組織幾個學(xué)生骨干參照教師給出的詳細(xì)評分標(biāo)準(zhǔn)打分,作為平時成績。教師采取抽查和上課隨機提問的方式,起到監(jiān)督作用。這樣做既能通過團隊合作精神激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,又能促進或幫助一些學(xué)生不掉隊。

又如:實驗課要在驗證的基礎(chǔ)上留出學(xué)生自己開動腦筋的空間。本課程的實驗課共6次課,前4次實驗課是教材中內(nèi)容,既有基本驗證部分,也有附加發(fā)揮部分;后2次實驗課安排為綜合性實驗,教師提供8個綜合性實驗供每組學(xué)生參考,同時也提倡學(xué)生自己另外選題。

為保證學(xué)生能順利完成后面的綜合性實驗,前4次實驗課內(nèi)容需為后面綜合性實驗做好鋪墊。例如:層次化設(shè)計、狀態(tài)機設(shè)計及分頻電路、數(shù)碼管顯示譯碼電路、模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換的控制電路等內(nèi)容應(yīng)該在前4次實驗中涵蓋。

3)拓展課程應(yīng)用

本課程應(yīng)用性強,易于學(xué)以致用,教學(xué)中可以采用課程內(nèi)容和專業(yè)知識相結(jié)合的方法,培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計的創(chuàng)新能力。例如:在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中,心電信號的處理和分析扮演著重要角色,心電信號分析結(jié)果是評價心臟功能的重要依據(jù),可以將FPGA應(yīng)用于心電信號的檢測和處理。其過程是:先采用精密集成運放對電極采集的微弱心電信號進行放大和初步濾波,再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后利用FPGA內(nèi)嵌IP核進行數(shù)字濾波,由通信串口送入計算機存儲和顯示;也可以經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和低通濾波器平滑濾波后輸至示波器顯示。

將上述課題分解為幾個小課題,挑出有興趣、有能力的一些學(xué)生組成課題小組,各小課題之間相對獨立,但又有聯(lián)系,比較符合目前公司里的工作模式。這樣既能鍛煉學(xué)生的自主設(shè)計能力、培養(yǎng)合作精神,又能為走向工作崗位后盡快勝任工作打下基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

對于影像工程專業(yè)而言,本課程雖屬選修課,但近兩年選修率達(dá)到96%以上。學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)本課程的興趣濃厚,通過該課程的學(xué)習(xí),他們在工程實踐能力、自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維意識和團隊協(xié)作精神等方面都有很大的收獲。

從本課程的教學(xué)實踐來看,筆者認(rèn)為在教學(xué)方面主要是做好兩點:一是以實用為原則并遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律來安排教學(xué)內(nèi)容;二是采用靈活的教學(xué)方式,注重能力的培養(yǎng),做到始終以學(xué)生為主體,讓學(xué)生多動手多實踐,真正實現(xiàn)課堂理論教學(xué)與實驗教學(xué)的一體化。我們需要不斷地豐富理論和實踐的內(nèi)容,進一步改進教學(xué)方法,加強實踐環(huán)節(jié)教學(xué),更好地促進學(xué)生EDA應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

[1] 朱奕丹.VHDL設(shè)計課程教學(xué)改革實踐[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報,2007,29(2):22-23

[2] 潘松,黃繼業(yè).EDA技術(shù)實用教程(第二版).北京:科學(xué)出版社,2005

[3] 王建萍,費躍農(nóng),王燕瑜.嵌入式系統(tǒng)“邊干邊學(xué)”教學(xué)模式探討[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報,2007,29(5):103-105