周躍佳 崔 莉哈爾濱劍橋?qū)W院電氣與信息工程學院 黑龍江哈爾濱 150069

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項目化教學方法在應(yīng)用型本科EDA技術(shù)課程中的應(yīng)用與研究

周躍佳 崔 莉
哈爾濱劍橋?qū)W院電氣與信息工程學院 黑龍江哈爾濱 150069

摘 要：本文針對應(yīng)用型本科院校EDA技術(shù)課程的教學方法改革進行了深入研究，通過項目化教學方法應(yīng)用的示例詳細介紹了實施方法和步驟。學生在包括電路開發(fā)全過程的項目中學習EDA技術(shù)，不僅高質(zhì)量地完成課程教學目標要求，同時全面提高了學生實踐能力以及分析、解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：項目化；教學方法；EDA技術(shù)

EDA(Electronic Design Automation，電子設(shè)計自動化)技術(shù)是電子信息類專業(yè)應(yīng)用性和實踐性很強的一門課程。EDA技術(shù)課程與畢業(yè)生就業(yè)需求緊密聯(lián)系，既要進行知識傳授，更要注重實用技能培養(yǎng)，學生在掌握理論知識的同時，又要具備較強的實踐能力。通過該課程的學習，學生能夠具備完成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉呻娐吩O(shè)計、制作及調(diào)試工作的能力，即具備分析、解決問題的綜合能力。項目化教學在EDA技術(shù)課程中的實施是一個將應(yīng)用型電子信息人才培養(yǎng)目標具體化的工程，改變教學模式，對教學體系、課程設(shè)置、教材建設(shè)進行全面改進，同時也對教師和學生的各項能力都提出了更高的要求。項目化教學法的運用，符合應(yīng)用型本科院校電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)目標的要求，具有較高的應(yīng)用價值[1]。

1 項目化教學方法在EDA技術(shù)課改中的優(yōu)勢

項目化教學方法是學生獨立完成一個相對獨立的項目，負責從信息的收集、方案的設(shè)計與實施、項目完成后的評價全過程，而教師只起到咨詢、指導與解答疑難問題的作用。這種方法的運用可以將理論和實踐有機地結(jié)合起來，從而達到提高綜合實踐能力、激發(fā)學生創(chuàng)造潛能的目的[2]。

在傳統(tǒng)的EDA技術(shù)課程教學模式下，僅采用“理論教學+驗證實驗”，而且是多數(shù)學時進行理論集中授課，少數(shù)學時進行驗證性實驗，難理解的理論問題無法及時通過實際驗證解決，理論和實踐相脫節(jié)。這中教學方法也是實驗設(shè)備缺少、多媒體教學設(shè)備有限情況下無奈地選擇。學生做驗證性實驗，機械式的按照指導書的步驟簡單完成，基本不用太動腦思考，不利于進一步培養(yǎng)學生以系統(tǒng)觀念進行設(shè)計、仿真、調(diào)試的實踐能力。

項目化教學法的應(yīng)用，可以將EDA技術(shù)課程中所必須掌握的知識點設(shè)計成為多個教學項目，將動手操作融于理論教學過程中，加強學生對課程內(nèi)容的理解和掌握；項目化教學法的應(yīng)用，將逐步形成以可編程器件設(shè)計為核心的電路設(shè)計課程體系，這一過程可以讓學生在不斷發(fā)現(xiàn)問題與探索解決問題方法的實踐中，培養(yǎng)出解決實際問題的綜合電路設(shè)計能力[3]。

2 項目化教學方法的實施步驟

2.1 項目化理論教學

實施以項目為導向的教學方法，可以培養(yǎng)學生綜合運用所學知識分析和解決實際問題的能力。在EDA課程教學中，首節(jié)課以課程概述為主，其他課時均以各個項目為主要內(nèi)容，由淺入深的逐步加入EDA技術(shù)相關(guān)教學內(nèi)容。

例如，“用VHDL語言設(shè)計半加器以及全加器”項目，可完成 MAX+PlusⅡ軟件的學習，原理圖及語言設(shè)計的全過程一目了然；“中等規(guī)模數(shù)字邏輯電路的設(shè)計及拓展”項目，可以進一步加強VHDL的語句分類、語言結(jié)構(gòu)及要素，拓展功能的要求，鼓勵學生嘗試性地進行修改程序以及編寫功能拓展程序；“計數(shù)器設(shè)計及功能拓展”項目，可以進一步明確自上而下的設(shè)計理念，學生根據(jù)自己的想法設(shè)計任意進制計數(shù)器，可以將功能拓展到構(gòu)建數(shù)字電子鐘，最終實現(xiàn)電路設(shè)計。

