應(yīng)用型本科EDA課程改革與實(shí)踐

龔成瑩 蘭聰花 王宏斌

摘要：為解決實(shí)踐操作能力難以適應(yīng)崗位訓(xùn)練需求，傳統(tǒng)EDA教學(xué)模式與應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)要求不相適應(yīng)的問題，結(jié)合學(xué)校實(shí)際情況，對(duì)EDA課程的教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐模式、實(shí)訓(xùn)方式、考評(píng)機(jī)制等方面的改革措施進(jìn)行論述，目前，效果良好。

關(guān)鍵詞：課程改革；應(yīng)用型本科；EDA技術(shù)；改革措施

一、 引言

隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透到了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，反過來也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA，Electronic Design Automation）技術(shù)已不是某一學(xué)科的分支或某種新的技能技術(shù)，而是一門綜合性學(xué)科，融合多學(xué)科于一體，又滲透于各個(gè)學(xué)科之中，打破了軟件和硬件的壁壘，使計(jì)算機(jī)的軟件技術(shù)與硬件實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品性能合為一體。

EDA教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)電子設(shè)計(jì)人才，尤其是IC設(shè)計(jì)人才的重要途徑。EDA課程需要數(shù)字邏輯理論，又和工程實(shí)踐性密不可分，是一門應(yīng)用性特別強(qiáng)，實(shí)踐性特別強(qiáng)的課程。在電路、電子技術(shù)等課程的學(xué)習(xí)中，都是用連線方式設(shè)計(jì)電路，學(xué)生已習(xí)慣傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方法，對(duì)EDA技術(shù)采用的軟件編程實(shí)現(xiàn)電路硬件結(jié)構(gòu)和工作方式難以理解，而目前的工程崗位要求以FPGA/CPLD設(shè)計(jì)數(shù)字電路，從而出現(xiàn)“理論知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際操作技能脫節(jié)”“實(shí)踐操作能力難以適應(yīng)崗位訓(xùn)練需求”等突出問題，為更好地適應(yīng)實(shí)際工程崗位的需求，在EDA課程教學(xué)中對(duì)教學(xué)內(nèi)容的選取與組織、教學(xué)方法、實(shí)訓(xùn)方式、學(xué)生成績(jī)的考評(píng)機(jī)制等方面進(jìn)行了一系列改革與實(shí)踐。

二、 教學(xué)改革的措施

根據(jù)應(yīng)用型本科電子信息工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和對(duì)畢業(yè)生的應(yīng)用能力要求，我們提出了如下改革方案。

（一） 對(duì)課程的知識(shí)體系進(jìn)行分解和提煉，以典型電子線路或小型電子系統(tǒng)的完整設(shè)計(jì)過程構(gòu)建教學(xué)單元模塊，構(gòu)建“知識(shí)內(nèi)容模塊化”的課程模式。

以基本知識(shí)和綜合技能為主線，將課程內(nèi)容分成EDA基本概念、原理圖輸入設(shè)計(jì)、文本輸入設(shè)計(jì)、綜合項(xiàng)目設(shè)計(jì)方法和綜合項(xiàng)目設(shè)計(jì)分析5個(gè)大模塊，每個(gè)模塊以典型電子線路為中心分成若干小模塊，有效地把零散知識(shí)點(diǎn)串起來。

以文本輸入設(shè)計(jì)模塊為例，該模塊中設(shè)計(jì)“組合邏輯電路設(shè)計(jì)”“時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)”“VHDL程序結(jié)構(gòu)”“VHDL中LPM函數(shù)應(yīng)用”“VHDL層次化文件設(shè)計(jì)”等子模塊，其中“組合邏輯電路設(shè)計(jì)”模塊以典型的組合邏輯電路選擇器、編碼器、譯碼器的設(shè)計(jì)，將文本輸入設(shè)計(jì)法的設(shè)計(jì)流程、程序的基本構(gòu)成、基本語言要素及組合邏輯電路常用的語句等知識(shí)點(diǎn)串起來。

（二） 將理論和實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和實(shí)訓(xùn)相互關(guān)聯(lián)、相互滲透，通過“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、綜合訓(xùn)練、學(xué)科競(jìng)賽”層遞式的訓(xùn)練過程，設(shè)計(jì)“四級(jí)立體化”實(shí)踐模式。

實(shí)施從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)到創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、到綜合訓(xùn)練、再到學(xué)科競(jìng)賽的四級(jí)化層遞式實(shí)踐模式?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)保障與理論課程相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，保證大多數(shù)學(xué)生能夠掌握該課程所要求的基本技能；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)鼓勵(lì)學(xué)生完成更多課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，或者自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；綜合訓(xùn)練完成與課程設(shè)計(jì)相應(yīng)的設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，提升綜合應(yīng)用能力；引導(dǎo)學(xué)生參加各級(jí)各類學(xué)科競(jìng)賽，使理論知識(shí)得到提升。

（三） 依托多媒體實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，以應(yīng)用型案例為載體，采用“理論分析-系統(tǒng)級(jí)仿真-電路級(jí)仿真-硬件測(cè)試”的階梯式引導(dǎo)教學(xué)，實(shí)施“教-學(xué)-練”一體化情景式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)腦與動(dòng)手相結(jié)合的能力。

