“數(shù)字電子EDA技術(shù)”課程多元化教學(xué)模式探究

薛迎春

(蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子工程系，江蘇 蘇州 215104)

電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(electronic design automation，EDA)應(yīng)用技術(shù)以計(jì)算機(jī)為基本工作平臺(tái)，用硬件描述語(yǔ)言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方式，以EDA工具軟件為開(kāi)發(fā)環(huán)境，以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O(shè)計(jì)載體完成設(shè)計(jì)文件，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成邏輯編譯、源代碼仿真、綜合、適配、配置等工作.利用EDA應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)是從系統(tǒng)總體要求出發(fā)，自上而下(top-down)地逐步將設(shè)計(jì)內(nèi)容細(xì)化，最后完成電路系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì).

“EDA應(yīng)用技術(shù)”課程是電子、通信、計(jì)算機(jī)等電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)十分重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，課程受益面很寬，是一門(mén)發(fā)展迅速，工程性強(qiáng)，緊密結(jié)合技術(shù)發(fā)展前沿的現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)課程.隨著大規(guī)模集成電路的普及和對(duì)專(zhuān)用集成電路開(kāi)發(fā)需求的迅速提高，EDA應(yīng)用技術(shù)已成為電子設(shè)計(jì)的熱門(mén)技術(shù)之一，是當(dāng)今電子工程師必備的技能.在專(zhuān)業(yè)課程結(jié)構(gòu)分析暨行業(yè)調(diào)研會(huì)上，與會(huì)的電子行業(yè)專(zhuān)家一致要求畢業(yè)生必須掌握電子產(chǎn)品的輔助設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)技能，并提高設(shè)計(jì)及創(chuàng)新能力，為后續(xù)電子產(chǎn)品輔助設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)服務(wù).

本文對(duì)創(chuàng)新型EDA人才培養(yǎng)的探索和研究，旨在以培養(yǎng)“EDA綜合設(shè)計(jì)能力”為突破口，探索電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的有效途徑，實(shí)現(xiàn)“培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)專(zhuān)門(mén)人才”的任務(wù).

1 建設(shè)“數(shù)字電子EDA技術(shù)”新課程的必要性

國(guó)內(nèi)大多數(shù)高職院校將“數(shù)字電子技術(shù)”課程放在第2、3學(xué)期學(xué)習(xí)，“EDA應(yīng)用技術(shù)”課程放在第5、6學(xué)期學(xué)習(xí)，這種先理論后實(shí)踐的傳統(tǒng)EDA教學(xué)模式主要以熟悉工具軟件的使用和一些數(shù)字電路驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為主，這在多年前是合理的，但在當(dāng)今日新月異的數(shù)字技術(shù)時(shí)代，先理論后實(shí)踐的教學(xué)模式使學(xué)生學(xué)習(xí)的數(shù)字電路理論知識(shí)與實(shí)踐教學(xué)產(chǎn)生脫節(jié).在教授“EDA應(yīng)用技術(shù)”課程理論知識(shí)時(shí)學(xué)生興趣不高，在進(jìn)行相關(guān)的實(shí)踐時(shí)大部分學(xué)生對(duì)數(shù)字電路概念不熟悉，沒(méi)有理論知識(shí)來(lái)支撐實(shí)踐，無(wú)法解決實(shí)際的問(wèn)題，因此傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不適應(yīng)EDA技術(shù)發(fā)展需求，需要將“數(shù)字電子技術(shù)”課程和“EDA應(yīng)用技術(shù)”課程合二為一組成新的課程:“數(shù)字電子EDA技術(shù)”.

