EDA技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與探討

鐘海麗

摘 要 EDA技術(shù)是電子設(shè)計領(lǐng)域的一場革命，目前正處于高速發(fā)展階段，傳統(tǒng)的教學(xué)方法已經(jīng)不能滿足EDA課程教學(xué)的需要。本文針對在“EDA技術(shù)”課程教學(xué)中出現(xiàn)的問題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、實驗課設(shè)置及考核等幾個方面提出了教學(xué)改革的措施。近幾年的實踐證明這些措施的實施，能較好地培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力及實踐動手能力。

關(guān)鍵詞 EDA技術(shù) 數(shù)字電子技術(shù) 教學(xué)改革 應(yīng)用

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.06.020

Teaching Reform and Exploration on EDA Technique Foundation Course

ZHONG Haili

（School of Physics and Electronics， Changsha University of Science and Technology， Changsha， Hunan 410077）

Abstract EDA technology is a revolution in the field of electronic design， which is currently in the stage of rapid development. Traditional educational methods can no longer meet the needs of EDA teaching. According to the problems in EDA technology teaching， several teaching reform measures are proposed in this paper at teaching content， teaching methods， experimental course setting and final assessment. After several years running， it is proved that implementation of these measures can better cultivate students' comprehensive and practical capability.

Keywords EDA technology； digital electronics technology； education reform； application

EDA代表了當(dāng)今電子設(shè)計技術(shù)的最新發(fā)展方向，“EDA技術(shù)”課程在電子信息及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生的學(xué)習(xí)中變得越來越重要。但是長期以來，由于教材的編寫要一定的時間，造成了本課程的教學(xué)內(nèi)容跟不上EDA技術(shù)的飛速發(fā)展，教師不能把最新最前沿的知識傳授給學(xué)生；課堂教學(xué)中教師仍然是教學(xué)的主體，而“EDA技術(shù)”課程又是一門實踐性非常強的學(xué)科，如果只是被動的聽講， “紙上談兵”式的教學(xué)模式必然會使學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣；重理論輕實際，實驗?zāi)Ｊ焦袒乙则炞C性實驗為主，創(chuàng)新性得不到鍛煉；考試過于看重分?jǐn)?shù)且一次定成績，不能準(zhǔn)確地反映出學(xué)生的實際能力等等問題，因此“EDA技術(shù)”課程的改革勢在必行。本文試從以下幾個方面對“EDA技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革做一些探討。

1 調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

現(xiàn)在許多學(xué)校的教材是清華大學(xué)出版社出版的潘松、黃繼業(yè)的《EDA技術(shù)與VHDL》，該教材分為十二章，基本上是遵循先語法后應(yīng)用的原則，比如開篇第二章VHDL程序結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)對象就介紹了VHDL程序基本構(gòu)建、文字規(guī)則及VHDL數(shù)據(jù)對象，雖然注重了系統(tǒng)的整體性與連貫性，但是對于初學(xué)者來說，在沒有任何基礎(chǔ)的情況下講語法，無異于沒有磚瓦就要建高樓大廈，過于抽象而無法理解掌握。相反，我們可以電子線路設(shè)計為基點，通過一個具體的實例，讓學(xué)生對EDA設(shè)計的基本流程有一個感性認(rèn)識。比如我們在入門的第一堂課里用二選一數(shù)據(jù)選擇器作為典型的實例，自然地給出完整的VHDL描述，同時給出其綜合后的RTL電路圖及仿真波形圖，并對此選擇器進(jìn)行硬件驗證，將其輸入輸出信號鎖定在芯片確定的引腳上，編譯下載，完成FPGA的最終開發(fā)。[1]這種教學(xué)方法突破傳統(tǒng)的VHDL語言教學(xué)模式和流程，將語言與EDA工程技術(shù)有機結(jié)合，減少了授課時數(shù)，同時大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2 把數(shù)字電路與EDA 課程教學(xué)結(jié)合起來

“EDA技術(shù)”課程是以數(shù)字電子技術(shù)知識為基礎(chǔ)、具有較強實踐性、工程性的專業(yè)課程。但是，傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，兩門課程是分兩個學(xué)期分開上的，第一個學(xué)期先上數(shù)字電路，第二個學(xué)期再上EDA技術(shù)。這樣的教學(xué)模式減弱了課程之間的聯(lián)系，當(dāng)學(xué)習(xí)數(shù)字電路理論時候，學(xué)生會感到抽象、不好理解；而當(dāng)另外一個學(xué)期學(xué)習(xí)EDA課程時，他很可能又忘記了數(shù)字電路所學(xué)內(nèi)容，教師只好花很大一部分時間來重新解釋相關(guān)理論。如果在課堂教學(xué)中，把數(shù)字電路與EDA 課程教學(xué)結(jié)合起來，這兩個問題都能夠迎刃而解。例如數(shù)據(jù)選擇器的設(shè)計，通常的教學(xué)方法是首先列出其真值表，再根據(jù)真值表寫出邏輯表達(dá)式，根據(jù)邏輯表達(dá)式畫出邏輯電路圖，最后再進(jìn)行分析。由于數(shù)據(jù)選擇器有兩種輸入信號，即地址信號與數(shù)據(jù)輸入信號，[2]學(xué)生很難分清與理解，但是利用EDA設(shè)計中的硬件描述語言進(jìn)行文本輸入，用仿真電路的波形分析輸入輸出的邏輯關(guān)系，這個問題變得非常直觀（見圖1）。

