EDA技術課程職業(yè)化的教學改革思考

王美妮 趙偉 戴禎德 李響 吳曉雪

摘 要：在本科教學中，學生缺少就業(yè)前瞻、傳統(tǒng)教材所授知識與就業(yè)所需之間銜接斷層是亟需解決的重要問題。為把握課程教學與崗位技能的對應關系，深入了解學科與就業(yè)的有效承接途徑，本文以EDA課程職業(yè)化為例，提出教學改革思路。通過分析信息技術崗位人才需求，提出課程職業(yè)化改革的有效途徑，實踐證明能夠增強學生學習動力，提高就業(yè)率。

關鍵詞：就業(yè)；課程職業(yè)化；改革途徑

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A

文章編號：2096-1472（2018）-11-52-03

1 引言（Introduction）

考察當代各國高校課程改革，大致有如下幾個總的趨勢：一是課程內(nèi)容的綜合化；二是課程設置和實施的多樣化；三是課程性質(zhì)的職業(yè)化。職業(yè)化是當代各國高校課程改革的一種傾向。這種傾向之所以出現(xiàn)，是多方面因素造成的。職業(yè)方向性已成為許多國家高校課程的重要目標。其次，心理學、教育學的研究也屢屢揭示：那些具有較強職業(yè)目的性的學生，在事業(yè)上、學習上也往往更易獲得成功[1]。

由于電子技術的飛速發(fā)展，使得基于EDA技術（電子設計化）的電子系統(tǒng)設計方法得以廣泛應用。EDA技術已成為現(xiàn)代系統(tǒng)設計和電子產(chǎn)品研發(fā)的有效工具，成為電子工程師應具備的基本能力。電子設計自動化技術是在計算機平臺上利用計算機圖形學、拓撲邏輯學、計算數(shù)學，以及人工智能等多種計算機應用技術的最新成果基礎上而開發(fā)出來的一種電子系統(tǒng)設計工具，同時相應提出了先進的電子系統(tǒng)設計方法，是一種幫助電子設計工程師更加有效地從事電子產(chǎn)品和系統(tǒng)設計的綜合技術。

針對電子信息專業(yè)本科生而言，EDA技術課程職業(yè)化傾向滲透在課程的各個方面，為拓寬就業(yè)途徑，適應行業(yè)發(fā)展規(guī)律，該課程的職業(yè)化研究勢在必行。

2 研究現(xiàn)狀（Research status）

2.1 EDA技術的行業(yè)特征和高校教學推進情況

從目前的EDA技術來看，其發(fā)展趨勢是政府重視、使用普及、應用廣泛、工具多樣、軟件功能強大。中國EDA市場已漸趨成熟，不過大部分設計工程師面向的是PCB制板和小型ASIC領域，僅有小部分（約11%）的設計人員開發(fā)復雜的片上系統(tǒng)器件。為了與臺灣和美國的設計工程師形成更有力的競爭，中國的設計隊伍有必要引進和學習一些最新的EDA技術。中國自1995年以來加速開發(fā)半導體產(chǎn)業(yè)，先后建立了幾所設計中心，推動系列設計活動以應對亞太地區(qū)其他EDA市場的競爭。

在EDA軟件開發(fā)方面，目前主要集中在美國。但各國也正在努力開發(fā)相應的工具。日本、韓國都有ASIC設計工具，但不對外開放。中國華大集成電路設計中心，也提供IC設計軟件，但性能不是很強。相信在不久的將來會有更多更好的設計工具在各地開花并結(jié)果。據(jù)最新統(tǒng)計顯示，中國和印度正在成為電子設計自動化領域發(fā)展最快的兩個市場，年復合增長率分別達到了50%和30%。

