《E D A技術(shù)與應(yīng)用》課程教學(xué)改革的探索

李政清

（三亞學(xué)院理工學(xué)院，海南 三亞 570200）

0 前言

EDA(Electronic Design Automation)即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，是以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O(shè)計(jì)載體，以硬件描述語(yǔ)言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方式，以計(jì)算機(jī)、大規(guī)?？删幊唐骷拈_(kāi)發(fā)軟件及實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工具，自動(dòng)完成用軟件方式描述的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯、邏輯化簡(jiǎn)、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、布局布線、邏輯仿真，直至完成對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T(mén)多學(xué)科融合的新技術(shù)[1]。

我院開(kāi)設(shè)該課程的時(shí)間是在學(xué)習(xí)完《模擬電子技術(shù)》和《數(shù)字電子技術(shù)》后的大三第一學(xué)期，它是電子信息工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)選修課程。其包括課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)兩個(gè)環(huán)節(jié)，顯著特點(diǎn)是軟、硬件結(jié)合，打破了軟硬件之間的設(shè)計(jì)界限，知識(shí)綜合面廣泛、工程實(shí)踐性強(qiáng)。依據(jù)厚基礎(chǔ)、重應(yīng)用的教學(xué)原則，結(jié)合教學(xué)大綱，課程教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)包括：（1）嵌入式開(kāi)發(fā)工具——QuartusII；（2）VHDL硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言；（3）復(fù)雜的數(shù)字電路設(shè)計(jì)。結(jié)合前期先導(dǎo)課程，通過(guò)針對(duì)性的應(yīng)用實(shí)例，循序漸進(jìn)，實(shí)現(xiàn)從軟件到硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生深刻理解EDA技術(shù)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。學(xué)生能夠熟練掌握EDA設(shè)計(jì)能力無(wú)論是對(duì)繼續(xù)深造，還是工作就業(yè)都有重要意義。

1 問(wèn)題

獨(dú)立學(xué)院的目標(biāo)主要是培養(yǎng)應(yīng)用型人才，三亞學(xué)院自辦學(xué)之初確立人才培養(yǎng)定位為：“培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)需求，具有綜合素質(zhì)和學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、適應(yīng)能力、創(chuàng)新能力和可持續(xù)發(fā)展能力的應(yīng)用型、實(shí)用性專(zhuān)門(mén)人才”。這就要求學(xué)生在具有一定理論基礎(chǔ)的同時(shí)還要具有較好的實(shí)際動(dòng)手實(shí)踐能力，相對(duì)于重點(diǎn)學(xué)校來(lái)說(shuō)，獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生基礎(chǔ)比較薄弱，學(xué)習(xí)主觀性不強(qiáng)。因此在獨(dú)立學(xué)院開(kāi)展EDA技術(shù)的教學(xué)改革與探索，提高學(xué)生的應(yīng)用水平尤為重要。

通過(guò)課程教學(xué)的體會(huì)，開(kāi)展教師間教學(xué)研討并對(duì)教學(xué)情況進(jìn)行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中存在不少問(wèn)題：理論教學(xué)內(nèi)容較枯燥、課本化，教學(xué)手段單一，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性不高，理論知識(shí)與實(shí)際聯(lián)系的能力不強(qiáng)；實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容全為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力較薄弱；同時(shí)還存在著日趨減少的教學(xué)時(shí)數(shù)和日益增多的教學(xué)內(nèi)容之間的矛盾，由于電信專(zhuān)業(yè)課程較多，原來(lái)相對(duì)充裕的課時(shí)被壓縮減少，而新知識(shí)的不斷更新，使得教學(xué)容量增大，時(shí)間短、任務(wù)重的矛盾逐漸凸現(xiàn)出來(lái)；此外，傳統(tǒng)教學(xué)中，教師將其作為數(shù)字電路的延伸，重點(diǎn)講解如何利用EDA進(jìn)行組合邏輯電路以及時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)，多為編碼器、譯碼器、加法器、數(shù)據(jù)選擇器、計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器的設(shè)計(jì)等教學(xué)案例，EDA技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)得不到完美的體現(xiàn)，這就導(dǎo)致很多同學(xué)無(wú)法認(rèn)識(shí)到EDA技術(shù)的重要性以及其他很多專(zhuān)業(yè)技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)越的工程性，學(xué)習(xí)存在盲目性[2]。

