教材建設(shè)促進(jìn)“工程化”教學(xué)的實(shí)踐探索

任文平，苗愛敏，李 鵬

（云南大學(xué) 信息學(xué)院，云南 昆明 650091）

教材建設(shè)促進(jìn)“工程化”教學(xué)的實(shí)踐探索

任文平，苗愛敏，李 鵬

（云南大學(xué) 信息學(xué)院，云南 昆明 650091）

針對(duì)EDA技術(shù)課程在以往的教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)中存在著“重理論，輕實(shí)踐”“以講為主，單向灌輸”等教學(xué)方式與工程化教育理念嚴(yán)重脫節(jié)的現(xiàn)象，該文討論了在工程化教育理念下對(duì)EDA技術(shù)課程的全面改革，即以教材建設(shè)為基礎(chǔ)，采用多樣化的教學(xué)方法，如改變教與學(xué)的模式、建立網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)、提供實(shí)戰(zhàn)機(jī)會(huì)、創(chuàng)建課程評(píng)價(jià)新模式等，強(qiáng)化課程的工程實(shí)踐性。實(shí)踐表明，這些改革措施極大地促進(jìn)了工程人才的培養(yǎng)。

EDA技術(shù)；工程化教育；教材建設(shè)；教學(xué)改革

我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型以來，社會(huì)急需大量工程應(yīng)用型人才，因此工程化教育受到了各大高校前所未有的重視。工程化教育就是將科學(xué)理論、生產(chǎn)技術(shù)和教育三位一體化，將大學(xué)的學(xué)科專業(yè)建設(shè)產(chǎn)業(yè)化、技能培養(yǎng)工程化、素質(zhì)教育企業(yè)化［1］。因此工程化教育不僅要向?qū)W生傳授現(xiàn)代化的科技知識(shí)，更應(yīng)該在知識(shí)的傳授過程中滲透工程技術(shù)的內(nèi)容，培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要高質(zhì)量的工程技術(shù)人才［2－3］。作為云南大學(xué)信息學(xué)院通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子信息工程等專業(yè)重要的實(shí)踐教學(xué)課程之一，EDA技術(shù)課程是學(xué)校培養(yǎng)電子信息類學(xué)生工程能力重要的組成部分。

在多年的教學(xué)實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)EDA技術(shù)課程在教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)中存在著與工程化教育理念嚴(yán)重脫節(jié)的現(xiàn)象［4］。在教學(xué)環(huán)節(jié)上，過于重視程序語法的講解和基本電路單元的設(shè)計(jì)，沒有突出知識(shí)的工程應(yīng)用性。課堂教學(xué)實(shí)例的設(shè)置上，教學(xué)色彩濃厚，沒有實(shí)用價(jià)值的實(shí)例較多。在教學(xué)手段上，以講為主，單向灌輸?shù)慕虒W(xué)方式難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。在考核方式上，沿用理論課程通用的考核方式，不能真正體現(xiàn)學(xué)生的能力，因此課程的教學(xué)效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到工程化教育的要求［5－7］。為此，我們認(rèn)為必須從建材建設(shè)、教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、考核方式等多方面進(jìn)行改革，重新構(gòu)架EDA技術(shù)課程的教學(xué)結(jié)構(gòu)。在上述的環(huán)節(jié)中，教材改革是其他一系列改革的源頭，起著舉足輕重的作用，“教什么”決定了“如何教”和“如何用”。近幾年來，我們以教材建設(shè)為重點(diǎn)，并由此帶動(dòng)了該課程其他環(huán)節(jié)的改革，對(duì)EDA技術(shù)課程的工程化教育進(jìn)行了改革探索。

1 EDA技術(shù)課程的教材建設(shè)

1.1 教材建設(shè)的思路

教材建設(shè)是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，新教材的編寫要貫穿工程化的理念，以應(yīng)用為目標(biāo)。因此我們?cè)诮滩膬?nèi)容的編排上貫徹了以下3個(gè)基本點(diǎn)［8］。

1.1.1 精煉基本內(nèi)容

EDA技術(shù)課程的內(nèi)容由3部分構(gòu)成：1）可編程邏輯器件；2）軟件平臺(tái)的使用；3）硬件描述語言的語法。在眾多的教材中，過多地介紹了可編程邏輯器件的結(jié)構(gòu)、工作原理，硬件描述語言的語法。內(nèi)容繁瑣枯燥，應(yīng)用性不強(qiáng)。新編教材對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行了大幅刪減。在器件部分，通過典型器件CYCLLON的介紹，使學(xué)生掌握可編程邏輯器件的受控原理，了解可編程器件的基本結(jié)構(gòu)。在硬件描述語言的語法部分，著重講清硬件描述語言與C語言的異同，通過實(shí)例強(qiáng)化語法內(nèi)容。

