基于OBE理念的EDA技術(shù)項(xiàng)目化教學(xué)探討與嘗試

劉義亭 郁漢琪 李佩娟 郭婧 路紅 錢夔 黃家才

摘? 要 在工程教育的大背景下，OBE教育理念正被逐步重視和推廣。以EDA技術(shù)課程項(xiàng)目化教學(xué)為例，以O(shè)BE工程教育認(rèn)證要求為基礎(chǔ)，探討建立長期畢業(yè)生跟蹤及用人單位需求反饋機(jī)制，以企業(yè)和社會需求為引導(dǎo)，針對企業(yè)項(xiàng)目需要加以改進(jìn)，建立長期與短期學(xué)生學(xué)習(xí)情況反饋機(jī)制，形成閉環(huán)評價，提升測控專業(yè)EDA技術(shù)教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 OBE;工程教育認(rèn)證;項(xiàng)目化教學(xué);EDA技術(shù)

中圖分類號：G642? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）14-0088-03

Discussion and Exploration on Project-based Teaching of Elec-tronic Design Automation Technology based on Outcomes-based

Education//LIU Yiting， YU Hanqi， LI Peijuan， GUO Jing， LU Hong，

QIAN Kui， HUANG Jiacai

Abstract Under the background of Engineering Education， the Out-

comes-based Education （OBE） concept has been gradually valued

and popularized. Based on the certification requirements of OBE， and

taking the project-based teaching of electronic design automation

（EDA） technology as an example， following aspects are discussed in

this paper in order to improve the teaching effects of EDA technology

in the major of measurement and control technology and instrument. These aspects include： establishing long-term graduates tracking and

employer demand feedback mechanism; taking the needs of enter-prises and society as the guide and improving enterprise projects to adapt to students; establishing long-term and short-term students learning feedback mechanism; forming the closed-loop assessment methods and promoting EDA teaching quality.

Key words outcomes-based education（OBE）; engineering educa-

tion certification; project-based teaching; EDA technology

1 前言

隨著工程教育的不斷推進(jìn)，部分工科院校逐步將學(xué)以致用的辦學(xué)理念提到較高高度。2016年6月，我國正式加入《華盛頓協(xié)議》組織，進(jìn)一步促進(jìn)我國高等教育工程化應(yīng)用的進(jìn)程。當(dāng)前，我國工程教育專業(yè)認(rèn)證覆蓋21個專業(yè)類，獲得《華盛頓協(xié)議》組織的其他18個成員國（地區(qū)）認(rèn)可[1-2]，

但在實(shí)踐型教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施、教學(xué)內(nèi)容體系設(shè)計(jì)、“雙師”型教師隊(duì)伍、實(shí)踐考核辦法等方面仍存在局限性。本文將基于OBE教育理念，以電子設(shè)計(jì)自動化（EDA，electronic design automation）技術(shù)課程為例，嘗試討論當(dāng)前EDA課程中存在的不足，以及EDA的項(xiàng)目化教學(xué)改進(jìn)方法。

2 當(dāng)前EDA技術(shù)課程教學(xué)弊端

EDA技術(shù)是高等學(xué)校工科專業(yè)中培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的一門主干專業(yè)課程，實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行仿真和創(chuàng)新、模擬及估計(jì)，涉及檢驗(yàn)和流程優(yōu)化等工作。該課程是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課程和從事電子類產(chǎn)品設(shè)計(jì)的必備基礎(chǔ)課程。然而，電子設(shè)計(jì)技術(shù)呈指數(shù)級發(fā)展，傳統(tǒng)的EDA技術(shù)授課環(huán)節(jié)均存在諸多弊端[3-5]。

1）傳統(tǒng)的EDA授課往往采用兩種形式：一是數(shù)字電路基礎(chǔ)和硬件描述語言一起講授，這種方式受課時限制，教師往往采用介紹式，導(dǎo)致學(xué)生在短時間內(nèi)接收兩種知識而無法消化;二是將數(shù)字電路基礎(chǔ)和硬件描述語言分開來講，這樣兩者之間存在時間差，學(xué)生由于數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)薄弱或遺忘，而導(dǎo)致不知硬件描述語言在做何事，或者無法跟上講課進(jìn)度。

