藍偉斌

（梧州學(xué)院，廣西 梧州 543002）

EDA技術(shù)應(yīng)用實驗教學(xué)改革初探

藍偉斌

（梧州學(xué)院，廣西 梧州 543002）

EDA技術(shù)應(yīng)用是電子類專業(yè)教學(xué)體系中的一個重要組成部分。EDA技術(shù)課程內(nèi)容多，教學(xué)課時少，為了解決這一矛盾，筆者嘗試從實驗教學(xué)方面對EDA技術(shù)應(yīng)用課程進行改革。使用驗證性實驗和創(chuàng)新性相結(jié)合的教學(xué)方法，既有助于學(xué)生理解和掌握課堂所學(xué)的知識，又能培養(yǎng)和提高學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力。

EDA技術(shù)；電子設(shè)計；實驗教學(xué)

EDA(Electronic Design Automation)技術(shù)是一種 “軟”、 “硬”合一的電子設(shè)計技術(shù)，它以計算機和EDA軟件為工作平臺，以硬件描述語言為設(shè)計語言，以專用集成電路為實現(xiàn)載體，設(shè)計并實現(xiàn)復(fù)雜電子電路或電子系統(tǒng)，代表了現(xiàn)代電子設(shè)計的主流趨勢，未來的電子技術(shù)時代將是EDA的時代。不管是作為一名電子硬件工程師，還是大專院校電子類專業(yè)的在校學(xué)生，面對目前電子信息技術(shù)的高速發(fā)展以及激烈競爭的市場環(huán)境的挑戰(zhàn),都必須掌握EDA技術(shù)。而培養(yǎng)一大批掌握EDA技術(shù)的高級專門人材的任務(wù),責(zé)無旁貸地落在高等教育者的肩上，加強電類專業(yè)大學(xué)生的EDA教學(xué)已迫在眉睫。EDA技術(shù)課程既有理論性，又有實踐性，且實踐性強于理論性，[1]如果沒有有效的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)來支撐，這些理論性和綜合性很強的知識將很難被學(xué)生理解和掌握。但是，由于受到實驗環(huán)境、實驗內(nèi)容等方面的限制，實驗教學(xué)一向是EDA技術(shù)應(yīng)用課程教學(xué)環(huán)節(jié)中的薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)前，EDA技術(shù)實驗教學(xué)中安排的內(nèi)容多以演示性實驗、驗證性實驗等為主,設(shè)計性實驗特別是系統(tǒng)設(shè)計性實驗比較少,這不利于學(xué)生將掌握的知識轉(zhuǎn)變成技術(shù)應(yīng)用能力，也不符合人才培養(yǎng)的目標(biāo)和要求。可見，正確地選取實驗教學(xué)內(nèi)容并完成相應(yīng)的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)將對教學(xué)效果產(chǎn)生積極的影響。

1 實驗教學(xué)的內(nèi)容改革

在傳統(tǒng)教學(xué)實踐中，習(xí)慣安排的內(nèi)容多以演示型、驗證型等實驗為主，從而忽視學(xué)生自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，即缺少設(shè)計型特別是系統(tǒng)設(shè)計型實驗。EDA技術(shù)內(nèi)容包括數(shù)字電子技術(shù)、硬件描述語言、電路集成、嵌入式設(shè)計技術(shù)、原理圖設(shè)計與仿真等內(nèi)容，不僅要掌握硬件方面的知識，而且還要掌握軟件編程方面的知識，內(nèi)容繁雜。若在教學(xué)過程中沿用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，過分重視細節(jié)，忽視學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，即使學(xué)生能聽懂教學(xué)內(nèi)容，但真正到自己動手做設(shè)計型實驗、系統(tǒng)型實驗時就會覺得無從下手，達不到教學(xué)的目的。

針對傳統(tǒng)教學(xué)實踐中實驗內(nèi)容安排所存在的問題，EDA技術(shù)實驗課內(nèi)容設(shè)置上強調(diào)要滲透驗證性實驗、交叉性實驗、綜合性實驗和設(shè)計性實驗等四個方面。驗證性實驗一般依附于傳統(tǒng)公式或經(jīng)典定理，通過這種實驗，能夠加深基礎(chǔ)理論的認識，熟練掌握開發(fā)工具的操作，缺點是學(xué)生動腦很少。交叉性實驗已經(jīng)具有綜合的成分，是以多學(xué)科或多課程為基礎(chǔ)，并加強了各學(xué)科或課程之間的聯(lián)系，有助于加強各實驗課程之間的關(guān)聯(lián)性或交互性。綜合性實驗是一種由學(xué)生和教師共同設(shè)計、開發(fā)、實施和評價的實驗課程，學(xué)生是實驗課程的首要開發(fā)者，該課充分體現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。設(shè)計性實驗課程完全超越了課際界限，實驗建立在自我控制、自我指導(dǎo)基礎(chǔ)上，允許依照自己特長組織實驗內(nèi)容，以自主學(xué)習(xí)為主,可在校內(nèi)完成，也可在校外完成，也可集體合作完成。

