《EDA技術(shù)》課程信息化建設(shè)與探索

郭 旻

（武漢紡織大學(xué)電子與電氣工程學(xué)院，湖北 武漢430074）

1 開(kāi)展數(shù)字化課程建設(shè)，打造立體教學(xué)模式

在信息化時(shí)代的今天，高等教育需要借助數(shù)字化技術(shù)打造立體的教學(xué)平臺(tái)。為滿足學(xué)生信息化學(xué)習(xí)的需求，解決我校教師遠(yuǎn)離新校區(qū)情況下教師與學(xué)生互動(dòng)機(jī)會(huì)減少，我校利用信息技術(shù)平臺(tái)構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，拓展了教學(xué)空間，提供了開(kāi)發(fā)數(shù)字化課程資源的廣闊舞臺(tái)。數(shù)字化課程平臺(tái)的建設(shè)可以幫助教師梳理、整合已有的課程資源，將現(xiàn)有的教學(xué)資源轉(zhuǎn)化為視頻課程、習(xí)題庫(kù)、試題庫(kù)、實(shí)驗(yàn)資源、學(xué)生作品展示等數(shù)字化資源并上網(wǎng)。我們堅(jiān)持資源建設(shè)和資源應(yīng)用并重，加大師生網(wǎng)上互動(dòng)，做到資源共建與共享，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)成果也成為數(shù)字化課程的重要的組成部分。

學(xué)校數(shù)字化課程資源開(kāi)發(fā)和建設(shè)的主要內(nèi)容見(jiàn)下表。在教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要求進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)、分組教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、工程能力和創(chuàng)新能力。要求資源類(lèi)型盡量豐富，借助多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代電子技術(shù)，提升課程資源水平，更好的為學(xué)生服務(wù)。按課程章節(jié)、資源類(lèi)型、教學(xué)主題等方式組織課程資源。做到全程課程資源一次性開(kāi)放，并逐步完善。

表1 數(shù)字化課程資源建設(shè)維度與具體內(nèi)容

2 《EDA技術(shù)》數(shù)字化課程的構(gòu)建

EDA(Electronic Design Automation)技術(shù)是以CPLD、FPGA可編程邏輯器件為載體，以硬件描述語(yǔ)言為主要表達(dá)方式，以計(jì)算機(jī)和專用開(kāi)發(fā)軟件為設(shè)計(jì)工具，將電子系統(tǒng)的軟件仿真與硬件設(shè)計(jì)電路相結(jié)合的一門(mén)多學(xué)科融合的新技術(shù),是計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)快速發(fā)展的產(chǎn)物，已成為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主流方式。《EDA技術(shù)》課程是電子信息類(lèi)專業(yè)核心課程,具有知識(shí)更新速度快、應(yīng)用面廣和工程實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)。

鑒于《EDA技術(shù)》的課程特點(diǎn)，傳統(tǒng)的課堂講授+實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式已經(jīng)不能滿足學(xué)生的需求以及社會(huì)對(duì)具有工程實(shí)踐能力的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的需要。具有開(kāi)放性、交互性、自主性、協(xié)作性、共享性等特點(diǎn)的數(shù)字化課程，不僅可以彌補(bǔ)現(xiàn)在課堂講授學(xué)時(shí)不夠的缺點(diǎn)，還可以解決傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)對(duì)儀器設(shè)備和元器件的依賴程度很高,實(shí)踐教學(xué)成本高、效率低的問(wèn)題，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性。

2.1 課程建設(shè)目標(biāo)

《EDA技術(shù)》課程在電子信息專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)中起著具有承上啟下的橋梁作用，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)先進(jìn)的電子電路設(shè)計(jì)技術(shù)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探索、努力進(jìn)取、團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。讓學(xué)生能夠掌握常用的QuartusII和ISP等EDA開(kāi)發(fā)軟件,及時(shí)將學(xué)科的最新成果引入教學(xué)中,將HDL硬件描述語(yǔ)言編程方法和FPGA/CPLD的開(kāi)發(fā)技術(shù)及符合工程規(guī)范的系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)有機(jī)地融合在一起，強(qiáng)調(diào)理論和實(shí)際的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。

2.2 課程教學(xué)思路

遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，采用遞進(jìn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)均強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。課程以實(shí)際工程項(xiàng)目為載體、建立任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式，理論教學(xué)和工程實(shí)踐緊密結(jié)合，通過(guò)教學(xué)情景、項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)，自主開(kāi)發(fā)課題激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生掌握現(xiàn)代電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念與方法。

2.3 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

我校《EDA技術(shù)》課程總學(xué)時(shí)設(shè)置為48學(xué)時(shí)，包含理論教學(xué)32學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)16學(xué)時(shí)，課程改革后理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)均為24學(xué)時(shí)。理論教學(xué)主要介紹PLD器件的結(jié)構(gòu)，QuartusII開(kāi)發(fā)平臺(tái)的使用、HDL語(yǔ)言以及現(xiàn)代電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法；實(shí)踐教學(xué)以實(shí)際項(xiàng)目為依托 ，通過(guò)項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。將整個(gè)教學(xué)內(nèi)容通過(guò)幾個(gè)大項(xiàng)目串聯(lián)起來(lái)，并細(xì)分成一個(gè)個(gè)任務(wù)模塊，形成遞進(jìn)結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生逐步掌握電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

