基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的EDA實(shí)踐教學(xué)模式改革研究

王彩鳳，李衛(wèi)兵，齊愛(ài)學(xué)，丁 雷

（濱州學(xué)院 a.物理與電子科學(xué)系；b.教務(wù)處，山東 濱州 256603）

基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的EDA實(shí)踐教學(xué)模式改革研究

王彩鳳a，李衛(wèi)兵b，齊愛(ài)學(xué)a，丁 雷a

（濱州學(xué)院 a.物理與電子科學(xué)系；b.教務(wù)處，山東 濱州 256603）

電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）是高等學(xué)校電子信息類專業(yè)的實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，因此EDA實(shí)踐教學(xué)顯得尤為重要。針對(duì)當(dāng)前EDA實(shí)踐教學(xué)模式存在的不足，從改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、加強(qiáng)課外EDA實(shí)踐訓(xùn)練等方面進(jìn)行了有益的探索和實(shí)踐。實(shí)踐證明，該教學(xué)模式改革大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和設(shè)計(jì)能力，提高了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，有利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

EDA；實(shí)踐教學(xué)改革；應(yīng)用型人才培養(yǎng)；創(chuàng)新能力

一、引言

進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA，Electronic Design Automation）技術(shù)得到了飛速發(fā)展，電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念、設(shè)計(jì)方法發(fā)生了革命性的變化，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法正逐步退出歷史舞臺(tái)，而基于EDA技術(shù)的芯片設(shè)計(jì)正在成為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主流[1]。國(guó)內(nèi)EDA技術(shù)的應(yīng)用和教學(xué)工作起步較晚，近年部分大專院校才開(kāi)始著手有關(guān)EDA的教學(xué)工作，因此我國(guó)在這方面的設(shè)計(jì)、研發(fā)人才十分匱乏。擺在我們面前亟待解決的任務(wù)是，在深入進(jìn)行高等院校教育改革的大好形勢(shì)下，應(yīng)抓住良好的發(fā)展機(jī)遇，使學(xué)生掌握現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)適應(yīng)電子信息技術(shù)快速發(fā)展的專業(yè)技術(shù)人才[2]。EDA是一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的課程，學(xué)生在學(xué)完該課程后必須具備一定的硬件電路設(shè)計(jì)和調(diào)試的能力，因此在教學(xué)中需要不斷地用實(shí)踐訓(xùn)練來(lái)強(qiáng)化學(xué)生在課堂所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，并使他們達(dá)到能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)較復(fù)雜硬件電路的能力[3]。EDA技術(shù)自身的特點(diǎn)也決定了它的學(xué)習(xí)內(nèi)容和方式相比于其他課程具有自身的規(guī)律和獨(dú)特性，在教學(xué)中合理把握其特點(diǎn)、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)改革，有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。實(shí)踐的主體是學(xué)生，實(shí)踐的手段和方法是利用EDA技術(shù)，與具體項(xiàng)目相結(jié)合是實(shí)踐性要求的另一個(gè)方向[4]。應(yīng)按照“加強(qiáng)基礎(chǔ)、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)、突出創(chuàng)新”的原則，加強(qiáng)實(shí)踐性體系結(jié)構(gòu)的建設(shè)，增加綜合性、設(shè)計(jì)性強(qiáng)的內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與到產(chǎn)踐中去，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力[5，6]。

二、EDA傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

EDA是一種新興的設(shè)計(jì)技術(shù)，教學(xué)觀念不能單停留于教會(huì)學(xué)生使用軟件工具上，更主要的是對(duì)個(gè)人或小組的設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)與加強(qiáng)。在EDA傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師先講解實(shí)驗(yàn)原理和要求，給出示例程序，學(xué)生參照程序在QuartusⅡ軟件平臺(tái)上完成編譯、仿真，然后下載到EDA/SOPC實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行硬件測(cè)試。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法存在很多的不足。

