EDA技術(shù)與數(shù)電課程教學相結(jié)合的實踐方案

【摘 要】EDA技術(shù)是提升數(shù)電課程教學質(zhì)量的重要技術(shù)，本文分析了EDA技術(shù)應用在教學中的必要性，并結(jié)合數(shù)電課程的實際教學要求進行了“數(shù)電”課程改革的實踐策略的制定。對提升EDA技術(shù)應用價值，具備較為積極的意義。

【關(guān)鍵詞】EDA技術(shù)；數(shù)電課程；實踐方案

電子信息作為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，近年來發(fā)展異常迅猛，尤其在各類職業(yè)院校，電子信息課程教學的規(guī)模和力度都不斷加大，并在不斷發(fā)展和革新，但彼此之間的辦學水平卻相差甚遠，尤其是地方性技工學校正在接受更加嚴峻的挑戰(zhàn)。如何構(gòu)建一種科學合理的教學模式，有效培養(yǎng)迎合社會需求的高素質(zhì)畢業(yè)生更是一個非常突出的問題。

一、EDA技術(shù)應用在教學中的必要性

計算機有存儲量大、運行速度快、電子記憶的特點被EDA技術(shù)借助，成為集成電路、印制電路板、電子整機系統(tǒng)設計的主要技術(shù)手段，已經(jīng)在電子設計領(lǐng)域得到廣泛應用。美國NI公司的Multisim軟件就是這方面很好的一個工具。它是以windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬、數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有高仿真、高分析的能力。使學生實際動手與教學理論脫節(jié)的這一問題得到了很好的解決。學生可以更快地、更方便地用計算機仿真，把教學中的理論再現(xiàn)出來，這也極大地提高學生的學習熱情和積極性。EDA研究的對象是電子設計的全過程，包括電子技術(shù)領(lǐng)域中從低頻到高頻直至微波、從線性到非線性、從模擬到數(shù)字、從分離元件到集成電路等。以大規(guī)?？删幊碳呻娐窞槲镔|(zhì)基礎(chǔ)的EDA技術(shù)打破了軟硬件之間的設計界限，使硬件系統(tǒng)軟件化，這已成為現(xiàn)代電子設計技術(shù)的發(fā)展趨勢。當前，EDA技術(shù)正在迅速發(fā)展，在電子技術(shù)的相關(guān)領(lǐng)域不斷深入，有著廣闊的發(fā)展前景。目前，常用的EDA工具和軟件有ispExpertSystem，QuartusII，ISE，Multi-sim等。

二、“數(shù)電”課程改革的實踐策略

（一）優(yōu)化課程設置

1.調(diào)整開課時間。

隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新器件、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，以及眾多電子類仿真軟件的應用，電子信息專業(yè)的課程教學內(nèi)容在不斷地發(fā)展變化，教學課時也在逐漸縮減?！皵?shù)電”置前至第二學期，“電路”、“模電”隨后，其他諸如“工程認知實踐”、“FPGA”、“微機原理與接口”、“單片機”、“嵌入式系統(tǒng)”和“DSP”等應用和實踐性較強的課程，緊隨其后安排在第3—5學期。這就使學生具備提前接觸電子設計知識及工程訓練活動的能力。這種實踐性能力的獲得，比基于傳統(tǒng)教學模式下至少提前2—3個學期，學生能提前為未來的學習和實習打開充裕的自主學習空間，為就業(yè)打下堅實的基礎(chǔ)。