2 突出EDA教學(xué)特色

“EDA應(yīng)用技術(shù)”是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，能提高學(xué)生的實(shí)踐技能、工程意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí).國(guó)外院校學(xué)生在大一、大二就能做出極具創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)了，這主要是因?yàn)閲?guó)外教材中將現(xiàn)代EDA技術(shù)貫穿整個(gè)“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)中，使學(xué)生有一定的設(shè)計(jì)能力.綜合國(guó)內(nèi)外實(shí)際情況，改革后的“數(shù)字電子EDA技術(shù)”新課程要使學(xué)生具有通過(guò)實(shí)際的設(shè)計(jì)來(lái)驗(yàn)證所學(xué)理論的能力，鞏固知識(shí)，開(kāi)拓思路，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力.使學(xué)生充分理解從設(shè)計(jì)思想到電子產(chǎn)品的一系列設(shè)計(jì)過(guò)程，真正實(shí)現(xiàn)理實(shí)一體的教學(xué)模式，與企業(yè)要求實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接.

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)和專(zhuān)業(yè)教學(xué)要求，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，制定合理的教學(xué)大綱.在教學(xué)中注重學(xué)生個(gè)性發(fā)展，強(qiáng)化其應(yīng)用意識(shí)，突出工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)，將理論知識(shí)融于項(xiàng)目教學(xué)中，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力.通過(guò)課堂教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，使學(xué)生掌握“EDA應(yīng)用技術(shù)”的基本知識(shí)，掌握現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和方法，并具備電子系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)能力，特別是數(shù)字系統(tǒng)方面的綜合設(shè)計(jì)能力.

2.2 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合

以課堂教學(xué)為主、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)為輔的教學(xué)方法是現(xiàn)代教學(xué)的新思路.將教學(xué)內(nèi)容制作成視頻資源、課件、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、習(xí)題庫(kù)及一些資源鏈接等放在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上供學(xué)生下載學(xué)習(xí)，同時(shí)，建立師生在線交流，及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，收集意見(jiàn)、解疑答惑，根據(jù)課程進(jìn)展及時(shí)發(fā)布預(yù)習(xí)信息及參考資料等，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)突破空間、距離限制的優(yōu)勢(shì)，使學(xué)生能夠最大限度地利用學(xué)習(xí)資源，自主地學(xué)習(xí)和提高.在拓寬知識(shí)面、提高效率、因材施教等方面對(duì)課堂教學(xué)起到很好的補(bǔ)充作用，有利于充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性[1].

3 探索新課程多元化的實(shí)踐教學(xué)模式

3.1 構(gòu)建多層次、多階段、多元化的實(shí)踐教學(xué)模塊

“數(shù)字電子EDA技術(shù)”課程以真實(shí)的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)制作項(xiàng)目為依托，從基于學(xué)生工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)的角度組織和實(shí)施教學(xué)，將內(nèi)容分為基本知識(shí)模塊和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)K等多個(gè)層次，構(gòu)成一個(gè)教學(xué)內(nèi)容模塊化、能力培養(yǎng)層次化、理論和實(shí)踐緊密結(jié)合的課程體系.

基本知識(shí)模塊包括4個(gè)子模塊:①原理圖設(shè)計(jì)方法;②VHDL程序設(shè)計(jì)方法;③組合邏輯電路設(shè)計(jì);④時(shí)序電路設(shè)計(jì).主要以熟悉工具軟件Max+plusⅡ的使用和基礎(chǔ)數(shù)字電路驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為主，介紹利用原理圖方法和VHDL語(yǔ)言編程方法進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，并利用EDA技術(shù)軟件進(jìn)行電路仿真、測(cè)試，使學(xué)生掌握先進(jìn)的電子設(shè)計(jì)軟件在實(shí)際工程中的應(yīng)用方法，完成基本的功能驗(yàn)證、代碼輸入、仿真、調(diào)試等.

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)K包括6個(gè)子模塊:①多位加法器設(shè)計(jì);②計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì);③智力競(jìng)賽搶答器電路設(shè)計(jì);④計(jì)數(shù)譯碼顯示電路設(shè)計(jì);⑤計(jì)票器電路設(shè)計(jì);⑥數(shù)字鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì).主要根據(jù)EDA技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展的需求，結(jié)合EDA技術(shù)本身的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行一些創(chuàng)造性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容從基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)向多層次、多階段、多功能和系統(tǒng)化的方向轉(zhuǎn)變.在基本功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步地發(fā)揮和拓展新的功能，創(chuàng)造性地利用現(xiàn)有的資源和功能模塊，構(gòu)成一個(gè)完整的多功能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[1].