1.實(shí)驗(yàn)靈活性不夠，忽視了學(xué)生的作用。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師給出相應(yīng)的參考程序，讓學(xué)生驗(yàn)證。每個(gè)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程都一樣，實(shí)驗(yàn)方法單一，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較固定，不能完全滿足實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求，不能突出實(shí)驗(yàn)中EDA技術(shù)的實(shí)用性。導(dǎo)致學(xué)生興趣降低，被動(dòng)應(yīng)付實(shí)驗(yàn)，影響了實(shí)驗(yàn)效果。另外，學(xué)生在做完實(shí)驗(yàn)后只是掌握了軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試的技巧，對(duì)FPGA電路部分的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法卻一無(wú)所知，缺少了硬件實(shí)現(xiàn)方面的鍛煉，阻礙了實(shí)踐創(chuàng)新能力的提高。達(dá)不到面向工程實(shí)際的電子設(shè)計(jì)的自主創(chuàng)新性；達(dá)不到學(xué)生設(shè)計(jì)能力、自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和與工程實(shí)際相結(jié)合的動(dòng)手能力的培養(yǎng)；達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。不能發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性，學(xué)習(xí)的積極性和實(shí)踐能力得不到提高。

2.綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)難開(kāi)展，阻礙了實(shí)踐創(chuàng)新能力的提高。傳統(tǒng)的EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是利用系統(tǒng)軟件QuartusⅡ和EDA/SOPC實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行模擬仿真，學(xué)生做的只是按照給定程序進(jìn)行編譯、仿真、引腳鎖定和下載測(cè)試，這種實(shí)驗(yàn)方法不能很好地將硬件電路和軟件編程有機(jī)結(jié)合起來(lái)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不理想，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。同時(shí)，采用實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)較少，即使是綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，它與應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)所要求的硬件實(shí)現(xiàn)、軟件編程過(guò)程也相差甚遠(yuǎn)。課程結(jié)束后，學(xué)生雖然對(duì)EDA的原理、概念有所了解，但對(duì)EDA技術(shù)還是缺乏整體的掌握，與社會(huì)需求的差距較大。

三、EDA實(shí)踐教學(xué)改革

1.更新EDA設(shè)計(jì)理念，倡導(dǎo)啟發(fā)性實(shí)踐教學(xué)。引導(dǎo)學(xué)生建立自頂向下的現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，從傳統(tǒng)搭積木式的自底向上設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向基于可編程邏輯器件的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的調(diào)研分析、創(chuàng)新能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工程實(shí)現(xiàn)方面的能力與素質(zhì)。對(duì)實(shí)踐教學(xué)中的疑難點(diǎn)，加大教師在實(shí)踐教學(xué)中的指導(dǎo)、監(jiān)督、啟發(fā)的作用。這樣充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性，避免學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中“照葫蘆畫(huà)瓢”、“囫圇吞棗”。

2.改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力。傳統(tǒng)的EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，能夠培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力的綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)較少，因此應(yīng)在EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)中增加綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比重。在保證學(xué)生能起步操作軟件的基礎(chǔ)上，給學(xué)生更多的自主學(xué)習(xí)和研究的機(jī)會(huì)，來(lái)完成不同的實(shí)驗(yàn)。綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)選題采取廣泛選題方式，對(duì)來(lái)自教師課題、創(chuàng)新項(xiàng)目、競(jìng)賽項(xiàng)目、企業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目等途徑來(lái)的題目，在提交明確的設(shè)計(jì)背景、目標(biāo)、任務(wù)和方法，經(jīng)教師審核后可以作為課程綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題目。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與學(xué)生日常生活聯(lián)系比較緊密，使學(xué)生可以接受更為實(shí)際、更加系統(tǒng)的訓(xùn)練。綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)最大的特點(diǎn)是沒(méi)有現(xiàn)成的模式可循，學(xué)生需獨(dú)立完成軟硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試。在調(diào)試過(guò)程中，學(xué)生要自己分析解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，在解決問(wèn)題的過(guò)程中進(jìn)一步加深對(duì)EDA系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的理解。綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)設(shè)雖然對(duì)學(xué)生來(lái)講有一定難度，但因與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系比較緊密，學(xué)生的興趣比較高，能使學(xué)生從被動(dòng)應(yīng)付實(shí)驗(yàn)變成主動(dòng)實(shí)驗(yàn)，更好地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主能力和創(chuàng)造能力。

