基于EDA的電子信息類創新實踐能力培養體系的探索與實踐

【摘 要】隨著我校教學綜合改革的推進，為了給為社會培養具有工程實踐能力的高素質創新型人才，本文探討了基于EDA技術在電子信息類專業進行理論教學和實踐教學的改革方案，最后結合我校實際情況搭建創新能力培養教學平臺，取得了良好的效果。

【關鍵詞】EDA；電子信息類；教學改革；創新能力；教學平臺

現代高等教育需要面向社會，為社會培養出具有扎實的專業基礎知識、較強工程實踐能力的高素質創新型人才。目前電子技術已進入大規模集成電路時代，隨著計算機技術和微電子技術的快速發展， EDA（Electronic Design Automation）技術在電子信息類專業教學中勢必發揮更加重要的作用。如何利用EDA 工具提升電子信息類學生專業課程的教學質量、培養高素質創新型人才、積極穩妥地開展教學綜合改革的探索與實踐是一件值得深入探究的課題。

1 借助EDA技術豐富理論教學

電路分析、模擬電子技術、數字電子技術、信號與線性系統、高頻電子線路、單片機原理及應用等是電子信息類專業的主要專業課程，傳統的理論教學方法要畫出許多復雜的電路圖及公式推導，許多學生都反映教學內容抽象難懂，難以理解所求解題目與實際問題間的相互關系。隨著現代計算機技術和微電子技術的發展，功能強大的EDA技術應運而生，我們將它引入到理論教學中，將極大的豐富理論教學方式。在電子信息類專業理論教學中采用多媒體技術，利用EDA軟件創建電子技術實驗環境、進行電路的功能仿真演示，開展直觀的、互動的啟發式教學，能大大提高教學效率與教學效果。

EDA技術所涉及的范圍有電路設計、系統仿真和系統分析三個方面。目前IC領域經常使用的EDA軟件有：Multisim、Protel、QuartusII、Proteus等。一般的EDA工具都能提供龐大的元件庫，虛擬測試儀器儀表種類齊全，完全能滿足電子信息類專業理論教學的需求。

表1 電子信息類專業主要專業課程對應的EDA工具

教師可以在課堂上先講授基本的理論與方法，然后借助各種EDA平臺演示晦澀難懂的電路定理與各種復雜的電路圖分析，同時教授學生這些EDA軟件的使用方法，讓學生在課后在自己的計算機上也能反復驗證，加深對知識的理解運用，并學習到一些常用EDA工具的使用方法。

借助EDA工具，在理論教學中推行討論式、啟發式、案例式教學方法，采取課堂討論、專題研討、案例分析等多種形式，激發學生的學習興趣，充分開發學生的創造潛能。適應時代要求，加強現代化教學方法和手段，采用多媒體和EDA技術輔助電子信息類專業理論教學，啟發學生思維，培養學生的自學能力、創新能力，打造立體的教學新模式。

2 建立基于EDA的實踐教學體系

目前，電子信息類專業的實踐環節是以課程為單元，實踐內容主要是為本門課程服務的，從而忽略了各門專業課程之間的銜接。通過分析電子信息類專業的課程設置可以發現，EDA 技術與多門專業課程之間存在很強的關聯性，借助EDA 工具完全可以把各門課程的實踐環節串聯起來，整合成統一的實踐教學體系。我們可以適當調整電子信息類專業課程群內容，整合專業課程的實踐環節并進行合理的梯度設置。

我們可以運用 Multisim、Quartus II、Proteus 等最新的EDA軟件搭建電子信息類課程的實踐教學平臺，整合《電路分析》、《模擬電子技術》、《數字電子技術》、《高頻電子線路》、《EDA技術》、《單片機原理及應用》等專業課程的實踐教學，與此同時再配合一些相關硬件制作訓練、生產實習和畢業設計，形成一套完整全面的實踐教學體系。

構建實踐教學體系時要遵循學生的認知規律，考慮學生由低到高不同的學習階段。對低年級學生主要通過課程基礎實驗來培養其基礎技能；一旦學生掌握了基礎技能，就要充分重視其系統設計能力的培養，這要通過課程設計、生產實習等實踐環節來實現；而獨立工作能力和團隊合作能力的培養主要通過畢業設計、參與工程實際項目等環節來實現。在實驗內容的安排和實驗手段的選擇上，應盡量減少驗證性實驗，增加設計性、綜合性、創新性實驗項目，并借助現代 EDA 技術，整合各門專業課程的實踐環節，將實踐教學按學分制獨立設課。將實踐環節分成必修、選修兩類，把專業基礎課程實驗，生產實習，畢業設計設置為必修，把根據不同專業方向的綜合實驗、根據項目為依托的應用型實踐設為選修，充分發揮學生學習的主動性、積極性和創造性。

