基于PBL模式的EDA技術課程教學改革

顧慶水，賈聰智，陳 偉

(電子科技大學 電子工程學院，四川 成都 611731)

EDA技術被廣泛應用于通信、自動化、電氣工程等領域。利用EDA技術，可快速方便地實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)的集成。在各大學中，“EDA技術”課程是電子技術相關專業(yè)的一門重要的專業(yè)技能課程。

該課程傳統(tǒng)的教學方法采用課堂上老師講，學生聽，實驗則是所有學生均要在指定的時間內(nèi)完成指定的實驗內(nèi)容。整個教學過程學生只能跟隨教師的思想去學習，學生缺乏主動性和積極性，很難提高學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力[1]。因此，許多高校針對實驗部分提出了很多值得借鑒的改革思路和改革方法[2－6]。但這些改革主要是針對單一的實驗教學進行改革，沒有從單門課程層面進行研究。

本文結合電子科技大學學生的特點，基于PBL(problem based learning，基于問題的學習)理念對EDA技術課程進行全面的教學改革，提出將整個課程劃分成課堂講授、基礎實驗和創(chuàng)新實驗3個階段。每個階段突出學生的主體地位，有效地提高和促進學生的自學能力、工程實踐能力、團隊合作能力等。

1 PBL教學方法

PBL教學方法已被世界各國的大學廣泛重視。最初其主要用于歐美的醫(yī)學教育領域，側(cè)重于創(chuàng)新思維和團隊精神等綜合能力的培養(yǎng)[7]。近幾年，很多國內(nèi)高校在其他學科領域的教學中也逐漸使用PBL教學方法，并得到很好的效果[8－11]。

PBL教學方法的核心思想是以問題為導向，以項目為組織方式，通過對學生進行分組合作來激發(fā)學生的學習積極性和主動性，培養(yǎng)學生自學能力、組織管理能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力等[12]。

由于不同學科特點、不同學校學生的水平不盡相同，因此PBL教學方法并不能完全照搬某種模式，在具體實施過程中，需要結合本校學生的特點和課程的教學要求來設置。

2 課程改革思路

課程改革的基本思路是將課程分為課堂講授階段、基礎實驗階段和創(chuàng)新實驗階段。

1)課堂講授階段不再按照傳統(tǒng)的方式，即老師根據(jù)教學內(nèi)容逐一講授，而是采用專題講座形式，講授每個專題的核心內(nèi)容，提出問題引導學生課后自學。通過布置一些作業(yè)，對自學情況進行考核，同時學生自己也可檢驗自學效果。為了給學生提供充足的自學時間，每周安排一個專題，每個專題按4學時進行。

2)基礎實驗階段通過設置兩個設計性實驗，讓學生快速掌握基本工具及開發(fā)平臺的使用方法，同時對前期的自學效果做出一個綜合檢驗。

3)創(chuàng)新實驗階段要求根據(jù)學生所學專業(yè)及所提供的開發(fā)板自擬題目并完成設計，最終提交詳細的研制報告。該階段是本課程的重點，也是改革的核心。

根據(jù)課程改革的要求和特點，采用小班化教學，每個小班人數(shù)控制在50人以內(nèi)。

課程改革后總學時為48學時，其中課堂講授20學時，基礎實驗8學時，創(chuàng)新實驗20學時。

課程的考核以學生在實驗階段的綜合表現(xiàn)為主，以考試為輔，其中實驗成績占比60%，期末考試成績占比30%，平時成績占比10%。

3 課程內(nèi)容具體設計

3.1 課堂講授階段

根據(jù)該課程教學大綱的要求及特點，分5個專題進行講授。各專題具體的教學安排如表1所示。其中，專題2的作業(yè)主要考察HDL語言本身的使用，僅涉及數(shù)字電路中一些基本電路，如計數(shù)器、移位寄存器等基本概念；專題3的作業(yè)則從實際工程應用中提取一些簡單工程應用，所給出的題目只給出一個應用大綱，并提出實際工程應用中需要考慮的問題，學生自行模擬應用場景進行設計。部分根據(jù)本校專業(yè)和學生的特點所擬定的工程應用題如表2所示。

3.2 基礎實驗階段

根據(jù)開發(fā)板的功能結合學生能力，安排兩個基礎實驗。一是設計一個秒表功能，通過該實驗進一步熟悉HDL語言、開發(fā)板主要功能、開發(fā)流程；二是基于NIOSⅡ的MP3播放器的設計，通過實際案例掌握嵌入式處理器開發(fā)的過程和開發(fā)方法。

在具體實施過程中，這兩個基礎實驗為學生提供詳細的實驗過程、設計方法及部分軟件代碼，如第二個基礎實驗的處理器內(nèi)的軟件代碼。

通過兩個基礎實驗，主要目的是讓學生快速掌握設計方法、設計流程、相關工具的使用，加深對開發(fā)平臺的了解，并在實驗過程中確定創(chuàng)新實驗階段的設計題目。