1.1.2 突出實(shí)用性

新教材編寫貼近實(shí)用，把理論教學(xué)與實(shí)例有機(jī)結(jié)合，以應(yīng)用實(shí)例講解知識(shí)點(diǎn)。如以正弦波信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)為實(shí)例講解嵌入式邏輯分析儀的使用方法，以DDS直接數(shù)字信號(hào)合成器的設(shè)計(jì)為實(shí)例講解ModelSim仿真工具的使用，以十字路口交通燈控制電路的設(shè)計(jì)為實(shí)例介紹狀態(tài)機(jī)的概念、設(shè)計(jì)步驟。把解決實(shí)際問題的過程上升到理論及方法的總結(jié)，再用理論去指導(dǎo)實(shí)踐。

1.1.3 加強(qiáng)綜合性

利用EDA技術(shù)課程的特點(diǎn)，為學(xué)生搭建綜合能力訓(xùn)練的平臺(tái)。在大學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，由于各課程教學(xué)的獨(dú)立，學(xué)生具備的知識(shí)是離散狀態(tài)，綜合能力欠缺。EDA作為一種新型的技術(shù)，它強(qiáng)大控制邏輯運(yùn)算能力，使它在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、電子系統(tǒng)都有廣泛的應(yīng)用，從各方面都具備了充當(dāng)綜合能力訓(xùn)練的平臺(tái)。因此在新編教材中，我們?cè)O(shè)置了基于EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)的信號(hào)處理專題、通信專題、圖像處理專題，以EDA技術(shù)為平臺(tái)，力求與電子信息、通信、自動(dòng)控制及計(jì)算機(jī)等專業(yè)知識(shí)結(jié)合，使學(xué)生的綜合能力及實(shí)踐動(dòng)手能力得到提高。

1.2 新編教材的結(jié)構(gòu)

新編教材分為3部分：1）基礎(chǔ)部分，使學(xué)生掌握基本概念，掌握硬件描述語言的語法，會(huì)用基本設(shè)計(jì)工具，學(xué)會(huì)基本電路單元的設(shè)計(jì)；2）設(shè)計(jì)深入部分，通過具體實(shí)例介紹Quartus2軟件中高級(jí)工具的使用、狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)方法等，在此基礎(chǔ)上介紹了EDA技術(shù)在通信、信號(hào)處理、圖像處理等常用電路模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，通過第二部分的內(nèi)容學(xué)習(xí)，使學(xué)生的設(shè)計(jì)能力從淺入深，初步具備應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)能力；3）工程應(yīng)用部分，從工程應(yīng)用的角度介紹了兩個(gè)相對(duì)完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識(shí)與工程應(yīng)用結(jié)合起來，具有綜合應(yīng)用的工程能力。

2 教材建設(shè)下教與學(xué)的改變

2.1 采取多樣化的教學(xué)方法

教材內(nèi)容的改變，要求教學(xué)方式也要發(fā)生變化。在過去的教學(xué)中，由于理論多、實(shí)例少，基本電路模塊多、應(yīng)用性電路設(shè)計(jì)少，因此課堂上主要是老師講、學(xué)生聽的上課模式。貫穿新編教材的工程化理念，使我們也采用了多樣化的教學(xué)方法［9］。例如：1）開展討論式教學(xué)，在講硬件描述語言語法時(shí)，組織學(xué)生自學(xué)－討論，讓學(xué)生自己比較出該課的語法與C語言的異同，最后教師給予總結(jié)，完成教學(xué)過程；2）采用演示性教學(xué)，由于新編教材中設(shè)置了大量的應(yīng)用實(shí)例，在課堂上采用先演示設(shè)計(jì)結(jié)果，引起同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，再講解實(shí)例中包含的知識(shí)點(diǎn)，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的效果。

2.2 建立網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)

