應(yīng)用型高校EDA課程設(shè)計(jì)教學(xué)的實(shí)踐與探索

高弘揚(yáng)

摘 要：EDA技術(shù)是電子類專業(yè)的一門專業(yè)必修課，是數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)的后續(xù)綜合提升課程。應(yīng)用型本科教學(xué)因?qū)W生基礎(chǔ)、教學(xué)條件等方面的原因，具有一定的特點(diǎn)，在教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)中需要加以考慮。本文分析了當(dāng)前應(yīng)用型本科院校EDA課程的教學(xué)情況，結(jié)合相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)以及學(xué)生的特點(diǎn)，對(duì)EDA課程設(shè)計(jì)教學(xué)方法進(jìn)行了實(shí)踐和探討，通過設(shè)計(jì)由淺入深的教學(xué)實(shí)例，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，針對(duì)不同學(xué)生知識(shí)掌握的情況增加實(shí)踐內(nèi)容，在教學(xué)過程中取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞： EDA技術(shù) ; 分層設(shè)計(jì) ; 教學(xué)探索 ; 教學(xué)改革 ; 考核設(shè)定

中圖分類號(hào)：G434? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）26-0128-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract： EDA technology is a professional required course of electronic major， which is the follow-up comprehensive improvement course of digital electronic technology and analog electronic technology. Application-oriented undergraduate teaching has certain characteristics due to the reasons of students' foundation and teaching conditions， which should be considered in the design of teaching links. This paper analyzes the current EDA teaching situation applied undergraduate colleges， combined with relevant professional talent training target and characteristics of students of EDA course design practice and discusses the teaching method， through the design distinguished teaching examples， to improve students' interest in learning， aiming at the condition of the different students knowledge increase practice content， good results have been achieved in the teaching process.

Key words： EDA technology ; the layered design; exploration of teaching; the teaching reform; the inspection set

1 引言

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)集成電路的設(shè)計(jì)有了更高的要求，包括對(duì)于每個(gè)設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行驗(yàn)證以及IP核的復(fù)用等，因此，靈活掌握集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的EDA技術(shù)，已成為各高校電子、電信、通信等本科專業(yè)的課程要求。EDA課程設(shè)計(jì)是為學(xué)生鞏固數(shù)字電子技術(shù)的理論知識(shí)，培養(yǎng)數(shù)字電子知識(shí)應(yīng)用能力及數(shù)字電路設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力，掌握數(shù)字電路的分析、設(shè)計(jì)和開發(fā)而開設(shè)的一門重要實(shí)踐課環(huán)節(jié)[1]，該課程設(shè)計(jì)為學(xué)生提供了一個(gè)理論聯(lián)系實(shí)際、檢驗(yàn)知識(shí)、加深認(rèn)識(shí)、開拓思維、汲取新知識(shí)的機(jī)會(huì)，其顯著特點(diǎn)是應(yīng)用性強(qiáng)，要求學(xué)生更多地參與到實(shí)踐當(dāng)中。本文結(jié)合應(yīng)用型本科及物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前EDA設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，對(duì)EDA課程設(shè)計(jì)的教學(xué)方法進(jìn)行了實(shí)踐和探索。在思考問題、提出方案、設(shè)計(jì)電路、排除錯(cuò)誤、優(yōu)化調(diào)試的過程中，使學(xué)生將理論知識(shí)消化、吸收并轉(zhuǎn)化為實(shí)際動(dòng)手能力，達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí);同時(shí)結(jié)合團(tuán)隊(duì)協(xié)作、節(jié)點(diǎn)考核等方式，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

2 EDA課程當(dāng)前授課情況

EDA技術(shù)是在數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)等專業(yè)基礎(chǔ)課程之上進(jìn)行學(xué)習(xí)的一門課程，當(dāng)前多個(gè)應(yīng)用型本科類院校開設(shè)的EDA課程課時(shí)較短，學(xué)生實(shí)踐不夠，對(duì)于EDA技術(shù)的掌握和運(yùn)用情況不夠深入，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中也很少體現(xiàn)[2]。這主要是由于該類院校的學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，對(duì)于理論知識(shí)的理解有一定的難度，雖然對(duì)于動(dòng)手實(shí)踐的興趣比較濃厚，但是當(dāng)前的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多，使學(xué)生無(wú)法保持熱情，而創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)對(duì)于基礎(chǔ)不牢固的同學(xué)來(lái)說(shuō)比較困難，不能充分提高學(xué)生的主動(dòng)性;另一方面，部分學(xué)校開設(shè)的EDA課程與數(shù)字電路課程存在脫節(jié)的關(guān)系，前后沒有做到很好的銜接，導(dǎo)致教學(xué)效果一般。