2 改革與措施

基于教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，根據(jù)三亞學(xué)院辦學(xué)理念、人才培養(yǎng)定位和課程教學(xué)的實(shí)際情況，結(jié)合教師間教學(xué)研討，以培養(yǎng)和提高學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新性思維的能力，提高課程的教學(xué)質(zhì)量為目的，實(shí)行了以下具體改革措施。

首先，精選教材。根據(jù)EDA教學(xué)需求，查閱許多國(guó)內(nèi)外教材，并結(jié)合EDA技術(shù)的最新進(jìn)展，選擇了適合電信專(zhuān)業(yè)學(xué)生的教材——潘松、黃繼業(yè)老師的《EDA技術(shù)與VHDL》（第4版），書(shū)中絕大部分章節(jié)都安排了針對(duì)性較強(qiáng)的習(xí)題、實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)項(xiàng)目，授課教師以不同的方式布置給學(xué)生完成，使學(xué)生對(duì)每一章的課堂教學(xué)效果都能及時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)得以強(qiáng)化。而多媒體教學(xué)是教學(xué)手段改革的主流，恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用多媒體工具實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果最優(yōu)化，為教學(xué)改革尋找創(chuàng)新點(diǎn)和突破口，為此，教學(xué)課題組設(shè)計(jì)了多媒體教學(xué)課件。采用板書(shū)與多媒體教學(xué)相結(jié)合的授課方式，并充分利用學(xué)校提供的網(wǎng)絡(luò)共享資源，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，為學(xué)生后續(xù)專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)[3]。

其次，現(xiàn)在的EDA技術(shù)已經(jīng)向著多元化、多層次發(fā)展，要對(duì)EDA技術(shù)有個(gè)合理的定位。雖然EDA技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路里的各種集成電路，但絕不能將其簡(jiǎn)單的定義為數(shù)字電路的后續(xù)內(nèi)容；它可以在控制領(lǐng)域里得到廣泛應(yīng)用，也不能將其與單片機(jī)技術(shù)混淆，一味的強(qiáng)調(diào)它的控制作用。因此在教學(xué)中，除了進(jìn)行基礎(chǔ)理論講解，還要進(jìn)行基本實(shí)踐訓(xùn)練，最后進(jìn)行工程項(xiàng)目訓(xùn)練。

在內(nèi)容上刪除學(xué)科間重復(fù)的部分，補(bǔ)充了EDA技術(shù)的最新進(jìn)展，以利于開(kāi)闊視野，提高學(xué)習(xí)興趣；針對(duì)硬件描述語(yǔ)言語(yǔ)法豐富，表達(dá)形式多樣的特點(diǎn)，增加了大量實(shí)例，結(jié)合應(yīng)用對(duì)編程要點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明，使學(xué)生更容易理解和掌握課程內(nèi)容，例如，在講解VHDL語(yǔ)言基本程序結(jié)構(gòu)時(shí)，先讓學(xué)生回顧以前學(xué)過(guò)的數(shù)字電路理論知識(shí)，并畫(huà)出半加器，然后用PPT給出該電路的VHDL語(yǔ)言實(shí)例，重點(diǎn)闡述在用VHDL語(yǔ)言描述該電路時(shí)，該單元的名稱(chēng)；輸入端、輸出端名稱(chēng)及類(lèi)型；輸入與輸出之間的關(guān)系這三個(gè)基本問(wèn)題，從而引導(dǎo)學(xué)生將VHDL語(yǔ)言和電路對(duì)應(yīng)起來(lái)；在可編程邏輯器件部分，縮減了對(duì)器件硬件結(jié)構(gòu)的詳細(xì)介紹，針對(duì)器件的特性，使學(xué)生學(xué)會(huì)如何選擇合適的器件并進(jìn)行配置；以Altera公司的Quartus II軟件作為開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)，在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，使學(xué)生清晰的認(rèn)識(shí)EDA設(shè)計(jì)的完整流程。

