關(guān)于EDA課程教學(xué)改革的幾點(diǎn)思考

楊云海 章芬芬

摘要：EDA技術(shù)是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)的核心，EDA課程也是目前各高校電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要課程。EDA課程的內(nèi)容不僅理論豐富，而且實(shí)踐性也比較強(qiáng)，在開(kāi)展理論課程時(shí)，應(yīng)該充分分析研究課程內(nèi)容的特點(diǎn)，注意理論與實(shí)踐的結(jié)合，注重實(shí)例教學(xué)；在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，應(yīng)該注意開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的方式，注重對(duì)學(xué)生興趣的培養(yǎng)；在開(kāi)展考核時(shí)，可以通過(guò)采用多種考核方式結(jié)合的辦法，更全面地檢查學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。

關(guān)鍵詞：EDA；課堂教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；考核

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）14-0135-02

EDA是Electronic Design Automation的縮寫(xiě)，即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，是自20世紀(jì)70年代以后逐漸發(fā)展起來(lái)的，融合了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科的一門(mén)綜合性學(xué)科，是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)的核心[1]。目前，EDA課程是各高校電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要課程。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)EDA課程，可以了解現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的歷程、核心技術(shù)，掌握EDA平臺(tái)和PLD器件的使用方法[2]。筆者所在高校的通信工程專(zhuān)業(yè)把EDA課程作為選修課程開(kāi)設(shè)。經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，筆者對(duì)EDA課程教學(xué)積累了一些經(jīng)驗(yàn)，有一些思考，也開(kāi)展過(guò)一些改學(xué)改革的探索。現(xiàn)就如何提高EDA課程教學(xué)效果談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

一、課堂教學(xué)注重實(shí)例教學(xué)，加強(qiáng)示范引領(lǐng)作用

EDA課程的知識(shí)，按內(nèi)容進(jìn)行分類(lèi)，可以分為三部分[3]：1）概念原理：包括EDA技術(shù)的發(fā)展歷程，EDA領(lǐng)域的基本概念和術(shù)語(yǔ)，以及EDA技術(shù)及PLD器件的基本原理。學(xué)習(xí)方法比較偏重于記憶。2）語(yǔ)言語(yǔ)法：用于電路建模的HDL（硬件描述語(yǔ)言，如VHDL、Verilog HDL，等等）語(yǔ)言語(yǔ)法。學(xué)習(xí)方法與一般的語(yǔ)言類(lèi)課程（如C、C++、JAVA，等計(jì)算機(jī)語(yǔ)言）相同，需要采用記憶和練習(xí)相結(jié)合的學(xué)習(xí)方法。3）操作技術(shù)：包括一些主流的EDA軟件平臺(tái)和主流PLD器件的使用方法，并把這些軟件、硬件知識(shí)結(jié)合起來(lái)，開(kāi)展數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)。學(xué)習(xí)方法偏重于動(dòng)手實(shí)踐。

在分析課程內(nèi)容后，通常會(huì)把課程內(nèi)容分為理論課部分和實(shí)驗(yàn)課部分，把概念原理、語(yǔ)法知識(shí)歸入理論課，把語(yǔ)法訓(xùn)練、操作技術(shù)歸入實(shí)驗(yàn)課。這樣，會(huì)人為地把課程內(nèi)容割裂為理論部分和實(shí)驗(yàn)部分，不利于學(xué)生對(duì)課程理論部分知識(shí)的理解，難以讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)和實(shí)踐操作的融會(huì)貫通。比如：“綜合”（Synthesiss）這一EDA的重要概念，純粹使用文字來(lái)描述和說(shuō)明，比較生澀難懂，并且在電路從建模到實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，“綜合”還要分為“自然語(yǔ)言綜合”“邏輯綜合”“結(jié)構(gòu)綜合”等多種層次，學(xué)生理解有一定的困難。又比如：VHDL語(yǔ)言的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型及其支持的運(yùn)算符，雖然是偏向記憶的內(nèi)容，但如果完全只依靠記憶，難以給學(xué)生留下較深刻的印象，在運(yùn)用VHDL進(jìn)行電路建模時(shí)，學(xué)生通常會(huì)感到無(wú)從下手。

因此，在EDA理論課堂開(kāi)展的過(guò)程中，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)示范教學(xué)的作用，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)，引導(dǎo)他們養(yǎng)成努力探索、自我學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣[4]。比如，在講解“綜合”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以把后續(xù)介紹EDA平臺(tái)操作流程的內(nèi)容穿插講解，通過(guò)在EDA平臺(tái)上建立工程、輸入設(shè)計(jì)、分析編譯、布局布線等過(guò)程的演示，直觀地把“綜合”的作用展現(xiàn)出來(lái)，進(jìn)一步告訴學(xué)生：“自然語(yǔ)言綜合”就是把電路功能的描述（功能說(shuō)明書(shū)、直值表，等等）變?yōu)镠DL建模，即設(shè)計(jì)輸入；“邏輯綜合”是EDA平臺(tái)分析綜合器（Analysis & Synthesis）所做的工作，會(huì)把電路的HDL描述變?yōu)镽TL網(wǎng)表；“結(jié)構(gòu)綜合”是EDA平臺(tái)布局布線器（Fitter）所做的工作，把電路的RTL網(wǎng)表映射為具體PLD器件上的連線結(jié)構(gòu)。這樣，通過(guò)示范教學(xué)的方法，把抽象的知識(shí)點(diǎn)化為具體的軟件平臺(tái)的操作步驟，可以有效地幫助學(xué)生理解這一知識(shí)點(diǎn)，有效突破教學(xué)難點(diǎn)。又比如，在介紹VHDL語(yǔ)言的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型時(shí)，打開(kāi)EDA軟件的文件目錄，打開(kāi)“STD”庫(kù)的文本，把基本數(shù)據(jù)類(lèi)型定義的內(nèi)容展示出來(lái)，把查找數(shù)據(jù)定義的方法傳授給學(xué)生，把完全依靠記憶方法轉(zhuǎn)換為檢索信息的方法，減輕了學(xué)生對(duì)內(nèi)容記憶的負(fù)擔(dān)，也啟發(fā)學(xué)生的探索精神。

