基于EDA技術(shù)的課程整合教學(xué)研究

當(dāng)前幾乎所有高校的電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)均開(kāi)設(shè)了電路原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)原理這幾門(mén)課程，該類(lèi)課程是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的核心課程，也是重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。學(xué)生對(duì)這幾門(mén)課程相關(guān)知識(shí)的掌握程度在很大程度上體現(xiàn)了其專(zhuān)業(yè)素質(zhì)水平，因此該類(lèi)課程教學(xué)的重要性不言而喻。

EDA(Electronic design automation)技術(shù)是指電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)，其以計(jì)算機(jī)軟件為平臺(tái)，融合電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)的自動(dòng)設(shè)計(jì)。EDA技術(shù)與相關(guān)技術(shù)的發(fā)展相輔相成，其主要包括電子系統(tǒng)的仿真、綜合、實(shí)現(xiàn)三方面。可以說(shuō)當(dāng)前電子電路的設(shè)計(jì)已經(jīng)離不開(kāi)EDA技術(shù)，因此對(duì)于電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，掌握良好的EDA技術(shù)已經(jīng)成為必不可少的專(zhuān)業(yè)技能。因而，在電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)實(shí)踐中，基于EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的整合教學(xué)的探索十分重要且必要。

課程整合教學(xué)的背景及目的

目前大部分高校均將EDA 技術(shù)作為電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)選修課，而在教學(xué)計(jì)劃上通常是將電路原理、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)作為先修的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)必修課，將EDA 技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)等作為后續(xù)綜合提升課程。而電子電路專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)模式通常采用理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)結(jié)合的方式。學(xué)生對(duì)于理論的學(xué)習(xí)在課后只能通過(guò)做課后習(xí)題的方式來(lái)補(bǔ)充，無(wú)法及時(shí)對(duì)理論進(jìn)行驗(yàn)證和擴(kuò)展。在實(shí)踐教學(xué)中受限于實(shí)驗(yàn)硬件條件，往往采用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主的方式，學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)不足，從而導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法將理論學(xué)習(xí)真正用到電子電路的設(shè)計(jì)中去，使得學(xué)生學(xué)習(xí)效果不理想，對(duì)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握和應(yīng)用不到位。

EDA技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，學(xué)生利用EDA軟件可以不受實(shí)驗(yàn)硬件條件的限制，在計(jì)算機(jī)上學(xué)習(xí)電子電路的仿真設(shè)計(jì)、可編程器件的開(kāi)發(fā)、PCB的設(shè)計(jì)及集成電路的設(shè)計(jì)等技術(shù)。然而先修基礎(chǔ)理論課程的掌握不夠，使得EDA課程教學(xué)中大部分學(xué)生沒(méi)有足夠的電子電路理論知識(shí)來(lái)支撐實(shí)踐，無(wú)法解決實(shí)際的問(wèn)題。

為了克服傳統(tǒng)教學(xué)模式的缺點(diǎn)，充分利用EDA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，可以將EDA技術(shù)充分融合到電路原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)及單片機(jī)原理的課程教學(xué)中，探索課程整合教學(xué)，實(shí)現(xiàn)多元化教學(xué)模式。

課程整合教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

基于EDA技術(shù)的課程整合教學(xué)相較于傳統(tǒng)各門(mén)課程獨(dú)立教學(xué)的模式具有以下明顯優(yōu)勢(shì)：

EDA技術(shù)主要使用計(jì)算機(jī)作為設(shè)計(jì)平臺(tái)，克服了實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放時(shí)間的限制和硬件條件不足及器件更新不及時(shí)的缺點(diǎn)，學(xué)生可以隨時(shí)隨地在自己計(jì)算機(jī)上利用EDA軟件進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、自由探索、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)成本低、效率高、效果好。

教師改變課堂授課、課后作業(yè)的傳統(tǒng)教學(xué)模式，將EDA技術(shù)貫穿到教師的課堂理論教學(xué)中，可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)模式多元化，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)探索精神。

隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室器件及設(shè)備更新較慢，成本較高，而EDA技術(shù)的軟件更新成本低，可以以較低的教學(xué)成本獲得較好的教學(xué)效果。

課程整合教學(xué)的探索

為了更好地利用EDA技術(shù)實(shí)現(xiàn)課程的整合教學(xué)，當(dāng)前各門(mén)課程的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)模式都需要做出調(diào)整，進(jìn)行教學(xué)改革，將EDA技術(shù)貫穿到學(xué)生在課堂內(nèi)和課堂外的學(xué)習(xí)中，將學(xué)生自主實(shí)踐引入到培養(yǎng)計(jì)劃的范疇之內(nèi)。

培養(yǎng)計(jì)劃的調(diào)整。為將EDA技術(shù)充分利用到各專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)中，可將原先第6學(xué)期開(kāi)設(shè)的EDA技術(shù)課程調(diào)整到第三學(xué)期，以便在數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、單片機(jī)原理等課程開(kāi)設(shè)時(shí)教師和學(xué)生可以充分利用EDA技術(shù)，為教學(xué)提供多元化模式。

理論教學(xué)模式的改革。電路原理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)原理等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式通常以學(xué)生課堂聽(tīng)教師授課、課后完成作業(yè)為主，教學(xué)內(nèi)容也是以基礎(chǔ)理論為主，對(duì)實(shí)際電子電路設(shè)計(jì)問(wèn)題很少涉及，使得學(xué)生很難更深入地學(xué)習(xí)。為將EDA技術(shù)引入課堂，教師必須對(duì)教學(xué)內(nèi)容做出調(diào)整，教學(xué)方式必須多元化。

以數(shù)字電子技術(shù)理論教學(xué)為例，首先教學(xué)內(nèi)容應(yīng)做出調(diào)整，在基礎(chǔ)理論教學(xué)基礎(chǔ)上增加電子電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)和具體工程實(shí)例講解。在教學(xué)方式上可利用EDA軟件，對(duì)不易理解的知識(shí)點(diǎn)采用課堂上軟件仿真的教學(xué)方式，將電子電路的仿真設(shè)計(jì)帶進(jìn)課堂，使學(xué)生能夠形象、直觀理解芯片的功能以及應(yīng)用。且在EDA軟件上對(duì)設(shè)計(jì)的修改方便快捷，仿真結(jié)果直觀易懂，而且能讓學(xué)生了解EDA開(kāi)發(fā)的過(guò)程，加深學(xué)生對(duì)數(shù)字電子技術(shù)知識(shí)的認(rèn)知度。此外，學(xué)生的課后作業(yè)也在以前單純做題基礎(chǔ)上增加電子電路仿真設(shè)計(jì)的課題，并將這種自主實(shí)踐環(huán)節(jié)加入到課程考核中，激發(fā)學(xué)生課后拓展學(xué)習(xí)。EDA技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)課程的融合，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)了學(xué)生設(shè)計(jì)創(chuàng)造的興趣，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，有利于取得更好的教學(xué)效果。

實(shí)踐教學(xué)模式的改革。在傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)中，由于受到實(shí)驗(yàn)室硬件條件的限制，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多以演示型、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主，缺少設(shè)計(jì)型特別是系統(tǒng)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，忽視了學(xué)生自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。將EDA技術(shù)引入實(shí)踐教學(xué)中，可以在很大程度上彌補(bǔ)硬件不足及更新緩慢的缺陷，使得專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的實(shí)踐教學(xué)不再局限于試驗(yàn)箱、實(shí)驗(yàn)室。實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容可在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，增加更多的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)課題，學(xué)生可以在自己的計(jì)算機(jī)上利用EDA技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生的疑問(wèn)和難點(diǎn)可以在課堂上與教師討論尋找解決方案，這樣將實(shí)踐教學(xué)延展到課堂外，使得課堂內(nèi)的實(shí)踐教學(xué)效率大大提高，學(xué)生也可以根據(jù)自身情況拓展不同深度的學(xué)習(xí)。

