基于TOPCARES—CDIO的EDA技術(shù)應(yīng)用課程教學(xué)改革與實(shí)踐

王源源

摘要：針對(duì)EDA技術(shù)應(yīng)用課程的特點(diǎn)，結(jié)合TOPCARES-CDIO教學(xué)理念，從預(yù)期目標(biāo)、教學(xué)改革的實(shí)施、要解決的主要問(wèn)題、考核等方面入手，進(jìn)行教學(xué)改革，提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：TOPCARES-CDIO；EDA技術(shù)應(yīng)用；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革

背景

當(dāng)前，IT 領(lǐng)域人才培養(yǎng)存在“兩旺兩難”等問(wèn)題，亟需培養(yǎng)理論與實(shí)踐并重、專(zhuān)業(yè)能力與綜合素質(zhì)兼顧的應(yīng)用型 IT 人才。隨著IT人才的持續(xù)需求，各個(gè)高等院校紛紛開(kāi)設(shè)了EDA相關(guān)課程，然而在培養(yǎng)目標(biāo)、課程設(shè)置、教學(xué)方法等教學(xué)關(guān)鍵因素中均存在若干問(wèn)題。根據(jù)當(dāng)前EDA技術(shù)應(yīng)用課程的教學(xué)情況來(lái)看，培養(yǎng)目標(biāo)不清晰、課程體系滯后于技術(shù)發(fā)展、教學(xué)方法手段陳舊、實(shí)踐性教學(xué)不足、評(píng)價(jià)體系錯(cuò)位，教學(xué)效果不是很理想。針對(duì)于EDA課程教學(xué)的特點(diǎn)與現(xiàn)狀，結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，本文提出EDA技術(shù)應(yīng)用等相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。

教學(xué)改革目標(biāo)

針對(duì)國(guó)內(nèi)高校講解EDA技術(shù)應(yīng)用的基本教學(xué)方法，把“TOP-CARES CDIO”引入“EDA技術(shù)應(yīng)用”這門(mén)課程的教學(xué)改革中。并在此基礎(chǔ)上，探索講授一門(mén)真正重點(diǎn)是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化“思想”和“方法”的課程?！癊DA技術(shù)應(yīng)用”課程改革的具體目標(biāo)為：

（1） 教學(xué)內(nèi)容方面，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生掌握問(wèn)題求解的思路和方法，使學(xué)生理解計(jì)算機(jī)硬件、軟件是如何工作的，即如何有效地利用EDA去解決實(shí)際的問(wèn)題。

（2） 教學(xué)成果方面，通過(guò)課程改革，學(xué)生主要掌握的知識(shí)和能力包括：電子電路工作原理以及基于EDA技術(shù)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

（3） 實(shí)際應(yīng)用方面，EDA技術(shù)應(yīng)用教學(xué)改革的目的是要培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題求解和實(shí)際動(dòng)手能力，并最終形成產(chǎn)品。

（4） 教師團(tuán)隊(duì)方面，在實(shí)施教育的團(tuán)隊(duì)中，既有學(xué)校的專(zhuān)職教師，又可以引入高年級(jí)在這一課程取得優(yōu)秀成績(jī)的學(xué)生參與指導(dǎo)，切實(shí)推進(jìn)雙向教育，教師不再是灌輸著、說(shuō)教者，而是學(xué)生學(xué)習(xí)的組織者、參與者，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供支持，極大地提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。

教學(xué)改革實(shí)施

（1）基于TOPCARES-CDIO的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的組織與實(shí)施方法研究：在基于TOPCARES-CDIO的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)過(guò)程中，二者圍繞任務(wù)這根主線進(jìn)行教學(xué)和學(xué)習(xí)。教師在設(shè)計(jì)任務(wù)、呈現(xiàn)任務(wù)、實(shí)施任務(wù)、總結(jié)評(píng)價(jià)和學(xué)生在明確任務(wù)、完成任務(wù)、共享交流的過(guò)程中運(yùn)用基于計(jì)算思維的方法進(jìn)行教學(xué)和學(xué)習(xí)，使學(xué)生利用高效率的計(jì)算思維去弄清任務(wù)明確目標(biāo)，運(yùn)用任務(wù)的驅(qū)動(dòng)探索新的知識(shí)；學(xué)生之間相互協(xié)作交流深入探究問(wèn)題的實(shí)質(zhì)，最后集體展示成果、交流學(xué)習(xí)心得，并鞏固拓展新的知識(shí)。

