E DA 技術(shù)實踐教學(xué)改革探討

李 燕

（河北科技師范學(xué)院機(jī)電學(xué)院，河北秦皇島 066000）

一、EDA 技術(shù)教學(xué)實踐過程中常見的問題

（一）課程內(nèi)容滯后、時代感不強(qiáng)

其實EDA 技術(shù)在中國起步并不算晚，早在20 世紀(jì)90 年代初期，中國就開辟了EDA 產(chǎn)業(yè)的自有根據(jù)地。一項ESD Alliance 統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：2021 年全球EDA 市場規(guī)模為132.75億美元，同比增長了15.77%。而受益于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向中國轉(zhuǎn)移的發(fā)展趨勢，中國EDA 市場的規(guī)模實現(xiàn)了較快增長［1］。據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會預(yù)測，到2025 年中國EDA 市場規(guī)模將達(dá)到184.9 億元，2020-2025 年年均復(fù)合增速為14.71%［2］。由此可見，EDA 技術(shù)在國內(nèi)乃至國際社會上都快速發(fā)展。但是縱觀當(dāng)前編寫的《EDA 技術(shù)基礎(chǔ)》教材卻并未跟上時代前進(jìn)的腳步，存在嚴(yán)重的教材內(nèi)容更新速度慢、技術(shù)落后、時代感不強(qiáng)等問題，嚴(yán)重影響了展現(xiàn)EDA 技術(shù)新成果，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中也難以了解最新的前沿技術(shù)，無法準(zhǔn)確把握EDA 技術(shù)未來的發(fā)展趨勢。

此外，教材內(nèi)容中理論贅述過多以及實驗和習(xí)題設(shè)置不匹配的問題也在一定程度上模糊了EDA 技術(shù)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)目標(biāo)。一旦學(xué)生找不到明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，自然會喪失學(xué)習(xí)的動力，再加上受到課程理論知識枯燥和內(nèi)容滯后性強(qiáng)等因素的影響，如果不盡快實施有效的教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣終將成為空談。

（二）教學(xué)方式單一、靈活性不強(qiáng)

當(dāng)前學(xué)生能從EDA 技術(shù)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中獲取EDA 知識的途徑并不多，主要來源于教師在封閉教室內(nèi)口頭講授，教學(xué)方法也大多延續(xù)傳統(tǒng)的“填鴨式”法，即教師講、學(xué)生聽。在這種一成不變的教學(xué)模式中師生之間的互動少之又少，傳遞和交互信息十分有限。長期處于這種“重教輕學(xué)”的環(huán)境中，表面上看起來教師已經(jīng)根據(jù)教學(xué)大綱的要求完成了教學(xué)任務(wù)，實則并未調(diào)動起學(xué)生學(xué)習(xí)課程的興趣，尤其是教材中零零落落的知識點很難形成系統(tǒng)的構(gòu)架，更談不上深度思考和探究課程內(nèi)容。

顯然這種缺乏變通的單一教學(xué)方式不利于學(xué)生培養(yǎng)EDA 設(shè)計思想和運用技術(shù)提升實踐能力，也違背新時代“先學(xué)后教”的教育精神，不能把學(xué)習(xí)時間真正還給學(xué)生，難以有效開發(fā)學(xué)生的個人潛能，促進(jìn)他們?nèi)姘l(fā)展綜合能力。

（三）實驗?zāi)Ｊ疥惻f、創(chuàng)新性不足

經(jīng)過多年觀察和總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，受到多種客觀因素和制約條件的影響，當(dāng)前很多學(xué)校的實驗項目普遍并不多，并且存在EDA 課程學(xué)時少、教學(xué)模式陳舊等諸多問題。尤其是教師在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)大多扮演“主人翁”的角色，組織實驗時大多延續(xù)“教師主講→開展實驗→報告匯總”固化的實驗教學(xué)模式。學(xué)生長期處于這種固化的實驗?zāi)Ｊ较?，難以培養(yǎng)創(chuàng)新思維意識。

實驗教學(xué)作為課程理論教學(xué)的一個主要分支，目前的教學(xué)活動并沒有嚴(yán)格考查學(xué)生的實驗成績部分，其總分占比很低，而且教師評估的實驗成績大多以學(xué)生提交的書面報告為參照，忽視了全面考查學(xué)生整個實驗過程中的動手能力。正因為如此，導(dǎo)致很多學(xué)生從思想根源上就不重視學(xué)習(xí)實驗教學(xué)內(nèi)容，受到這種不良思想作祟的影響，何談培養(yǎng)和提升學(xué)生的動手實踐和創(chuàng)新能力。

