曹 陽 趙明富 黃麗雯 羅彬彬

重慶理工大學 重慶 400054

基于應用能力培養(yǎng)的EDA技術課程教學改革探討

曹 陽 趙明富 黃麗雯 羅彬彬

重慶理工大學 重慶 400054

EDA技術是電子信息類專業(yè)的重要專業(yè)課，也是未來電子設計工程師必須掌握的應用型核心技能。結合EDA技術課程教學內容新穎和實踐應用性強等特點,介紹了該課程在教學探索中的若干做法, 闡明了本課程教學應以實用為原則，按認知規(guī)律合理安排教學內容, 并以工程應用能力培養(yǎng)為宗旨, 靈活采用多種教學方式。

EDA技術；工程應用能力；教學方式

EDA技術是現代電子技術發(fā)展的新成果，它是用先進的集成開發(fā)平臺、以硬件描述語言編程設計、最終在可編程邏輯器件(CPLD)或現場可編程門陣列(FPGA)器件上實現應用數字系統(tǒng)的一門課程。EDA技術是電子信息類專業(yè)的重要專業(yè)課，該課程包括課堂教學、實驗兩個環(huán)節(jié)，其顯著特點是軟、硬件結合，知識綜合面寬和工程實踐性強。電子信息類專業(yè)學生掌握EDA設計能力無論是對促進學生就業(yè)，還是對將來深造都有重要意義。

近年來，雖然電子信息類專業(yè)課程門類在逐步增加，但這門課程的學時不多，因此在有限的理論教學和實踐教學時間中，如何開展課程教學工作成為了一個重要的課題，本文從理論教學、課程實驗、課程考核等多角度的來探討課程改革。

1 EDA技術課程教學改革

1.1 理論教學內容改革

EDA技術的教學必須圍繞這樣一個核心內容來展開，即通過學習一種軟件的方法來高效完成硬件設計的計算機技術，盡量略去其他沒有直接聯(lián)系的內容，如EWB，PSPICE，Protel等，因為這些工具所屬的范疇，它們沒有現代自動化設計中關于行為與結構綜合的概念，沒有自頂向下設計理論的內容，現在這部分內容已經移植到模擬電路和數字電路的課堂教學和實驗教學中?？紤]到目前EDA技術的發(fā)展，我們對EDA技術應用軟件也適時做了調整，比如從以前的著力講授MAX+PLUS，現在調整為功能更強大的Quartus軟件。

以大規(guī)?？删幊碳呻娐窞槲镔|基礎的EDA技術打破了軟硬件之間的設計界限，使硬件系統(tǒng)軟件化，這已經成為EDA技術發(fā)展的趨勢。本著厚基礎、重應用的教學原則，結合本課程的教學大綱，課程教學內容的重點包括：(1)嵌入式開發(fā)工具－Quartus；(2)VHDL硬件設計語言；(3)復雜的數字電路設計。結合電子信息類的前期先導課程，通過針對性的應用實例，循序漸進，實現從軟件到硬件系統(tǒng)的設計，讓學生深刻理解EDA技術的數字系統(tǒng)設計方法。

1.2 改革實驗教學內容

理論教學只有通過實踐環(huán)節(jié)才能加深理解和掌握。目前，EDA實驗教學內容存在以下問題：(1)多為基礎性的驗證實驗，按照實驗教材規(guī)定的環(huán)節(jié)按部就班，不利于學生創(chuàng)造性的發(fā)揮；(2)EDA實驗課題缺乏新穎性，多為ADC的控制、交通燈的控制和頻率計設計等實驗內容，此類實驗案例充斥于各種EDA技術的教材，制約了學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)；(3)缺乏系統(tǒng)及、綜合性的實驗，導致學生的設計視野缺乏大局觀。

針對實驗教學環(huán)節(jié)出現的上述問題，從激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力角度出發(fā)，我們重新編制實驗教材，對實驗內容如下調整：(1)EDA實驗教學中，壓縮驗證性的實驗課題，將驗證性實驗內容盡量安排到理論教學環(huán)節(jié)，這有利于深化學生對基礎理論知識的掌握；(2)增加新穎性實驗課題，如設計電子音樂琴，電子日歷的設計內容；(3)設計模塊化、積木式、可擴展、易更新、多構架的綜合性實驗項目，如設計4位CPU，能涵蓋了電路描述、電路合成、電路仿真等3大設計工作，可根據給定的設計任務進行分析，將其分解為若干個易于解決的子任務，每個子任務對應不同的實驗模塊，培養(yǎng)學生運用綜合知識的能力。

2 “理論-討論-驗證”三位一體的課堂理論教學

EDA技術必須做到理論與實踐相結合，通過邊教學，邊討論，邊實驗的方法，在講授VHDL硬件描述語言時，不能像C語言或匯編語言那樣逐條語句講授。在數字電路設計教學過程中，將Altera公司的DE2實驗板帶到課堂上，在課堂上有了實驗器材，也使得在課堂上進行驗證成為可能。結合電子信息專業(yè)已學的先導課程，精心設置實驗項目，如設置FPGA實現與通信有關的2FSK的簡單算法，實現了課堂的互動教學。

