基于應用型人才培養(yǎng)的EDA實踐教學模式改革研究

王彩鳳，李衛(wèi)兵，齊愛學，丁雷

摘要：電子設計自動化（EDA）是高等學校電子信息類專業(yè)的實踐性很強的課程，以培養(yǎng)應用型人才為目標，因此EDA實踐教學顯得尤為重要。針對當前EDA實踐教學模式存在的不足，從改革實驗教學內(nèi)容、改進實驗教學方法、加強課外EDA實踐訓練等方面進行了有益的探索和實踐。實踐證明，該教學模式改革大大激發(fā)了學生的學習主動性，增強了學生的創(chuàng)新能力和設計能力，提高了學生的實踐創(chuàng)新能力，有利于應用型人才的培養(yǎng)。

關鍵詞：EDA；實踐教學改革；應用型人才培養(yǎng)；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）28-0052-03

一、引言

進入20世紀90年代以后，電子設計自動化（EDA，Electronic Design Automation）技術得到了飛速發(fā)展，電子系統(tǒng)的設計觀念、設計方法發(fā)生了革命性的變化，傳統(tǒng)的設計方法正逐步退出歷史舞臺，而基于EDA技術的芯片設計正在成為電子系統(tǒng)設計的主流[1]。國內(nèi)EDA技術的應用和教學工作起步較晚，近年部分大專院校才開始著手有關EDA的教學工作，因此我國在這方面的設計、研發(fā)人才十分匱乏。擺在我們面前亟待解決的任務是，在深入進行高等院校教育改革的大好形勢下，應抓住良好的發(fā)展機遇，使學生掌握現(xiàn)代電子設計方法，培養(yǎng)適應電子信息技術快速發(fā)展的專業(yè)技術人才[2]。EDA是一門實用性很強的課程，學生在學完該課程后必須具備一定的硬件電路設計和調(diào)試的能力，因此在教學中需要不斷地用實踐訓練來強化學生在課堂所學習的理論知識，并使他們達到能夠獨立設計較復雜硬件電路的能力[3]。EDA技術自身的特點也決定了它的學習內(nèi)容和方式相比于其他課程具有自身的規(guī)律和獨特性，在教學中合理把握其特點、加強實踐教學改革，有助于培養(yǎng)學生的綜合實踐能力和創(chuàng)新能力。實踐的主體是學生，實踐的手段和方法是利用EDA技術，與具體項目相結(jié)合是實踐性要求的另一個方向[4]。應按照“加強基礎、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)、突出創(chuàng)新”的原則，加強實踐性體系結(jié)構(gòu)的建設，增加綜合性、設計性強的內(nèi)容，鼓勵學生積極參與到產(chǎn)踐中去，培養(yǎng)學生的科學實踐能力和創(chuàng)新思維能力[5，6]。

二、EDA傳統(tǒng)實驗教學存在的問題

EDA是一種新興的設計技術，教學觀念不能單停留于教會學生使用軟件工具上，更主要的是對個人或小組的設計能力的培養(yǎng)與加強。在EDA傳統(tǒng)實驗教學中，教師先講解實驗原理和要求，給出示例程序，學生參照程序在QuartusⅡ軟件平臺上完成編譯、仿真，然后下載到EDA/SOPC實驗箱上進行硬件測試。這種實驗教學方法存在很多的不足。

1.實驗靈活性不夠，忽視了學生的作用。傳統(tǒng)實驗教學中，教師給出相應的參考程序，讓學生驗證。每個實驗操作過程都一樣，實驗方法單一，實驗內(nèi)容比較固定，不能完全滿足實驗設計的要求，不能突出實驗中EDA技術的實用性。導致學生興趣降低，被動應付實驗，影響了實驗效果。另外，學生在做完實驗后只是掌握了軟件設計和調(diào)試的技巧，對FPGA電路部分的設計和調(diào)試方法卻一無所知，缺少了硬件實現(xiàn)方面的鍛煉，阻礙了實踐創(chuàng)新能力的提高。達不到面向工程實際的電子設計的自主創(chuàng)新性；達不到學生設計能力、自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和與工程實際相結(jié)合的動手能力的培養(yǎng)；達不到培養(yǎng)學生獨立分析問題、解決問題的能力。不能發(fā)揮學生的能動性，學習的積極性和實踐能力得不到提高。

