EDA 課程項目教學(xué)法的應(yīng)用研究與實踐

孟祥斌，尹常永，郎東革

(沈陽工程學(xué)院 自動控制工程系，沈陽 110136)

電子設(shè)計自動化(以下簡稱“EDA”)是目前電子類產(chǎn)品設(shè)計最為熱門的技術(shù)，電器產(chǎn)品、鍋爐溫控、航空航天和軍用產(chǎn)品、汽車、廣播、消費類、工業(yè)醫(yī)療、存儲與服務(wù)器、無線通信等產(chǎn)品都采用EDA 技術(shù)設(shè)計其相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)品。

EDA 課程是一門實踐性很強的課程，它不僅要求學(xué)生具備軟件設(shè)計能力，而且還要求學(xué)生熟練掌握硬件電路等多方面的知識。然而傳統(tǒng)的教學(xué)方法過于偏重向?qū)W生講授基本理論，雖然也設(shè)置了一定的實驗環(huán)節(jié)，但是實驗缺乏一定層次性，不能很好地使學(xué)生通過學(xué)習(xí)此門課程，獲得項目開發(fā)的實踐能力。因此在EDA 課程中引入工程項目，依靠工程項目引導(dǎo)學(xué)生掌握EDA 開發(fā)的方法和技巧，就顯得非常重要。

一、EDA 課程設(shè)置的改革

1.EDA 課程與本專業(yè)內(nèi)的相關(guān)課程共同建立調(diào)整機制

EDA 課程涉及到軟件和硬件等眾多方面知識，涉及到的課程包括數(shù)字電子線路、VHDL 語言、模擬電子線路、電路基礎(chǔ)等。目前，電子工程專業(yè)課的實踐環(huán)節(jié)是以課程為單元，實踐內(nèi)容主要是為本門課程服務(wù)的，從而忽略了多門專業(yè)課程之間的銜接［1］。通過分析電子工程專業(yè)的課程設(shè)置可以發(fā)現(xiàn)，EDA 課程與多門專業(yè)課程之間存在很強的關(guān)聯(lián)度，EDA 課程完全可以和多門課程共同構(gòu)成實踐環(huán)節(jié)的有機整體。因此，應(yīng)通過適當(dāng)調(diào)整課程群內(nèi)容，整合專業(yè)課程的實踐環(huán)節(jié)，并進行合理的梯度。同時課程群的教師之間應(yīng)該每隔一定時間進行相互探討，從而建立良好的課程群調(diào)整機制，這不但對EDA 課程有較好的鞏固作用，而且對整個專業(yè)建設(shè)也更為有利，它便于學(xué)生鞏固重要的知識點。

2.EDA 實驗室需要持續(xù)資金投入和對教師技能培訓(xùn)

現(xiàn)階段EDA 實驗室所培養(yǎng)的學(xué)生難以滿足企業(yè)的需求，這就需要從以下幾方面進行改進:

(1)實驗室需要持續(xù)投入資金，引進先進的工作站和更新開發(fā)套件。最新的FPGA 工具、芯片發(fā)展速度非常迅速，對EDA 技術(shù)要求越來越高，實驗設(shè)備更新很快，基本4 ～5年就面臨產(chǎn)品的換代升級，這就要求實驗室的投入連續(xù)不斷，僅依靠一次性大投入，不如分批次連續(xù)投入效果更好。

(2)教師需要不斷參加培訓(xùn)以提升能力。這需要通過兩種途徑:其一是學(xué)校給教師出去培訓(xùn)機會:其二是教師多做項目特別是實際企業(yè)項目提升自身能力，以項目引領(lǐng)教師能力提高，教師能力提高后反哺學(xué)生。

(3)加強實驗室教師配備。工程項目訓(xùn)練時，實驗教師配備數(shù)量明顯不足，對于50 人以上班級，需要至少2 名實驗教師和1 名課程教師的親自指導(dǎo)，否則很可能教師精力不足，難以滿足學(xué)生能力培養(yǎng)的目標(biāo)要求。

二、“EDA 課程中項目教學(xué)法”教育教學(xué)改革的目標(biāo)

