EDA技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)研究

王瑋

[摘 要]EDA技術(shù)基礎(chǔ)課程具有一定的難度，但對學(xué)生的就業(yè)競爭力有重要的影響。教師在教學(xué)中要選好編程語言，采用對比教學(xué)、案例教學(xué)等方法，循序漸進、拾級而上，要注重培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考和自主學(xué)習(xí)能力，讓學(xué)生在案例教學(xué)中感受到知識的價值，并進一步培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。

[關(guān)鍵詞]EDA；Verilog；對比教學(xué)；案例教學(xué)

[中圖分類號] G642 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）07-0027-02

隨著數(shù)字系統(tǒng)以摩爾定律的速度發(fā)展，IC設(shè)計領(lǐng)域已經(jīng)產(chǎn)生了翻天覆地的變化，從最初的手工搭建電路到高級別描述綜合電路的轉(zhuǎn)換，從原有的基于印制電路板的方式逐步向基于芯片的連接轉(zhuǎn)變。技術(shù)的變革使得電類專業(yè)課程設(shè)置上也隨之改變。目前，國內(nèi)電類專業(yè)均開設(shè)了EDA技術(shù)基礎(chǔ)這門課程。

EDA技術(shù)基礎(chǔ)是數(shù)字電路與邏輯設(shè)計的延伸，也是FPGA開發(fā)、數(shù)字IC設(shè)計的基礎(chǔ)，學(xué)好本門課程對學(xué)生后續(xù)深造以及就業(yè)能力的提升都有至關(guān)重要的作用。因此，EDA技術(shù)基礎(chǔ)往往是電類專業(yè)高年級學(xué)生非常重視的課程。要讓學(xué)生學(xué)好該門課程，不妨從以下幾個方面入手。

一、選好編程語言，做到輕松入門

VHDL語言是美國國防部在1985年推出的硬件描述語言，具有語法規(guī)范、體系完整、邏輯嚴謹?shù)忍攸c，于1987年被IEEE采納作為硬件描述語言標(biāo)準(zhǔn)之一。而Verilog HDL是一種與C語言相近的硬件描述語言，在C語言被廣泛應(yīng)用的學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界，Verilog HDL比較流行。考慮到學(xué)生的課程基礎(chǔ)以及應(yīng)用型人才所學(xué)知識在產(chǎn)業(yè)界的適用性，不妨以Verilog HDL語言為設(shè)計語言。

二、尊重學(xué)習(xí)規(guī)律，循序漸進教學(xué)

人的學(xué)習(xí)行為具有循序漸進的規(guī)律，在教學(xué)過程應(yīng)當(dāng)由簡單到復(fù)雜，先一般后特殊。比如，教師可在最初的教學(xué)中使用簡單的Verilog結(jié)構(gòu)，在學(xué)生掌握簡單設(shè)計后，再逐漸發(fā)展成一個個較復(fù)雜的例子。同時，在教學(xué)中可以先讓學(xué)生看懂教材中的例子，輸入驗證，并解釋仿真結(jié)果，將看懂教材例子作為自己模塊設(shè)計的基石。

三、注重對比教學(xué)，提升教學(xué)效果

對比教學(xué)是將一些具有某種聯(lián)系和區(qū)別的教學(xué)內(nèi)容放在一起進行對比、分析，找出其相同和不同之處，使學(xué)生在理解了一個學(xué)習(xí)內(nèi)容之后，很容易地通過類推、遷移掌握其他教學(xué)內(nèi)容，從而達到觸類旁通的教學(xué)目的。比如在設(shè)計組合邏輯電路時，將時序邏輯電路的設(shè)計與其對比，設(shè)計同步邏輯電路與異步邏輯電路對比。這樣學(xué)生既學(xué)會了組合邏輯電路的設(shè)計、時序邏輯電路的設(shè)計、同步邏輯電路的設(shè)計、異步電路的設(shè)計，又加深了對這幾種電路異同的理解，各知識點相互促進，讓學(xué)生印象深刻，理解透徹，大大提升了教學(xué)效果。

四、引入案例教學(xué)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

案例教學(xué)法是一種常見而富有成效的教學(xué)方法，在EDA技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)中采用案例教學(xué)就是將企業(yè)界、學(xué)術(shù)界真實應(yīng)用的電路系統(tǒng)作為案例進行課堂講解和分析研究的過程，是將實際例子作為教學(xué)媒介的一種教學(xué)方法。案例教學(xué)實質(zhì)上可歸為一種研究性學(xué)習(xí)，是以學(xué)生的自主性、探索性學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，從產(chǎn)業(yè)界所設(shè)計或生產(chǎn)的電路模塊中選擇研究對象，通過親身實踐獲得直接經(jīng)驗，掌握電路模塊的工作原理和設(shè)計方法。教學(xué)中采用案例教學(xué)法既豐富了課堂內(nèi)容，加深了學(xué)生對知識的掌握與理解，又讓學(xué)生切實體會到了知識的實際應(yīng)用，激發(fā)了學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)的熱情，為教學(xué)過程向縱深發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

比如在教學(xué)過程中可以引入CRC校驗碼產(chǎn)生器的設(shè)計、FIR濾波器的設(shè)計、交通燈信號控制器的設(shè)計、電梯控制器的設(shè)計等，這些例子既包含EDA設(shè)計的完整流程，又具有一定的實際應(yīng)用價值，是學(xué)生畢業(yè)以后可能會遇到的實際項目。這些鮮活的案例既能讓學(xué)生學(xué)會EDA相關(guān)知識，又能讓其體會到所學(xué)知識的應(yīng)用價值，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。

