以高校實踐教學(xué)管理與資源共享平臺為指導(dǎo)的EDA實踐教學(xué)改革新途徑

王美妮　谷軍　趙偉

摘要：針對目前EDA實踐課程教學(xué)中存在的具體問題，在省級實驗教學(xué)示范中心建設(shè)體系的具體要求指導(dǎo)下，提出了EDA實踐教學(xué)改革的新途徑。引入硬件描述語言和EDA技術(shù)等新知識，設(shè)計改革的方法以更有效地提高EDA技術(shù)實踐教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與自主學(xué)習(xí)能力、培養(yǎng)創(chuàng)新與合作的團隊意識、積極參加動手實踐。

關(guān)鍵詞：EDA技術(shù)；實踐教學(xué)；省級示范中心

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）21-0087-02

一、引言

EDA技術(shù)實踐教學(xué)是高校電信類專業(yè)中一個重要分支，EDA技術(shù)的教學(xué)必須圍繞通過軟件的方法來高效地完成硬件設(shè)計的計算機技術(shù)，最終可實現(xiàn)網(wǎng)表文件的制作。它在硬件實現(xiàn)方面融合了大規(guī)模的集成電路制造技術(shù)、IC版圖設(shè)計技術(shù)、ASIC封裝技術(shù)，為現(xiàn)代電子理論和設(shè)計的表達與實現(xiàn)提供了可能性，是本科生和研究生階段重要的課程工具。

二、現(xiàn)狀分析

近年來，隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，迫切需要大批具有創(chuàng)新能力、實踐能力的專門人才。電子信息專業(yè)是工程性、實踐性非常強的專業(yè)，該專業(yè)的教學(xué)效果直接影響大學(xué)生以后的深造和工作。目前關(guān)于實踐教學(xué)改革研究頗多，但是各種研究的基礎(chǔ)不一樣，學(xué)生素質(zhì)程度也不盡相同。教學(xué)過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不濃厚，學(xué)習(xí)動力不足，尚存在畢業(yè)生實踐性不夠，不能滿足就業(yè)單位的工作要求。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展和新器件的不斷出現(xiàn)，EDA技術(shù)實踐課程是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用和工程實踐動手能力的有效途徑。在實踐環(huán)節(jié)，如何更有效地提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，如何提高學(xué)生創(chuàng)新意識與自主學(xué)習(xí)能力、培養(yǎng)創(chuàng)新與合作的團隊意識、積極參加動手實踐是目前亟需解決的問題。

2013年我院成功申報了“十二五”省級實驗教學(xué)示范中心，近期在遼寧省高校實踐教學(xué)管理與資源共享平臺中對省級示范中心的建設(shè)指標和考核方向做出了明確的規(guī)定。結(jié)合目前學(xué)院開展“提升藍色人才培養(yǎng)質(zhì)量”專題學(xué)習(xí)和研討，本文以EDA技術(shù)實踐課程改革為契機，針對教師隊伍建設(shè)、課程資源管理、實驗設(shè)備的科學(xué)管理、學(xué)生創(chuàng)新活動等方面積極改革創(chuàng)新，加強學(xué)生實踐動手與綜合能力，提高學(xué)生就業(yè)競爭力。

三、改革新途徑的實施

（一）加強師資隊伍建設(shè)

一支高水平、高素質(zhì)的教師隊伍是保證應(yīng)用型人才培養(yǎng)的前提條件[1]。教師的業(yè)務(wù)水平高低直接影響教學(xué)效果。實踐教學(xué)中，實驗項目多是創(chuàng)新性、綜合性項目，學(xué)生調(diào)試過程中，難免會出現(xiàn)各種技術(shù)障礙的問題，這就需要指導(dǎo)教師付出更多的精力來指導(dǎo)學(xué)生，尤其在各種大賽中的技術(shù)輔導(dǎo)做了很多的準備工作，因此在學(xué)校的各種激勵政策下，應(yīng)該鼓勵實驗老師多參加各類培訓(xùn)，鼓勵學(xué)習(xí)，合理發(fā)放實驗補貼，調(diào)動老師的工作積極性。為保證教學(xué)質(zhì)量的提升和知識的及時更新，提倡新參加工作的年輕教師到實驗室工作兩年，積極參與實驗室的日常管理與實驗教學(xué)工作，不斷提高他們的教學(xué)水平和實踐管理能力。學(xué)校的各類教改項目選題也要進一步重視實踐教學(xué)，加大實驗教學(xué)改革項目的投入。加強高校信息學(xué)科間的業(yè)務(wù)交流，充分利用校內(nèi)外各種媒體和課程資源，互相共享優(yōu)勢實驗教學(xué)經(jīng)驗，著力提升教師隊伍的業(yè)務(wù)素質(zhì)和管理水平。

