基于EDA的電子信息類創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)體系的探索與實踐

【摘 要】隨著我校教學綜合改革的推進，為了給為社會培養(yǎng)具有工程實踐能力的高素質創(chuàng)新型人才，本文探討了基于EDA技術在電子信息類專業(yè)進行理論教學和實踐教學的改革方案，最后結合我校實際情況搭建創(chuàng)新能力培養(yǎng)教學平臺，取得了良好的效果。

【關鍵詞】EDA；電子信息類；教學改革；創(chuàng)新能力；教學平臺

現(xiàn)代高等教育需要面向社會，為社會培養(yǎng)出具有扎實的專業(yè)基礎知識、較強工程實踐能力的高素質創(chuàng)新型人才。目前電子技術已進入大規(guī)模集成電路時代，隨著計算機技術和微電子技術的快速發(fā)展， EDA（Electronic Design Automation）技術在電子信息類專業(yè)教學中勢必發(fā)揮更加重要的作用。如何利用EDA 工具提升電子信息類學生專業(yè)課程的教學質量、培養(yǎng)高素質創(chuàng)新型人才、積極穩(wěn)妥地開展教學綜合改革的探索與實踐是一件值得深入探究的課題。

1 借助EDA技術豐富理論教學

電路分析、模擬電子技術、數(shù)字電子技術、信號與線性系統(tǒng)、高頻電子線路、單片機原理及應用等是電子信息類專業(yè)的主要專業(yè)課程，傳統(tǒng)的理論教學方法要畫出許多復雜的電路圖及公式推導，許多學生都反映教學內(nèi)容抽象難懂，難以理解所求解題目與實際問題間的相互關系。隨著現(xiàn)代計算機技術和微電子技術的發(fā)展，功能強大的EDA技術應運而生，我們將它引入到理論教學中，將極大的豐富理論教學方式。在電子信息類專業(yè)理論教學中采用多媒體技術，利用EDA軟件創(chuàng)建電子技術實驗環(huán)境、進行電路的功能仿真演示，開展直觀的、互動的啟發(fā)式教學，能大大提高教學效率與教學效果。

EDA技術所涉及的范圍有電路設計、系統(tǒng)仿真和系統(tǒng)分析三個方面。目前IC領域經(jīng)常使用的EDA軟件有：Multisim、Protel、QuartusII、Proteus等。一般的EDA工具都能提供龐大的元件庫，虛擬測試儀器儀表種類齊全，完全能滿足電子信息類專業(yè)理論教學的需求。

表1 電子信息類專業(yè)主要專業(yè)課程對應的EDA工具

教師可以在課堂上先講授基本的理論與方法，然后借助各種EDA平臺演示晦澀難懂的電路定理與各種復雜的電路圖分析，同時教授學生這些EDA軟件的使用方法，讓學生在課后在自己的計算機上也能反復驗證，加深對知識的理解運用，并學習到一些常用EDA工具的使用方法。

借助EDA工具，在理論教學中推行討論式、啟發(fā)式、案例式教學方法，采取課堂討論、專題研討、案例分析等多種形式，激發(fā)學生的學習興趣，充分開發(fā)學生的創(chuàng)造潛能。適應時代要求，加強現(xiàn)代化教學方法和手段，采用多媒體和EDA技術輔助電子信息類專業(yè)理論教學，啟發(fā)學生思維，培養(yǎng)學生的自學能力、創(chuàng)新能力，打造立體的教學新模式。

2 建立基于EDA的實踐教學體系

目前，電子信息類專業(yè)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的，從而忽略了各門專業(yè)課程之間的銜接。通過分析電子信息類專業(yè)的課程設置可以發(fā)現(xiàn)，EDA 技術與多門專業(yè)課程之間存在很強的關聯(lián)性，借助EDA 工具完全可以把各門課程的實踐環(huán)節(jié)串聯(lián)起來，整合成統(tǒng)一的實踐教學體系。我們可以適當調整電子信息類專業(yè)課程群內(nèi)容，整合專業(yè)課程的實踐環(huán)節(jié)并進行合理的梯度設置。

我們可以運用 Multisim、Quartus II、Proteus 等最新的EDA軟件搭建電子信息類課程的實踐教學平臺，整合《電路分析》、《模擬電子技術》、《數(shù)字電子技術》、《高頻電子線路》、《EDA技術》、《單片機原理及應用》等專業(yè)課程的實踐教學，與此同時再配合一些相關硬件制作訓練、生產(chǎn)實習和畢業(yè)設計，形成一套完整全面的實踐教學體系。

構建實踐教學體系時要遵循學生的認知規(guī)律，考慮學生由低到高不同的學習階段。對低年級學生主要通過課程基礎實驗來培養(yǎng)其基礎技能；一旦學生掌握了基礎技能，就要充分重視其系統(tǒng)設計能力的培養(yǎng)，這要通過課程設計、生產(chǎn)實習等實踐環(huán)節(jié)來實現(xiàn)；而獨立工作能力和團隊合作能力的培養(yǎng)主要通過畢業(yè)設計、參與工程實際項目等環(huán)節(jié)來實現(xiàn)。在實驗內(nèi)容的安排和實驗手段的選擇上，應盡量減少驗證性實驗，增加設計性、綜合性、創(chuàng)新性實驗項目，并借助現(xiàn)代 EDA 技術，整合各門專業(yè)課程的實踐環(huán)節(jié)，將實踐教學按學分制獨立設課。將實踐環(huán)節(jié)分成必修、選修兩類，把專業(yè)基礎課程實驗，生產(chǎn)實習，畢業(yè)設計設置為必修，把根據(jù)不同專業(yè)方向的綜合實驗、根據(jù)項目為依托的應用型實踐設為選修，充分發(fā)揮學生學習的主動性、積極性和創(chuàng)造性。

