校企合作EDA技術(shù)綜合設(shè)計實踐課程改革探索

韓力英，武一，王楊

（河北工業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，天津 300401）

0 引言

當前，國家正在建設(shè)一流專業(yè)一流課程建設(shè)，又恰逢全球電子信息產(chǎn)業(yè)正處于前所未有之大變局下，電子信息人才培養(yǎng)，尤其是高層次創(chuàng)新人才培養(yǎng)面臨深刻的挑戰(zhàn)與戰(zhàn)略機遇。習(xí)近平總書記在全國教育大會上指出，立德樹人要堅持以人為本。吳巖司長在全國產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人大會上也指出，產(chǎn)教融合是促進校企協(xié)同育人的基本手段，是實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合的主要方法，是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要途徑，尤其是新工科建設(shè)、課程建設(shè)需要社會力量的參與[1],中國制造2025中也強調(diào)了產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)體系的建設(shè)[2]。EDA技術(shù)綜合設(shè)計課程作為高校電子信息類專業(yè)培養(yǎng)方案中的實踐性非常強的專業(yè)核心課程。本文給出了以人為本的課程改革過程，首先校企合作確定了課程培養(yǎng)目標和教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法，共建了開放式實驗室[3-5]以及空中課堂，最后給出了一個教學(xué)案例剖析。

1 課程培養(yǎng)目標

以O(shè)BE理念為指導(dǎo)[6]，建立以學(xué)生能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的實踐教學(xué)課程目標，對EDA技術(shù)課程進行實踐創(chuàng)新教育改革，從企業(yè)需求出發(fā)，學(xué)校和企業(yè)共同進行探討，產(chǎn)教融合，加強實踐教學(xué)合作[7]。首先確立培養(yǎng)目標：（1）具有工程知識能力；（2）分析問題和解決問題的能力，知識應(yīng)用的能力；（3）文獻查閱能力，自主學(xué)習(xí)能力，使用現(xiàn)代工具、文檔撰寫能力。（4）團隊合作能力。（5）解決復(fù)雜工程問題能力。（6）創(chuàng)新思維能力。

2 多層級的教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)培養(yǎng)目標設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，首先要改變傳統(tǒng)的教學(xué)理念，實現(xiàn)以教為主向以學(xué)為主、以課堂教學(xué)為主向課內(nèi)外結(jié)合、以結(jié)果評價為主向全面評價相結(jié)合的三大教學(xué)轉(zhuǎn)變。為此，要構(gòu)建以學(xué)習(xí)為中心的實踐教學(xué)活動，將企業(yè)學(xué)生教師三者作為教學(xué)活動的主體，教師進行案例開發(fā)、教學(xué)設(shè)計、課外輔導(dǎo)，企業(yè)進行教學(xué)設(shè)備研發(fā)、技術(shù)支持、前沿知識培訓(xùn)，學(xué)生則作為學(xué)習(xí)的主體，在項目驅(qū)動下進行線上線下學(xué)習(xí)設(shè)計、養(yǎng)成終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣。秉持學(xué)?！肮W(xué)并舉”辦學(xué)特色，強化實踐環(huán)節(jié)，構(gòu)建多層級實踐教學(xué)模式[8-9]，校企合作共同培養(yǎng)具備創(chuàng)新精神、實踐能力高素質(zhì)人才。分層的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置如圖1所示。

圖1 分層的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

3 全新的教學(xué)方法

教學(xué)中主要采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)形式，以學(xué)生自主實踐為主[10]，采用項目驅(qū)動引發(fā)式教學(xué)[11]，逐漸讓學(xué)生了解熟悉編程語言軟件操作，設(shè)計思想，從簡單的組合邏輯電路基礎(chǔ)項目設(shè)計開始，逐漸過渡到時序邏輯電路設(shè)計項目，綜合設(shè)計項目以及創(chuàng)新項目，培養(yǎng)學(xué)生實際動手能力，工程設(shè)計能力，進而能夠進行工程實踐性綜合設(shè)計，提升學(xué)生解決復(fù)雜工程實踐問題能力。教學(xué)方案設(shè)計根據(jù)工程認證能力本位原則，采用分級教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，每一個項目設(shè)計都可以分為基礎(chǔ)任務(wù)、拓展任務(wù)和提高任務(wù)。其中基礎(chǔ)任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生進入項目設(shè)計，拓展任務(wù)培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，提高任務(wù)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。教學(xué)過程中以學(xué)生自己動手設(shè)計操作為主，打破時空限制，學(xué)生可以根據(jù)自己的時間在全天開放的實驗室或者教師宿舍等場所進行項目設(shè)計，教師以QQ在線、線下課堂等方式隨時解決學(xué)生在設(shè)計過程中遇到的問題。學(xué)生設(shè)計方案采用課堂和網(wǎng)絡(luò)案例分享形式，進行教師評價和學(xué)生互評。教學(xué)過程中，利用學(xué)校云平臺和企業(yè)官方微信網(wǎng)站，建立空中課堂，探索互聯(lián)網(wǎng)＋時代的校企合作課程共建模式[12]，不斷推出企業(yè)最新技術(shù)培訓(xùn)，使學(xué)生和教師了解掌握科技時代前沿技術(shù)，形成時時、處處、人人皆可學(xué)的教學(xué)新形態(tài)，一切教學(xué)活動均服務(wù)于“以學(xué)習(xí)為中心”的教學(xué)模式，最大化地挖掘?qū)W生的創(chuàng)新能力、提升教師的教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量。