EDA在教學、科研、產(chǎn)品設計與制造等各方面都發(fā)揮著巨大的作用。在教學方面，幾乎所有理工科（特別是電子信息）類的高校都開設了EDA課程。主要是讓學生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL語言編寫規(guī)范、掌握邏輯綜合的理論和算法、使用EDA工具進行電子電路課程的實驗驗證并從事簡單系統(tǒng)的設計。一般學習電路仿真工具（如MultiSIM、PSPICE）和PLD開發(fā)工具（如Altera/Xilinx的器件結(jié)構(gòu)及開發(fā)系統(tǒng)），為今后工作打下基礎。科研方面主要利用電路仿真工具（MultiSIM或PSPICE）進行電路設計與仿真；利用虛擬儀器進行產(chǎn)品測試；將CPLD/FPGA器件實際應用到儀器設備中；從事PCB設計和ASIC設計等。

2.2 行業(yè)崗位需求

根據(jù)歷年網(wǎng)絡及各求知機構(gòu)發(fā)布職業(yè)需求信息，從事電子設計自動化設計的崗位需求數(shù)量不斷增多，崗位技能要求逐年多元和嚴格。如大唐電信2017年3月發(fā)布的需求信息：請詳細填寫教育經(jīng)歷（例如：項目經(jīng)歷、社團活動、學習成績、在校獎懲等）和工作經(jīng)歷（例如：項目經(jīng)歷、工作職責及業(yè)績、考核成績、培訓經(jīng)歷等）。具體要求：（1）負責設計及驗證LTE基帶物理層、數(shù)字中頻、通信接口等方面的FPGA模塊；（2）負責設計文檔、接口文檔及仿真測試文檔的編寫；（3）負責RTL代碼及仿真測試向量的編寫；（4）負責FPGA的邏輯及物理綜合；（5）負責各測試階段中FPGA方面的測試和支持；（6）已有設備的技術支持。

來自51job的電子工程師用工信息如下，任職要求：（1）通信、信號與信息處理、電子工程、自動控制、微電子、圖像處理等相關專業(yè)，本科兩年以上，碩士一年以上 FPGA邏輯設計和調(diào)測經(jīng)驗，有LTE物理層協(xié)議開發(fā)經(jīng)驗尤佳；（2）熟悉數(shù)字信號處理或通信接口協(xié)議，熟悉LTE物理層協(xié)議尤佳；（3）精通數(shù)字電路設計；（4）熟悉FPGA或ASIC設計流程，熟練掌握VHDL或Verilog設計語言；（5）初步掌握FPGA設計工具，包含功能仿真、綜合和實現(xiàn)，同時具備基本的調(diào)試技能；（6）良好的分析與解決問題的能力；（7）良好的團隊意識，和責任心；（8）良好的英語閱讀能力。

2.3 問題來源

2.3.1 人才培養(yǎng)目標界定模糊

（1）專業(yè)培養(yǎng)目標不清晰，對人才培養(yǎng)內(nèi)在規(guī)律的研究和把握不足；

（2）學生學習效果及畢業(yè)時到底應該收獲哪些專業(yè)知識，應用能力和從業(yè)素質(zhì)等沒有明確的預判和把握。

2.3.2 教學體系建設有待完善

（1）課程與項目體系未經(jīng)一體化設計，不能支撐人才培養(yǎng)目標達成；

（2）課程內(nèi)容滯后與技術發(fā)展，與產(chǎn)業(yè)界需求脫節(jié)；

（3）學習環(huán)境閉塞單一，缺少企業(yè)真實環(huán)境的工程實踐場所及訓練體系；

（4）教學與學習模式僵化，學生被動接受知識灌輸，效率低下；

（5）教師實踐經(jīng)驗缺乏，普遍理論知識較強但缺乏應有的企業(yè)應用實踐經(jīng)驗。

2.3.3 培養(yǎng)結(jié)果缺乏專業(yè)測評

（1）學習效果評估體系不科學，未形成基于崗位需求的學生能力成熟模型；

（2）學習考核方式不合理，考核方法單一，考核問題覆蓋面窄，偏基礎偏理論；

（3）專業(yè)評估體系不完善，缺少與行業(yè)標準相結(jié)合的專業(yè)與課程評估體系。

3 實施課改職業(yè)化的有效途徑（Effective ways to carry out curriculum reform professionalization）

