三本院校EDA課程分層次教學(xué)方法的實(shí)踐與探索

張穎穎　申偉

【摘 要】EDA技術(shù)是電子類專業(yè)的一門專業(yè)必修課，本文分析了當(dāng)前三本院校EDA課程的教學(xué)情況，根據(jù)本校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)以及學(xué)生的特點(diǎn)，對分層次教學(xué)方法進(jìn)行了實(shí)踐和探討，通過理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面的層次性安排，重點(diǎn)在于通過由淺入深的方法提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，針對學(xué)生知識(shí)掌握情況增加實(shí)踐內(nèi)容，在教學(xué)過程中取得了較好的效果。

【關(guān)鍵詞】EDA技術(shù)；層次性；教學(xué)探索

0 引言

隨著電子科技的發(fā)展，集成電路在信息產(chǎn)業(yè)中越來越受到重視，集成電路設(shè)計(jì)業(yè)逐漸發(fā)展成為一門科學(xué)。隨著社會(huì)的發(fā)展，對于集成電路的設(shè)計(jì)也有更高的要求，包括對于每個(gè)設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行驗(yàn)證以及IP核的復(fù)用等，因此，靈活掌握集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的EDA技術(shù)，已成為各高校電子、電信、通信等本科專業(yè)的課程要求。該門課程的顯著特點(diǎn)是應(yīng)用性強(qiáng)，要求學(xué)生更多地參與到實(shí)踐當(dāng)中，而對于培養(yǎng)應(yīng)用型人才的三本院校而言，則要在此基礎(chǔ)上提高學(xué)生的動(dòng)手能力。本文根據(jù)三本院校的特點(diǎn)、當(dāng)前EDA設(shè)計(jì)現(xiàn)狀以及多年來從事EDA教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在EDA課程的教學(xué)過程中對于分層次的教學(xué)方法進(jìn)行了實(shí)踐和探索。

1 EDA當(dāng)前的教授情況

當(dāng)前電子信息技術(shù)飛速發(fā)展，電子科學(xué)技術(shù)、電子信息工程等相關(guān)的電子類專業(yè)已經(jīng)在各個(gè)高校廣泛開展，而EDA作為電子設(shè)計(jì)類中的一門重要學(xué)科，在各大院校的課程設(shè)置中基本普及。目前，三本院校中對于課程安排的課時(shí)較少，學(xué)生實(shí)踐不夠，對于EDA技術(shù)的掌握和運(yùn)用情況不夠深入，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中也很少體現(xiàn)。EDA技術(shù)是在模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)知識(shí)的基本上進(jìn)行學(xué)習(xí)的一門課程，而三本院校的學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱，對于理論知識(shí)的理解有一定的難度，因此對于同樣要求的理論知識(shí)所花費(fèi)的時(shí)間相對較多，則動(dòng)手實(shí)踐的時(shí)間必然減少。雖然三本院校的學(xué)生對于動(dòng)手實(shí)踐的興趣比較濃厚，但是當(dāng)前的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多，使學(xué)生無法保持熱情，而創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)對于基礎(chǔ)不牢固的同學(xué)來說比較困難，不能充分提高學(xué)生的主動(dòng)性[1]。

2 EDA分層次教學(xué)探索

本校課程的設(shè)置和講授以應(yīng)用性為主導(dǎo)，當(dāng)前EDA課程的安排為64學(xué)時(shí)，并且配備兩周的課程設(shè)計(jì)，內(nèi)容安排比較豐富，學(xué)生在模電、數(shù)電方面的知識(shí)相對來說比較薄弱，動(dòng)手能力不夠，根據(jù)以上情況，對于EDA課程進(jìn)行分層次教學(xué)方法的探討，課程教授過程中主要在兩個(gè)方面體現(xiàn)出層次性：一方面，是對于基礎(chǔ)和理論知識(shí)的講授，另一方面，體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等操作的練習(xí)。

