EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革創(chuàng)新的研究與探索

辛元芳　趙佰亭

【摘 要】隨著現(xiàn)代科技與信息的迅速發(fā)展，高級(jí)應(yīng)用型本科人才不僅需要具有較高的專業(yè)知識(shí)水平，還要有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力。EDA技術(shù)課程作為電子信息類專業(yè)實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，實(shí)驗(yàn)課教學(xué)在整個(gè)課程中占有較大比重。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，如果仍然按照以往模式開展、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程，是無法滿足當(dāng)今對(duì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求的。這里從EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)相關(guān)電路系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)際應(yīng)用的差距來看，對(duì)EDA實(shí)驗(yàn)課程面對(duì)的問題進(jìn)行相應(yīng)分析，針對(duì)傳統(tǒng)EDA 技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問題和不足進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，以達(dá)到提升學(xué)生的科研素質(zhì)、創(chuàng)新能力的目的。

【關(guān)鍵詞】EDA；實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新

中圖分類號(hào)： G642；TN702-4；TP332 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）25-0173-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.25.079

【Abstract】With the rapid development of modern science and technology and information， advanced application-oriented undergraduate talents are required not only to have a high level of professional knowledge， but also to have a strong ability of Engineering practice. EDA technology is a practical course of electronic information specialty， and experimental teaching occupies a large proportion in the course. In the process of experimental teaching， if we still carry out and design experimental courses according to the previous model， it is unable to meet the needs of applied talents training. In view of the gap between the experiment and the practical application of EDA technology in related circuit system， this paper analyzes the problems faced by EDA experiment course， innovates and improves the problems and shortcomings of traditional EDA technology experiment teaching， and promotes students'scientific research quality and innovation ability.

【Key words】EDA；Experiment；Innovate

0 引言

EDA技術(shù)是現(xiàn)代電子信息工程相關(guān)專業(yè)的核心技術(shù)。EDA（Electronic Design Automation），即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，是二十世紀(jì)90年代初由CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）發(fā)展而來的，它是一種以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)基礎(chǔ)的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。具體來說，就是在相關(guān)的 EDA設(shè)計(jì)軟件開發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、仿真測(cè)試、優(yōu)化開發(fā)，最終能夠?qū)⒊绦蛟O(shè)計(jì)表達(dá)轉(zhuǎn)換為電子線路硬件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)科技、硬件與軟件的不斷革新，EDA技術(shù)也在不斷地發(fā)展進(jìn)步。從上世紀(jì)90年代末EDA技術(shù)就成為了現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的主要方向和應(yīng)用調(diào)節(jié)基礎(chǔ)。當(dāng)前，EDA 技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造、科研、教學(xué)等各方面都發(fā)揮著巨大的作用，成為現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的主流路徑。

一直以來，EDA 技術(shù)課程在電子信息相關(guān)專業(yè)體系中都占據(jù)著重要地位。我校已開設(shè) EDA技術(shù)課程多年，在EDA 技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，電路設(shè)計(jì)表達(dá)主要以原理圖或硬件描述語言的形式輸入仿真軟件進(jìn)行數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)，然后用大規(guī)模可編程邏輯器件作為電路硬件載體，以把仿真出來的電路設(shè)計(jì)的邏輯功能實(shí)現(xiàn)出來。在數(shù)字電路設(shè)計(jì)過程中運(yùn)用這種軟硬結(jié)合的方法，能夠很好的滿足現(xiàn)代大規(guī)模數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。在本校的EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通常采用計(jì)算機(jī)和含有Altera公司的FPGA芯片的EDA綜合實(shí)驗(yàn)箱來完成實(shí)驗(yàn)，輔以Quartus II軟件作為開發(fā)環(huán)境。其中，F(xiàn)PGA器件是 EDA 技術(shù)中最直接最核心的硬件，目前，VHDL語言以其強(qiáng)大的系統(tǒng)描述能力、規(guī)范的程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、靈活的語句表達(dá)風(fēng)格和多層次的仿真測(cè)試手段成為當(dāng)今 EDA 領(lǐng)域首選的硬件設(shè)計(jì)語言。因此，本校以VHDL作為硬件描述的主要表達(dá)方式。

1 EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為主，結(jié)合計(jì)算機(jī)Quartus II軟件平臺(tái)和EDA綜合實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體過程如圖1所示。

目前EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程中主要存在以下問題：

（1）首先，教師在EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中多以‘填鴨式、‘說教式的教學(xué)方式為主，這種以教師講解為主，同時(shí)使用多年未改的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，往往使得學(xué)生缺少自己的獨(dú)立思考和個(gè)人見解能力，容易形成被動(dòng)灌輸?shù)木置?。長(zhǎng)期以往，學(xué)生會(huì)缺乏創(chuàng)新觀念和創(chuàng)新意識(shí)，導(dǎo)致大學(xué)生對(duì)實(shí)踐能力的認(rèn)識(shí)和重視程度不夠，很難擺脫知識(shí)本位的學(xué)習(xí)理念，只重視理論學(xué)習(xí)和最終成績(jī)，而忽視了實(shí)踐過程與實(shí)踐能力，得不償失。