課程職業(yè)化的思想精髓是以就業(yè)為導向為社會輸送合格的職場人才，因而信息技術學科的職業(yè)化必是未來教學改革的重點內(nèi)容。電子設計自動化教學兼具理論教學與實踐實訓的雙重任務，這就要求在教學過程中不僅要加強基礎知識的講解，更要重視對學生電子設計的實際應用能力的培養(yǎng)。

3.1 精準定位人才培養(yǎng)目標

為社會輸送研究型、應用型人才是本科教育的最終培養(yǎng)目標和踐行教育服務社會本質(zhì)。為充分提高就業(yè)水平，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，在教育教學實施過程中，工科專業(yè)課程與項目只有通過一體化設計，才能支撐人才培養(yǎng)目標達成；若課程內(nèi)容滯后于技術發(fā)展、與產(chǎn)業(yè)界需求脫節(jié)，缺少企業(yè)真實環(huán)境的工程實踐場所及訓練體系，勢必會造成教學與學習模式僵化，學生被動接受知識灌輸，效率低下。EDA技術課程堅持職業(yè)化的定位要貫穿始終，授課教師應該在思想觀念上科學認識課程教學，課程目標應該定位為整個職業(yè)領域，使實踐教學環(huán)節(jié)更加貼近經(jīng)濟社會。

3.2 構(gòu)建職業(yè)化課改體系

以職場所需的崗位人才素質(zhì)為出發(fā)點，以提高學生的就業(yè)率和就業(yè)質(zhì)量為改革目標，構(gòu)建符合社會就業(yè)價值的職業(yè)化課改體系[2]。在展開企業(yè)調(diào)研后，電信專業(yè)負責人應召開人才培養(yǎng)方案制定研討會，邀請企業(yè)負責人提出建議和意見，培養(yǎng)目標—修訂教學標準—調(diào)整課程設置和學時安排—適當增加綜合性實驗項目的內(nèi)容。在課改中，還需要與眾多專業(yè)教師溝通，明確電子設計課程的教學思路，使課程改革與專業(yè)接軌、與行業(yè)連接，在開展電信專業(yè)知識教學的同時著重對學生進行設計工具運用能力的訓練，合理組織教學。在實習實訓環(huán)節(jié)中，導入信息技術企業(yè)工作制度介紹，著力解決企業(yè)需求的本科生基本素質(zhì)、基礎知識、業(yè)務技能等方面的提升設計，實施類同企業(yè)的績效管理考核制度：對員工達成何種目標，為什么達成這種目標，通過檢驗和評價的手段，幫助和促進員工取得成績管理過程，并完成對員工素質(zhì)評價，形成結(jié)果反饋總結(jié)。

3.3 與專業(yè)課程融合，充分發(fā)揮虛擬實驗教學特色

提倡學生三五個人組成線下虛擬工作小組，針對本課程的就業(yè)需求開展調(diào)研和討論活動，定期研討課程主題內(nèi)容。在復旦大學數(shù)學科學院，如今有一大批“無學分”課程討論班，也可邀請老師參加，針對某一論文或者某一問題自己組織討論[3]。實踐證明這種形式讓學生獲益良多，少走彎路，是課下生生互動、師生互動、解決問題的有利推手。實踐實習環(huán)節(jié)，提前引入實訓演練APP軟件，引入技術研發(fā)方法介紹、生產(chǎn)周期、崗位設定及人員組織流程、技術更新方法，虛擬工作小組成員自主學習APP，模擬EDA技術相關企業(yè)工作流程，提前演練就業(yè)狀態(tài)、完成知識和技能儲備。在軟件輔助學習資料中可增加設計流程參考，如圖1和圖2所示。