2.2 項目化實驗設(shè)計

理論知識的掌握程度與實踐教學的效果是密不可分的，對實驗教學項目的設(shè)計要兼顧學生綜合能力的培養(yǎng)和學習興趣的培養(yǎng)。我們陸續(xù)開發(fā)了模擬交通燈控制、電子琴、數(shù)字電子鐘、VGA驅(qū)動、液晶顯示控制以及各種中等規(guī)模數(shù)字邏輯電路等項目，讓學生參與每個模塊的設(shè)計、制作、調(diào)試等具體實現(xiàn)過程，達到以實踐強化理論學習的目的。

2.3 理論課堂走進實驗室

近幾年，各高校對實驗室建設(shè)倍加重視，多媒體實驗室數(shù)量逐年增加，這樣使小班制教學甚至一人一機成為現(xiàn)實。全部課程在多媒體實驗室進行，教師授課方式可以采用邊講邊練的方法，利用互動性較強的電子教室軟件，使課堂隨時掌控在教師端，配合使用各種EDA實驗設(shè)備，使課程操作內(nèi)容的演示更加清晰，課程內(nèi)容的連續(xù)性與整體性得到了更好的保證。同時學生也有課更加充分的時間進行實踐操作練習，在學中做，在做中學，興趣和能力都得到了極大的提高。另外，復雜的項目訓練，可將學生分組，以團隊工作的形式完成項目，還可以培養(yǎng)學生的團隊合作精神和溝通能力[4]。

2.4 考核方式

項目化教學模式下，不僅教學方法要改革，考核方式也要進行相應(yīng)的改革。傳統(tǒng)的考核方式為單一閉卷筆試，無法全面考核學生能力。采用筆試和實踐考核相結(jié)合的方式對學生進行考核，分別占40%和60%，將基本概念和理論進行筆試，而實踐考核貫穿于項目設(shè)計過程，引起學生對實踐的重視，也更有利于督促學生不斷提高自身的實踐創(chuàng)新能力。

3 項目化教學方法在EDA教學中的應(yīng)用示例

以EDA課程中Proteus軟件教學為例，傳統(tǒng)教學方法是從軟件的每個控件功能開始逐個講解，單純功能介紹而不注重與應(yīng)用的結(jié)合，學生不僅感覺枯燥乏味，更不知道控件具體如何運用。應(yīng)用項目化教學方法，可以對軟件的基本概況及功能進行簡單介紹后，將電路設(shè)計項目融合于軟件功能教學的全過程，不同情況應(yīng)使用哪種控件一目了然，可以使學生更快、更全面的了解整個軟件的使用。例如利用對基于單片機控制的數(shù)字電子鐘項目設(shè)計進行Proteus軟件教學，簡述教學過程。

3.1 明確設(shè)計要求及設(shè)計任務(wù)

引導學生通過對數(shù)字電子鐘功能要求進行分析，明確設(shè)計要求及設(shè)計任務(wù)，步驟如下：

(1)通過對單片機、數(shù)碼管、數(shù)碼管驅(qū)動芯片、按鍵、蜂鳴器等電路分析，研究時間顯示和定時鬧鐘的實現(xiàn)方法。

(2)設(shè)計系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件，運用Proteus軟件進行電路圖繪制及軟件編程。

(3)進行Proteus仿真，分析仿真結(jié)果。

3.2 引導學生進行系統(tǒng)電路設(shè)計與實現(xiàn)

通過前述分析，明確數(shù)字時鐘主控芯片選用AT89C51單片機。外圍電路大體可以分為三個部分，顯示電路由4個7SEG-MPX1-CC數(shù)碼管、1片CD4511驅(qū)動器組成，蜂鳴器鬧鐘電路由蜂鳴器通過三極管、1k電阻與單片機I/O口相連構(gòu)成，由四組功能按鍵及電阻構(gòu)成按鍵電路。學生需要運用電路基礎(chǔ)、模擬電路和數(shù)字電路知識，對各部分電路的綜合應(yīng)用進行深入學習及研究，從而根據(jù)功能要求進行各部分電路的詳細設(shè)計。

在控制方法上引導學生利用單片機知識實現(xiàn)所需功能。例如當有按鍵按下時，輸出給單片機的電平由高變底，經(jīng)過去抖動程序識別按鍵是否按下；用四個單片機I/O口控制4511輸入端的編碼。另外4個I/O口通過三極管與數(shù)碼管的cp端，及片選端連接，來控制4511驅(qū)動其中一位數(shù)碼管的顯示；利用單片機送出一組斷續(xù)的電脈沖信號實現(xiàn)蜂鳴器的通斷狀態(tài)，而使蜂鳴器發(fā)出“嘀……嘀……”的聲音[5]。