（二）課程資源整合

EDA教學(xué)大綱的內(nèi)容首先要充分體現(xiàn)出現(xiàn)代電子設(shè)計化和應(yīng)用器件操作的先進性和實用性。為適應(yīng)課程內(nèi)容的調(diào)整，有關(guān)教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、教案等教學(xué)文件也必須做以相應(yīng)的修訂。在授課計劃的修訂中，一是要合理安排課程的MAX+PLUSII軟件講述和VHDL語言的課時比例；二是要把硬件FPGA結(jié)構(gòu)原理和最新器件類型作為課程講述的基礎(chǔ)部分；三是要合理安排EDA的實驗和課程設(shè)計環(huán)節(jié)。

上述新的授課計劃可以先在我院電信類專業(yè)中試運行。此外，還要選擇一些與課程內(nèi)容配套的國內(nèi)知名大學(xué)所采用的拓展資料，合理引入PSOC等相關(guān)設(shè)計方法，針對EDA技術(shù)實驗課程現(xiàn)有的5個實踐項目，按驗證性、設(shè)計性、綜合性分類備課，搜集文獻，積極設(shè)計可行、豐富的實用電路補充到課堂教學(xué)中。在復(fù)雜電路系統(tǒng)的設(shè)計過程中，設(shè)計優(yōu)化是一個重要的技術(shù)手段，主要包括面積優(yōu)化和時間優(yōu)化。邏輯函數(shù)的化簡是實現(xiàn)面積優(yōu)化的一種舉措。過去主要由EDA工具自動完成，一般無須設(shè)計者介入。因此我們只介紹邏輯函數(shù)的公式化簡法，其目的是使學(xué)生了解邏輯函數(shù)化簡的意義和數(shù)字電路手工設(shè)計的過程，從而使學(xué)生深入理解自動設(shè)計技術(shù)的優(yōu)越性。

（三）課堂教學(xué)設(shè)計

實驗教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置應(yīng)落實教學(xué)大綱的內(nèi)容要求，形式靈活、生動。教學(xué)大綱的實驗項目設(shè)置驗證性實驗、設(shè)計性實驗、綜合性實驗的比例合理。本校EDA技術(shù)實驗課共包括5個實驗：MAX+plus軟件的操作、簡單組合邏輯電路、三八譯碼器的設(shè)計、LED點陣設(shè)計、交通燈實驗。在課堂教學(xué)方面力求內(nèi)容新穎、組織教學(xué)形式要創(chuàng)新?！暗谝还?jié)課”的教學(xué)設(shè)計力求深入淺出，注重精彩性、豐富性；“LED點陣顯示”實驗中，顯示圖案的可自行設(shè)定為常見字符、心形圖案等豐富的圖案。“交通燈顯示”實驗中，注重理論聯(lián)系實際，要求預(yù)習(xí)路口實際交通燈的切換方法?！敖M合邏輯電路的設(shè)計”實驗中，鼓勵學(xué)生描述自行設(shè)計的簡單運算，實施課堂加分。“三八譯碼器”實驗中，設(shè)置賦值語句的錯誤書寫，查看運行結(jié)果。鼓勵學(xué)生把優(yōu)秀的設(shè)計思路講出來，和大家分享，給他們展示的機會，增強自信心。課堂實驗的內(nèi)容安排首先要對理論知識回顧，采取提問討論等方式。對MAX+plusII軟件的常用操作規(guī)程書寫在板書固定位置。對于重點難點內(nèi)容采用圖表等方法講解，反復(fù)強調(diào)。學(xué)會使用和查詢軟件的幫助文件。

采取分層教學(xué)，對成績較好的學(xué)生增加設(shè)計題目，加深難度，對成績較低的同學(xué)注重基礎(chǔ)知識的講解，安排較簡單的題目。在布置實驗內(nèi)容時按學(xué)生能力不同，設(shè)置不同題目，這樣既能挖掘每個學(xué)生的潛力，又能避免報告抄襲。在教學(xué)過程中可引入與FPGA設(shè)計項目相關(guān)的各類大賽試題，突出實戰(zhàn)性和應(yīng)用性，營造你追我趕的學(xué)習(xí)氛圍。

課下與學(xué)生交流學(xué)習(xí)體會，開展教學(xué)效果調(diào)查，了解他們對本課程的掌握程度，發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問題，整理出調(diào)查結(jié)果，從而找出提高EDA技術(shù)實踐教學(xué)質(zhì)量的解決方案。