在實驗課程內(nèi)容分配上，以綜合設(shè)計性實驗為主,驗證性實驗為輔。如首先開出一個驗證性實驗:實驗一,半加器和全加器的圖形設(shè)計。這個實驗是通過圖形輸入法來熟悉軟件QuartusⅡ的使用。因為學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過數(shù)字電路，對電路圖的分析已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)牧私?，所以在這個基礎(chǔ)上大家很有興趣接觸新知識，并且學(xué)會運用新工具解決老問題的快捷手段。實驗二，設(shè)計簡單的組合邏輯電路。這是一個最為簡單的設(shè)計性實驗。通過給出五個布爾函數(shù)，讓大家完成電路的圖形描述和語言描述。這個實驗不僅鞏固了上次的實驗內(nèi)容而且充實了語言描述的這個新知識點，根據(jù)語法的理論基礎(chǔ)，學(xué)生自行完成整個VHDL程序設(shè)計。實驗三，設(shè)計出74LS138的VHDL程序。該實驗主要是對CASE語句的靈活運用并啟發(fā)學(xué)生使用其他順序語句設(shè)計出程序，最后仿真直至下載成功。實驗四和實驗五分別是對復(fù)雜電路系統(tǒng)的綜合性設(shè)計，其中的LED點陣顯示實驗是來源于生產(chǎn)實踐中的工業(yè)電路。[2]整個設(shè)計的過程在老師提出設(shè)計指標(biāo)和規(guī)定器件后，學(xué)生自行選擇算法進行設(shè)計，最終設(shè)計成功。這些設(shè)計性實驗和單純的驗證性實驗相比，學(xué)生能從理論到實踐再到創(chuàng)造性設(shè)計，讓學(xué)生有了學(xué)習(xí)的成就感，從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2 實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的改進

在傳統(tǒng)的EDA技術(shù)應(yīng)用教學(xué)中，只有課堂實驗這種驗證性實驗的教學(xué)方式。隨著時代的發(fā)展、社會的進步，對學(xué)生的素質(zhì)要求也在不斷提高，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式已經(jīng)不能滿足EDA技術(shù)應(yīng)用實驗教學(xué)的需要。首先，學(xué)生在學(xué)習(xí)EDA技術(shù)時，不僅要學(xué)會應(yīng)用，還要了解目前該領(lǐng)域高新科技發(fā)展的情況以及前沿方向，目前在EDA實驗室進行實驗時一般在實驗箱進行，而實驗箱的EDA芯片是早期配置的，對新教材中提到的很多新的功能不支持，有很多綜合性實驗沒有辦法在實驗箱進行；其次，EDA技術(shù)應(yīng)用是一門綜合性和實踐性很強的課程，如果僅限于規(guī)定時間的課內(nèi)實驗教學(xué)，那就可能有一部分學(xué)生不能完成實驗而達不到教學(xué)目的。因此，EDA技術(shù)應(yīng)用及相關(guān)電子類課程的實驗教學(xué)，不應(yīng)僅限于課內(nèi)實驗。[3]根據(jù)實際情況和學(xué)科特點，EDA技術(shù)應(yīng)用實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的改進主要包括三個方面。