電子信息工程專業(yè)與電高電壓技術(shù)、電能計量、繼電保護、自動裝置、電機及自動化等相關(guān)專業(yè)可以構(gòu)建緊密的專業(yè)群，特別是弱電控強電領(lǐng)域，有其自身的優(yōu)勢，而EDA 技術(shù)正是學(xué)生需要掌握的關(guān)鍵技術(shù)。在教學(xué)中，通過實施EDA 課程項目教學(xué)法，力爭使學(xué)生能力能有更大的提升，使學(xué)生獲得多方面的進步。

(1)目標(biāo)定位為培養(yǎng)創(chuàng)造力。EDA 課程項目教學(xué)法通過轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，在新的學(xué)習(xí)環(huán)境中，激發(fā)他們的主動性和創(chuàng)造力，培養(yǎng)其分析和解決項目問題的能力。而新的教學(xué)法也使教師從傳統(tǒng)的知識傳遞者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者、組織者。

(2)分階段把握實踐性的側(cè)重點。項目教學(xué)法由學(xué)生與教師共同參與，在初始實驗階段，著重培養(yǎng)學(xué)生勤于思考的能力;實訓(xùn)階段要引領(lǐng)好學(xué)生，培養(yǎng)他們的主動性;高級階段則通過實際項目訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生在項目中分析問題、解決問題的嚴(yán)密性。

三、EDA 課程項目教學(xué)法實施的總體思路

(1)確立基礎(chǔ)實驗項目。這部分主要是設(shè)立學(xué)生的基本實驗訓(xùn)練項目，主要是通過實驗，引領(lǐng)學(xué)生對EDA 課程基礎(chǔ)知識的把握，對器件基本特性的掌握?；A(chǔ)實驗要環(huán)環(huán)相扣，每個環(huán)節(jié)都有一個遞推，把數(shù)字設(shè)計的幾部分都訓(xùn)練到［2－3］。

(2)研究行業(yè)背景，明確立項項目重點研究領(lǐng)域。確立貼近企業(yè)及行業(yè)背景、實用的、縮減功能的實踐項目，這部分是在學(xué)生完成課程后在EDA 實訓(xùn)環(huán)節(jié)展開的。確立項目應(yīng)參考以下幾點:第一，項目在學(xué)院十二五規(guī)劃的重點領(lǐng)域進行選擇;第二，項目要盡可能包含并結(jié)合教學(xué)的知識點;第三，每屆學(xué)生的實踐水平是不同的，要把握好各屆學(xué)生的整體水平，動態(tài)調(diào)整設(shè)置項目的難度梯度，在功能上不追求大而全。這樣就能使學(xué)生在有限的時間內(nèi)，迅速完成有實用價值的縮小版本的實踐項目研發(fā)。

(3)使項目教學(xué)法綜合實訓(xùn)階段更加貼近實際項目設(shè)計流程，最終提升學(xué)生的實際設(shè)計水平。這部分應(yīng)該在學(xué)生結(jié)束所有專業(yè)課程學(xué)習(xí)后，正式進入畢業(yè)設(shè)計前，在實訓(xùn)大綜合中進行。學(xué)生應(yīng)該根據(jù)興趣愛好有選擇地參與，不強制要求全部參與，教師也應(yīng)該根據(jù)學(xué)生前期知識儲備的不同，合理配置項目組。設(shè)計的流程應(yīng)該更貼近實際項目，學(xué)生要根據(jù)任務(wù)書，要有項目申報書、項目組前期申請答辯、制定合同、確認合同、進行報價制作等實際流程。在項目進行中，應(yīng)該每天有項目文檔，項目結(jié)束后應(yīng)提交總結(jié)報告。

四、EDA 項目教學(xué)法實施

在項目教學(xué)法的具體實踐中，教師的作用不應(yīng)是一個供學(xué)生利用的資料庫，而應(yīng)當(dāng)成為一名引路人和顧問。教師的根本任務(wù)在于培養(yǎng)學(xué)生獨立研究設(shè)計能力，引導(dǎo)學(xué)生如何在實踐中發(fā)現(xiàn)新知識，掌握新內(nèi)容。學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，通過獨立完成項目，把理論與實踐有機地結(jié)合起來，不僅提高了自身的理論水平和實際操作技能，而且又在教師有目的的引導(dǎo)下，培養(yǎng)了小組同學(xué)之間合作解決問題的綜合能力而反饋機制的引入能夠更好地解決教與學(xué)的問題。項目教學(xué)法的評價體系不應(yīng)當(dāng)單純考查項目的最終實現(xiàn)結(jié)果，還應(yīng)考查不同項目組的整體協(xié)調(diào)性、每個同學(xué)的參與性等。具體考核評價標(biāo)準(zhǔn)，分為教師評分、項目組學(xué)生互評分、反饋建議三大部分。(如圖1 所示)