傳統(tǒng)教學(xué)模式是理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)獨(dú)立開課，學(xué)生先學(xué)習(xí)理論知識(shí)，然后到實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。這種教學(xué)模式對(duì)于EDA課程教學(xué)有一定的弊端，由于第一次接觸EDA語言和軟件，大部分學(xué)生反映在上理論課的過程中存在許多難以理解的內(nèi)容，在做實(shí)驗(yàn)的過程中難以將理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，為此，在上實(shí)驗(yàn)課時(shí)，為了讓學(xué)生更好地明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，理解?shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教師還要花較多時(shí)間講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這樣就導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)時(shí)間不夠充分，學(xué)生無法完成《EDA技術(shù)與應(yīng)用》課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，更談不上讓學(xué)生動(dòng)腦思考問題、解決問題，實(shí)驗(yàn)效果達(dá)不到預(yù)期目的，長(zhǎng)期使用這種教學(xué)模式會(huì)導(dǎo)致學(xué)生依賴性增強(qiáng)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

針對(duì)EDA課程具有很強(qiáng)應(yīng)用性的特點(diǎn)，應(yīng)更注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力。結(jié)合現(xiàn)代教育中“練為主，學(xué)為次、教為輔”的教學(xué)理念，將授課地點(diǎn)安排在一體化教室，老師邊講、學(xué)生邊做，留出時(shí)間學(xué)生鞏固練習(xí)。課堂中圍繞教學(xué)任務(wù)先講解30至40分鐘，講解本節(jié)課的主要知識(shí)點(diǎn)的一個(gè)典型電路，穿插知識(shí)點(diǎn)對(duì)具體設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行理論分析、系統(tǒng)級(jí)仿真、電路級(jí)仿真、硬件測(cè)試，階梯式引導(dǎo)教學(xué)。講解之后安排相關(guān)的小電路讓學(xué)生練習(xí)整個(gè)過程。在學(xué)生遇到問題時(shí)，老師及時(shí)解決。通過這樣一個(gè)過程，學(xué)生可以明白EDA技術(shù)的使用，以及這些技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)什么功能，并且通過自己動(dòng)手操作，消除對(duì)實(shí)際線路設(shè)計(jì)的畏懼心理，同時(shí)調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)這門課的積極性，激發(fā)進(jìn)行深度探索學(xué)習(xí)的欲望，逐步培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力，實(shí)現(xiàn)所學(xué)理論知識(shí)到工程實(shí)踐的自然過渡。

（四） 建立“選題—準(zhǔn)備—設(shè)計(jì)調(diào)試—驗(yàn)收答辯”四階段實(shí)訓(xùn)過程，跟蹤各個(gè)階段實(shí)訓(xùn)效果，構(gòu)建“全程跟蹤式”實(shí)訓(xùn)模式，逐步培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。

EDA課程結(jié)束后有一周的實(shí)訓(xùn)周，課程進(jìn)行過半，布置課題，學(xué)生利用課外時(shí)間完成初步設(shè)計(jì)，實(shí)訓(xùn)周完成調(diào)試、驗(yàn)

收答辯，全程跟蹤每個(gè)階段進(jìn)展情況。實(shí)訓(xùn)課題實(shí)施學(xué)生自主選題，指導(dǎo)教師提供功能擴(kuò)展型、綜合應(yīng)用型、創(chuàng)新設(shè)計(jì)型、自我發(fā)揮型等豐富多彩的課題供學(xué)生選擇，以適應(yīng)不同層次學(xué)生，使不同層次基礎(chǔ)的學(xué)生在自己能力范圍內(nèi)得到最大程度的提升。

（五） 推行“應(yīng)用型案例分析+上機(jī)考核”相結(jié)合的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系。實(shí)施平時(shí)“應(yīng)用型案例分析考”、期末“上機(jī)考核”的方式，在不斷引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的狀況，從而確保教學(xué)效果的改善和提高。

針對(duì)“知識(shí)內(nèi)容模塊化”的課程模式和“四級(jí)立體化”的教學(xué)模式，采用平時(shí)“應(yīng)用型案例分析考”、期末“上機(jī)考核”的方式。部分內(nèi)容已經(jīng)在課程考核中得到固化，如三人表決器設(shè)計(jì)、計(jì)數(shù)器和分頻器等，而4路數(shù)據(jù)分配器、譯碼顯示電路等“案例分析考”項(xiàng)目正在不斷完善中。這種考核評(píng)價(jià)方式，在注重理論知識(shí)掌握的同時(shí)，更加突出學(xué)生的動(dòng)手能力的培養(yǎng)，同時(shí)，對(duì)課題組所實(shí)施的課程模式與教學(xué)模式進(jìn)行校驗(yàn)。

三、 實(shí)踐效果

課程改革先后在我校3個(gè)電子信息類專業(yè)12個(gè)班級(jí)推廣應(yīng)用，取得了良好效果。在各類學(xué)科競(jìng)賽中，獲得不錯(cuò)的成績(jī)，如“數(shù)字頻率計(jì)”獲得全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽省級(jí)一等獎(jiǎng)、“基于FPGA的嵌入式邏輯分析儀設(shè)計(jì)”獲得“博創(chuàng)杯”全國(guó)大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)大賽西北賽區(qū)一等獎(jiǎng)。

四、 結(jié)束語

教學(xué)改革是一項(xiàng)長(zhǎng)期探索和研究的過程，尤其對(duì)于我們剛升本院校，如何盡快轉(zhuǎn)變課程教學(xué)適應(yīng)應(yīng)用型本科發(fā)展需要，更是值得研究。我們將不懈努力，使更多的學(xué)生能在EDA技術(shù)及應(yīng)用課程教學(xué)中受益，培養(yǎng)更多高素質(zhì)、高技能、適應(yīng)社會(huì)需求的應(yīng)用型人才！

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作者簡(jiǎn)介：龔成瑩，蘭聰花，王宏斌，甘肅省蘭州市，蘭州工業(yè)學(xué)院電子信息工程學(xué)院。