將課堂實驗分為“驗證”“設計”和“提高”三類層次。在“驗證”性實驗中，教師帶領學生一起做，熟悉程序設計的方法。在“設計”性實驗中，開展學生分組討論和研究，設計一些相對簡單的程序模塊，如“搶答器”“分頻器”等，并在目標實驗板上調試運行，讓學生體驗程序設計的成就感。而“提高”性實驗主要針對一些綜合性實例，引導學生思考和分析。

如在“提高”性實驗的授課中，以學校實驗大樓電梯作為實體參考模型，引導學生設計3層電梯控制器，通過分組討論、分析電梯控制系統(tǒng)各功能模塊，如圖1所示。將案例“庖丁解?！笔椒纸鉃楦髂K后，在“吃透“各模塊功能的基礎上，再對各模塊進行綜合分析、仿真和硬件調試。在此過程中，學生完成實體、進程和狀態(tài)機等知識的綜合應用，提高學生分析、解決綜合問題的能力。它采用一種自上而下的設計方法，即從系統(tǒng)總體要求出發(fā)進行設計，易于學生理解和接受。

圖1 三層電梯控制器原理框圖

與傳統(tǒng)的教學方法相比，“理論-討論-驗證”三位一體的課堂教學是通過師生的互動、研討，學習解決實際問題的一種教學方法，它有如下優(yōu)點：(1)增強了學生對教學內容的理解，激發(fā)了學生的學習欲望；(2)鼓勵學生積極探索，大膽質疑，使學生處于主導地位，而不是傳統(tǒng)的填鴨式教學；(3)易于深化理論教學，培養(yǎng)解決實際問題的能力。

3 多方位、立體式培養(yǎng)學生工程應用能力

為了更好的服務學生，實驗室對學生進行網絡預約開放，學生可結合自身的學習時間表，向實驗室提出實驗申請。學生在完成規(guī)定實驗之后，可自愿選擇一些拓展性的實驗項目或者自行設計實驗項目，這種可選擇性體現了有差別的培養(yǎng)原則。

為營造學生創(chuàng)新設計氛圍，我們鼓勵學生建立EDA技術學習興趣小組，引導學生拓展知識的深度－SoC（片上系統(tǒng)），支持學生合作開發(fā)感興趣的電子設計項目或加入老師的課題研究當中。指導學生參加學校組織的大學生創(chuàng)新性實驗項目，該項目重點支持在校大學生自主進行創(chuàng)新性實驗的開發(fā)，學校給予資金支持，并跟蹤項目的進展，從而保證項目實施的質量。

4 全面的考核機制

傳統(tǒng)考試考核方法沒有體現出學生用理論分析問題和解決問題的能力，不利于學生綜合素質的培養(yǎng)。考慮到EDA技術課程的理論和實踐環(huán)節(jié)緊密結合，在考核當中，其理論考核成績占總成績的60%，實驗環(huán)節(jié)占總成績的40%。

在理論教學環(huán)節(jié)中，通過提問、討論和作業(yè)等方式，使任課教師非常清楚每個學生對教學的參與程度、學習態(tài)度和課后作業(yè)完成情況等。教師將學生回答問題的質量，課堂教學參與程度記入平時成績，從而調動學生的學習熱情。

實驗成績的考核, 應該全面、客觀、公平地反映出學生的實驗情況, 尤其是學生的動手能力和解決問題的能力。考核內容包括實驗預習、實驗過程和實驗報告, 每個實驗項目分為可分為小項, 各指標的權重分值又各有不同 , 具體評估指標,見表1。

表1 考核評估指標

實驗成績期未總評計算如下：

在式（1）中，n為實驗總次數，Si、x,i分別為第i次的實驗成績和實驗成績權重。實驗分為驗證性、綜合性和創(chuàng)新性3類，其中驗證性實驗的權重為0.2，創(chuàng)新性和綜合性實驗權重各為0.4。

5 結束語

表2 近三屆學生成績比較和畢業(yè)生反饋

本課程的教學改革主要是圍繞兩點：(1)采用靈活的教學方式,真正實現課堂理論教學與實驗教學的相得益彰；(2)多種渠道拓展學生的工程應用和創(chuàng)新能力。根據近3年來的教學成績以及畢業(yè)生反饋信息統(tǒng)計，見表2，表明教學改革既注重了理論，又為今后工程應用能力打下較為堅實的基礎。

[1] 聶章龍，羅大暉.以“項目教學”為載體的EDA技術課程改革探索及案例設計［J］.中國電力教育，2009,131：93～95

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[3] 苑敏，蘇英志.行為導向教學法在專業(yè)課中的應用[J].教育與職業(yè)，2008，8：104～105

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Teaching reform of EDA technology based on engineering application ability

Cao Yang, Zhao Mingfu, Huang Liwen, Luo Binbin
Chongqing university of technology, Chongqing, 400054, China

EDA technology is an important specialized course of electronic professional, at the same time, it is core applied skills for electronic design engineers on the future. Considering the characteristics of novel contend and strong practical application, a number of teaching practical are introduced in the paper, teaching content is arranged according to cognitive rules, we adopt fl exible teaching methods for the purpose of engineering application.

EDA technology; engineering application ability; teaching methods

2010-11-30 稿件編號：1011147

曹陽，博士，副教授。

重慶市教改重大項目（編號：0816015），重慶教改項目（編號：0836113）的研究成果。