在高年級階段的實踐環(huán)節(jié)中引入項目教學法，根據(jù)不同的專業(yè)方向，讓學生分組加入導師的實際應用項目中來，例如，在智能控制系統(tǒng)方向我們可以開設智能小車控制系統(tǒng)作為實踐內(nèi)容。學生借助EDA工具，先進行電路原理圖設計，通過 Multisim 軟件對原理圖進行仿真分析，參數(shù)驗證以達到設計要求；再利用Protel 軟件進行 PCB 板設計制作，然后完成電路的焊接與硬件調試；再借助 Proteus 軟件進行系統(tǒng)仿真，最后完成軟硬件聯(lián)合調試。通過這樣一系列的設計、仿真、制作和調試，學生掌握了電子系統(tǒng)制作的全過程，提高了學生工程實踐能力，增加了學生動手的樂趣，同時也培養(yǎng)了學生的研發(fā)能力及團隊精神。

3 結合我校實際建立創(chuàng)新教學平臺

3.1 整合資源建立開放實驗室

我院擁有湖北省電工電子示范中心，可以整合已經(jīng)建立的單片機實驗室，EDA技術實驗室，軟件實驗室，充分利用已有的實驗條件，創(chuàng)建全新的實踐教學平臺。目前3個實驗室共配備了最新的PC機 200 臺、專用服務器1臺、網(wǎng)絡交換機1部、教師控制臺3臺，完全能滿足一個年級一次上機的需求。為了充分利用校園網(wǎng)絡資源，200 臺 EDA 用機通過一臺服務器管理構成一個 100M的實驗室局域網(wǎng)，并通過校園網(wǎng)與 INTERNET 連接。根據(jù)當前IC技術的發(fā)展，目前實驗室已經(jīng)配備了最新版本的 Protel、Pspice、Multisim、Quartus II、Matlab、Proteus 等EDA軟件。成立開放式實驗室，為學生提供課外實驗的場所和條件。借助開放實驗室，讓學生掌握從原理圖到電路仿真再到制作PCB 板，最后完成電子產(chǎn)品的傳統(tǒng)設計過程；也讓學生學習在 FPGA 開發(fā)板完成從 HDL 語言輸入到時序仿真、適配芯片、編程下載、測試硬件的現(xiàn)代EDA電子工業(yè)設計流程。實踐教學應采取以學生自己動手、自擬題目、自設實驗為主，實驗教師引導方向、創(chuàng)造條件為輔的啟發(fā)式教學模式，并將現(xiàn)代教學方法與手段，如多媒體技術、計算機交互教學引入實驗教學之中。

3.2 搭建基于EDA技術的網(wǎng)絡虛擬實驗交互平臺

電子信息類專業(yè)的主要專業(yè)課程大都需要大量課時的實驗和實踐來配合課程的教學，才能收到好的教學效果。傳統(tǒng)實踐教學模式對儀器設備和元器件的依賴程度很高，實踐教學成本高、效率低。我們將搭建基于EDA技術的網(wǎng)絡虛擬實驗交互平臺，建立（下轉第300頁）（上接第187頁）以學生自主學習為中心，基于網(wǎng)絡的開放型教學方式，應用到學生的課程學習，課程實驗、課程設計、畢業(yè)設計等環(huán)節(jié)中去。這個實驗交互平臺采用EDA技術、多媒體技術、數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡技術，學生可以通過校園網(wǎng)以登陸方式進入到虛擬實驗交互平臺服務器上調用 EDA工具完成相應課程實驗。在上實驗課前，學生可以先根據(jù)要求做仿真實驗，反復驗證通過后，再到實驗室做實物實驗。這樣，學生做實驗的時候會更有針對性，更容易發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，從而大大提高了實驗教學的效率。另外借助平臺還可以讓學生自行設計和開發(fā)新的電子系統(tǒng)， 這樣不僅可以節(jié)約學校的硬件投資成本，還可以讓學生在寢室、圖書館也能隨時進行電子設計，充分調動學生學習的主動性、積極性和創(chuàng)造性。

3.3 提高教師工程實踐能力

要培養(yǎng)工程型的學生就必須有工程型的教師，我院積極組織教師培訓交流，定期請企業(yè)中有豐富工程經(jīng)驗的工程師到學校給老師進行工程培訓；同時要求每名青年教師教師到企業(yè)頂崗實踐1年，以實際工程項目引領教師實踐能力的提高。而且我們也積極努力，引進具有實踐經(jīng)驗的企業(yè)工程師到開放實驗室擔任專職實驗導師，專門指導學生進行實際項目的開發(fā)；與對口企業(yè)深度交流，讓四年級的學生去企業(yè)頂崗實習，極大的提高了學生的創(chuàng)新實踐能力，取得了良好的效果。

3.4 總結

利用EDA技術提升電子信息類課程教學質量，是一個涉及辦學規(guī)模、效益和質量的綜合性研究課題。我校正大力推行教學綜合改革，以培養(yǎng)社會需要的具有較強工程實踐能力的高素質創(chuàng)新型人才為目標，基于EDA的電子信息類專業(yè)教學綜合改革的探索與實踐必將為我校教學綜合改革提供良好的啟示和示范作用。

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[責任編輯：楊玉潔]