（2）其次，就是由于EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師不僅從實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)等方面一一進(jìn)行講解，而且還要手把手地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，在檢查學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)很多同學(xué)一知半解，更不能靈活的把實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與所學(xué)理論知識(shí)有機(jī)的結(jié)合在一起。每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后會(huì)發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的原理都解釋不清楚。學(xué)生的學(xué)習(xí)幾乎完全處于被動(dòng)狀態(tài)，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。更嚴(yán)重的是，實(shí)驗(yàn)課后，大部分同學(xué)都是根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書照抄實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)報(bào)告重復(fù)率較高，而由于對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容了解不夠深入，只有極少數(shù)同學(xué)能對(duì)實(shí)驗(yàn)仿真的結(jié)果有自己的分析見解，多數(shù)同學(xué)的結(jié)論分析趨于雷同。

（3）最后，EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)課的考核方式不夠完善，實(shí)驗(yàn)課的成績(jī)多是參照學(xué)生出勤、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成情況給出，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)考核不夠全面。這種形式主義，使得部分學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后“渾水摸魚”，對(duì)待實(shí)驗(yàn)態(tài)度不夠認(rèn)真，在小組的成員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，有些學(xué)生的心思根本不在本次實(shí)驗(yàn)上，甚至在玩手機(jī)或者忙于抄襲上次課的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。因此，這樣給出的分?jǐn)?shù)并不能如實(shí)反映學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)知識(shí)的真實(shí)水平。

2 EDA實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新

針對(duì)當(dāng)前EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的主要問題，提出以下教學(xué)改革與創(chuàng)新建議：

（1）在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中，由于學(xué)生的不同層次水平，部分同學(xué)能夠珍惜實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，積極和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師進(jìn)行深刻探討；而有一部分同學(xué)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)相對(duì)較弱，對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡恼J(rèn)知不足，在實(shí)驗(yàn)中不愿與老師同學(xué)進(jìn)行過多探討分析，導(dǎo)致這部分學(xué)生容易放棄實(shí)驗(yàn)課。因此在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中要盡量考慮學(xué)生的差異性，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性的培養(yǎng)，因材施教。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師可以分別開設(shè)精修課程與基礎(chǔ)課程模板，幫助學(xué)生能夠結(jié)合自身基礎(chǔ)，選擇適合自己學(xué)習(xí)的模板，以加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和創(chuàng)新能力不同層次的應(yīng)用教育。

（2）針對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告重復(fù)率較高的問題，一方面要使學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，強(qiáng)調(diào)專業(yè)實(shí)踐課程的重要性；另一方面，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理，在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)過程中經(jīng)常對(duì)學(xué)生進(jìn)行隨機(jī)考核，以更加真實(shí)、客觀地對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行把握調(diào)整。另外，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師還可以通過網(wǎng)絡(luò)公開課等形式，對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍存在的問題以及重點(diǎn)問題，給予公開解答并在平臺(tái)分享，以便于學(xué)生能夠及時(shí)解決實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)踐的積極性。

（3）為了進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生對(duì)于EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程的積極性，可以鼓勵(lì)學(xué)生開展實(shí)踐創(chuàng)新設(shè)計(jì)，適度增加學(xué)生實(shí)踐和自主設(shè)計(jì)的時(shí)間。相關(guān)專業(yè)教研組可以自行開發(fā)低價(jià)、便攜的EDA實(shí)驗(yàn)板，供學(xué)生自主使用，為開展綜合、創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)造良好的條件。另外，實(shí)驗(yàn)教研組可以根據(jù)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展及學(xué)生需求積極開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以更好地激勵(lì)學(xué)生的科研探索精神，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

（4）最后，可以有計(jì)劃地選拔部分積極性高的優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)入創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室給以重點(diǎn)培養(yǎng)，甚至跨年級(jí)組建創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)參加各類專業(yè)技能競(jìng)賽、專利申報(bào)以及學(xué)生科研等，以帶動(dòng)廣大學(xué)生創(chuàng)新能力的進(jìn)一步提升；另外，可以充分利用電子電氣協(xié)會(huì)等專業(yè)社團(tuán)的輻射作用，積極組織學(xué)生參與家電維修等社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)自我價(jià)值的認(rèn)同。

3 小結(jié)

綜上分析了現(xiàn)有EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目前的現(xiàn)狀以及對(duì)于當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革創(chuàng)新提出的一些想法，但在具體實(shí)施中還存在一定問題。如實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)備會(huì)有不同程度的損壞，維修更新的滯后時(shí)間較長(zhǎng)；要做到有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，需要實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師付出相當(dāng)?shù)臅r(shí)間與精力等等。這些都需要我們?cè)趯?shí)踐過程中不斷地改進(jìn)完善。

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，在現(xiàn)有EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的前提下進(jìn)行改革創(chuàng)新既能提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，又能夠使學(xué)生加深對(duì)EDA技術(shù)電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的掌握，建立學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)他們積極進(jìn)行實(shí)踐創(chuàng)新。

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