項(xiàng)目化教學(xué)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(xué)院 黑龍江哈爾濱 150069

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項(xiàng)目化教學(xué)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(xué)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(xué)方法改革進(jìn)行了深入研究，通過項(xiàng)目化教學(xué)方法應(yīng)用的示例詳細(xì)介紹了實(shí)施方法和步驟。學(xué)生在包括電路開發(fā)全過程的項(xiàng)目中學(xué)習(xí)EDA技術(shù)，不僅高質(zhì)量地完成課程教學(xué)目標(biāo)要求，同時全面提高了學(xué)生實(shí)踐能力以及分析、解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目化；教學(xué)方法；EDA技術(shù)

EDA(Electronic Design Automation，電子設(shè)計(jì)自動化)技術(shù)是電子信息類專業(yè)應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)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(jìn)行知識傳授，更要注重實(shí)用技能培養(yǎng)，學(xué)生在掌握理論知識的同時，又要具備較強(qiáng)的實(shí)踐能力。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠具備完成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉呻娐吩O(shè)計(jì)、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(xiàng)目化教學(xué)在EDA技術(shù)課程中的實(shí)施是一個將應(yīng)用型電子信息人才培養(yǎng)目標(biāo)具體化的工程，改變教學(xué)模式，對教學(xué)體系、課程設(shè)置、教材建設(shè)進(jìn)行全面改進(jìn)，同時也對教師和學(xué)生的各項(xiàng)能力都提出了更高的要求。項(xiàng)目化教學(xué)法的運(yùn)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(biāo)的要求，具有較高的應(yīng)用價(jià)值[1]。

1 項(xiàng)目化教學(xué)方法在EDA技術(shù)課改中的優(yōu)勢

項(xiàng)目化教學(xué)方法是學(xué)生獨(dú)立完成一個相對獨(dú)立的項(xiàng)目，負(fù)責(zé)從信息的收集、方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施、項(xiàng)目完成后的評價(jià)全過程，而教師只起到咨詢、指導(dǎo)與解答疑難問題的作用。這種方法的運(yùn)用可以將理論和實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來，從而達(dá)到提高綜合實(shí)踐能力、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造潛能的目的[2]。

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

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

2 項(xiàng)目化教學(xué)方法的實(shí)施步驟

2.1 項(xiàng)目化理論教學(xué)

實(shí)施以項(xiàng)目為導(dǎo)向的教學(xué)方法，可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析和解決實(shí)際問題的能力。在EDA課程教學(xué)中，首節(jié)課以課程概述為主，其他課時均以各個項(xiàng)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(xué)內(nèi)容。

例如，“用VHDL語言設(shè)計(jì)半加器以及全加器”項(xiàng)目，可完成 MAX+PlusⅡ軟件的學(xué)習(xí)，原理圖及語言設(shè)計(jì)的全過程一目了然；“中等規(guī)模數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)及拓展”項(xiàng)目，可以進(jìn)一步加強(qiáng)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(xué)生嘗試性地進(jìn)行修改程序以及編寫功能拓展程序；“計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)及功能拓展”項(xiàng)目，可以進(jìn)一步明確自上而下的設(shè)計(jì)理念，學(xué)生根據(jù)自己的想法設(shè)計(jì)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以將功能拓展到構(gòu)建數(shù)字電子鐘，最終實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)。

2.2 項(xiàng)目化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

理論知識的掌握程度與實(shí)踐教學(xué)的效果是密不可分的，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要兼顧學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)和學(xué)習(xí)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(xiàng)目，讓學(xué)生參與每個模塊的設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試等具體實(shí)現(xiàn)過程，達(dá)到以實(shí)踐強(qiáng)化理論學(xué)習(xí)的目的。

2.3 理論課堂走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室

近幾年，各高校對實(shí)驗(yàn)室建設(shè)倍加重視，多媒體實(shí)驗(yàn)室數(shù)量逐年增加，這樣使小班制教學(xué)甚至一人一機(jī)成為現(xiàn)實(shí)。全部課程在多媒體實(shí)驗(yàn)室進(jìn)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(xué)生也有課更加充分的時間進(jìn)行實(shí)踐操作練習(xí)，在學(xué)中做，在做中學(xué)，興趣和能力都得到了極大的提高。另外，復(fù)雜的項(xiàng)目訓(xùn)練，可將學(xué)生分組，以團(tuán)隊(duì)工作的形式完成項(xiàng)目，還可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和溝通能力[4]。