3.改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主實(shí)驗(yàn)的能力。為了達(dá)到學(xué)生設(shè)計(jì)能力和自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中采用“工程導(dǎo)向”的教學(xué)模式。首先，教師給出設(shè)計(jì)任務(wù)，讓學(xué)生明白設(shè)計(jì)要求。其次，學(xué)生自己分析設(shè)計(jì)要求，寫(xiě)出設(shè)計(jì)方案。在這個(gè)過(guò)程中小組成員之間、教師都可以對(duì)方案的可行性提出質(zhì)疑，并加以指導(dǎo)解決，實(shí)現(xiàn)了“教”與“做”的結(jié)合，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和團(tuán)隊(duì)合作精神。再次，學(xué)生根據(jù)方案自己編譯程序，仿真下載測(cè)試。在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生可以充分發(fā)揮電路設(shè)計(jì)能力和自主創(chuàng)新能力。可以培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。最后，教師驗(yàn)收。檢查該設(shè)計(jì)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并與學(xué)生討論該設(shè)計(jì)是否有優(yōu)化的可能，是否有其他的設(shè)計(jì)方案等，加深對(duì)知識(shí)的理解并且可以鍛煉學(xué)生的思維廣闊性和創(chuàng)新性。

4.課外EDA實(shí)踐訓(xùn)煉，提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。（1）學(xué)生成立EDA創(chuàng)新學(xué)習(xí)小組，利用實(shí)驗(yàn)室的資源，開(kāi)展EDA軟件編程和硬件設(shè)計(jì)實(shí)踐訓(xùn)練。給學(xué)生提供一個(gè)完善自我、表達(dá)自我的空間和舞臺(tái)，能使學(xué)生的想法在實(shí)驗(yàn)室變成產(chǎn)品、變成論文，有利于學(xué)生的個(gè)性發(fā)展和特長(zhǎng)發(fā)揮，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。（2）鼓勵(lì)學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生將FPGA/CPLD的新技術(shù)應(yīng)用到科研項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中去。讓學(xué)生輔助教師進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、實(shí)現(xiàn)，并制定測(cè)試方案，在實(shí)踐中充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性、想象力和主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力、信息獲取和選擇能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力。按照“興趣感知→學(xué)習(xí)探索→創(chuàng)新設(shè)計(jì)→研究開(kāi)發(fā)”這樣一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新素質(zhì)和研究能力。（3）在課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)中給學(xué)生推出數(shù)量較多的EDA應(yīng)用題目，從而讓學(xué)生利用已有知識(shí)對(duì)EDA技術(shù)進(jìn)行更深層次的設(shè)計(jì)，啟發(fā)學(xué)生思維，開(kāi)發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，從而將實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等多個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)緊密連接起來(lái)，形成一種從單元到模塊、從模塊到系統(tǒng)，從仿真到實(shí)驗(yàn)、從實(shí)驗(yàn)到設(shè)計(jì)，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的層層推進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣的實(shí)踐教學(xué)模式。這種多層次的實(shí)踐教學(xué)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生自主實(shí)踐的積極性，并且培養(yǎng)了學(xué)生解決問(wèn)題的能力，從而切實(shí)提高學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)的效果。（4）組織學(xué)生參與各種形式的學(xué)科專業(yè)競(jìng)賽，大大提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。如2009年“NEC杯”全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，獲省級(jí)一等獎(jiǎng)3項(xiàng)，二等獎(jiǎng)4項(xiàng)，三等獎(jiǎng)2項(xiàng)，2010年“高教社&XILINX杯”山東省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，獲山東省一等獎(jiǎng)7項(xiàng)，二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，三等獎(jiǎng)3項(xiàng)；2011年“瑞薩”杯全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，獲全國(guó)二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，省級(jí)一等獎(jiǎng)5項(xiàng)，二等獎(jiǎng)5項(xiàng)，獲獎(jiǎng)層次和數(shù)量居省內(nèi)高校前列。

四、結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐教學(xué)在EDA課程教學(xué)中占有非常重要的地位，應(yīng)結(jié)合學(xué)校和學(xué)生的實(shí)際情況，進(jìn)行EDA實(shí)踐教學(xué)改革。通過(guò)改革，學(xué)生在動(dòng)手和實(shí)踐應(yīng)用方面的能力大大提高了，也給學(xué)生提供了極大的創(chuàng)造空間，強(qiáng)化了學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的主體地位，有利于學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有利于學(xué)生個(gè)性和才能的全面發(fā)展，為社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

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G642.0

A

1674-9324（2014）28-0052-03

濱州學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目（BYJYYB201228）。

王彩鳳（1982-），女，山東臨沂人，碩士，講師，主要從事電子技術(shù)教學(xué)與應(yīng)用研究。