五、鼓勵獨立思考，培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力

在課堂教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生較少提問或提不出問題，他們大多是被動地接受，缺乏主動思考。學(xué)生不主動思考就不會發(fā)現(xiàn)問題，就不可能自我激發(fā)、主動探索。會思考是學(xué)生發(fā)展自主學(xué)習(xí)能力必備素養(yǎng)。會思考，方能發(fā)現(xiàn)問題，有問題才有切入點，才能不斷地自我激發(fā)并深入研究下去。課堂教學(xué)中教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，鍛煉他們的思維分析能力，幫助其養(yǎng)成良好的自主學(xué)習(xí)習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

在EDA技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，教師每教完一種模塊的設(shè)計后，都要要求學(xué)生模仿所學(xué)模塊，設(shè)計一個相似的但又有一些不同的模塊，促進學(xué)生思考。同時還需注意的是，盡管團隊學(xué)習(xí)是很重要的，但我們在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，開展團隊學(xué)習(xí)時往往會出現(xiàn)一個人學(xué)習(xí)、其他人旁觀，一個人動手、其他人拷貝的怪現(xiàn)象，團隊學(xué)習(xí)未能達到預(yù)期的效果，反而讓部分學(xué)生有了偷懶的機會。所以，教學(xué)中教師應(yīng)鼓勵獨立思考，讓每個學(xué)生都得到充分鍛煉，讓他們既學(xué)會具體的EDA知識，又養(yǎng)成獨立思考的習(xí)慣，提高自主學(xué)習(xí)的能力。

六、加強實驗教學(xué)，提升應(yīng)用技能

實驗教學(xué)既能檢驗學(xué)生對理論知識的掌握程度，又能鍛煉學(xué)生的實踐動手能力，在EDA技術(shù)基礎(chǔ)課程中有著舉足輕重的作用，一定要引起足夠的重視。實驗教學(xué)中，要求學(xué)生設(shè)計的電路模塊的規(guī)模要由小到大，難度要由低到高，逐步開展綜合性的實驗。教學(xué)中不能直接告訴學(xué)生電路模塊的實現(xiàn)方法和設(shè)計代碼，要采用啟發(fā)式教學(xué)法，圍繞著設(shè)計目標(biāo)引導(dǎo)學(xué)生進行資料搜集、分析，進行探究式學(xué)習(xí)，訓(xùn)練學(xué)生的思維能力，培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。綜合性較強的實驗項目要面向?qū)嶋H應(yīng)用，要有一定的復(fù)雜度，要讓學(xué)生在完成實驗的過程中體驗到規(guī)范性的電子設(shè)計步驟，從而在一定程度上培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程應(yīng)用技能。

在實驗教學(xué)中，要鼓勵學(xué)生用多種不同的方法去實現(xiàn)相同的邏輯功能，并引導(dǎo)學(xué)生分析各種方法在算法難易程度、運算速度、占用芯片面積等方面的優(yōu)劣點。學(xué)生做實驗的時候總會遇到問題，教師不要急于幫其解答，實驗就是一個試錯的過程，可以引導(dǎo)學(xué)生分析，促進學(xué)生思考，幫助學(xué)生對易錯點加深理解。實驗教學(xué)不能僅僅是驗證性的實驗，要設(shè)計一些源于教材而高于教材的實驗項目，讓學(xué)生在模仿、修改中逐步提升自己對設(shè)計的理解，提升自己的工程應(yīng)用技能。

七、改革考核方式，關(guān)注考核的有效性

EDA技術(shù)基礎(chǔ)是一門實踐性很強的課程，因此在該課程的考核環(huán)節(jié)中應(yīng)當(dāng)加大對實驗實踐環(huán)節(jié)的評價。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)評價通常以檢查學(xué)生的實驗報告為主要形式，而這種形式往往會導(dǎo)致一流的實驗報告，三流的實踐動手能力，不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高和實踐能力的培養(yǎng)。因此，制定出合理的評價體系對激發(fā)學(xué)生的積極性和主動性、提高學(xué)習(xí)效果非常重要。

據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗，我們采取如下的評價體系。該評價體系主要包括兩部分，即理論考試和實驗考核，其中理論考試占比50%，實驗考核占比50%；實驗考核分別為實驗前的準(zhǔn)備、實驗中的態(tài)度和操作以及實驗后期對結(jié)果的分析與整理。需要特別強調(diào)的是，對實驗結(jié)果的分析是整個實驗環(huán)節(jié)中非常重要的部分，這一點很容易被忽略。在EDA實驗中，實驗結(jié)果往往以0或1組成的各種代碼給出，并不是那么容易就能看出其正確與否的。能否正確分析實驗結(jié)果，解釋其正確的原因，闡述其錯誤的理由是檢驗學(xué)生對相關(guān)知識點掌握程度的一種較好的評價方法，這一點應(yīng)該引起足夠的重視。

總之，EDA技術(shù)基礎(chǔ)對學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)有很大的幫助，對學(xué)生的就業(yè)競爭力有至關(guān)重要的影響。該課程有一定的難度，教學(xué)中要找好切入點，選對教學(xué)法，循序漸進、拾級而上。該課程具有較強的實踐性，教學(xué)中應(yīng)當(dāng)適時引入業(yè)界應(yīng)用案例，讓學(xué)生在案例教學(xué)中感受到知識的價值和鉆研的樂趣，并進一步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)欲望。

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[責(zé)任編輯：劉鳳華]