最后，圍繞上述教學(xué)內(nèi)容，精心設(shè)計(jì)配套實(shí)驗(yàn)，其中包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、交叉性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等四個(gè)方面。（1）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)一般依附于傳統(tǒng)公式或經(jīng)典定理，通過(guò)這種實(shí)驗(yàn)，能夠加深基礎(chǔ)理論的認(rèn)識(shí)，熟練掌握開(kāi)發(fā)工具的操作與配置。（2）交叉性實(shí)驗(yàn)具有部分綜合的成分，是以多學(xué)科或多課程為基礎(chǔ)，并加強(qiáng)了各學(xué)科或課程之間的聯(lián)系，有助于加強(qiáng)各實(shí)驗(yàn)課程之間的關(guān)聯(lián)性或交互性。（3）綜合性實(shí)驗(yàn)是一種由學(xué)生和教師共同設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、實(shí)施和評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)課程，這類(lèi)實(shí)驗(yàn)是本實(shí)驗(yàn)課程的重點(diǎn)。學(xué)生是實(shí)驗(yàn)課程的首要開(kāi)發(fā)者，可充分體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，主要培養(yǎng)學(xué)生自頂向下或自底向上的設(shè)計(jì)思維習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。與其他實(shí)驗(yàn)不同的是該類(lèi)實(shí)驗(yàn)具有多個(gè)程序模塊，要求綜合不同類(lèi)型的程序模塊，實(shí)現(xiàn)層次化設(shè)計(jì)。例如：用半加器和或門(mén)設(shè)計(jì)全加器的實(shí)驗(yàn)，可用兩層程序完成該設(shè)計(jì)，先分別完成底層的半加器模塊和或門(mén)模塊程序，分別打包成器件，然后利用原理圖調(diào)入所設(shè)計(jì)的器件或用元件例化語(yǔ)句完成頂層程序設(shè)計(jì)；或者利用文本編輯法、混合編輯法進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)不同方法實(shí)現(xiàn)，可以體現(xiàn)EDA技術(shù)模塊化的分層設(shè)計(jì)的思想和設(shè)計(jì)理念，以及靈活性和可移植性。（4）設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)則完全超越了課程之間界限，實(shí)驗(yàn)建立在自我控制、自我指導(dǎo)基礎(chǔ)上，根據(jù)自己特長(zhǎng)組織實(shí)驗(yàn)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，完全建立在興趣之上，作為實(shí)驗(yàn)課程之外的有利補(bǔ)充。

另外，改革考核方式。學(xué)生成績(jī)的考核是檢驗(yàn)教學(xué)成果和了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況的一種途徑。傳統(tǒng)的一份試卷作為學(xué)生的最終成績(jī)不能客觀的反映學(xué)生的真實(shí)水平，因此，對(duì)考核方法作了如下改革：考核成績(jī)由平時(shí)作業(yè)成績(jī)（20%）、考勤（10%）、實(shí)驗(yàn)成績(jī)（40%）、卷面成績(jī)（30%）四部分組成，這樣的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)能避免學(xué)生死記硬背，更多的重視整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程。通過(guò)考核方式的改革改善了學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，消除了“應(yīng)試教育”中的死記硬背，這樣的方法得到了絕大多數(shù)學(xué)生的認(rèn)可。

3 總結(jié)

結(jié)合EDA技術(shù)的特點(diǎn)和獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的情況，采取多種教學(xué)方法，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)課程方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)際動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，使學(xué)生能夠?qū)⒃诖髮W(xué)中學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化到工程實(shí)踐中，提高獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)力，努力做到三亞學(xué)院倡導(dǎo)的“走進(jìn)校園的目的是為了更好的走向社會(huì)”這個(gè)目標(biāo)。

［1］潘松,黃繼業(yè).EDA技術(shù)與VHDL[M].4版.北京:清華大學(xué)出版社,2013.

［2］李海.獨(dú)立學(xué)院《EDA技術(shù)》課程教學(xué)改革實(shí)踐與探索[J].價(jià)值工程,2011.

［3］劉昌華.EDA技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2012.