二、提高EDA 技術(shù)實踐教學(xué)改革效率的策略

（一）明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，通過激發(fā)興趣培養(yǎng)學(xué)生的探究能力

俗話說：“興趣是最好的老師?！币肱囵B(yǎng)學(xué)生對EDA 課程產(chǎn)生濃厚的興趣，學(xué)生必須先了解“為什么設(shè)置這門課程，其意義在哪里?”因此，教學(xué)改革可以先從學(xué)生熟悉的在各領(lǐng)域應(yīng)用EDA 技術(shù)的介紹入手，通過多媒體教學(xué)的方式為學(xué)生展現(xiàn)其應(yīng)用廣泛和技術(shù)發(fā)展帶給人類的進(jìn)步和震撼，讓他們身臨其境地感受EDA 技術(shù)對于電子設(shè)計的重要性以及無限需求技術(shù)創(chuàng)新的時代感召。然后分別列出利用EDA 技術(shù)設(shè)計電子產(chǎn)品的優(yōu)勢，讓學(xué)生一目了然地看到其應(yīng)用的價值，體悟其光明的就業(yè)前景。通過觀看課前準(zhǔn)備的短片內(nèi)容，再經(jīng)過教師課上引導(dǎo)講解，學(xué)生能了解EDA 技術(shù)作為一種潮流新技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字時代發(fā)展的重要性、廣泛性和不可或缺性。由此，學(xué)生心中就會生起學(xué)好專業(yè)技術(shù)的神圣感和使命感，并堅定學(xué)好EDA 技術(shù)的信念。此時，教師再為學(xué)生介紹EDA 技術(shù)之于電子工程師及相關(guān)電子技術(shù)研發(fā)從業(yè)者的必要性，方可培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)EDA 技術(shù)課程的興趣。學(xué)生以興趣為支持，就能更好地發(fā)展自身的探究能力。

作為懷揣青春夢想的一代，學(xué)生只有了解了自己所學(xué)課程的重要性并且賦予學(xué)習(xí)以非凡的意義時，才能明確學(xué)習(xí)目標(biāo)、鉚足學(xué)習(xí)的干勁兒，在樂學(xué)的過程中有所收獲。

（二）緊跟時代發(fā)展，通過優(yōu)化課程內(nèi)容提升學(xué)生應(yīng)用知識的能力

EDA 作為一門實踐性很強(qiáng)的課程，其教學(xué)改革實踐可以嘗試傳統(tǒng)與現(xiàn)代共存、軟件與硬件結(jié)合、虛擬與實際相生的實踐教學(xué)方法，著重培養(yǎng)學(xué)生工程實踐方面的能力。因此，EDA技術(shù)實踐教學(xué)改革首先要明確實現(xiàn)學(xué)生將理論知識應(yīng)用于工程實踐中解決實際問題的教學(xué)目標(biāo)；然后將使用工程設(shè)計方法分析和設(shè)計系統(tǒng)作為教學(xué)工作的重點，以便提升學(xué)生未來就業(yè)時設(shè)計實際工程的能力。

根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，EDA 技術(shù)課程設(shè)計實踐教學(xué)改革除了要培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)理論知識分析問題的能力之外，還應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生利用軟件和硬件完成電路調(diào)試的技術(shù)實踐應(yīng)用能力，并將這兩個部分的內(nèi)容作為評定學(xué)生綜合能力的參照依據(jù)。通過調(diào)整設(shè)計課程內(nèi)容，幫助學(xué)生理順專業(yè)知識的系統(tǒng)性和完整性，通過理論積累和實踐訓(xùn)練提升學(xué)生分析和解決工程實踐問題的各項能力，主要包括電子電路設(shè)計、器件選擇、手冊查詢、工藝制作、電路調(diào)試和維修等。

受制于EDA 技術(shù)實踐教學(xué)課時有限的客觀因素，在教學(xué)改革過程中，教師應(yīng)該練好內(nèi)功、吃透教材，在全面、深度理解的基礎(chǔ)上吸收、內(nèi)化教材中零散的知識。通過章節(jié)融合的方式系統(tǒng)化調(diào)整、處理、構(gòu)建新的教學(xué)模塊，形成新的理論框架，從而打通VHDL 編程語句、FPGA 設(shè)計流程與實例應(yīng)用之間的鏈接，提高學(xué)生使用不同軟件、硬件的熟練程度和技術(shù)能力。換言之，無論選用什么樣的設(shè)計軟硬件，都要保證設(shè)計思路不受影響、設(shè)計目標(biāo)不受干擾，真正做到知識為技術(shù)所用、技術(shù)因?qū)嵺`而精。