（1）強化課內(nèi)實驗。首先，對實驗任務(wù)分層驅(qū)動，EDA技術(shù)應(yīng)用在機房上課給實驗課創(chuàng)造了先天的條件。一般一節(jié)課講與練的時間比是1:3。課堂教學(xué)主要是學(xué)生的 “學(xué)”，在老師的引導(dǎo)下，學(xué)生明確任務(wù)與操作步驟方法后進行實驗練習(xí)，在 “練”的過程中遭遇問題、提出質(zhì)疑、尋求支持、相互幫助與總結(jié)規(guī)律。不同的學(xué)生，在練習(xí)中遇到的問題可能不一樣，學(xué)習(xí)的進度也會不一樣。有的學(xué)生操作快，做完后也樂于幫助他人；有的學(xué)生完成規(guī)定內(nèi)容后習(xí)慣琢磨問題、向 “難高深”進軍。所以課堂教學(xué)中學(xué)生的 “學(xué)”就像萬馬奔騰，學(xué)習(xí)內(nèi)容在不斷自覺進行著任務(wù)分層，由于課后練習(xí)題和實驗任務(wù)多，任務(wù)分層得到了自然驅(qū)動。學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中，當(dāng)比較順利完成基礎(chǔ)練習(xí)并經(jīng)老師檢查指點后，可領(lǐng)取實驗記錄表，每次課每個學(xué)生最多領(lǐng)取一份表，要求在互動學(xué)習(xí)或者提高學(xué)習(xí)中及時地收錄、整理課堂教學(xué)信息，以便老師客觀評價學(xué)生以及診斷教學(xué)。這樣一次課下來，在互動學(xué)習(xí)中，一個學(xué)生可能陸續(xù)輔導(dǎo)了若干個學(xué)生，與此同時該學(xué)生也思考了更多的問題，深化了思維層面、拓寬了知識空間，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效率。其次，對把參加實驗課的學(xué)生劃分成若干個實驗小組，每個小組在實驗前設(shè)計好原理、寫出要完成的內(nèi)容，并且選出代表在實驗課結(jié)束前講解所完成的內(nèi)容，由教師考核實驗成績。對于未能完成實驗的工作組，把他們存在的問題和難點公布出來或記錄在實驗記錄表上，全班同學(xué)都可以用課后時間解決實驗過程中出現(xiàn)的難點，這樣有益于產(chǎn)生優(yōu)秀的設(shè)計方法，達到真正提高實驗素質(zhì)的目的。然后，教師在下一次的課堂教學(xué)中對實驗中存在的問題進行總結(jié)和糾正，通過這一課內(nèi)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)真正達到了師生互動，強化了課內(nèi)實驗的目的，又能解決 “課程多，課時少”的矛盾。

（2）建立開放性實驗環(huán)境，課內(nèi)實驗教學(xué)與課后開放實驗相結(jié)合的方法，在實驗室空閑時段實施開放。學(xué)生在課內(nèi)實驗過程中遇到的困難和突出問題，在有限的課內(nèi)實驗時間內(nèi)無法完成的，可以在課后通過預(yù)約的方式和實驗室管理人員共同確定實驗室開放時間，以解決在課內(nèi)實驗時間內(nèi)無法解決的主要問題。另外，在課程設(shè)計期間、綜合性設(shè)計實驗等要求實驗時間比較多的實踐階段，可以安排特定知識點，面向全體學(xué)生開放實驗室，[4]教師進行相應(yīng)的檢查和指導(dǎo)，實現(xiàn)教師和學(xué)生的有益互動。鼓勵學(xué)生在實驗室搞課外創(chuàng)作。同時吸引學(xué)生參與到教師的科研活動中，不僅擴大學(xué)生的知識視野，而且鍛煉他們的攻關(guān)能力，培養(yǎng)團結(jié)合作的敬業(yè)精神，為今后的就業(yè)打下實踐基礎(chǔ)。