3.3 創(chuàng)新實驗階段

在該階段，學生根據(jù)自擬的題目完成相應的實驗。創(chuàng)新實驗階段，除集中課外，無固定的實驗時間，學生自行預約時間進入開放式實驗室內(nèi)完成。

該階段任課教師安排5次集中課，其中，第一次各組對所提交的創(chuàng)新實驗題目進行闡述，并討論方案的可行性，提出相應的一些建議或注意事項，最后一次集中課各組對本次實驗的過程、成果等進行匯報，中間三次集中課用于集中討論實驗過程中各組遇到的問題，這些問題可能是共性，也可能是個案，不管哪種問題，通過對問題的集中討論會顯著提高學生的工程實踐能力和解決問題的能力。

通過該實驗主要目的是培養(yǎng)學生的自學能力、工程實踐能力、團隊合作能力、項目文檔的撰寫能力等多方面的能力。

4 實驗的具體操作

4.1 學生組織

從基礎實驗階段開始，所有的實驗學生均分組進行，每組3～4人，每組實行組長負責制，分組一旦確定原則上不再變動。實驗中所要求的實驗報告均按組進行提交。

4.2 實驗要求

實驗過程中，由任課教師組建一個公共平臺如QQ群，任何問題或意見可通過公共平臺發(fā)布，以便能及時解決。同時任課教師匯總提交的問題，在集中課中進行展示并加以說明。

基礎實驗根據(jù)實驗指導書要求完成相應的實驗內(nèi)容，并提交最終的實驗報告。

表1 課題講授階段5個專題教學安排

表2 專題3的工程應用訓練部分題目

創(chuàng)新實驗提交最終的實驗研制報告，并進行匯報。為了培養(yǎng)學生項目文檔的編寫能力，所提交的實驗研制報告要求按照一定的格式進行編寫，其格式如表3所示。

4.3 實驗成績評定

為保證實驗效果，必須有配套的實驗成績評定機制。該機制不僅需要考慮學生的個人能力，也需要鼓勵團隊協(xié)作精神、所設計的題目的難度和創(chuàng)新性、文檔的寫作能力等[13]。實驗成績根據(jù)設計題目的難度、實驗最終完成情況、團隊中所起作用、問題解決能力、答辯效果、提交的實驗報告質(zhì)量等進行綜合評定，詳細評分細則如表4所示(實驗成績總分為60分)。

5 教學效果

通過課程改革，課程從教學方法、教學內(nèi)容、實驗的設置都做了大幅度的修訂。學生通過該門課程的學習，不僅學習到本門課程本身所需要掌握的相關知識，同時學生的自習能力、工程實踐能力、解決問題能力、團隊合作能力等一些工程素質(zhì)方面的能力也得到了培養(yǎng)。

通過一年的教學，學生學習的積極性比往屆學生明顯提高，特別是在實驗中更能體現(xiàn)這種教學的效果。如在創(chuàng)新實驗過程中出現(xiàn)并解決了很多問題，所有組(共15組)合計列出了126個 (僅從學生所提交的設計報告中所列的問題進行統(tǒng)計)不同問題，并給出了問題出現(xiàn)的原因和解決方法。課后作業(yè)與實際工程應用結合，不僅加深本門課程相關知識的了解，同時通過問題的引入，也能開拓學生的工程實踐思維。

表4 創(chuàng)新實驗評分依據(jù)

表4 (續(xù)表)

6 結束語

本文針對EDA技術課程的特點，提出采用三段式教學，在課堂講授階段通過適當?shù)闹v解和課后需要解決的問題引導學生自學，通過若干個驗證性或設計性實驗快速熟悉相關工具軟件或開發(fā)環(huán)境，最后通過靈活的創(chuàng)新性實驗讓學生自行設計，不受各種條條框框的限制。在整個教學過程中，借鑒PBL教學模式，通過解決各種問題促使學生各種能力的提高。這些問題一部分由教師提出，更多則是學生在教學過程中自然而然所遇到的問題。從遇到問題到問題的解決，實踐證明會極大提高學生的學習積極性，激發(fā)學生的求知欲。在整個大學的教學安排中，有很多工程實踐類的課程，如電子類專業(yè)有C語言、MATLAB、DSP技術、嵌入式系統(tǒng)設計等課程。這些課程和EDA技術課程一樣，其主要目的是讓學生學習某類工程技能，并學會使用這些工程技能解決實際問題，提高學生的工程實踐能力。這些課程在教學安排上，都可以采用類似本文所提出的三段式教學方法。不過，在具體實施過程中，需要綜合考慮學生的整體水平以及學生專業(yè)背景情況。

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