以單片機(jī)原理實(shí)踐教學(xué)為例。單片機(jī)原理課程內(nèi)容相對(duì)抽象，屬于實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，因此實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量非常重要。然而在傳統(tǒng)的單片機(jī)原理實(shí)驗(yàn)課堂上，常常受到實(shí)驗(yàn)課時(shí)間和實(shí)驗(yàn)箱硬件條件的限制，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通常以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為主，主要讓學(xué)生實(shí)踐單片機(jī)的基礎(chǔ)應(yīng)用。而自主設(shè)計(jì)的系統(tǒng)型實(shí)驗(yàn)很少，教學(xué)效果不太理想。然而把Proteus仿真軟件加入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中后，對(duì)于如并口、定時(shí)器之類(lèi)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以先在仿真軟件中進(jìn)行系統(tǒng)仿真，可以直接觀察結(jié)果，修改電路也非常方便。仿真無(wú)誤再在實(shí)驗(yàn)箱上連接電路調(diào)試，大大提高了實(shí)驗(yàn)效率。此外，在仿真軟件上可以完成功能更強(qiáng)大的綜合性系統(tǒng)，可鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新精神。EDA技術(shù)的融入使得教學(xué)效率和教學(xué)效果均取得了較大改善。

形成培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的機(jī)制。在課程整合教學(xué)的基礎(chǔ)上，建立創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室，結(jié)合各種電子設(shè)計(jì)類(lèi)的比賽和市場(chǎng)的需求，鼓勵(lì)學(xué)生積極參加電子設(shè)計(jì)類(lèi)競(jìng)賽，將理論知識(shí)與硬件、軟件設(shè)計(jì)更有效地進(jìn)行結(jié)合，讓學(xué)生自主完成從方案設(shè)計(jì)、軟件仿真編程到硬件電路的制作與調(diào)試，整個(gè)過(guò)程由學(xué)生自主完成，教師僅提供技術(shù)指導(dǎo)。鼓勵(lì)學(xué)生關(guān)注前沿專(zhuān)業(yè)技術(shù)和市場(chǎng)需求，開(kāi)展創(chuàng)新設(shè)計(jì)項(xiàng)目，讓學(xué)生真正體驗(yàn)到從理論知識(shí)到實(shí)踐成果的轉(zhuǎn)化，更好地提高學(xué)生解決工程能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，完善學(xué)生知識(shí)體系的構(gòu)建，培養(yǎng)具有探索精神、創(chuàng)新能力和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)人才。

課程整合教學(xué)的成效

近年我校在電路原理、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、單片機(jī)原理等課程教學(xué)中相繼實(shí)踐了基于EDA技術(shù)的課程整合教學(xué)，各方面均取得了良好的成效。

基于EDA技術(shù)的課程整合教學(xué)改革，促成了課程教學(xué)模式的多元化，促進(jìn)了學(xué)生課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外鞏固拓展的融合，使學(xué)生真正成為教學(xué)活動(dòng)的主體，教學(xué)效率和教學(xué)效果明顯提高。

將EDA技術(shù)融入到專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和綜合專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，促進(jìn)優(yōu)秀人才和優(yōu)秀成果的出現(xiàn)，為在我校近年在省級(jí)、國(guó)家級(jí)各類(lèi)大學(xué)生科技創(chuàng)新大賽中取得優(yōu)異成績(jī)奠定了良好的基礎(chǔ)。

有利于培養(yǎng)具有探索精神、創(chuàng)新能力和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)人才，使得學(xué)生具有較好的工程意識(shí)、具有團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題，使得畢業(yè)生在激烈的職場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中具有更大優(yōu)勢(shì)，近年畢業(yè)生的就業(yè)率逐步提高。