要想提升課堂教學(xué)質(zhì)量，除了優(yōu)化、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容之外，還應(yīng)該合理規(guī)劃教學(xué)時間。具體可以通過增加課時、實驗教學(xué)與理論教學(xué)相結(jié)合等途徑實現(xiàn)。筆者的教學(xué)實踐嘗試取得了不錯的應(yīng)用成效，有效實現(xiàn)了理論知識與實驗教學(xué)互相鞏固和驗證，教學(xué)效果事半功倍。

（三）豐富教學(xué)手段，通過多元教學(xué)方式激活學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性

很長一段時間以來，“板書+講授法”一直是我國傳統(tǒng)的教學(xué)方法。隨著時代發(fā)展和教育改革工作持續(xù)推進(jìn)，其應(yīng)用的弊端日漸顯現(xiàn)。新時代背景下，各種新型授課方式日漸盛行，教學(xué)改革可以采用“板書+講授+多媒體+實物演示+實例引導(dǎo)”的新嘗試，以穿插創(chuàng)設(shè)問題情境、生活情境等方式展開EDA 技術(shù)實踐教學(xué)活動。觀察發(fā)現(xiàn)，學(xué)生帶著問題聽課時參與課堂的熱情更高；學(xué)生在設(shè)計過程中遇到難以突破的瓶頸時，如果教師先啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生的思路，再講授解決方法，就能有效節(jié)約設(shè)計時間、提升教學(xué)效率，甚至部分學(xué)生在教師的指導(dǎo)下還能自主找到解決問題的方案。此外，通過綜合對比新舊教學(xué)方法發(fā)現(xiàn)，采用豐富多樣的靈活教學(xué)模式能快速點燃學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)他們的探究欲望，學(xué)生更容易產(chǎn)生自主學(xué)習(xí)的原動力。

當(dāng)前較常用的多元教學(xué)方法主要包括：（1）交互討論法。此方法旨在利用實踐課堂教學(xué)活動，借助提問的方式搭建交流渠道，增強(qiáng)師生之間的互動，從而調(diào)動學(xué)生參與課堂的熱情，培養(yǎng)學(xué)生自發(fā)學(xué)習(xí)和獨立思考的能力。（2）目標(biāo)驅(qū)動法。這是一種由教師布置課外作業(yè)和實驗內(nèi)容、目標(biāo)，由學(xué)生按照教師的要求自主完成實驗任務(wù)的教學(xué)方法。在明確目標(biāo)的指引下，學(xué)生能更快速地激發(fā)學(xué)習(xí)的自驅(qū)力，順利完成資料查找、方案設(shè)計、儀器調(diào)試和實驗匯總等各項實驗工作，能有效提升學(xué)習(xí)的主動性。（3）研究法。此方法是指教師教學(xué)過程中傳授觀點、思路、方法以及布置課后作業(yè)等均具有研究性色彩，目的在于通過“潤物細(xì)無聲”的方式熏陶學(xué)生，激活其探究本能。（4）指導(dǎo)法。通常用于學(xué)生能獨立完成的實驗項目，實驗全程教師只負(fù)責(zé)解答學(xué)生的疑問而不講授任何內(nèi)容，這種教學(xué)方式真正把課堂還給了學(xué)生，有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。（5）自主實踐法。EDA 技術(shù)實踐教學(xué)不能只局限于課上時間，開放自主實驗室為激發(fā)學(xué)生自發(fā)學(xué)習(xí)的各項潛能提供了更多可能。（6）課外活動法。通過分組教學(xué)的實踐方式組織科技活動，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識和探究能力。（7）科研項目法。這是一種教與學(xué)互相交融的新嘗試，既鼓勵學(xué)生積極參與教師的科研工作，又支持教師帶領(lǐng)學(xué)生開展學(xué)習(xí)研究活動。（8）網(wǎng)絡(luò)輔導(dǎo)法。即以現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為媒介，通過網(wǎng)絡(luò)交流的方式建立師生之間的聯(lián)系，教師借助網(wǎng)絡(luò)媒介遠(yuǎn)程輔導(dǎo)學(xué)生［3］。

在EDA 技術(shù)實踐教學(xué)改革過程中，教師要特別注重創(chuàng)新應(yīng)用教學(xué)方法，切勿拘泥于某種單一的教學(xué)手段，而應(yīng)該根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的差異性，在綜合學(xué)生實際水平和不同教學(xué)階段等因素的基礎(chǔ)上靈活開展多元的教學(xué)嘗試，因地制宜地采取有效措施有機(jī)整合教、學(xué)、做，真正實現(xiàn)“教學(xué)有法，教無定法”。