4 學(xué)校企業(yè)聯(lián)合共建實驗室

以建設(shè)產(chǎn)學(xué)研平臺為契機，完善多主體協(xié)同育人的模式，根據(jù)電子信息類實踐課程的特點，借鑒其他高校的實驗室建設(shè)模式[13-15]，學(xué)校與依元素公司共建口袋實驗板實驗室，前期公司對教師和部分學(xué)生進行培訓(xùn)，EDA技術(shù)課程組教師采用翻轉(zhuǎn)課堂，線上線下混合式教學(xué)模式進行課程實踐教學(xué)。在教學(xué)過程中，充分發(fā)揮企業(yè)、學(xué)校在資源建設(shè)方面的優(yōu)勢，鼓勵教師和學(xué)生積極參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、各種授課技能競賽、公司技術(shù)培訓(xùn)，促進教育鏈、人才鏈與產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈有機銜接，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。其中，EGO1口袋實驗板，用于課內(nèi)教學(xué)使用，人手一塊，可以持有一年，PYNQZ2實驗板用于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、畢業(yè)設(shè)計項目，電子設(shè)計大賽項目設(shè)計使用，隨用隨借。

5 案例剖析

以整數(shù)平方根算法的實現(xiàn)項目設(shè)計為例，進行案例設(shè)計過程簡述。在設(shè)計過程中，采用項目驅(qū)動教學(xué)法，以項目的實施過程為藍本，從需求開始，到方案設(shè)計，最后是驗收，涉及整數(shù)平方根算法分析，二進制碼轉(zhuǎn)換成BCD碼原理、靜態(tài)及動態(tài)數(shù)碼管顯示原理、數(shù)據(jù)存儲等知識點，其項目驅(qū)動設(shè)計如圖2所示。

圖2 整數(shù)平方根算法項目驅(qū)動設(shè)計

用FPGA去實現(xiàn)整數(shù)平方根算法的項目設(shè)計是一個比較完整的工程實踐工程，需要經(jīng)歷算法分析研究、模塊化設(shè)計、軟件仿真驗證，硬件實現(xiàn)調(diào)試等過程。通過這個項目，引導(dǎo)學(xué)生了解自頂向下的現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計方法訓(xùn)練學(xué)生從理論算法到數(shù)字電路實現(xiàn)，包括設(shè)計、仿真、調(diào)試等。培養(yǎng)學(xué)生初步的工程實踐能力，進而提升解決復(fù)雜工程問題的能力。

項目設(shè)計以學(xué)生為中心，按照“兩性一度”標準，進行能力達成和拔尖人才培養(yǎng)。設(shè)計分級課程內(nèi)容和分級課程培養(yǎng)目標，主要包括充分考慮學(xué)生的普適化和個性化需求以及終身學(xué)習(xí)的能力培養(yǎng)需求，將項目分解為基礎(chǔ)任務(wù)、拓展任務(wù)和提高任務(wù)，如圖3所示。學(xué)生自己評估自己的能力水平，在教師的引導(dǎo)下首先完成基礎(chǔ)任務(wù)，然后進行拓展任務(wù)的學(xué)習(xí)和設(shè)計，最后自主選擇是否完成提高任務(wù)。整個設(shè)計過程，教師設(shè)置問題導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生逐步完成設(shè)計，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

圖3 項目任務(wù)分解

每一個設(shè)計項目，都有完整的設(shè)計流程及考核點，對學(xué)生進行全方位的學(xué)習(xí)效果考核評價，評價機制設(shè)置對學(xué)生設(shè)計過程也起著牽引作用，使學(xué)生在設(shè)計過程中充分注意考核內(nèi)容?？己朔种当壤鐖D4所示。

圖4 考核評價比例

學(xué)生通過一周的課上課下時間查閱資料，討論方案，電路設(shè)計，總結(jié)設(shè)計過程中遇到的問題及解決方案，現(xiàn)場驗收答辯分享通過后，將自己的設(shè)計報告以及設(shè)計結(jié)果上傳到作業(yè)庫。如圖5所示硬件結(jié)果。

圖5 設(shè)計結(jié)果硬件圖

這樣的一個綜合設(shè)計項目，通過一周的時間來完成，其中課上時間4學(xué)時主要是任務(wù)布置，驗收，課下用于設(shè)計完成。但是對于能力比較強的學(xué)生來說，一兩天就能完成，對于這部分學(xué)生來說，他們會在此期間關(guān)注網(wǎng)站相關(guān)最新技術(shù)培訓(xùn)，準備設(shè)計大賽及相關(guān)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。整個課程結(jié)束后，有興趣的學(xué)生及有時間精力的學(xué)生，可以在暑假期間參加依元素公司提供的免費技術(shù)培訓(xùn)，以及企業(yè)國家舉行的電子設(shè)計大賽，以提升自己創(chuàng)新能力，使自己與時俱進，了解掌握時代前沿技術(shù)。

6 結(jié)語

傳統(tǒng)實踐性強的EDA技術(shù)課程，經(jīng)歷了從封閉的校內(nèi)理論到理論加實踐再到完全實踐的教學(xué)過程，經(jīng)歷了從統(tǒng)一的傳統(tǒng)的驗證性實驗到設(shè)計性實驗的過程，最終在河北工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院三個國家的一流專業(yè)的基礎(chǔ)上進行一流課程，結(jié)合迅速發(fā)展的信息技術(shù)，再次校企深度融合，以工程認證的標準進行了培養(yǎng)目標的重置，進行了分級的項目設(shè)計內(nèi)容改革，構(gòu)建了以服務(wù)學(xué)生學(xué)習(xí)為中心的教學(xué)活動和空中課堂。今后，課程組將繼續(xù)挖掘校企各自優(yōu)勢，在教學(xué)設(shè)計方案、教材、學(xué)習(xí)體系和內(nèi)容、教學(xué)空間、學(xué)習(xí)方法、實踐教學(xué)考核評價體系等方面進行教學(xué)改革探索實現(xiàn)與持續(xù)改進。