在高年級階段的實踐環節中引入項目教學法，根據不同的專業方向，讓學生分組加入導師的實際應用項目中來，例如，在智能控制系統方向我們可以開設智能小車控制系統作為實踐內容。學生借助EDA工具，先進行電路原理圖設計，通過 Multisim 軟件對原理圖進行仿真分析，參數驗證以達到設計要求；再利用Protel 軟件進行 PCB 板設計制作，然后完成電路的焊接與硬件調試；再借助 Proteus 軟件進行系統仿真，最后完成軟硬件聯合調試。通過這樣一系列的設計、仿真、制作和調試，學生掌握了電子系統制作的全過程，提高了學生工程實踐能力，增加了學生動手的樂趣，同時也培養了學生的研發能力及團隊精神。

3 結合我校實際建立創新教學平臺

3.1 整合資源建立開放實驗室

我院擁有湖北省電工電子示范中心，可以整合已經建立的單片機實驗室，EDA技術實驗室，軟件實驗室，充分利用已有的實驗條件，創建全新的實踐教學平臺。目前3個實驗室共配備了最新的PC機 200 臺、專用服務器1臺、網絡交換機1部、教師控制臺3臺，完全能滿足一個年級一次上機的需求。為了充分利用校園網絡資源，200 臺 EDA 用機通過一臺服務器管理構成一個 100M的實驗室局域網，并通過校園網與 INTERNET 連接。根據當前IC技術的發展，目前實驗室已經配備了最新版本的 Protel、Pspice、Multisim、Quartus II、Matlab、Proteus 等EDA軟件。成立開放式實驗室，為學生提供課外實驗的場所和條件。借助開放實驗室，讓學生掌握從原理圖到電路仿真再到制作PCB 板，最后完成電子產品的傳統設計過程；也讓學生學習在 FPGA 開發板完成從 HDL 語言輸入到時序仿真、適配芯片、編程下載、測試硬件的現代EDA電子工業設計流程。實踐教學應采取以學生自己動手、自擬題目、自設實驗為主，實驗教師引導方向、創造條件為輔的啟發式教學模式，并將現代教學方法與手段，如多媒體技術、計算機交互教學引入實驗教學之中。

3.2 搭建基于EDA技術的網絡虛擬實驗交互平臺

電子信息類專業的主要專業課程大都需要大量課時的實驗和實踐來配合課程的教學，才能收到好的教學效果。傳統實踐教學模式對儀器設備和元器件的依賴程度很高，實踐教學成本高、效率低。我們將搭建基于EDA技術的網絡虛擬實驗交互平臺，建立（下轉第300頁）（上接第187頁）以學生自主學習為中心，基于網絡的開放型教學方式，應用到學生的課程學習，課程實驗、課程設計、畢業設計等環節中去。這個實驗交互平臺采用EDA技術、多媒體技術、數據庫和網絡技術，學生可以通過校園網以登陸方式進入到虛擬實驗交互平臺服務器上調用 EDA工具完成相應課程實驗。在上實驗課前，學生可以先根據要求做仿真實驗，反復驗證通過后，再到實驗室做實物實驗。這樣，學生做實驗的時候會更有針對性，更容易發現問題和解決問題，從而大大提高了實驗教學的效率。另外借助平臺還可以讓學生自行設計和開發新的電子系統， 這樣不僅可以節約學校的硬件投資成本，還可以讓學生在寢室、圖書館也能隨時進行電子設計，充分調動學生學習的主動性、積極性和創造性。

3.3 提高教師工程實踐能力

要培養工程型的學生就必須有工程型的教師，我院積極組織教師培訓交流，定期請企業中有豐富工程經驗的工程師到學校給老師進行工程培訓；同時要求每名青年教師教師到企業頂崗實踐1年，以實際工程項目引領教師實踐能力的提高。而且我們也積極努力，引進具有實踐經驗的企業工程師到開放實驗室擔任專職實驗導師，專門指導學生進行實際項目的開發；與對口企業深度交流，讓四年級的學生去企業頂崗實習，極大的提高了學生的創新實踐能力，取得了良好的效果。

3.4 總結

利用EDA技術提升電子信息類課程教學質量，是一個涉及辦學規模、效益和質量的綜合性研究課題。我校正大力推行教學綜合改革，以培養社會需要的具有較強工程實踐能力的高素質創新型人才為目標，基于EDA的電子信息類專業教學綜合改革的探索與實踐必將為我校教學綜合改革提供良好的啟示和示范作用。

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[責任編輯：楊玉潔]