2）在講授型課堂上，學(xué)生被動接受知識，只需要配合聽懂，參與度不高。學(xué)生之間基本不交流，沒有引起自主思考，不利于表達(dá)能力的鍛煉。

3）EDA實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)題目設(shè)置過難或者過簡單。題目設(shè)置過難，多數(shù)學(xué)生無從開展實(shí)驗(yàn);題目設(shè)置過簡單，基礎(chǔ)較好的學(xué)生又過快完成題目。

4）EDA實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)或課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)教程過于詳細(xì)，學(xué)生按照指導(dǎo)書直接執(zhí)行即可獲得結(jié)果，碰到問題仍然不知道如何解決，既沒有充分調(diào)動積極主動性，也沒有鍛煉創(chuàng)新能力。

因此，傳統(tǒng)的EDA教育在一定程度上既未能達(dá)到讓學(xué)生充分掌握知識的要求，又未能滿足學(xué)生進(jìn)入企業(yè)的工作需求。必須結(jié)合工程認(rèn)證的要求，充分調(diào)研用人單位和社會對于電子設(shè)計(jì)自動化學(xué)生的用人需求，對EDA課程的教學(xué)方式進(jìn)行大膽改革和創(chuàng)新。

3 工程認(rèn)證下基于OBE的EDA技術(shù)課程項(xiàng)目化教學(xué)要求

當(dāng)前工程教育認(rèn)證正在國內(nèi)高校如火如荼地開展。工程教育認(rèn)證是將中國的高等教育推向世界平臺的一個有效途徑，也是中國高校畢業(yè)生獲得世界范圍認(rèn)可的有效手段。工程教育的核心是OBE（Outcomes-based Education）理念，OBE理念是以成果為導(dǎo)向的教育理念，其重點(diǎn)包括三個要素：以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為向?qū)А⒊掷m(xù)改進(jìn)[2]。教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施的目標(biāo)是學(xué)生通過教育過程掌握所學(xué)課程所傳授的技術(shù)或者能力，這些技術(shù)或能力能夠滿足用人企業(yè)的需求，并且持續(xù)跟蹤社會對當(dāng)代大學(xué)生的需求，根據(jù)跟蹤結(jié)果，不斷調(diào)整教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)設(shè)施方案，并長期和短期評價學(xué)生對技術(shù)或能力的掌握情況，通過評價結(jié)果修正教學(xué)設(shè)計(jì)及教學(xué)設(shè)施方案。具體如圖1所示。

在南京工程學(xué)院，對于測控技術(shù)與儀器專業(yè)，EDA技術(shù)是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，是與電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)密切相關(guān)的、實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，課程教學(xué)是讓學(xué)生達(dá)到以下目標(biāo)。

1）在了解FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理的基礎(chǔ)上，掌握應(yīng)用硬件描述語言VHDL進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法;掌握基于開發(fā)工具QuartusII的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)過程;具備一定的FPGA系統(tǒng)或者硬件系統(tǒng)開發(fā)知識，能夠進(jìn)行初步的基于FPGA的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為以后從事基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)打下基礎(chǔ)（支撐畢業(yè)要求2-3）。

2）了解大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷﨔PGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、芯片資源及其代表產(chǎn)品;掌握VHDL硬件描述語言的程序結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、基本描述語句和描述方式;掌握FPGA開發(fā)工具QuartusII的使用方法以及基于QuartusII的編程、編譯、適配、時序仿真、配置下載等開發(fā)過程（支撐畢業(yè)要求3-2）。