（3）制定積極有效的考核方法。對于EDA技術(shù)應(yīng)用及相關(guān)電子類實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，關(guān)鍵是制定并執(zhí)行積極有效的考核方法以督促學(xué)生高質(zhì)量地完成老師布置的實驗任務(wù)。首先，筆者認為教師對學(xué)生的考核評價要盡量公平、公開，對學(xué)生的勞動成果要極力尊重，在實驗過程中，教師要根據(jù)每次實驗的成功與否、完成的程度進行評分等級登記，等級分成A（5分）、B（4分）、C（3分）、D（2分）、E（1分）共五個級別，實驗結(jié)果的評分等級記錄自然與期末綜合評分掛鉤，在這樣一種無形引導(dǎo)與激勵下，學(xué)生慢慢學(xué)會了關(guān)注自己、關(guān)注他人，學(xué)會了尊重勞動，也深化了師生溝通的層面，“知不足而后進”。現(xiàn)在一改以前的被動學(xué)習(xí)、被動檢查的局面，學(xué)生主動找老師檢查課堂作業(yè)，并主動交流操作中遇到的問題、解決的辦法與收獲。這種 “以評促進”增強了個體奮斗與團體競爭氣氛，整頓了班級的學(xué)風(fēng)。其次，針對EDA技術(shù)應(yīng)用實驗教學(xué)的特點，總成績分為筆試成績和實驗成績；而實驗成績的考核方式可以采用通過課程設(shè)計的方式來考核學(xué)生的綜合設(shè)計能力。課程設(shè)計的形式可以由老師出題目，一個班大概出20道題目給學(xué)生來選，一道題目最多是3位學(xué)生選做，相同的題目要求用不同的方案實現(xiàn)，要求學(xué)生利用實驗箱去實現(xiàn)或是實驗箱加上外圍電路的方式實現(xiàn)自己的課程設(shè)計，真正實現(xiàn)創(chuàng)造性設(shè)計的實驗。在實驗考核驗收時可通過答辯提問式來現(xiàn)場考核學(xué)生的理解程度和分析應(yīng)變能力。學(xué)生在自已設(shè)計的電路系統(tǒng)并得到驗證后更容易體驗到成功的喜悅，這可以進一步激發(fā)他們的實驗興趣、學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造熱情。

3 實驗效果對比

通過對EDA技術(shù)傳統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容和實驗環(huán)節(jié)的改進，提高了學(xué)生做實驗的積極性和主觀能動性，有效地提高了學(xué)生對綜合性實驗和創(chuàng)造性實驗的設(shè)計能力，增強了學(xué)生在電子設(shè)計方面的能力，為今后的工作打下了堅實的專業(yè)基礎(chǔ)。筆者在2004級、2005級、2006級學(xué)生的教學(xué)過程中對比了其中的教學(xué)效果，現(xiàn)在通過下頁表1來說明傳統(tǒng)實驗教學(xué)和改進后的實驗教學(xué)效果的不同。

表1 傳統(tǒng)實驗和改進后實驗效果對比情況表

通過對比我們不難發(fā)現(xiàn)，改進后的實驗方法、內(nèi)容、考核方法等都不同，實驗的效果也得到了加強，學(xué)生的創(chuàng)造性思維和獨立設(shè)計能力也得到了相應(yīng)的提高。據(jù)不完全統(tǒng)計，從2003年到現(xiàn)在，每年電子類的畢業(yè)生用到EDA技術(shù)來完成畢業(yè)設(shè)計的人數(shù)越來越多，畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量也越來越高，每兩年舉行的全國電子設(shè)計大賽的題目，要求用到EDA技術(shù)才能完成的題目也越來越多，而我們學(xué)院的學(xué)生在參加的幾次電子設(shè)計大賽中取得的成績也越來越好，這從側(cè)面也說明了我們的EDA技術(shù)及實驗教學(xué)取得了良好的效果。

4 結(jié)論

實驗課是以培養(yǎng)和提高學(xué)生的動手能力和應(yīng)用能力為主旨，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，激發(fā)其學(xué)習(xí)的主動性，達到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和創(chuàng)新意識的目標(biāo)?？傊?，在EDA技術(shù)實驗教學(xué)中，教師要根據(jù)技術(shù)的最新發(fā)展情況靈活多樣地、合理地選取實驗內(nèi)容，并巧妙地安排到相應(yīng)的教學(xué)環(huán)節(jié)中去。在強化課內(nèi)實驗教學(xué)的同時，積極鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生課后多進行創(chuàng)造性和綜合性課程設(shè)計考核的實驗教學(xué)方式，能夠有效地將基礎(chǔ)知識、訓(xùn)練基本技能和培養(yǎng)創(chuàng)新精神三者統(tǒng)一起來，通過以上方式可以有效地提高實驗教學(xué)效果。

[1]李東生.電子設(shè)計自動化與IC設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2004：2-8

[2]潘松，黃繼業(yè).EDA技術(shù)實用教程[M].北京：科學(xué)出版社，2006：64-126.

[3]張靜.專業(yè)實驗教學(xué)改革的探索[J].實驗室技術(shù)與管理，2003(10)：163-166.

[4]郭偉強，杜志強.開放式實驗教學(xué)模式的新探索[J].實驗室研究與探索，2003(5)：7-9.

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1673-8535(2010)03-0069-04

藍偉斌（1978-），男，廣西博白縣人，梧州學(xué)院圖書館職員，研究方向：電路與系統(tǒng)。

（責(zé)任編輯：高 堅）

2010-03-01