2.綜合設計性實驗難開展，阻礙了實踐創(chuàng)新能力的提高。傳統(tǒng)的EDA實驗教學主要是利用系統(tǒng)軟件QuartusⅡ和EDA/SOPC實驗箱進行模擬仿真，學生做的只是按照給定程序進行編譯、仿真、引腳鎖定和下載測試，這種實驗方法不能很好地將硬件電路和軟件編程有機結(jié)合起來，導致實驗教學效果不理想，學生學習積極性不高。同時，采用實驗箱進行的實驗多為驗證性實驗，綜合設計性實驗較少，即使是綜合設計性實驗，它與應用型人才培養(yǎng)的目標所要求的硬件實現(xiàn)、軟件編程過程也相差甚遠。課程結(jié)束后，學生雖然對EDA的原理、概念有所了解，但對EDA技術還是缺乏整體的掌握，與社會需求的差距較大。

三、EDA實踐教學改革

1.更新EDA設計理念，倡導啟發(fā)性實踐教學。引導學生建立自頂向下的現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設計理念，從傳統(tǒng)搭積木式的自底向上設計轉(zhuǎn)向基于可編程邏輯器件的數(shù)字系統(tǒng)設計，培養(yǎng)學生的調(diào)研分析、創(chuàng)新能力、系統(tǒng)設計、工程實現(xiàn)方面的能力與素質(zhì)。對實踐教學中的疑難點，加大教師在實踐教學中的指導、監(jiān)督、啟發(fā)的作用。這樣充分發(fā)揮學生的主觀能動性和創(chuàng)造性，避免學生在實驗中“照葫蘆畫瓢”、“囫圇吞棗”。

2.改革實驗教學內(nèi)容，提高學生的綜合設計能力。傳統(tǒng)的EDA實驗教學以驗證性實驗為主，能夠培養(yǎng)學生綜合能力和創(chuàng)新能力的綜合性設計性實驗開設較少，因此應在EDA實驗教學中增加綜合性設計性實驗的比重。在保證學生能起步操作軟件的基礎上，給學生更多的自主學習和研究的機會，來完成不同的實驗。綜合設計性實驗選題采取廣泛選題方式，對來自教師課題、創(chuàng)新項目、競賽項目、企業(yè)開發(fā)項目等途徑來的題目，在提交明確的設計背景、目標、任務和方法，經(jīng)教師審核后可以作為課程綜合設計性實驗題目。這些實驗項目與學生日常生活聯(lián)系比較緊密，使學生可以接受更為實際、更加系統(tǒng)的訓練。綜合設計性實驗最大的特點是沒有現(xiàn)成的模式可循，學生需獨立完成軟硬件設計和調(diào)試。在調(diào)試過程中，學生要自己分析解決實驗中出現(xiàn)的問題，在解決問題的過程中進一步加深對EDA系統(tǒng)軟硬件設計的理解。綜合設計性實驗項目的開設雖然對學生來講有一定難度，但因與現(xiàn)實生活聯(lián)系比較緊密，學生的興趣比較高，能使學生從被動應付實驗變成主動實驗，更好地培養(yǎng)學生學習的自主能力和創(chuàng)造能力。

3.改革實驗教學方法，提高學生的學習興趣和自主實驗的能力。為了達到學生設計能力和自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在實驗教學改革中采用“工程導向”的教學模式。首先，教師給出設計任務，讓學生明白設計要求。其次，學生自己分析設計要求，寫出設計方案。在這個過程中小組成員之間、教師都可以對方案的可行性提出質(zhì)疑，并加以指導解決，實現(xiàn)了“教”與“做”的結(jié)合，充分發(fā)揮學生的主觀能動性和團隊合作精神。再次，學生根據(jù)方案自己編譯程序，仿真下載測試。在這個過程中學生可以充分發(fā)揮電路設計能力和自主創(chuàng)新能力。可以培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。最后，教師驗收。檢查該設計是否達到設計要求，并與學生討論該設計是否有優(yōu)化的可能，是否有其他的設計方案等，加深對知識的理解并且可以鍛煉學生的思維廣闊性和創(chuàng)新性。endprint