3）掌握基于FPGA的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，能夠結(jié)合測控專業(yè)其他傳感器類課程的內(nèi)容，根據(jù)系統(tǒng)功能要求進(jìn)行硬件模塊的搭建，并熟練應(yīng)用QuartusII軟件及相關(guān)工具進(jìn)行仿真與調(diào)試（支撐畢業(yè)要求5-3）。

當(dāng)前我國在集成電路設(shè)計(jì)方面的人才缺口巨大，社會和企業(yè)急需集成電路設(shè)計(jì)方面的高級人才[5-6]。因此，在工程教育背景下，EDA技術(shù)這門課也應(yīng)該引入OBE理念，對課程教學(xué)方式做出相應(yīng)調(diào)整，以企業(yè)和社會需求為引導(dǎo)，針對企業(yè)項(xiàng)目進(jìn)行包裝，形成示范教學(xué)內(nèi)容，通過節(jié)點(diǎn)式項(xiàng)目化教學(xué)，讓學(xué)生掌握課程，滿足企業(yè)和社會需求。同時，通過節(jié)點(diǎn)式考核，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，了解學(xué)生需求，讓學(xué)生能力逐步與企業(yè)和社會需求靠近。

4 基于OBE的EDA技術(shù)課程項(xiàng)目化教學(xué)改進(jìn)方法

基于OBE的EDA技術(shù)課程項(xiàng)目化教學(xué)通過以下方式開展。

建立長期畢業(yè)生跟蹤及用人單位需求反饋機(jī)制? 為了建立畢業(yè)生長期跟蹤機(jī)制及用人單位的需求跟蹤機(jī)制，可以通過以下方法逐步展開。

1）與企業(yè)建立有效的戰(zhàn)略合作關(guān)系?？梢耘c企業(yè)建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，或讓企業(yè)幫助學(xué)校建立實(shí)驗(yàn)室，學(xué)校幫助企業(yè)培養(yǎng)對口技術(shù)人才，定期向企業(yè)推薦畢業(yè)學(xué)生;企業(yè)向?qū)W校提供新技術(shù)探索方向，學(xué)校完成新技術(shù)、新材料、新方法的探索與開發(fā)。

2）在企業(yè)建立畢業(yè)生實(shí)習(xí)基地。經(jīng)過學(xué)校的四年本科教育，學(xué)生已基本掌握本專業(yè)的基礎(chǔ)知識和基本技能，但缺少實(shí)際操作的機(jī)會。通過在對口企業(yè)建立實(shí)習(xí)基地，既可以讓學(xué)生對所學(xué)課程有具體的認(rèn)識，又可以讓學(xué)生了解企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)過程，對今后的發(fā)展有一個清晰的認(rèn)識。同時，企業(yè)也可以從實(shí)習(xí)學(xué)生中挑選合適人才，進(jìn)行雙向選擇、重點(diǎn)培養(yǎng)，讓學(xué)校和企業(yè)無縫對接。

3）通過設(shè)計(jì)合理的評價途徑，讓畢業(yè)生定期反饋學(xué)校課程結(jié)構(gòu)及所學(xué)內(nèi)容在工作中是否經(jīng)常使用、較少使用或沒有使用。對于沒有使用的，在教學(xué)過程中就需要剔除;對于較少使用的，就可以對應(yīng)減少教授時間;對于經(jīng)常使用的，就需要提出來重點(diǎn)講解;對于學(xué)校沒有涉及的但工作中常用的，就需要增補(bǔ)進(jìn)教學(xué)內(nèi)容中。同時，通過企業(yè)管理層，了解高校畢業(yè)生在企業(yè)的適應(yīng)情況。通過從上到下以及學(xué)生自身體會兩個方面的持續(xù)跟蹤，不斷調(diào)整教學(xué)內(nèi)容及實(shí)施方案。

以企業(yè)和社會的需求為引導(dǎo)，針對企業(yè)項(xiàng)目需要加以改進(jìn)? 經(jīng)過對用人單位及畢業(yè)生的持續(xù)跟蹤、調(diào)研及分析，基本掌握了企業(yè)的需求，并通過戰(zhàn)略合作企業(yè)了解到部分具體項(xiàng)目需求。此時，教師應(yīng)該通過以下幾個步驟將企業(yè)項(xiàng)目融入課堂的項(xiàng)目化教學(xué)：

