新工科背景下《EDA技術(shù)應(yīng)用訓(xùn)練》課程改革

梁洪衛(wèi) 王秀芳 闞玲玲 張秀艷 陳雪松

摘要：EDA技術(shù)類課程在電子信息類專業(yè)中地位越來越重要，實踐性、綜合性較強，適合于新工科背景下培養(yǎng)高校學(xué)生的工程實踐能力。本文旨在通過課程教學(xué)內(nèi)容修訂、實驗室建設(shè)兩個方面的研究，改善教學(xué)效果，真正培養(yǎng)出具備職業(yè)能力及創(chuàng)新精神的應(yīng)用型人才，并通過教學(xué)實踐取得了一定的成績。

關(guān)鍵詞：新工科；EDA技術(shù)；工程能力培養(yǎng)；實驗室建設(shè)

當前，我國的新經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，對工程科技人才提出了更高要求，要求高等教育機構(gòu)革新傳統(tǒng)工科教育理念、目標、內(nèi)容和模式，迎接經(jīng)濟新常態(tài)對工程技術(shù)人才的挑戰(zhàn)，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神、態(tài)度、技能和知識的新工科人才，即“新工科”建設(shè)戰(zhàn)略[1][2]。東北石油大學(xué)在此背景下，開展了重點課程建設(shè)，在人才培養(yǎng)、產(chǎn)教結(jié)合、科研服務(wù)等方面都取得了長足的進步。

根據(jù)“新工科”人才培養(yǎng)的要求，傳統(tǒng)工科專業(yè)實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)改革勢在必行。EDA技術(shù)是電子信息類專業(yè)學(xué)生的必修課，我校通信工程專業(yè)已開設(shè)《EDA技術(shù)與應(yīng)用》課程多年，通過以往的教學(xué)情況發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的授課效果不理想，根據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)問題在于知識抽象、教學(xué)資源不足、實踐學(xué)時分配較少、考核方式單一等[3]。本文旨在通過對課程內(nèi)容修訂改變傳統(tǒng)的授課形式，以學(xué)生為中心進行實驗室建設(shè)，改善EDA技術(shù)課程的教學(xué)效果，真正做到產(chǎn)學(xué)研用緊密結(jié)合，將該課程建設(shè)成為符合產(chǎn)業(yè)需求、技術(shù)發(fā)展的重點課程。

1.以工程實踐能力培養(yǎng)為目標，修訂教學(xué)內(nèi)容

EDA技術(shù)課程是電子信息類專業(yè)學(xué)生的必修課，該課程涵蓋了EDA技術(shù)設(shè)計流程、大規(guī)模可編程邏輯器件結(jié)構(gòu)、硬件描述語言、EDA設(shè)計工具、實驗開發(fā)系統(tǒng)等方面的內(nèi)容，該類課程門綜合性、實踐性較強，通過本課程的學(xué)習可以提升學(xué)生學(xué)習電子電路設(shè)計的興趣，培養(yǎng)學(xué)生主動探索、團結(jié)協(xié)作的精神[4]。

1.1現(xiàn)狀分析

我校通信工程專業(yè)自2008年開設(shè)《EDA技術(shù)與應(yīng)用》課程以來，存在理論教學(xué)與實踐教學(xué)相分離的狀況。課程總學(xué)時為40學(xué)時，其中理論學(xué)時32，實踐學(xué)時8，教師在教學(xué)過程中注重理論知識的傳授，實踐教學(xué)內(nèi)容較少。并且，實踐教學(xué)以驗證性實驗為主，并沒有讓學(xué)生真正理解理論知識。因此當前該課程的教學(xué)內(nèi)容及組織形式急需改革。

1.2教學(xué)內(nèi)容修訂

我校通信工程專業(yè)在2017版培養(yǎng)方案的制定中，將專業(yè)理論課《EDA技術(shù)及應(yīng)用》修訂為集中實踐課《EDA技術(shù)應(yīng)用訓(xùn)練》，以加強該課程的實踐教學(xué)。

（1）注重培養(yǎng)職業(yè)能力

對基于EDA技術(shù)典型工作崗位的職業(yè)能力進行分解，要勝任該崗位需掌握以下知識點：硬件電路結(jié)構(gòu)與硬件描述語言之間的關(guān)系、器件結(jié)構(gòu)與HDL描述方法的關(guān)系、開發(fā)工具、FPGA設(shè)計流程、資源估算、良好的設(shè)計思路等[5]。要使學(xué)生熟練掌握這些知識點，成為一個合格的EDA技術(shù)類工程師，教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)重點做如下改革：（一）詳細介紹FPGA/CPLD設(shè)計流程，培養(yǎng)良好的EDA設(shè)計習慣。（二）設(shè)計輸入選擇VHDL語言，原理圖輸入、狀態(tài)機輸入簡單介紹，學(xué)習之初培養(yǎng)Coding Style的意識。（三）培養(yǎng)系統(tǒng)觀念、硬件設(shè)計意識。（四）掌握一個EDA開發(fā)軟件及實驗平臺的使用，例如：Quartus II、ISE等。

（2）理論教學(xué)實踐操作同步進行

教學(xué)內(nèi)容修訂后，注重工程實踐及職業(yè)能力培養(yǎng)，采用全程實驗室授課方式，理論教學(xué)實踐教學(xué)同時進行，課上配備電腦、實驗開發(fā)板、投影儀，教師與學(xué)生之間邊教邊學(xué)邊做，將理論應(yīng)用于實踐，在實踐中驗證原理，增強職業(yè)技能的培養(yǎng)。