3.4 加強課程實訓基地建設

實訓基地在本科教學中具有重要的作用和實踐價值，集教學功能、培訓功能、科研功能為一體的教學形式。EDA課程相關的實訓基地選擇要求學生在校期間就能完成就業(yè)崗位所需的崗位能力訓練，校內(nèi)實踐教學基地不僅成為學生掌握基本專業(yè)技能的場所，還應加強現(xiàn)場模擬教學的組織與設計，提供一個與實際職業(yè)崗位相貼近的技能訓練空間，讓學生在有目標的實踐訓練前提下，通過一些設計性、探索性、開發(fā)性、工藝性和綜合性等的模擬訓練，使學生到達就業(yè)崗位后，不會對所處的環(huán)境，所遇到的工藝、技術、設備、生產(chǎn)組織管理等問題感到陌生，從而縮短了崗位適應期。同時培養(yǎng)并逐步使學生形成運用理論知識解決實際問題的專業(yè)技術應用能力，發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的方法能力，良好的工作品質(zhì)和職業(yè)道德的個人能力，以及與人協(xié)作、交往的社會能力，使之具備實踐性強和有利于綜合職業(yè)能力培養(yǎng)的特點。學校要堅持以學生為本，加強對學生的指導和服務，并建立科學有效的評價制度，定期了解學生對教學、管理、服務的意見和建議，不斷改進教學工作，提高滿意度。

學校要建立對社會用人單位和畢業(yè)生的跟蹤調(diào)查機制，定期了解社會用人部門的需求和畢業(yè)生的反映，并根據(jù)反饋信息對專業(yè)設置、培養(yǎng)目標、培養(yǎng)規(guī)格、培養(yǎng)方案、培養(yǎng)方法等進行調(diào)整及改進。

3.5 FPGA設計的典型工程問題

明確典型工程問題也是本科課程職業(yè)化的重要教學內(nèi)容，只有將實際問題引入教學，才能使學生進一步走進工程實踐、提高解決問題的能力和儲備解決方案。針對EDA技術中的FPGA工程設計環(huán)節(jié)，合理設計系統(tǒng)的時序是提高設計質(zhì)量的關鍵。信號在FPGA器件內(nèi)部通過連線和邏輯單元時，都有一定的延時。所以我們必須檢查設計中所有時鐘、清零和置位等對毛刺敏感的輸入端口，確保輸入不會含有任何毛刺。任何一點毛刺都可能會使系統(tǒng)出錯，因此判斷邏輯電路中是否存在冒險，以及如何避免冒險是設計人員必須要考慮的問題。通過改變設計，破壞毛刺產(chǎn)生的條件，來減少毛刺的發(fā)生。有時候我們需要對信號進行延時處理來適應對外接口的時序關系，最經(jīng)常也是最典型的情況是做處理機的接口；因為與處理的接口時序關系是異步的，而一個規(guī)范的FPGA設計應該是盡可能采用同步設計。首先在FPGA中要產(chǎn)生延時，信號必須經(jīng)過一定的物理資源。同步電路的速度是指同步系統(tǒng)時鐘的速度，同步時鐘愈快，電路處理數(shù)據(jù)的時間間隔越短，縮短觸發(fā)器間組合邏輯的延時時間是提高同步電路速度的關鍵所在。在設計FPGA時通常采用幾種時鐘類型。時鐘可分為如下四種類型：全局時鐘、門控時鐘、多級邏輯時鐘和波動式時鐘，選取可靠的時鐘是非常關鍵的。綜上可歸結(jié)的主要工程問題如下：

（1）建立時間和保持時間。

（2）FPGA中的競爭和冒險現(xiàn)象＼如何處理毛刺。

（3）同步復位與異步復位，F(xiàn)PGA設計中的同步設計。

（4）鎖存器、觸發(fā)器和寄存器。

（5）FPGA設計中的延時電路的產(chǎn)生。

（6）系統(tǒng)最高速度計算（最快時鐘頻率）和流水線設計思想。

（7）FPGA中的時鐘設計： 全局時鐘、門控時鐘、多級邏輯時鐘、行波時鐘。

3.6 FPGA設計實踐課的評價機制

實驗教學是高等學校本科教學的重要組成部分，對于培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際能力，實現(xiàn)素質(zhì)教育和創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標有著重要作用。實驗教學評價貫穿實驗教學的所有環(huán)節(jié)，主要考察學生的學習效果和教師的教學能力。從教與學的角度對實驗教學目標、內(nèi)容、過程、條件和效果做出好與壞、優(yōu)與劣的評價[4]。