（四）重視實驗教學(xué)，通過改革考核方式提升學(xué)生設(shè)計能力的全面性

通常而言，實驗教學(xué)主要包括三個方面的內(nèi)容：（1）基礎(chǔ)性實驗。此類實驗是各專業(yè)教學(xué)均不可跳過的實驗內(nèi)容。（2）綜合性實驗。此類實驗是根據(jù)學(xué)生所學(xué)不同的專業(yè)區(qū)別設(shè)定的實驗內(nèi)容。舉例來說，電氣工程及其自動化專業(yè)的學(xué)生在完成這部分實驗時應(yīng)該將考查重點放在設(shè)計控制器上；通信工程專業(yè)的學(xué)生則應(yīng)將實驗重點放在設(shè)計信號處理算法上；電子信息工程專業(yè)則要將設(shè)計實用電子小產(chǎn)品作為培養(yǎng)和考查學(xué)生技能的重點。（3）開放性實驗。此類實驗具有高度的開放性，即在實驗室開放期間，學(xué)生利用課余時間根據(jù)自己的愛好和傾向自由選擇實驗內(nèi)容，此類實驗有鮮明的開放性和創(chuàng)新性特點［4］。

為了促進(jìn)全面發(fā)展學(xué)生的設(shè)計能力，教師可以采取如下措施：（1）編制具有可行性的實驗指導(dǎo)手冊。實驗教學(xué)涉及諸多知識點，很多學(xué)生實驗之初會有點“丈二和尚摸不著頭腦”。因此，課程教師最好為學(xué)生提供與課程內(nèi)容相對應(yīng)的實驗指導(dǎo)手冊，整理、標(biāo)示其中涉及的知識點。這樣學(xué)生不但能在實驗過程中快速、系統(tǒng)復(fù)習(xí)所學(xué)理論知識，而且在無法獲取教師的指導(dǎo)時能第一時間通過自學(xué)成功完成實驗內(nèi)容。教師編制手冊應(yīng)該遵循精簡引導(dǎo)的基本原則，分列清楚實驗的題目、目的、具體要求和涉及的理論知識點，盡可能地為學(xué)生設(shè)計相應(yīng)的實驗思路，注明實驗的注意事項等，最大限度地通過實驗操作開發(fā)學(xué)生的思考能力。（2）側(cè)重設(shè)置綜合性實驗。即結(jié)合已有實驗調(diào)整實驗教學(xué)過程中的各類實驗，加大設(shè)置綜合性實驗的占比，提升學(xué)生的EDA 技術(shù)實踐能力。（3）優(yōu)化設(shè)計實驗報告格式，完善實驗考核機(jī)制。在考查實驗教學(xué)效果時，教師應(yīng)該在進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計實驗報告格式的基礎(chǔ)上通過轉(zhuǎn)變實驗主體的方式調(diào)整教學(xué)方式，如通過分組展開實驗教學(xué)，由小組長負(fù)責(zé)總結(jié)、匯報實驗的設(shè)計思路及實驗過程、結(jié)論等，教師在實驗教學(xué)過程中只需要發(fā)揮好引導(dǎo)作用，概述性總結(jié)學(xué)生的實驗情況即可。此外，為了盡可能地挖掘?qū)W生的個人潛能、拔高學(xué)生的創(chuàng)新能力，教師在實驗教學(xué)過程中可以嘗試摒棄原有抽簽做實驗的舊傳統(tǒng)，改用開放性實驗的方法考核學(xué)生的各項能力。在考核過程中，教師只需要規(guī)定實驗時間，保證實驗題目唯一即可?？梢栽诂F(xiàn)有實驗條件允許的情況下由學(xué)生自主選擇實驗內(nèi)容，最終由教師公正、客觀、全面地綜合評定實驗過程及結(jié)果等。

三、結(jié)語

EDA 作為一個強(qiáng)規(guī)模、弱周期的產(chǎn)業(yè)，對專業(yè)技術(shù)人才的實踐能力和創(chuàng)新能力要求很高。然而很多學(xué)生都提不起學(xué)習(xí)EDA 課程的興趣，甚至感到力不從心。面對良好的就業(yè)前景和日益激烈的市場競爭環(huán)境，EDA 技術(shù)實踐教學(xué)改革勢在必行。學(xué)科教師必須充分了解當(dāng)前課程教學(xué)過程中存在的問題，與時俱進(jìn)地采取相應(yīng)的措施進(jìn)行教學(xué)改革，方可幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)難題，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實踐創(chuàng)新的能力，進(jìn)而培養(yǎng)出更多符合新時代發(fā)展需求的全面發(fā)展的EDA 技術(shù)應(yīng)用人才。