3 EDA課程教學(xué)設(shè)計(jì)

結(jié)合這種現(xiàn)狀，我系做了多個(gè)調(diào)整，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方法進(jìn)行教學(xué)，調(diào)整后的數(shù)電教學(xué)體系課時(shí)設(shè)計(jì)為：數(shù)字電子技術(shù)（大二下學(xué)期），包含56學(xué)時(shí)的理論教學(xué)、16學(xué)時(shí)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn);2周的電子線路課程設(shè)計(jì)（大三上學(xué)期初）以及2周EDA課程設(shè)計(jì)（大三上學(xué)期末）。在整個(gè)教學(xué)過程中，由淺入深，銜接緊密。從基本的數(shù)電理論知識(shí)入手，在后期加入少量的硬件編程語(yǔ)言教學(xué)，并結(jié)合驗(yàn)證性課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，在此階段，以教師為主導(dǎo)。而在EDA課程設(shè)計(jì)階段，隨著前期知識(shí)的積累，轉(zhuǎn)向數(shù)字電路設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，是芯片級(jí)的設(shè)計(jì)，側(cè)重硬件設(shè)計(jì)的軟件化，具體實(shí)施中以學(xué)生為主導(dǎo)，訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，掌握使用EDA工具設(shè)計(jì)數(shù)字電路的方法，包括圖形設(shè)計(jì)輸入、編譯、時(shí)序仿真、下載和硬件驗(yàn)證等過程[3]。支撐對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，我們從三個(gè)方面進(jìn)行了EDA課程設(shè)計(jì)的規(guī)劃教學(xué)。

3.1 題目分級(jí)

由于前期學(xué)生對(duì)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)掌握的程度不同、專業(yè)背景不同。為了讓不同層次的學(xué)生都得到完善的鍛煉，將EDA課程設(shè)計(jì)的題目根據(jù)難度、工作量和系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行的層次劃分，具體分為三個(gè)層次：基礎(chǔ)應(yīng)用型、功能擴(kuò)展型和綜合實(shí)際型[4]。

基礎(chǔ)應(yīng)用型：此類題目如電子表設(shè)計(jì)、彩燈控制器。屬于對(duì)課本知識(shí)的簡(jiǎn)單鞏固和應(yīng)用，利用數(shù)字電子技術(shù)中的常用邏輯器件即可完成對(duì)電路的設(shè)計(jì)，思路直接簡(jiǎn)單。對(duì)于一些基礎(chǔ)不太好的同學(xué)，可以利用原理圖輸入的方法較輕松地完成。

功能擴(kuò)展型：如搶答系統(tǒng)、簡(jiǎn)易交通燈控制系統(tǒng)等。這類系統(tǒng)功能模塊相對(duì)較多，綜合程度相對(duì)基礎(chǔ)應(yīng)用型要高，這完成基本功能相對(duì)容易，但可以在基本功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，需要對(duì)芯片器件有深一步的了解，拓展芯片認(rèn)識(shí)，鍛煉實(shí)踐能力，如在搶答完成后對(duì)于搶到的隊(duì)伍編號(hào)用七段數(shù)碼管進(jìn)行顯示并加上提示音播放效果。

綜合實(shí)際型：出租車計(jì)價(jià)器、復(fù)雜路口的交通燈控制、LCD彩條、圖片顯示系統(tǒng)。這類題目針對(duì)實(shí)際的問題，需要采用多個(gè)模塊組合，對(duì)于內(nèi)部模塊的功能和調(diào)用要非常清楚，功能復(fù)雜，有多種不同的設(shè)計(jì)思路。由于課題設(shè)計(jì)難度較高，適合團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成，有利于培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)，有利于鍛煉創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生拓展知識(shí)用以解決復(fù)雜工程問題[5]。

3.2 團(tuán)隊(duì)合作

將2-3名學(xué)生組成一個(gè)小組（團(tuán)隊(duì)），對(duì)于功能擴(kuò)展型和綜合實(shí)際型的題目的難度和工作量可適當(dāng)上調(diào)人數(shù)，每個(gè)團(tuán)隊(duì)選擇一個(gè)題目完成課程設(shè)計(jì)。各個(gè)團(tuán)隊(duì)根據(jù)能力和興趣自由選做，量力而行。組長(zhǎng)由本隊(duì)組員結(jié)合實(shí)際情況自發(fā)選出，團(tuán)隊(duì)分工內(nèi)部商討確立。例如：對(duì)于系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路組內(nèi)探討后由組長(zhǎng)主導(dǎo)決定，同時(shí)將系統(tǒng)分模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，分工明確;對(duì)于軟件比較熟悉的同學(xué)則側(cè)重在各個(gè)模塊的模擬仿真和下載實(shí)現(xiàn);對(duì)于文檔比較熟悉的同學(xué)則側(cè)重在系統(tǒng)技術(shù)文檔的整合、編輯。有效地培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)精神，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