（2）基于TOPCARES-CDIO任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)的案例設(shè)計(jì)：因?yàn)閱?wèn)題意識(shí)是思維的動(dòng)力，是創(chuàng)新精神的基石，所以優(yōu)秀的教學(xué)案例設(shè)計(jì)，有助于培養(yǎng)學(xué)習(xí)者高效解決問(wèn)題，掌握計(jì)算機(jī)方法論。根據(jù)項(xiàng)目提出的研究對(duì)象——《EDA技術(shù)應(yīng)用》這門(mén)課程的教學(xué)來(lái)對(duì)此進(jìn)行實(shí)踐研究，主要探討學(xué)習(xí)、掌握運(yùn)用EDA技術(shù)解決實(shí)際案例的方法，發(fā)揮提高教學(xué)效率和培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力兩方面的作用。主要步驟包括：A.教師與學(xué)生各自的課前準(zhǔn)備工作；B.任務(wù)呈現(xiàn)；C.任務(wù)實(shí)施；D.任務(wù)考核與總結(jié)。

（3）研究通過(guò)案例發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的方法，并引出任務(wù)與實(shí)驗(yàn)要求：項(xiàng)目需要研究如何從典型（基本）問(wèn)題和綜合（復(fù)雜）問(wèn)題兩個(gè)層面，揭示領(lǐng)域相關(guān)和領(lǐng)域無(wú)關(guān)各種問(wèn)題的本質(zhì)。

（4）實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的有效開(kāi)展是需要重點(diǎn)研究的一個(gè)內(nèi)容。課堂講授的時(shí)間是有限的，除了在課堂教學(xué)中引入討論，使學(xué)生能更好地理解將“TOPCARES-CDIO”融入不同學(xué)科和領(lǐng)域問(wèn)題求解中的重要性， 在“EDA技術(shù)應(yīng)用”該門(mén)課程中，我們進(jìn)行了反復(fù)研究與討論，加大了實(shí)驗(yàn)的比重，理論和實(shí)踐按照1：1來(lái)進(jìn)行。

（5）一體化的考核方法。傳統(tǒng)的教學(xué)考核主要采用一張?jiān)嚲矶ǔ煽?jī)，這樣能考查學(xué)生的理論識(shí)記能力，但無(wú)法考查學(xué)生的動(dòng)手能力和對(duì)知識(shí)的運(yùn)用能力。學(xué)校的辦學(xué)特色是培養(yǎng)應(yīng)用型人才， 后者才是關(guān)鍵。為更真實(shí)地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，最大限度地避免高分低能現(xiàn)象，結(jié)合TOPCARES-CDIO的 “項(xiàng)目帶動(dòng)教學(xué)”理念，將該課程的考核進(jìn)行了改革，形成平時(shí)的形成性考核和最后的終結(jié)性考核的一體化評(píng)價(jià)體系。

形成性考核包括學(xué)生的出勤、作業(yè)、章節(jié)實(shí)驗(yàn)等，占總成績(jī)的 50%，終結(jié)性考核占總成績(jī)的 50%，期末以上機(jī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的形式完成。整個(gè)考核以 “項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)”為中心，特別是終結(jié)性考核，由學(xué)生單獨(dú)在Multisim 7模擬器上完成。

主要特點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要特色是將TOPCARES-CDIO融入到課程的課堂講授、課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)三個(gè)環(huán)節(jié)中，成為一個(gè)有機(jī)整體。并且，計(jì)算機(jī)學(xué)科的兩大重要特征——“構(gòu)造性”和“能行性”均反映到EDA技術(shù)應(yīng)用教學(xué)中，就是設(shè)計(jì)多樣化和機(jī)器實(shí)現(xiàn)機(jī)制。

結(jié)束語(yǔ)

將TOPCARES-CDIO理念引入到EDA技術(shù)應(yīng)用課程中，通過(guò)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、教學(xué)考核等三方面的改革，充分實(shí)現(xiàn)讓學(xué)生在做中學(xué)，學(xué)中做。使學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，掌握最新的、最關(guān)鍵的安全理論與技術(shù)，并具備分析和解決EDA問(wèn)題的基本能力。

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基金項(xiàng)目：本文為四川省高校計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育研究會(huì)“教育教學(xué)改革研究”（編號(hào)：2015-09）研究成果。