3.2 引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展自主探究實(shí)驗(yàn)

開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，鼓勵(lì)學(xué)生建立課外興趣小組，共同研究學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題，合作開(kāi)發(fā)感興趣的電子設(shè)計(jì).在設(shè)計(jì)與綜合實(shí)踐中，教師給出實(shí)踐項(xiàng)目及目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生討論方案、方法.學(xué)生根據(jù)任務(wù)目標(biāo)完成實(shí)踐的各個(gè)環(huán)節(jié)，如資料查找、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、儀器調(diào)試、實(shí)踐結(jié)果測(cè)量與處理等.學(xué)生在明確任務(wù)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮其自主性，有利于培養(yǎng)他們的獨(dú)立工作能力.此外，通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生參加院系電子競(jìng)賽，支持學(xué)生自主進(jìn)行創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)，并通過(guò)比賽鍛煉學(xué)生的電子設(shè)計(jì)能力，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)EDA課程的興趣[2].

4 改革教學(xué)手段和教學(xué)方法

在“數(shù)字電子EDA技術(shù)”課程教學(xué)中要不斷進(jìn)行革新，既注重理論基礎(chǔ)，又強(qiáng)調(diào)實(shí)踐應(yīng)用;既保持學(xué)術(shù)前沿性，又兼顧趣味性.

4.1 在EDA實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行教學(xué)

在“數(shù)字電子EDA技術(shù)”課程教學(xué)中，引入大量EDA工程實(shí)例以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性.在教學(xué)一種新電路時(shí)，從一種已熟悉的電路入手，不斷提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題.在實(shí)驗(yàn)室上理論課的優(yōu)勢(shì)在于可以在課堂上進(jìn)行研究和驗(yàn)證.當(dāng)提出某一問(wèn)題時(shí)，學(xué)生可以提出自己的解決方法并現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，通過(guò)討論和觀察最后的結(jié)果得到最佳的答案.

4.2 通過(guò)與國(guó)際接軌提高學(xué)生英語(yǔ)水平

由于EDA應(yīng)用技術(shù)的編程語(yǔ)言及相關(guān)的軟件都是英語(yǔ)版本，相關(guān)的網(wǎng)站和一些前沿的知識(shí)也是英文的，因此，盡量鼓勵(lì)學(xué)生不斷提高自身的英語(yǔ)水平，多看相關(guān)的外文資料，加深對(duì)電子設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，通過(guò)大量瀏覽國(guó)外相關(guān)的網(wǎng)站，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣[3].

5 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)“數(shù)字電子EDA技術(shù)”課程教學(xué)改革的最終目標(biāo)是使學(xué)生通過(guò)課堂的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，掌握常用的Max+plusⅡ等EDA開(kāi)發(fā)軟件，同時(shí)，教師要及時(shí)將學(xué)科的最新成果引入教學(xué)，將VHDL硬件描述語(yǔ)言、編程方法和CPLD/FPGA的開(kāi)發(fā)技術(shù)及符合工程規(guī)范的系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)有機(jī)地融合在一起，強(qiáng)調(diào)理論和實(shí)踐的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)先進(jìn)的電子電路設(shè)計(jì)技術(shù)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探索、努力進(jìn)取、團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神.

[1] 陳建忠.淺談EDA技術(shù)及應(yīng)用課程教學(xué)[J].大眾科技，2006(6):34-35.

[2] 申彥春，姚明林，郭耀華，等.基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的《EDA技術(shù)》教學(xué)改革與實(shí)踐[J].繼續(xù)教育，2010(7):34-35.

[3] 吳塵，王鵬.CPLD電子競(jìng)賽對(duì)EDA課程教學(xué)改革的啟示[J].職業(yè)技術(shù)，2009(4):71-72.