4.課外EDA實踐訓煉，提高學生的創(chuàng)新實踐能力。（1）學生成立EDA創(chuàng)新學習小組，利用實驗室的資源，開展EDA軟件編程和硬件設計實踐訓練。給學生提供一個完善自我、表達自我的空間和舞臺，能使學生的想法在實驗室變成產(chǎn)品、變成論文，有利于學生的個性發(fā)展和特長發(fā)揮，培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力和分析問題、解決問題的能力。（2）鼓勵學生參與教師的科研項目，引導學生將FPGA/CPLD的新技術應用到科研項目的設計中去。讓學生輔助教師進行設計、分析、實現(xiàn)，并制定測試方案，在實踐中充分發(fā)揮學生的創(chuàng)造性、想象力和主觀能動性，培養(yǎng)學生的知識應用能力、信息獲取和選擇能力、創(chuàng)新能力、實踐能力。按照“興趣感知→學習探索→創(chuàng)新設計→研究開發(fā)”這樣一個循序漸進的過程來培養(yǎng)學生的綜合創(chuàng)新素質(zhì)和研究能力。（3）在課程設計、畢業(yè)設計等環(huán)節(jié)中給學生推出數(shù)量較多的EDA應用題目，從而讓學生利用已有知識對EDA技術進行更深層次的設計，啟發(fā)學生思維，開發(fā)學生創(chuàng)新意識，從而將實驗教學、課程設計、畢業(yè)設計等多個實踐教學環(huán)節(jié)緊密連接起來，形成一種從單元到模塊、從模塊到系統(tǒng)，從仿真到實驗、從實驗到設計，從簡單到復雜的層層推進、環(huán)環(huán)相扣的實踐教學模式。這種多層次的實踐教學，充分調(diào)動了學生自主實踐的積極性，并且培養(yǎng)了學生解決問題的能力，從而切實提高學生實踐活動的效果。（4）組織學生參與各種形式的學科專業(yè)競賽，大大提高學生的綜合設計能力和創(chuàng)新能力。如2009年“NEC杯”全國大學生電子設計競賽中，獲省級一等獎3項，二等獎4項，三等獎2項，2010年“高教社&XILINX杯”山東省大學生電子設計競賽中，獲山東省一等獎7項，二等獎3項，三等獎3項；2011年“瑞薩”杯全國大學生電子設計競賽中，獲全國二等獎3項，省級一等獎5項，二等獎5項，獲獎層次和數(shù)量居省內(nèi)高校前列。

四、結(jié)束語

實踐教學在EDA課程教學中占有非常重要的地位，應結(jié)合學校和學生的實際情況，進行EDA實踐教學改革。通過改革，學生在動手和實踐應用方面的能力大大提高了，也給學生提供了極大的創(chuàng)造空間，強化了學生在教學活動中的主體地位，有利于學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有利于學生個性和才能的全面發(fā)展，為社會主義現(xiàn)代化建設培養(yǎng)應用型人才。

參考文獻：

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[3]柳秀山.EDA教學與現(xiàn)代化電子設計能力的培養(yǎng)[J].廣東技術師范學院學報，2004，4（4）：92-94.

[4]譚雪霏，趙春波，陳鞏.EDA實驗教學改革的探索與實踐[J].計算機與信息技術，2010，5（8）：72-76.

[5]薛鵬騫.EDA教學與創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].華北科技學院學報，2002，5（1）：103-105.

[6]包明，彭東林，錢微.開展EDA教學培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才[J].重慶工學院學報，2004，18（5）：179-180.

基金項目：濱州學院教學研究項目（BYJYYB201228）。

作者簡介：王彩鳳（1982-），女，山東臨沂人，碩士，講師，主要從事電子技術教學與應用研究。endprint