1）對多個項(xiàng)目進(jìn)行解剖分析，提取出項(xiàng)目中的共性需求部分;

2）羅列共性需求中所包含的EDA技術(shù)課程中的知識點(diǎn)，并對知識點(diǎn)的運(yùn)用程度進(jìn)行標(biāo)注;

3）統(tǒng)計(jì)各知識點(diǎn)使用情況，按照使用頻次進(jìn)行教學(xué)重點(diǎn)設(shè)置;

4）將共性需求包裝成一個工程需求，將工程按照由淺入深的順序進(jìn)行階段劃分;

5）將前沿技術(shù)包裝成拓展部分進(jìn)行閱讀或討論。

建立長期與短期學(xué)生學(xué)習(xí)情況反饋機(jī)制? 通過長期反饋調(diào)整教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，讓學(xué)生學(xué)以致用;通過短期機(jī)制不斷跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)情況，調(diào)整教學(xué)節(jié)奏，讓學(xué)生緊跟進(jìn)度;通過項(xiàng)目化教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)實(shí)踐能力。具體實(shí)施方法如下。

1）根據(jù)項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)設(shè)置短期的階段性考核，考核內(nèi)容可以包括小組討論、答辯、報告、現(xiàn)場演示、分組路演等多重方式，旨在讓學(xué)生有一定的緊迫感，并通過動手實(shí)現(xiàn)、分組的形式讓學(xué)生自發(fā)地去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

2）在項(xiàng)目結(jié)束時可以進(jìn)行長期的全項(xiàng)目考核，包括組織項(xiàng)目結(jié)題評審、項(xiàng)目結(jié)題演示、項(xiàng)目結(jié)題答辯。并根據(jù)項(xiàng)目完成情況對項(xiàng)目進(jìn)行排序，對于優(yōu)秀的項(xiàng)目方案，可以通過教師或者學(xué)院推薦到企業(yè)使用，并給予一定的獎勵。

3）在畢業(yè)時，對學(xué)生進(jìn)行問卷跟蹤，讓學(xué)生評價課程學(xué)習(xí)內(nèi)容是否能夠滿足找工作的需求，并提出合理化建議。

形成閉環(huán)評價? EDA技術(shù)課程項(xiàng)目化教學(xué)的評價應(yīng)該形成一個閉環(huán)的評價，評價的形式應(yīng)該多種多樣，評價的維度也應(yīng)該多種。

1）評價形式的多樣性。評價的形式可以包括問卷調(diào)查、教學(xué)結(jié)果與教學(xué)預(yù)期的對比、同行說課評價、專家隨堂聽課評價、學(xué)生成績分析等。

2）評價的多維度。與評價形式多樣性對應(yīng)，評價的維度也應(yīng)該是多樣的，需要包括學(xué)生的評價、同行的評價、專家的評價及企業(yè)的評價。

3）評價的閉環(huán)性。該評價包括多個閉環(huán)，且環(huán)路有交叉，如圖2所示。

5 結(jié)語

本文在工程認(rèn)證背景下，以O(shè)BE教育理念為指導(dǎo)原則，從四個方面對EDA技術(shù)課程新的項(xiàng)目化教學(xué)中應(yīng)注意的問題展開討論：建立長期畢業(yè)生跟蹤及用人單位需求反饋機(jī)制;以企業(yè)和社會需求為引導(dǎo)，針對企業(yè)項(xiàng)目需要加以改

進(jìn);建立長期與短期學(xué)生學(xué)習(xí)情況反饋機(jī)制;形成閉環(huán)評價。通過以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的教育理念，培養(yǎng)滿足社會和企業(yè)需求的電子設(shè)計(jì)自動化人才。■

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