高職EDA 應用技術課程項目化教學研究

任全會，馬 蕾

(鄭州鐵路職業(yè)技術學院，河南 鄭州 450052)

一、EDA 應用技術課程的現(xiàn)狀

EDA 技術憑借其靈活性、經(jīng)濟性和短周期性的特點已成為電子設計領域里的主流設計手段。因為涉及到的集成芯片種類繁多，對設計人員要求比較高，因此其從業(yè)門檻相對較高，高職院校的學生很難進入到設計領域［1］。讓高職學生進入到設計領域是高職EDA 教學的一個難題。

從近幾年的全國大學生電子設計大賽的題目來看，利用EDA 技術完成的競賽題目所占比例逐年提高，題目更加靈活多變，同時要求也越來越高，這些變化反映出目前業(yè)界對當代工科電類專業(yè)大學生技能掌握的需求方向，同時也促進了高校對相關教育教學內(nèi)容的改革。

傳統(tǒng)的教學方法主要是“教師講，學生聽”的被動教學模式，以學校和課堂為中心，目的是把教師掌握的現(xiàn)成知識技能教授給學生，學生完全聽從教師的安排和講授，沒有主觀能動性。教師是單純的知識傳遞者，和學生缺少互動，在教學中起主導作用?；诖?，傳統(tǒng)的教學方法存在的問題是，學生的能力無法和專業(yè)與課程體系、教學知識進行無縫對接，會出現(xiàn)脫節(jié)、斷層或重復現(xiàn)象。學生對整個專業(yè)和課程了解不夠充分，所以會對專業(yè)和課程不感興趣，也就無法對學生的綜合應用能力和操作技能進行全面培養(yǎng)，與國家提出的加強技能型人才培養(yǎng)的要求存在著巨大的差距。

二、項目化教學的必要性

項目化教學法是指將從企業(yè)的實際生產(chǎn)中提煉出的實際項目，按照教學內(nèi)容和課程標準融入課程結構中，以學生為主體圍繞項目組織和展開教學，把一個完全獨立的項目讓學生進行收集信息、方案選擇以及設計完成。在教師的指導下，開展課堂討論和相互評價，在此過程中可以充分發(fā)揮學生的主觀能動性，從而提高學生分析問題、解決問題的能力［2］。

在整個教學過程中，可以把項目分成若干個子項目。在項目實施的過程中，教師可以指出每個子項目的設計要求和重點難點，這樣能夠讓學生在宏觀上把握項目的設計目的。項目實施過程中，教師的主要作用是咨詢、指導與解答疑難。在項目完成過程中可以讓學生體會到創(chuàng)新的艱辛、成功的樂趣，這樣能夠大大提高學生的自信心。每個項目都是組內(nèi)成員精誠合作完成的，這樣能很好地培養(yǎng)學生的團隊合作精神，進而全面提高學生綜合職業(yè)素養(yǎng)［3］。

項目化教學是學生在教師的指導下親自處理一個項目的全過程，在這一過程中學習掌握教學計劃內(nèi)的教學內(nèi)容。學生全部或部分獨立組織、安排學習行為，教師只需解決在項目進行過程中出現(xiàn)的問題，完全以學生為主體。EDA 課程是一門實踐性很強的課程，很有必要改革傳統(tǒng)的教學方式，使用項目化教學方法進行授課，因為此種教學方法重視實踐教學和團隊學習。這樣就能實現(xiàn)提高教學質(zhì)量和學生職業(yè)技能的目的，從而實現(xiàn)培養(yǎng)高技能應用型的人才目標。