2.EDA技術(shù)實驗平臺的搭建及項目化教學(xué)方法的實施

2.1EDA技術(shù)實踐教學(xué)現(xiàn)狀

目前，在EDA技術(shù)實踐教學(xué)中存在如下問題：

學(xué)生動手能力差：大部分學(xué)生實驗前不預(yù)習，實驗中編譯出錯時，無法獨立完成調(diào)試，即使找到錯誤位置，也由于對VHDL程序的整體結(jié)構(gòu)、編程思想不清楚，依賴老師挑錯，缺乏獨立思考和解決問題的能力，自身的實踐能力和解決問題能力沒有得到有效的提升[6]。

實戰(zhàn)性訓(xùn)練較少：EDA技術(shù)類課程實踐性強，但目前課程設(shè)置的綜合性、設(shè)計性實驗項目少，難度低，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.2EDA技術(shù)實踐教學(xué)改革

針對以上問題，我校《EDA技術(shù)應(yīng)用訓(xùn)練》課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中做如下改進：

（1）創(chuàng)建Altera聯(lián)合實驗室，開設(shè)多層次實驗項目：購置DE2-115實驗開發(fā)套件30套，用于建設(shè)EDA技術(shù)應(yīng)用實訓(xùn)實驗室，并申請建立Altera聯(lián)合實驗室。根據(jù)DE2-115實驗開發(fā)平臺的特點設(shè)置了基礎(chǔ)性、設(shè)計性、綜合性多個層次的實驗項目。

（2）引導(dǎo)學(xué)生參加競賽，提升項目開發(fā)能力

引導(dǎo)學(xué)生積極參與Altera亞洲創(chuàng)新設(shè)計大賽、全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽等活動，以實際項目開發(fā)為手段，引導(dǎo)學(xué)生將電子電路的理論知識與工程設(shè)計結(jié)合，提升學(xué)生電子設(shè)計實戰(zhàn)能力及項目開發(fā)能力，加強EDA技術(shù)方面職業(yè)能力培養(yǎng)。

我校通信工程專業(yè)13級學(xué)生已經(jīng)進入Altera聯(lián)合實驗室進行EDA技術(shù)應(yīng)用訓(xùn)練課程的學(xué)習，并開展了項目化教學(xué)，取得如下成績：理論教學(xué)和實驗教學(xué)都在實驗室完成，可以讓學(xué)生邊學(xué)習理論知識邊觀察實驗現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生正確地獨立思考問題。設(shè)置了一些難度適中、設(shè)計性、綜合性實驗項目，讓學(xué)生自行完成實驗方案設(shè)計、實驗步驟歸納、編譯調(diào)試，實驗總結(jié)，既利用DE2-115開發(fā)平臺完成數(shù)字電路設(shè)計，又培養(yǎng)學(xué)生實際操作能力及設(shè)計綜合能力。

3總結(jié)

經(jīng)過近兩年的努力，我校《EDA技術(shù)應(yīng)用訓(xùn)練》課程通過改革，完成了以實踐能力培養(yǎng)為目標的課程內(nèi)容重構(gòu)，創(chuàng)建了Altera聯(lián)合實驗室，全程實驗室授課，開設(shè)了層次化的實驗項目，展開了項目化教學(xué)方式探討。我校通信工程專業(yè)14級同學(xué)通過該課程的學(xué)習，分析問題、查閱文獻、方案設(shè)計、動手操作等實際能力得到了加強，為參加課外科研活動打下了良好的基礎(chǔ)。一部分學(xué)生完成《EDA技術(shù)應(yīng)用訓(xùn)練》課程的學(xué)習后積極參與到大學(xué)生挑戰(zhàn)杯、全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽、全國Triz杯大學(xué)生創(chuàng)新方法大賽、Altera亞洲創(chuàng)新設(shè)計大賽等活動中，培養(yǎng)了創(chuàng)新意識，并取得優(yōu)異成績。

參考文獻：

[1]曹婷，曹原.“新工科”背景下通信原理的課程優(yōu)化[J].價值工程，2017（12）：258-259.

[2]許濤，嚴驪，殷俊峰、周斌.創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育視角下的“人工智能+新工科”發(fā)展模式和路徑研究[J].遠程教育雜志，2017（1）：80-88.

[3]梁洪衛(wèi)，高丙坤，邸曉宇等.“EDA技術(shù)與應(yīng)用”實驗與實踐教學(xué)改革[J].實驗技術(shù)與管理， 2011（28）：147-149.

[4]張玉葉.《EDA技術(shù)》課程教學(xué)思路與創(chuàng)新方向探索[J].太原師范學(xué)院學(xué)報，2013（3）：142-144.

[5]信盈達.一個合格的FPGA工程師需要掌握哪些知識[EB/OL].http：//www.eechina.com/thread-151738-1-1.html，2015-07-26.

[6]關(guān)維國，魯寶春，于玲等. 電子類專業(yè)EDA技術(shù)課程教學(xué)改革探索[J]. 遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版）， 2014（16）：124-125.

作者簡介：梁洪衛(wèi)，男，1978年出生，民盟盟員，祖籍山東武城，現(xiàn)任教于東北石油大學(xué)信息工程系。

項目支持：黑龍江省教改項目（SJGY20170031），東北石油大學(xué)校級教改項目（《EDA技術(shù)應(yīng)用訓(xùn)練》研討式課程建設(shè)），東北石油大學(xué)校級教改項目（基于雙創(chuàng)型人才培養(yǎng)的通信工程專業(yè)培養(yǎng)方案修訂及課程體系建設(shè)）