二、實(shí)驗(yàn)課堂引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，加強(qiáng)實(shí)踐訓(xùn)練效果

實(shí)驗(yàn)課是EDA課程不可缺少的環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)課的目的是對(duì)學(xué)生進(jìn)行HDL語(yǔ)法訓(xùn)練和EDA平臺(tái)的操作訓(xùn)練，通過(guò)訓(xùn)練加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的理解，并提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力。在編排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，通常會(huì)把按教材內(nèi)容編排實(shí)驗(yàn)，并把每次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為“驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)”“綜合性實(shí)驗(yàn)”“設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)”等不同的類(lèi)型。使用這種方式編排的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，與教材結(jié)合緊密，容易實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課與理論課步調(diào)一致，并且各個(gè)實(shí)驗(yàn)的難易程度界定明確，方便管理。但在實(shí)際執(zhí)行的過(guò)程中，遇到了一些問(wèn)題：1）“驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)”過(guò)于簡(jiǎn)單，且過(guò)程比較枯燥，難以引發(fā)學(xué)生興趣。2）“綜合性實(shí)驗(yàn)”“設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)”內(nèi)容豐富，學(xué)生自主度較大，但實(shí)驗(yàn)難度與“驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)”相比，跨度較大，學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)比較困難。

在實(shí)驗(yàn)課堂上適當(dāng)引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)：把每一次實(shí)驗(yàn)課的文檔編排為一個(gè)“小項(xiàng)目”[5]，每個(gè)“小項(xiàng)目”既有基礎(chǔ)驗(yàn)證部分的內(nèi)容，也有較簡(jiǎn)單的綜合設(shè)計(jì)部分的內(nèi)容，并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定的趣味性或?qū)嵱眯?；每次?shí)驗(yàn)課的“小項(xiàng)目”之間存在一定的聯(lián)系或階進(jìn)的關(guān)系，前面的“小項(xiàng)目”是后續(xù)“小項(xiàng)目”的基礎(chǔ)，后續(xù)“小項(xiàng)目”逐步整合前面“小項(xiàng)目”的內(nèi)容，慢慢形成一個(gè)較具實(shí)用性的綜合項(xiàng)目。這樣，把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編排的思想從“從前往后”轉(zhuǎn)換為“從易到難”或“從小到大”，更符合人們認(rèn)知理解的規(guī)律，有利于提高實(shí)驗(yàn)課的效果。比如：把EDA課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編排為若干個(gè)項(xiàng)目：“點(diǎn)亮一個(gè)LED”“LED流水燈”“LED數(shù)顯計(jì)數(shù)器”“LED按鍵計(jì)數(shù)器”“實(shí)用電子鐘”，項(xiàng)目之間存在一定的聯(lián)系，后續(xù)項(xiàng)目逐漸把之前的項(xiàng)目進(jìn)行整合，最終實(shí)現(xiàn)了一個(gè)較有實(shí)用性的電路。并且，每個(gè)項(xiàng)目都有一個(gè)易于觀察的結(jié)果，能激發(fā)學(xué)生興趣，實(shí)驗(yàn)課的訓(xùn)練效果可以得到一定的提升。同時(shí)，易于觀察的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也有助于教師對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的量化評(píng)價(jià)。

三、考核方式多樣化，全方位檢查學(xué)習(xí)成效

傳統(tǒng)考試采用筆試的方式開(kāi)展，考核方式比較容易實(shí)現(xiàn)客觀、公正的原則。筆試的形式對(duì)于考核理論知識(shí)（如概念、原理、語(yǔ)法等）是合適的，但用于考核操作能力就比較困難了。相比于筆試，操作考試又過(guò)于注重操作流程，不利于對(duì)理論知識(shí)的考核。

EDA課程，除了要求學(xué)生掌握理論知識(shí)以外，還需要他們掌握操作流程和操作方法[6]。為了能較全面地檢查學(xué)生學(xué)習(xí)的成果，EDA課程的考核方式也要根據(jù)課程內(nèi)容的特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整?？梢圆扇」P試考試加上機(jī)操作兩方面結(jié)合的形式開(kāi)展EDA課程的考核?？梢砸劳袑?shí)驗(yàn)課的內(nèi)容，擴(kuò)展一些設(shè)計(jì)性的部分，作為上機(jī)操作的考核題目。上機(jī)操作考核的可偏重于流程或設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，具體可根據(jù)需要選擇確定。

EDA課程是一門(mén)內(nèi)容多樣化的課程，既有理論知識(shí)，又強(qiáng)調(diào)動(dòng)手能力。在開(kāi)展教學(xué)的過(guò)程中，有很多方面值得我們?nèi)パ芯俊⑻接?。憑借對(duì)EDA課程的理解，總結(jié)了多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，筆者開(kāi)展了一些EDA課程教學(xué)方面的改革，取得了一些成效，但仍有較大的提升空間。今后將繼續(xù)開(kāi)展教學(xué)研究和教學(xué)改革，努力提高EDA課程的教學(xué)效果。

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