2.4 考核方式

項(xiàng)目化教學(xué)模式下，不僅教學(xué)方法要改革，考核方式也要進(jìn)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(xué)生能力。采用筆試和實(shí)踐考核相結(jié)合的方式對學(xué)生進(jìn)行考核，分別占40%和60%，將基本概念和理論進(jìn)行筆試，而實(shí)踐考核貫穿于項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程，引起學(xué)生對實(shí)踐的重視，也更有利于督促學(xué)生不斷提高自身的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

3 項(xiàng)目化教學(xué)方法在EDA教學(xué)中的應(yīng)用示例

以EDA課程中Proteus軟件教學(xué)為例，傳統(tǒng)教學(xué)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(xué)生不僅感覺枯燥乏味，更不知道控件具體如何運(yùn)用。應(yīng)用項(xiàng)目化教學(xué)方法，可以對軟件的基本概況及功能進(jìn)行簡單介紹后，將電路設(shè)計(jì)項(xiàng)目融合于軟件功能教學(xué)的全過程，不同情況應(yīng)使用哪種控件一目了然，可以使學(xué)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(jī)控制的數(shù)字電子鐘項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)行Proteus軟件教學(xué)，簡述教學(xué)過程。

3.1 明確設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)任務(wù)

引導(dǎo)學(xué)生通過對數(shù)字電子鐘功能要求進(jìn)行分析，明確設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)任務(wù)，步驟如下：

(1)通過對單片機(jī)、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(shí)現(xiàn)方法。

(2)設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件，運(yùn)用Proteus軟件進(jìn)行電路圖繪制及軟件編程。

(3)進(jìn)行Proteus仿真，分析仿真結(jié)果。

3.2 引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與實(shí)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(jī)。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(jī)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(xué)生需要運(yùn)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(jìn)行深入學(xué)習(xí)及研究，從而根據(jù)功能要求進(jìn)行各部分電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

在控制方法上引導(dǎo)學(xué)生利用單片機(jī)知識實(shí)現(xiàn)所需功能。例如當(dāng)有按鍵按下時，輸出給單片機(jī)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(jī)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(jī)送出一組斷續(xù)的電脈沖信號實(shí)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(jì)后，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)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(yùn)行相應(yīng)命令再根據(jù)系統(tǒng)提示的錯誤檢查報(bào)告，進(jìn)行原理圖的修改。這一過程可以使學(xué)生快速熟悉軟件的原理圖繪制功能。

圖1 基于單片機(jī)控制的數(shù)字時鐘電路

3.3 指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)軟件編程及仿真調(diào)試

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

3.4 項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)結(jié)果的考核

在整個教學(xué)過程結(jié)束后，要求學(xué)生對整個設(shè)計(jì)過程進(jìn)行認(rèn)真總結(jié)，形成詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括硬件電路的設(shè)計(jì)原理、詳細(xì)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(jìn)行綜合評價(jià)給出合理分?jǐn)?shù)，作為本門課程實(shí)踐考核的一部分。

4 結(jié)束語

通過 “在做中學(xué)”的項(xiàng)目化教學(xué)模式的開展，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程轉(zhuǎn)換為項(xiàng)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(jì)以及調(diào)試，在教師精心設(shè)計(jì)的EDA技術(shù)實(shí)用項(xiàng)目實(shí)踐中積極主動地學(xué)習(xí)，同時將多門專業(yè)課程的理論與實(shí)踐知識綜合運(yùn)用起來，電路設(shè)計(jì)的成功，使學(xué)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(xué)生的創(chuàng)造潛能。項(xiàng)目化教學(xué)方法的應(yīng)用，有利于各種相關(guān)教學(xué)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(qiáng)有力的推動作用。

參考文獻(xiàn)

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[5] 崔莉．EDA技術(shù)[M].武漢:華中科技大學(xué)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(xiàng)目：黑龍江省高等教育學(xué)會“十二五”高等教育科研課題資助(編號：14Q158)。