2.優(yōu)化教學內(nèi)容，將EDA/FPGA技術(shù)引入課程教學。

由于“數(shù)電”開設時間大幅度提前，需降低對“電路”和“模電”等課程知識的依賴。因此，首先精簡邏輯門電路章節(jié)內(nèi)容，去除復雜的CMOS、TTL門電路結(jié)構(gòu)分析，只作邏輯門電路的功能、特點的簡略講解；淘汰555定時器相關(guān)內(nèi)容，并將D/A與A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)容調(diào)整至“微機原理與接口”課程中；大量引入EDA技術(shù)和VerilogVHDL語言，將Verilog VHDL語言及其應用貫穿于組合邏輯電路、觸發(fā)器、時序邏輯電路等章節(jié)，使VerilogVHDL語言的程序設計方法與數(shù)字電路的理論與應用密切銜接，實現(xiàn)“軟件先行，以軟帶硬”的教學目標。課程理論授課學時壓縮至48學時，并開設24學時的實驗課程。實驗課程中，去除基于74系列器件的低層次設計內(nèi)容，將FPGA技術(shù)全面引入到數(shù)字電路實驗教學中。總共安排13個實驗項目，其中7個是基于FGPA的復雜數(shù)字系統(tǒng)的設計，對學生綜合學習能力要求較高，能有效加強學生實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。教材選取工程創(chuàng)新型電子信息類精品教材《實用數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》，理論與EDA實踐結(jié)合緊密，滿足本課程改革的內(nèi)容要求。

（二）改革教學方式和方法

1.實行模塊化與理實一體化教學。

將課程內(nèi)容分成邏輯代數(shù)基礎(chǔ)、組合邏輯電路和時序邏輯電路三個模塊。第一部分突出邏輯代數(shù)基礎(chǔ)知識的講授，采用案例教學法，布置難易合適的習題，加強對基礎(chǔ)知識的理解。而后兩部分注重理實一體化，部分內(nèi)容放在EDA實驗室講解，師生雙方邊教、邊學、邊做，全程構(gòu)建素質(zhì)和技能培養(yǎng)框架，提高教學質(zhì)量；配置充分準備的實例，部分實例如組合電路中的編/譯碼器、選擇器，以及時序電路中的計數(shù)器等內(nèi)容，運用EDA技術(shù)進行仿真、驗證，并通過教師進行示范性操作等手段，使學生獲得具體、清晰、生動、形象的感性知識，加深對書本知識的學習，增強學生的學習興趣。學生邊學、邊練、邊積極總結(jié)，達到事半功倍的教學效果。

2.將任務驅(qū)動式教學與“口袋實驗室”相結(jié)合。

在理論和實驗課堂教學之外，還安排三個實踐項目：智能搶答器、數(shù)字鐘、電子密碼鎖，要求學生自行組織3—5人的小團隊，根據(jù)任務要求完成項目的分析、方案的制訂、EDA仿真，并在開發(fā)板上完成硬件調(diào)試，最終進行作品展示、成績評價和經(jīng)驗交流。這里，我們提倡“口袋實驗室”運行方式，讓學生從實驗室定期租借開發(fā)板或自購，進而解決實驗時空局限性的問題，他們在宿舍就可以完成課程中的實例、實驗訓練以及自己的創(chuàng)意設計，充分打開自主學習空間，并激發(fā)個人學習興趣。

3.推行第二課堂教學法。由于本課程教學知識點較多，而課堂教學課時較少，因此要拓展第一課堂，將部分教學知識點，利用課外時間，讓學生自主學習，另外實驗考核和課程考試包含這部分知識點，從而實現(xiàn)有效的督促作用。

三、結(jié)論

通過本課程改革實踐，倡導“軟件先行，以軟帶硬”的教學理念，注重EDA/FPGA技術(shù)的掌握和運用，以加強學生對數(shù)字電子技術(shù)的融會貫通。本次改革方案已經(jīng)在個別班級進行了初步實踐，取得了較好的教學效果。學生大多數(shù)能夠獨立完成課程要求，課程考核通過率達98%以上，實踐考核100%通過。對本課程以及數(shù)字電子系統(tǒng)設計的興趣明顯提高。

作者簡介：陳定東（1974-），男，湖南衡陽，衡陽技師學院電氣學院，大學本科，一級實習教師，主要從事模電、數(shù)電、家用電器原理與維修、電子技能訓練教育研究。

參考文獻：

[1]潘明，潘松.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：科學出版社，2008.