經(jīng)過上述設(shè)計后，指導學生運用Proteus軟件相應(yīng)控件調(diào)用相應(yīng)元器件模型及繪圖工具繪制電路原理圖，如圖1所示。Proteus ISIS編輯環(huán)境所提供了電氣規(guī)則檢查功能，可以運行相應(yīng)命令再根據(jù)系統(tǒng)提示的錯誤檢查報告，進行原理圖的修改。這一過程可以使學生快速熟悉軟件的原理圖繪制功能。

圖1 基于單片機控制的數(shù)字時鐘電路

3.3 指導學生進行系統(tǒng)軟件編程及仿真調(diào)試

結(jié)合單片機課程內(nèi)容，針對數(shù)字鐘要實現(xiàn)的功能進行單片機C語言編程，并運用Proteus相應(yīng)控件將單片機C語言程序嵌入Proteus軟件進行仿真，指導學生根據(jù)仿真后所得的不同結(jié)果對所設(shè)計的硬件電路和軟件程序進行修改，達到預(yù)期效果。還可以引導學生在完成預(yù)定功能的基礎(chǔ)上擴展系統(tǒng)功能，如本例所示數(shù)字鐘還可以實現(xiàn)秒表倒計時功能，通過功能延伸設(shè)計，可以進一步激發(fā)學生的創(chuàng)造力，培養(yǎng)學生的自學與研究的能力，而在整個過程中更需要教師具備很強電路綜合設(shè)計能力，有足夠的知識和經(jīng)驗儲備，可以指導學生解決在設(shè)計中遇到的各種問題，對老師的實踐教學能力提出了非常要求。

3.4 項目實現(xiàn)結(jié)果的考核

在整個教學過程結(jié)束后，要求學生對整個設(shè)計過程進行認真總結(jié)，形成詳細的實驗報告，包括硬件電路的設(shè)計原理、詳細的軟件程序以及仿真結(jié)果的分析，還需要提交電路原理圖、軟件程序以及電路仿真的電子版文件。對上述材料進行綜合評價給出合理分數(shù)，作為本門課程實踐考核的一部分。

4 結(jié)束語

通過 “在做中學”的項目化教學模式的開展，學生的學習過程轉(zhuǎn)換為項目開發(fā)的全過程，包括電路功能的設(shè)定、軟硬件的設(shè)計以及調(diào)試，在教師精心設(shè)計的EDA技術(shù)實用項目實踐中積極主動地學習，同時將多門專業(yè)課程的理論與實踐知識綜合運用起來，電路設(shè)計的成功，使學生對各門晦澀難懂的專業(yè)課程都更有興趣，也更有信心，也更加激發(fā)出學生的創(chuàng)造潛能。項目化教學方法的應(yīng)用，有利于各種相關(guān)教學資源的綜合利用，在應(yīng)用型本科EDA技術(shù)課程改革以及創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)中起到了強有力的推動作用。

參考文獻

[1] 徐學紅.“項目導向”教學模式在EDA技術(shù)課程中的應(yīng)用[J].中國電力教育,2013(28):108-109.

[2] 聶章龍,羅大暉.以“項目教學”為載體的EDA技術(shù)課程改革探索及案例設(shè)計[J].中國電力教育,2009(4):93-95.

[3] 魯娟娟,王高山.案例教學法在EDA教學中的應(yīng)用研究[J].哈爾濱職業(yè)技術(shù)學院學,2010(2):57-58.

[4] 周立功.EDA 實驗與實踐[M].北京:北京航空航天大學出版社,2007.

[5] 崔莉．EDA技術(shù)[M].武漢:華中科技大學出版社,2015

一線調(diào)查

Application and Research of Project based Teaching Method in the Applied Undergraduate EDA Technology Course

Zhou Yuejia, Cui Li
Harbin Cambridge University, Harbin, 150069, China

Abstract:This paper has carried on the thorough research to the applied undergraduate colleges EDA technology course teaching method reform. The implementation method and steps are introduced through the example of the application of the project teaching method. Students can learn EDA technology in the whole process of the circuit development project, not only high quality to complete the curriculum teaching objectives, and comprehensively improve the students' practical ability and the ability to solve problems.

Key words:project; teaching method; EDA technology

收稿日期：2015-10-10

作者簡介：周躍佳，碩士，講師，教研室主任。崔莉，碩士，講師。

基金項目：黑龍江省高等教育學會“十二五”高等教育科研課題資助(編號：14Q158)。