圖1 項目實施總體框架

在學(xué)院定位的“工程教育”中，項目教學(xué)法有其獨特的優(yōu)勢。在將EDA 項目教學(xué)法擴展到EDA 課程基礎(chǔ)實驗訓(xùn)練時，設(shè)計如下(如圖2)。

圖2 EDA 數(shù)字設(shè)計基礎(chǔ)實驗研究

這些設(shè)計項目是根據(jù)工程專業(yè)的要求和專業(yè)自身特點環(huán)環(huán)相扣的，難度是逐步加深，特別是先期基礎(chǔ)實驗項目要有層次性。在這一階段，先期主要是以教師為主體，通過演示并指導(dǎo)學(xué)生完成，但在最后一至兩個項目中，應(yīng)嘗試以學(xué)生為項目實現(xiàn)主體，教師輔助學(xué)生完成。這一階段的目的在于培養(yǎng)學(xué)生對系統(tǒng)的分析與設(shè)計能力，加深對已學(xué)過知識的消化與理解。

第二階段是實訓(xùn)階段，也是EDA 項目教學(xué)法的關(guān)鍵階段。項目選擇主要參考了學(xué)院的重點發(fā)展領(lǐng)域，并考慮產(chǎn)業(yè)背景，特別是與相關(guān)企業(yè)工程師探討分析后確立的，因此，所選擇課題項目的方向有很強的現(xiàn)實性(如圖3)。項目教學(xué)主要是在圖3 的內(nèi)容中選取一些同學(xué)感興趣的題目進行設(shè)計，但是對于項目的指標(biāo)一定要控制難度，這一階段要給同學(xué)們劃分一定的項目小組，根據(jù)以往的經(jīng)驗，學(xué)生小組要兼顧自由和教師調(diào)配，這樣效果最好。通過實際操作，訓(xùn)練學(xué)生在實際工作中與其他同學(xué)的協(xié)調(diào)、合作的能力。

圖3 EDA 項目教學(xué)項目題目設(shè)置

第三階段，即高級實踐階段，是對第二實訓(xùn)階段內(nèi)容的擴展，設(shè)計指標(biāo)也是參照工程項目制定，效果好的小組能夠全部完成項目課題指標(biāo)，其成果能夠?qū)嶋H運用到真實項目中去［4］。

五、成果檢驗及反饋機制

項目教學(xué)法訓(xùn)練，針對不同階段，努力提高學(xué)生水平。教師依據(jù)學(xué)生實際設(shè)計效果進行成果檢驗，并通過學(xué)生反饋表(表1)對不同階段項目進行改進。通過成果檢驗和反饋機制保證教學(xué)全過程的組織、協(xié)調(diào)、互動、評價及反饋工作的順利進行，最終完成EDA 課程項目教學(xué)法實踐訓(xùn)練。

表1 EDA 課程項目教學(xué)評價體系反饋表

六、總結(jié)

項目組在前期的教學(xué)改革中已經(jīng)取得了一定研究成果，設(shè)計了三個實施階段，針對任務(wù)書，在模擬項目報價、模擬申報答辯、確定合同擬定等流程方面已經(jīng)進行了模擬初探。嘗試了教師和學(xué)生主體進行互換，培養(yǎng)了學(xué)生的積極性和創(chuàng)造能力，鍛煉了學(xué)生之間配合和協(xié)調(diào)能力。通過評價體系反饋機制對EDA 項目教學(xué)和項目設(shè)計進行了不斷修正，并在進一步探索EDA課程工程項目教學(xué)法能否應(yīng)用到其他課程中。

［1］付蘭芳，李長安，李良洪，等.國內(nèi)外電工電子課程教學(xué)方法和內(nèi)容對比研究［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報，2009(10).

［2］方愷晴，徐 成，劉 峰.基于EDA 技術(shù)的教學(xué)型CPU 的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.實驗技術(shù)與管理，2005(9).

［3］齊艷茹.基于EDA 的“計算機組成與設(shè)計”課教學(xué)方法研究［J］.吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2010(11).

［4］姜詠江.基于Quartus II 的計算機核心設(shè)計［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2007.