（四）加強學(xué)習(xí)團隊建設(shè)，鼓勵參加各類大賽

EDA技術(shù)的特點是仿真在時空上不受空間環(huán)境和時間制約，可便攜式調(diào)試，設(shè)計的主要工作都是依靠借助計算機完成的，使學(xué)生隨時開展設(shè)計和學(xué)習(xí)活動成為了可能。鼓勵推行學(xué)習(xí)團隊建設(shè)，提倡團隊成員課余時間研習(xí)較大設(shè)計題目，分工合作，相互支持，并給予附加成績加分。也可以在教師的科研項目中適度提取子課題由學(xué)生參與研究，并鼓勵學(xué)生申報國家專利、軟件著作權(quán)等，可發(fā)表省級刊物的論文等創(chuàng)新成果。

（五）實驗的科學(xué)管理與設(shè)備的更新

根據(jù)省級示范中心實驗中心環(huán)境與安全的指標要求，在EDA技術(shù)實驗室用房的智能化、人性化環(huán)境建設(shè)情況，安全與環(huán)保等方面都做了相應(yīng)的規(guī)劃和要求。EDA實驗室的所有實驗設(shè)備均涉及到用電安全，特別是EDA實驗箱下載線連接、適配板的搭載。另外，為了給學(xué)生提供一個人性化的實驗環(huán)境，EDA實驗室也十分重視衛(wèi)生、安全和環(huán)保等工作，備有國家、省、市、學(xué)校及實驗中心各項規(guī)章制度17例并遵照執(zhí)行。EDA實驗室房間使用面積72.18平方米，共有30臺PC機，17套EDA實驗箱，數(shù)字萬用表30件，實驗室寬敞、明亮，通風(fēng)良好，建立了衛(wèi)生管理細則，為學(xué)生提供了干凈、衛(wèi)生的實驗環(huán)境：

（1）EDA實驗室均使用地線，保證用電安全，鋪設(shè)地膠，為學(xué)生提供安全的實驗環(huán)境；

（2）配有安全滅火器，并定期對滅火器的情況進行檢查，保證中心的消防安全；

（3）建立了廢舊元器件專人收集保管、學(xué)校統(tǒng)一回收制度，有效避免亂扔廢舊元器件造成的環(huán)境污染，對課程常用器件設(shè)立器件展示柜，切實加強課程的認識理解教學(xué)。

實驗室硬件建設(shè)主要包括實驗儀器設(shè)備的購置。學(xué)院近年來定期對EDA實驗箱及適配板的運行情況實時檢測，對故障設(shè)備及時維修及必要購置。隨著芯片產(chǎn)品的不斷推陳出新，在課堂教學(xué)中推薦采用Cypress的PSOC產(chǎn)品，推出片上系統(tǒng)的概念，綜合了模擬電路及數(shù)字電路的設(shè)計技巧，提高學(xué)生的硬件設(shè)計水平。同時可根據(jù)國內(nèi)外大學(xué)最新的研究趨勢，適時將FPGA的適用產(chǎn)品列入教學(xué)采購計劃。

四、結(jié)論

EDA技術(shù)作為一門綜合性的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在省級實驗教學(xué)示范中心建設(shè)體系的指導(dǎo)下，以高校實踐教學(xué)管理與資源共享平臺為依托，需要不斷地豐富理論和實踐的內(nèi)容，進一步改革教學(xué)模式，以便更好地完善實驗教學(xué)體系和管理規(guī)程，努力提高學(xué)生實踐能力，這樣才能培養(yǎng)出符合時代要求的應(yīng)用型人才。作為以教學(xué)和應(yīng)用技能培養(yǎng)為主的本科院校，應(yīng)該充分認識到電子設(shè)計自動化技術(shù)對本科生的要求。只要堅持實驗教學(xué)改革跟上芯片設(shè)計發(fā)展的步伐，不斷完善更新教學(xué)內(nèi)容，加強教師隊伍建設(shè)，注重課堂教學(xué)改革的實效研究，提升學(xué)生開展科研創(chuàng)新活動，本著以“學(xué)以致用”的原則，一定能圓滿達到實驗教學(xué)的示范標準。

參考文獻：

[1]郭海麗.應(yīng)用型本科院校EDA技術(shù)課程教學(xué)改革探索[J].理論前沿，2014，（12）.

[2]艾明晶.基于自動設(shè)計方法的數(shù)字邏輯課程改革研究與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2012，（09）.