2.4 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

我院擁有湖北省電工電子示范中心，與美國(guó)Altera公司成立了SOPC/EDA聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)基地和創(chuàng)新環(huán)境。目前實(shí)驗(yàn)室共配備了最新的PC機(jī)80臺(tái)、專用服務(wù)器1臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)1部、教師控制臺(tái)2臺(tái)，康芯公司實(shí)驗(yàn)箱KX-EDA40臺(tái)及DE2開(kāi)發(fā)板40套，完全能滿足兩個(gè)自然班級(jí)一次上機(jī)的需求。所有PC機(jī)通過(guò)一臺(tái)服務(wù)器管理構(gòu)成一個(gè) 100M的實(shí)驗(yàn)室局域網(wǎng)，并通過(guò)校園網(wǎng)與INTERNET連接。根據(jù)當(dāng)前IC技術(shù)的發(fā)展，目前實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)配備了 最 新 版 本 的 Protel、Pspice、Multisim、Quartus II、Matlab、Proteus 等EDA軟件。讓學(xué)生學(xué)習(xí)在FPGA開(kāi)發(fā)板完成從HDL語(yǔ)言輸入到時(shí)序仿真、適配芯片、編程下載、測(cè)試硬件的現(xiàn)代EDA電子工業(yè)設(shè)計(jì)流程。已經(jīng)成立開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供課外實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)所和條件。

2.5 數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)

《EDA技術(shù)》數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)分為：（1）課程概況：包含課程簡(jiǎn)介、課程目標(biāo)、課程目標(biāo)、教學(xué)思路等；（2）課程教學(xué)：包含課程大綱、教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)方法、考核方法等；（3）實(shí)踐教學(xué)：EDA實(shí)驗(yàn)室介紹、實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)交互平臺(tái)等；（4）教學(xué)成果：包括教學(xué)論文，學(xué)生獲獎(jiǎng)、學(xué)生創(chuàng)新電子產(chǎn)品展示等；（5）教學(xué)隊(duì)伍：包括課程負(fù)責(zé)人，師資隊(duì)伍等；（6）教學(xué)評(píng)價(jià)：包括專家評(píng)價(jià)、學(xué)生反饋等；（7）數(shù)字化教學(xué)資源：包括教學(xué)課件、試題庫(kù)、習(xí)題庫(kù)、教學(xué)錄像等；（8）開(kāi)放性教學(xué)平臺(tái)：包括在線考試系統(tǒng)、EDA實(shí)驗(yàn)開(kāi)放性選課系統(tǒng)、遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)、即使學(xué)習(xí)交流系統(tǒng)等。

《EDA技術(shù)》數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的創(chuàng)新之處有：（1）由于《EDA技術(shù)》課程需要大量課時(shí)的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐來(lái)配合課程的教學(xué),才能收到好的教學(xué)效果。傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式對(duì)儀器設(shè)備和元器件的依賴程度很高,實(shí)踐教學(xué)成本高、效率低。我們搭建基于EDA技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)交互平臺(tái)，建立以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為中心，基于網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放型教學(xué)方式，應(yīng)用到學(xué)生的課程學(xué)習(xí)，課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)中去。這個(gè)實(shí)驗(yàn)交互平臺(tái)采用EDA技術(shù)、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，學(xué)生可以通過(guò)校園網(wǎng)以登陸方式進(jìn)入到虛擬實(shí)驗(yàn)交互平 臺(tái)服務(wù)器上調(diào)用EDA工具完成相應(yīng)課程實(shí)驗(yàn)。在上實(shí)驗(yàn)課前,學(xué)生可以先根據(jù)要求做仿真實(shí)驗(yàn)，反復(fù)驗(yàn)證通過(guò)后,再到實(shí)驗(yàn)室做實(shí)物實(shí)驗(yàn)。這樣,學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候會(huì)更有針對(duì)性,更容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題,從而大大提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。另外借助平臺(tái)還可以讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)新的電子系統(tǒng)，這樣不僅可以節(jié)約學(xué)校的硬件投資成本，還可以讓學(xué)生在寢室、圖書(shū)館也能隨時(shí)進(jìn)行電子設(shè)計(jì)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性。

（2）由于課堂教學(xué)的時(shí)空限制，搭建開(kāi)放性教學(xué)平臺(tái)，拓展網(wǎng)絡(luò)第二課堂。學(xué)生可以借助這個(gè)平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)，教師可以在此平臺(tái)指導(dǎo)學(xué)生并與學(xué)生互動(dòng)交流。 另外此平臺(tái)還有實(shí)驗(yàn)選課系統(tǒng)和在線考試系統(tǒng)，改革傳統(tǒng)的考試評(píng)價(jià)方式，更突出以學(xué)生為本，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過(guò)程，弱化考試成績(jī)，發(fā)展成為階段性、綜合性、激勵(lì)性的考評(píng)方式。

經(jīng)過(guò)《EDA技術(shù)》數(shù)字化課程實(shí)施，我們?cè)诮陮W(xué)生中進(jìn)行教學(xué)效果的問(wèn)卷調(diào)查。結(jié)果表明數(shù)字化課程讓學(xué)生突破了時(shí)間和空間的限制，改變的傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式，真正做到了教學(xué)相長(zhǎng)，極大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到了積極的促進(jìn)作用。

3 總結(jié)

數(shù)字化課程的建設(shè)不能看作是原有教學(xué)資源和電子資源簡(jiǎn)單的堆砌，而應(yīng)從教學(xué)模式、教學(xué)手段的角度去構(gòu)思課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)。我們對(duì)《EDA技術(shù)》數(shù)字化課程的建設(shè)其實(shí)也是對(duì)這門(mén)課程的一次綜合實(shí)驗(yàn)改革，以培養(yǎng)社會(huì)需要的具有較強(qiáng)工程實(shí)踐能力的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，打造立體的教學(xué)模式，取得了良好的效果。

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