在網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)的今天，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)能夠作為正常教學(xué)的一個(gè)很好的補(bǔ)充。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)具有資源豐富、開放、交互的一些特點(diǎn)，利用網(wǎng)絡(luò)的這一特點(diǎn)，我們建立了EDA技術(shù)課程網(wǎng)站，將課程教和學(xué)的諸多環(huán)節(jié)置于網(wǎng)絡(luò)中，深受學(xué)生的歡迎。例如：1）在網(wǎng)站中設(shè)置學(xué)習(xí)專欄，將課程所中軟件平臺(tái)的使用流程、方法以視頻的形式存放在網(wǎng)站中，便于學(xué)生課后的學(xué)習(xí)使用；2）將歷年該課程的學(xué)生作品設(shè)置成專題，可以查看視頻，也可以查看全部設(shè)計(jì)資料，方便學(xué)生獲得第一手參考資料；3）設(shè)置課程論壇，方便學(xué)生之間的交流，師生之間的交流；4）設(shè)置多個(gè)鏈接網(wǎng)站，提供與Altera、Xilinx等這些全球性的EDA技術(shù)主導(dǎo)公司的官網(wǎng)鏈接，開拓學(xué)生更廣闊的視野，使學(xué)生隨時(shí)能關(guān)注到新技術(shù)的發(fā)展情況。

2.3 提供實(shí)戰(zhàn)的機(jī)會(huì)

受到環(huán)境的限制，學(xué)生在大學(xué)四年的實(shí)踐機(jī)會(huì)有限，但是在高校內(nèi)部每年都會(huì)有各種競(jìng)賽，學(xué)校也會(huì)提供各類學(xué)生科研項(xiàng)目的申報(bào)機(jī)會(huì)。如果能把這些與教學(xué)結(jié)合起來，它們就能成為我們進(jìn)行工程訓(xùn)練很好的平臺(tái)。如全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽就是本課程的一個(gè)非常好的結(jié)合點(diǎn)，我們統(tǒng)計(jì)到2013年，競(jìng)賽中需要使用EDA及相關(guān)技術(shù)的賽題就超過了全部賽題的四分之一，其中有的賽題達(dá)到了不用EDA技術(shù)就無從下手的程度。因此從2009年開始，我們不僅將歷屆電子設(shè)計(jì)大賽中的相關(guān)題目作為課堂教學(xué)的內(nèi)容，而且組織學(xué)生參加每屆的電子設(shè)計(jì)大賽，通過競(jìng)賽培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、工程意識(shí)和創(chuàng)新精神，取得了較好的效果。

2.4 創(chuàng)建課程評(píng)價(jià)的新模式

EDA技術(shù)是一門實(shí)踐教學(xué)課程，其課程的性質(zhì)決定了課程的考核不能照搬理論課的方式，采用閉卷筆試的方式不能考查出學(xué)生的真實(shí)水平［10］，因此必須要重新設(shè)計(jì)符合該門課程特點(diǎn)的評(píng)價(jià)模式。根據(jù)課程特點(diǎn)，我們確定了如下的成績(jī)?cè)u(píng)定方式，考核成績(jī)由3個(gè)部分組成：1）平時(shí)實(shí)驗(yàn)7～8個(gè)，占40的總成績(jī)，考查學(xué)生的出勤情況、實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)情況、實(shí)驗(yàn)的完成情況等方面［11］；2）期中成績(jī)，占20，由閉卷考試產(chǎn)生，考查學(xué)生對(duì)本課程基本概念，基本設(shè)計(jì)方法的理解；3）期末成績(jī)，占40，由大綜合實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生。大綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)置多個(gè)綜合性較強(qiáng)的題目，選題來自于數(shù)字電路、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理、圖像處理、自動(dòng)化技術(shù)等多門課程，要求學(xué)生通過查資料、復(fù)習(xí)等方式，將本門課程與其他課程的知識(shí)結(jié)合起來。學(xué)生以3人為一組自行選題，以小組為單位，寫出設(shè)計(jì)論文并進(jìn)行答辯。鼓勵(lì)優(yōu)秀的學(xué)生選擇歷屆電子設(shè)計(jì)大賽和相關(guān)的競(jìng)賽題目，鼓勵(lì)學(xué)生選擇不同方向的題目，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計(jì)及制作。通過這種方式考查學(xué)生的組織能力、交流溝通、團(tuán)隊(duì)合作能力等一系列工程技術(shù)人才應(yīng)具備的能力［12］。

3 結(jié)束語

2009年教材建設(shè)順利完成并投入使用，隨之各環(huán)節(jié)的教學(xué)改革也同步開展，到2015年，EDA技術(shù)課程工程化改革取得了明顯的效果：