由圖可知直觀地看出，當(dāng)?shù)刂沸盘柗謩e為“00”、 “01” “10” “11”時。輸出依次選擇每一路的輸入信號傳送。

3 引入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的迅速普及和發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)已經(jīng)成為近年發(fā)展起來的一種新的教學(xué)方式。在EDA課程的教學(xué)中引入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，改變傳統(tǒng)的“滿堂灌”的教學(xué)方式，讓學(xué)生成為教學(xué)中的主體。例如，在EDA課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上，將課程中的每一部分重點內(nèi)容以視頻的形式存放在網(wǎng)站中，便于學(xué)生課后學(xué)習(xí)調(diào)看；將歷屆學(xué)生該課程實訓(xùn)及課程設(shè)計的優(yōu)秀作品設(shè)置成專題，方便學(xué)生隨時查閱；在網(wǎng)站中設(shè)置專題討論，可以加強師生間的互動，增加學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容的理解；設(shè)置與本課程相關(guān)的學(xué)習(xí)論壇的網(wǎng)絡(luò)鏈接，整合教師與教師，學(xué)校與學(xué)校之間的資源，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)廣闊自由的學(xué)習(xí)環(huán)境。

4 增加實驗課課時，調(diào)整實驗課內(nèi)容

實踐教學(xué)是“EDA技術(shù)”課程教學(xué)的重要組成部分，但是，長期以來，實驗教學(xué)一直作為輔助環(huán)節(jié)，從屬于理論教學(xué)，課時過少，實驗內(nèi)容單一。上個學(xué)期我們借鑒了清華大學(xué)的一項改革措施，即一開課學(xué)生就一人一塊FPGA實驗開發(fā)板，將 “EDA技術(shù)”的實驗與授課內(nèi)容相配合，設(shè)置了三個層次的實驗：第一，基礎(chǔ)性實驗，主要是熟悉數(shù)字電路中的組合電路及時序電路的單元電路的設(shè)計方法；第二，設(shè)計性實驗，要求學(xué)生完成一些簡單應(yīng)用性電路系統(tǒng)的設(shè)計，掌握層次化設(shè)計技術(shù)與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法；第三，綜合性實驗?？梢园褜W(xué)生分成若干組，每一組負(fù)責(zé)一個比較復(fù)雜的課題，然后把該課題劃分成幾個模塊，比如出租車計費器有速度模塊、計費模塊、計時模塊、顯示模塊等等，每個學(xué)生負(fù)責(zé)一個模塊，分工合作，最后由大家一起完成頂層電路的設(shè)計，并進(jìn)行下載和硬件測試。這類實驗是我們改革的重點，可以培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計能力以及團體合作能力。將軟件設(shè)計程序在硬件電路上得到驗證，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

5 課程考核改革

本課程更注重學(xué)生的語言學(xué)習(xí)能力和動手編程能力，因此，根據(jù)一次考試成績判定學(xué)生的學(xué)習(xí)效果是不客觀的，平時的學(xué)習(xí)表現(xiàn)可以更真實地反應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況?？己四繕?biāo)應(yīng)從以往的“考知識”轉(zhuǎn)變?yōu)椤翱寄芰Α?。避免學(xué)生為應(yīng)付考試死記硬背理論知識，而忽視了對知識的理解和應(yīng)用。此外，考試內(nèi)容不應(yīng)局限于上課內(nèi)容，更應(yīng)該注重對學(xué)生編程能力的體現(xiàn)。本課程考核可以采用平時考核和期終卷面考核兩種模式相結(jié)合的方式，兩項分?jǐn)?shù)合計為課程最終成績，平時考核成績占總成績的60%，期終卷面考核成績占總成績的40%。平時成績的具體考核內(nèi)容包括：到課率和上課表現(xiàn)考核（占總成績的20%），作業(yè)考核（占總成績的20%），上機考核（占總成績的10%），小論文（占總成績的10%）。

6 結(jié)語

我校對“EDA技術(shù)”課程的教學(xué)以及考試改革已經(jīng)實施了兩年，取得了一定的成效，學(xué)生的設(shè)計水平已有很大的提高。 上學(xué)期學(xué)生利用EDA課程的設(shè)計方法，完成了鋰電池管理系統(tǒng)（BMS）的設(shè)計，于2018年12月申請了國家專利，專利號為2018221371594。這些都證明該門課教改措施是行之有效的。但是，隨著EDA技術(shù)的飛速發(fā)展，隨著電子器件、軟件平臺、設(shè)計方法、設(shè)計手段不斷更新，現(xiàn)代化的課堂對教師在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段上提出了新的要求與挑戰(zhàn)，“EDA技術(shù)”課程的改革仍然任重而道遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘松，黃繼業(yè).EDA技術(shù)與VHDL（第四版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.

[2] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2015.