2.1 理論知識(shí)的層次性

EDA課程中的理論知識(shí)在講解的過程中采用由淺入深的層次方法，將理論知識(shí)歸結(jié)為EDA技術(shù)介紹、可編程邏輯器件基礎(chǔ)知識(shí)、硬件描述語言的基本語法知識(shí)三部分。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)EDA課程的興趣，并起到擴(kuò)大學(xué)生知識(shí)面的效果，EDA技術(shù)介紹環(huán)節(jié)用較生動(dòng)的例子代替枯燥難以理解的概念，介紹EDA領(lǐng)域的電子比賽，如飛思卡爾智能車大賽等，并向?qū)W生推薦好的技術(shù)交流論壇，為了讓學(xué)生了解EDA技術(shù)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，講解時(shí)介紹在EDA領(lǐng)域掌握最先進(jìn)技術(shù)的公司及其產(chǎn)品；在講解可編程邏輯器件基礎(chǔ)知識(shí)時(shí)考慮到基本結(jié)構(gòu)知識(shí)的比較枯燥難以理解，因此結(jié)合數(shù)字電路的知識(shí)講解可編程邏輯器件的基本結(jié)構(gòu)與-或陣列，更接近學(xué)生所學(xué)知識(shí)，使學(xué)生對于芯片的應(yīng)用有整體的把握；對于硬件描述語言知識(shí)的講解要深入透徹，而硬件描述語言是以簡單的數(shù)電模塊為例進(jìn)行程序的編寫，為了讓學(xué)生對于硬件描述語言盡快地熟悉，需對常用的模塊多路選擇器、觸發(fā)器、編碼器、譯碼器、計(jì)數(shù)器等進(jìn)行復(fù)習(xí)，使學(xué)生對于這些模塊的工作原理非常熟悉，然后以具體實(shí)例分析編程中涉及的語法知識(shí)，通過這個(gè)過程學(xué)生能夠掌握硬件描述語言的基本語法知識(shí)，但對于進(jìn)一步編寫程序還需通過多加練習(xí)才能提高?？傮w來說EDA課程理論知識(shí)的講授可以分為了解性的、理解性的、具體掌握并應(yīng)用的，通過上述層層遞進(jìn)的過程，使學(xué)生能夠較好地掌握本門課程的理論知識(shí)，并為動(dòng)手實(shí)踐操作做充分的準(zhǔn)備。

2.2 實(shí)驗(yàn)的層次性

由于EDA課程的特殊性，實(shí)驗(yàn)操作的層次性又體現(xiàn)在兩個(gè)方面：從實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)過程的層次性上可以分為軟件仿真、硬件驗(yàn)證、綜合設(shè)計(jì)三個(gè)部分，從實(shí)驗(yàn)的難度上可以分為基本模塊的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，具有實(shí)際意義簡單設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以及綜合性實(shí)驗(yàn)。

EDA實(shí)驗(yàn)的過程主要包括軟件集成環(huán)境QuartusⅡ中的仿真、引腳配置和程序的下載驗(yàn)證，為了滿足每個(gè)學(xué)生都能夠動(dòng)手操作，將軟件仿真部分的實(shí)驗(yàn)安排在機(jī)房中進(jìn)行，這樣學(xué)生可以充分練習(xí)并且調(diào)試程序，主要包括8個(gè)實(shí)驗(yàn)，1個(gè)熟悉操作環(huán)境及流程實(shí)驗(yàn)，1個(gè)原理圖實(shí)驗(yàn)，3個(gè)編寫程序?qū)崿F(xiàn)簡單模塊實(shí)驗(yàn)，1個(gè)LPM模塊練習(xí)實(shí)驗(yàn)，2個(gè)狀態(tài)機(jī)實(shí)驗(yàn)[2]，在此實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生要學(xué)會(huì)原理圖和源程序兩種輸入方式，學(xué)會(huì)調(diào)試編譯過程中出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤，并且學(xué)會(huì)建立并分析仿真波形，通過仿真結(jié)果判斷輸入并進(jìn)行修改、調(diào)試。在此基礎(chǔ)上安排學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)箱的操作，首先要講解實(shí)驗(yàn)箱中所有的硬件資源，要求學(xué)生在編寫程序時(shí)充分考慮現(xiàn)有的硬件資源，然后進(jìn)行引腳的配置、硬件的連接及程序的下載。在此基礎(chǔ)上安排一些將多個(gè)模塊組合到一起的綜合性設(shè)計(jì)，并將軟件仿真、硬件實(shí)現(xiàn)的整個(gè)流程進(jìn)行整體的操作，從而鍛煉學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)并提高實(shí)驗(yàn)操作的熟練程度。