3.3 節(jié)點(diǎn)考核

在本次課程設(shè)計(jì)中，對(duì)于常規(guī)的考核方式也做了調(diào)整。以往的課程設(shè)計(jì)考核通常只在最后答辯的時(shí)候進(jìn)行一次，本次課設(shè)則是在過程中加入了節(jié)點(diǎn)驗(yàn)收，分組進(jìn)行中期考核和驗(yàn)收考核。在EDA課程設(shè)計(jì)第一周結(jié)束時(shí)，對(duì)每個(gè)小組的進(jìn)展情況進(jìn)行檢查，主要側(cè)重在檢查當(dāng)前設(shè)計(jì)思路是否完整，并對(duì)進(jìn)展情況進(jìn)行考核打分，以40%的比例納入總成績(jī)，這一做法有效地加快了EDA 課程設(shè)計(jì)的進(jìn)度，避免了學(xué)生最后不能完成設(shè)計(jì)情況的出現(xiàn)[6]。最終驗(yàn)收階段，由團(tuán)隊(duì)組長(zhǎng)對(duì)完成的EDA課程設(shè)計(jì)進(jìn)行總體講解，介紹設(shè)計(jì)思路與團(tuán)隊(duì)中每名成員的工作分工，組員對(duì)各自負(fù)責(zé)的部分進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。指導(dǎo)教師現(xiàn)場(chǎng)檢查EDA課程設(shè)計(jì)的完成情況，聽取答辯，并對(duì)每名學(xué)生提出針對(duì)性的問題進(jìn)行考核。這種考核方式有效地促進(jìn)團(tuán)隊(duì)的交流協(xié)作，達(dá)到大于個(gè)體總和水平的效果。最后，適當(dāng)考慮EDA題目的難易程度，結(jié)合實(shí)驗(yàn)的完成情況和工作量分別給出考核成績(jī)。

3.4 效果討論

該項(xiàng)計(jì)劃現(xiàn)在已實(shí)施一年，從學(xué)生的反饋和實(shí)際的成績(jī)可以感受到明顯的進(jìn)步，有部分學(xué)生根據(jù)此體系的教學(xué)對(duì)現(xiàn)代電子線路的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了濃厚的興趣，有部分學(xué)生想以此作為畢業(yè)設(shè)計(jì)和后期學(xué)習(xí)的方向。分層設(shè)計(jì)，能夠有效地提高學(xué)生學(xué)習(xí)此門課程的興趣，并且更充分、有效地鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力;與此同時(shí)，學(xué)生在團(tuán)隊(duì)中的不同角色，討論和答辯中的不同表現(xiàn)，使得教師對(duì)學(xué)生情況的掌握更加深入，對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)更為準(zhǔn)確。這些都說(shuō)明了該事實(shí)方法的有效性。

4 課程探索

在后期的教學(xué)過程中，還會(huì)更加增多第二課堂的內(nèi)容，或者利用“翻轉(zhuǎn)課堂”等新的形式。在教學(xué)模式上，改變學(xué)生課堂聽教師授課、課后完成作業(yè)的傳統(tǒng)教學(xué)模式為課前觀看教學(xué)視頻或閱讀教材、課堂討論和答疑的教學(xué)模式，化被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。并結(jié)合各種電子類的比賽主題、FPGA大賽、物聯(lián)網(wǎng)大賽和市場(chǎng)的需求，對(duì)課程設(shè)計(jì)的題目設(shè)計(jì)做優(yōu)化和更新，提升參考資料、教材的質(zhì)量，將書本中的知識(shí)與硬件、軟件中的設(shè)計(jì)更有效地進(jìn)行結(jié)合，使得學(xué)生能夠形成知識(shí)、芯片、軟件電路三維一體的綜合理解，進(jìn)行更深入的理解，達(dá)到舉一反三。便于更好地提高學(xué)生解決復(fù)雜工程能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)體系的構(gòu)建，達(dá)到學(xué)以致用、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)：

[1] 洪燕，梁皓.EDA 技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)探索[J]. 北京： 中國(guó)科技信息，2008（ 5） ： 205-206.

[2] 張穎穎，申偉.三本院校EDA課程分層次教學(xué)方法的實(shí)踐與探索[J].科技視界，2016（07）：145+160.

[3] 劉雪強(qiáng)，齊躍峰，劉燕燕，黃震，李江昊.“翻轉(zhuǎn)課堂”在EDA課程設(shè)計(jì)中的探索和實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2019，41（01）：148-151.

[4] 孫進(jìn)輝.EDA技術(shù)在數(shù)字電子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的合理應(yīng)用分析[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2018，37（02）：199-202.

[5] 符繼征.淺析EDA技術(shù)在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，32（08）：41-42.

[6] 趙科，鞠艷杰，陳寶君，劉曉博，梁海峰.EDA課程評(píng)價(jià)與考核標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)[J].科技展望，2016，26（13）：166.

[7] 張惠國(guó)，潘啟勇，華強(qiáng)，顧涵.EDA課程層入式教學(xué)及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)[J].常熟理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，25（12）：107-109.

[8] 李健敏.EDA技術(shù)在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)改革中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（16）：216.

【通聯(lián)編輯：王力】