課程走向職業(yè)化，評價機制應兼顧校內(nèi)評價和校外評價，使得教學過程更具有適用性和針對性。課內(nèi)評價除了課堂表現(xiàn)、出勤、報告及考試等方面，應參考學生創(chuàng)新成果、各級競賽、論文發(fā)表及科研參與等因素。課外評價要與企業(yè)實踐相掛鉤，做到實習跟蹤、接收企業(yè)反饋等環(huán)節(jié)。

4 結(jié)論（Conclusion）

課程職業(yè)化是一項系統(tǒng)工程。我院經(jīng)過人才培養(yǎng)目標定位、構(gòu)建職業(yè)化課程體系、教學改革研究，在課程職業(yè)化方面取得初步成效。在EDA教學方面，教學引入FPGA前沿資料，新型FPGA——浮點運算能效、計算過程能耗、連接性與延遲性、工程成本各方面進行介紹。學校將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)教育深度融合；加大教學經(jīng)費投入，建立具有行業(yè)背景、產(chǎn)業(yè)特色的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地，支持大學生開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動；采取有效激勵和保障措施，引導教師積極指導大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃和科技創(chuàng)新競賽。深化高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革，大力促進大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)是加快實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的迫切需要，是推進高等教育綜合改革的著力點和突破口[5]。2012年至2018年共立項“大創(chuàng)計劃”87項，其中國家級12項目，省級14項目，校級61項目。參與老師30余人，其中副高職稱以上17人，參與學生涉及我院電信工程、自動化、計算機科學與技術三個專業(yè)及其他學院部分專業(yè)，人數(shù)多達百余名本科生。大創(chuàng)參與活動中將近50%的學生開展EDA課程職業(yè)化改革探索，是課程職業(yè)化改革的有力參與者。

我院創(chuàng)建了大連雨霖科技有限公司等諸多校企合作基地，學生和老師每學年在專業(yè)實踐環(huán)節(jié)深入企業(yè)開展實習與研討工作。在近年來的就業(yè)工作中，實施EDA課程職業(yè)化改革后，電信專業(yè)就業(yè)率連創(chuàng)歷年新高。在今后工作中，就如何做好課程職業(yè)化還有更深入的工作要繼續(xù)研究和探討，比如如何合理分配經(jīng)費實施更有效的課程改革，如何做好培養(yǎng)計劃，如何科學歸納和評價現(xiàn)有課程職業(yè)化的研究成果都是未來階段面臨的問題。

參考文獻（References）

[1] 葉立群.高等教育學[J].中國教育學會教育學研究會，福建教育出版社，2013（10）：118.

[2] 李偉.基于SW0T分析開展高職英語課程職業(yè)化改革[J].天津電大學報，2017，21（3）：52-55.

[3] 姜泓冰.廣培苗圃，也滴灌英才[N].人民日報，2018-9-10.

[4] 王墨林.FPGA課程創(chuàng)新型實驗教學體系的實踐[J].實驗科學與技術，2018，16（4）：139.

[5] 朱泓.審核評估內(nèi)涵解析及自評自建工作要點[R].大連海洋大學藍色講壇，2017，9.

作者簡介：

王美妮（1978-），女，碩士，講師.研究領域：電子與通信工程.

趙 偉（1978-），男，碩士，副教授.研究領域：計算機應用.本文通訊作者.

戴禎德（1996-），男，本科生.研究領域：電子與通信工程.

李 響（1983-），男，碩士，講師.研究領域：信息技術處理.

吳曉雪（1989-），女，碩士，講師.研究領域：自動控制技術.