為了讓學(xué)生學(xué)習(xí)EDA技術(shù)時(shí)保持輕松、愉快且自信的態(tài)度，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排讓學(xué)生先做加法器、多路選擇器、編碼器、譯碼器、七段數(shù)碼管、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器等基本的模塊，做完之后讓學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，找出實(shí)驗(yàn)中的優(yōu)缺點(diǎn)，然后再給學(xué)生講解，隨后安排學(xué)生做具有實(shí)際意義的投票表決器、60進(jìn)制計(jì)數(shù)器、多路LED燈控制器等電路模塊，此類模塊需學(xué)生根據(jù)已有的硬件語言和數(shù)字電路的知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)，最后安排的實(shí)驗(yàn)是針對部分學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)、對此門課程感興趣的同學(xué)進(jìn)行的，包括具有簡單控制開管的數(shù)字時(shí)鐘、數(shù)字秒表、多路搶答器等題目[3-5]。

在完成以上實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上安排學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，針對大多數(shù)三本學(xué)生知識(shí)基礎(chǔ)較薄弱的特點(diǎn)，EDA課程設(shè)計(jì)的題目是根據(jù)學(xué)生平時(shí)表現(xiàn)相應(yīng)擬定的，對于底子特別弱的學(xué)生，將平時(shí)練習(xí)的內(nèi)容加以修改并略微提升難度，對于程度中等的學(xué)生則給與常用課程設(shè)計(jì)題目，對于程度特別好的學(xué)生，則根據(jù)競賽內(nèi)容并適當(dāng)修改擬定題目，以提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力。課程設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)要求所有的學(xué)生都能夠做出最終結(jié)果，避免出現(xiàn)分小組只有單個(gè)學(xué)生練習(xí)，其他多數(shù)成員都不參與的情況。

3 EDA教學(xué)的發(fā)展趨勢

通過在本校學(xué)生中實(shí)行分層次教學(xué)的方法，EDA課程的教授收到了較好的效果，學(xué)生學(xué)習(xí)此門課程的興趣很高，并且能夠很好地鍛煉動(dòng)手能力，在學(xué)生找工作的過程中也能夠起到很好的促進(jìn)作用。EDA教學(xué)的改革和探索在不斷地進(jìn)行，以后會(huì)更多地增加實(shí)訓(xùn)和操作的內(nèi)容，并且結(jié)合各種電子類的比賽主題和市場的需求，在不遠(yuǎn)的將來，EDA技術(shù)的廣泛應(yīng)用也許此門課程將以完全實(shí)際操作以及主題項(xiàng)目的形式進(jìn)行授課。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳李勝.三本院校EDA課程改革探索[J].科教文匯，2010（1）.

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[3]李曙峰，冀云.EDA課程教學(xué)改革探索[J].科技向?qū)В?011（23）.

[4]趙慶.三本院校課程教學(xué)方法實(shí)踐與思考[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2013（7）.

[5]潘松，黃繼業(yè)，等.EDA技術(shù)實(shí)用教程[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[責(zé)任編輯：王楠]