1）學(xué)生的實(shí)踐能力、工程能力明顯提高。學(xué)生在期末綜合實(shí)驗(yàn)選題上已有明顯的變化，從最初階段選題大部分集中于數(shù)字電子鐘、音樂播放電路、UART串口控制電路設(shè)計(jì)等，到現(xiàn)階段選題已上升為觸摸屏電子相冊(cè)的設(shè)計(jì)、正交掃頻信號(hào)、智能小車的控制系統(tǒng)等電路的設(shè)計(jì)，工程應(yīng)用性明顯增強(qiáng)，學(xué)生的設(shè)計(jì)能力有了很大的提高。

2）競(jìng)賽、科研成績(jī)突出。在2013年的全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽中取得省級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)，在2015年的全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽中，5支參賽隊(duì)伍中的3支選擇了G題。該題目中的關(guān)鍵步驟，學(xué)生采用了EDA技術(shù)方案進(jìn)行了解決，最終使得這三支隊(duì)伍中一支獲得國(guó)家二等獎(jiǎng)，一支獲得省一等獎(jiǎng)，一支獲得省二等獎(jiǎng)。

上述成果的取得，對(duì)我們的建材建設(shè)及相應(yīng)的教學(xué)改革是極大的促進(jìn)，當(dāng)然這些成績(jī)并不意味著課程改革的結(jié)束，隨著社會(huì)對(duì)人才要求的變化，我們的教育改革也會(huì)隨著深入下去，為社會(huì)培養(yǎng)需要的人才。

［1］許永紅，程榮龍，劉曉偉，等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在“工程化”教育理念下的創(chuàng)新性研究［J］.通化師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（6）：59－62.

［2］李學(xué)峰，賈曉紅.以工程化素質(zhì)培養(yǎng)為導(dǎo)向應(yīng)用化學(xué)專業(yè)教學(xué)改革研究［J］.職業(yè)時(shí)空，2013，9（12）：32－35.

［3］張學(xué)山.高等數(shù)學(xué)教材建設(shè)的探索與實(shí)踐［J］.教育探索，2011（12）：34－35.

［4］芮宏斌，周春國(guó)，高峰.以“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”促進(jìn)“壓傳動(dòng)”課程教學(xué)改革實(shí)踐［J］.液壓與氣動(dòng)，2012（6）：92－96.

［5］王祖源，嚴(yán)導(dǎo)淦.工科物理課程改革與教材建設(shè)［J］.中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2011（12）：36－38.

［6］趙同剛，劉樂.以卓越工程師為目標(biāo)驅(qū)動(dòng)人才培養(yǎng)方式的改革［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2015，32（1）：164－166.

［7］湯方宵，張貴珍，胡海濤，等.面向卓越工程師培養(yǎng)的跨學(xué)科教材建設(shè)研究［J］.現(xiàn)代教育科學(xué)，2013（7）：80－82.

［8］李輝.以高水平教材建設(shè)為基礎(chǔ)推動(dòng)精品課程建設(shè)［J］．中國(guó)高教研究，2006（12）：84－85.

［9］殷培峰，傅繼軍.電氣自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)課程改革的研究［J］.自動(dòng)化與儀器儀表，2014（8）：146－147.

［10］張揚(yáng)，鄒麟，唐斐.信號(hào)與系統(tǒng)課程考核改革探討［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2015，13（6）：122－124.

［11］竺志超，王勇，謝劍云.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思考［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（5）：146－149.

［12］王萬良.“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)中的幾個(gè)關(guān)鍵問題［J］.中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2011（8）：50－53.

A Studyon EDA Technology Textbook Development Focusing on Engineering Buildup

RENWenping，MIAO Aimin，LIPeng
（School of Information Science and Engineering，Yunnan University，Kunming 650091，China）

In the past，the phenomenon of“heavy－theory，light practice”and“teaching in one way direction”exists in the course of teaching and practice.This paper discusses the overall reform of EDA technology curriculum under the conceptof engineering education，based on the construction of teaching materials，the use of a variety of teaching methods，such as changing the teaching and learningmodel，the establishment of network learning platform to provide real opportunities to create new models of curriculum e valuation，and strengthen the engineering practice of the course.Practice shows that these reform measures have greatly promoted the cultivation of engineering.

EDA technology；engineering－oriented education；textbook development；teaching reform

TN710.9

A

10.3969／j．issn．1672－4550.2017.03.016

2015－12－11；修改日期：2017－04－15

云南大學(xué)重點(diǎn)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（Y20163）。

任文平（1967－），女，碩士，副教授，主要從事EDA技術(shù)及應(yīng)用方面的研究。