通過此課程項目化教學的研究，可以探索出有利于提高學生學習興趣和動手能力的教學方法，不但有利于本課程的教學，也能為其它課程的教學提供一個很好的參考。

三、具體實施方案

1.選擇合適的語言和系統(tǒng)開發(fā)工具

在EDA 設計中，主要應用的有VHDL 和Verilog HDL 語言，這兩種語言都是標準化的語言。對于高職學生來說，與Verilog HDL 語言相比，VHDL 語言具有語法嚴謹，有很好的行為級描述能力和系統(tǒng)級描述能力等優(yōu)勢，但是代碼較為冗長，對數(shù)據(jù)類型匹配要求過于嚴格，編程耗時較多，初學者不易入門［4］，在門級開關電路描述方面弱于Verilog HDL 語言。VHDL 語言的結構相對復雜，語法規(guī)則與學生們所熟悉的C 語言相差甚遠等因素導致了學生學習興趣不高，考核成績偏低等問題。由于高職院校學生入學基礎偏低，VHDL 語言相對偏難，掌握起來有較大難度，所以結合市場對人才的需求應選用Verilog HDL 語言作為EDA 技術課程的編程語言。由于Verilog HDL 語言的語法和C 語言接近，與學生的C語言課程形成呼應，他們的學習興趣大幅提高，積極參與課程中的項目設計，考核成績得到較大提升。

開發(fā)工具使用在國內(nèi)應用非常廣泛的Altera 公司的Quartus II。Quartus II 提供了完全集成且與電路結構無關的開發(fā)包環(huán)境，具有數(shù)字邏輯設計的全部特性。包括:可利用原理圖、結構框圖、VerilogHDL、AHDL 和VHDL 完成電路描述，并將其保存為設計實體文件;芯片(電路)平面布局連線編輯;LogicLock 增量設計方法，用戶可建立并優(yōu)化系統(tǒng)，然后添加對原始系統(tǒng)的性能影響較小或無影響的后續(xù)模塊。

2.開發(fā)系統(tǒng)

為了方便EDA 項目化教學的需求，學校于2012年自主研發(fā)了一套適合項目化教學使用的學習開發(fā)系統(tǒng)。此開發(fā)系統(tǒng)配有FPGA 模塊和CPLD 模塊，可以實現(xiàn)液晶顯示、點陣顯示、數(shù)碼管顯示、步進電機驅(qū)動以及通信方面的項目開發(fā)。編寫了和開發(fā)系統(tǒng)配套使用的指導書。

3.項目化教學實施思路

為了提高高職學生對EDA 課程的學習興趣，在開展教學前，向?qū)W生展示用使用EDA 課程所學知識可以設計開發(fā)的經(jīng)典項目。讓學生直觀的看到，經(jīng)過學習自己也可以開發(fā)出相類似的科研成果，這樣可以增加學生的學習興趣和積極性。選擇一個學生感興趣的項目作為具體的實施項目。把一個大的項目，分為若干個子項目，每個子項目都有具體的知識點。為了幫助學生掌握子項目具體的知識點，可以選擇相應的實例并進行知識點的擴展。按照教學大綱把教學知識點融入到這些子項目中的實例中。通過每個對每個子項目的學習和掌握，最后把子項目綜合為大的項目。這樣在學習的過程中，每個學生都會自始至終全程參與，最終達到良好的學習效果。具體的實施過程如圖1 所示。

圖1 項目實施過程

4.學生組織和考核方式

把學生按3-4 人分組，每組配備一套開發(fā)系統(tǒng)。組內(nèi)成員可以自由分配任務，通過協(xié)作的方式完成。在小任務實踐環(huán)節(jié)，教師不再參與其中。由于學生的思考惰性和對教師的依賴性，若教師參與實踐環(huán)節(jié)的演示則不利于學生的自主思考，因此采用邀請學生上講臺進行講解和演示，教師在一旁輔助的方式。由于臺上同學不可避免地會出現(xiàn)錯誤，促使了臺下學生積極思考，幫助臺上同學克服困難，修改錯誤并完成項目。

通過教師打分和組與組之間交替打分的方式進行考核，每完成一個子項目，都要進行評分。評分后教師再進行分組點評。

通過項目化教學的實施，不但能提高學生的學習興趣，進一步培養(yǎng)了學生的團隊協(xié)作能力和動手實踐能力。

［1］魯娟娟，王高山.案例教學法在EDA 教學中的應用研究［J］.哈爾濱職業(yè)技術學院學報，2010(2)：57-58.

［2］邱宇，王世元.區(qū)別于本科教學模式的高職院校EDA 課程教學的改革與實踐［J］.西南農(nóng)業(yè)大學學報(社會科學版)，2012(5)：193-195.

［3］夏宇聞.Verilog 數(shù)字系統(tǒng)設計教程［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2008：2-9.

［4］周立功.EDA 實驗與實踐［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2007：2-42.