應用型本科EDA課程改革與實踐

龔成瑩 蘭聰花 王宏斌

摘要：為解決實踐操作能力難以適應崗位訓練需求，傳統EDA教學模式與應用型人才培養目標要求不相適應的問題，結合學校實際情況，對EDA課程的教學內容、實踐模式、實訓方式、考評機制等方面的改革措施進行論述，目前，效果良好。

關鍵詞：課程改革；應用型本科；EDA技術；改革措施

一、 引言

隨著電子信息技術的飛速發展，現代電子產品幾乎滲透到了社會的各個領域，有力推動了社會生產力的發展和社會信息化程度的提高，反過來也使現代電子產品性能進一步提高，產品更新換代越來越快。電子設計自動化（EDA，Electronic Design Automation）技術已不是某一學科的分支或某種新的技能技術，而是一門綜合性學科，融合多學科于一體，又滲透于各個學科之中，打破了軟件和硬件的壁壘，使計算機的軟件技術與硬件實現、設計效率和產品性能合為一體。

EDA教學是培養高素質電子設計人才，尤其是IC設計人才的重要途徑。EDA課程需要數字邏輯理論，又和工程實踐性密不可分，是一門應用性特別強，實踐性特別強的課程。在電路、電子技術等課程的學習中，都是用連線方式設計電路，學生已習慣傳統的電路設計方法，對EDA技術采用的軟件編程實現電路硬件結構和工作方式難以理解，而目前的工程崗位要求以FPGA/CPLD設計數字電路，從而出現“理論知識點與實際操作技能脫節”“實踐操作能力難以適應崗位訓練需求”等突出問題，為更好地適應實際工程崗位的需求，在EDA課程教學中對教學內容的選取與組織、教學方法、實訓方式、學生成績的考評機制等方面進行了一系列改革與實踐。

二、 教學改革的措施

根據應用型本科電子信息工程專業的培養目標和對畢業生的應用能力要求，我們提出了如下改革方案。

（一） 對課程的知識體系進行分解和提煉，以典型電子線路或小型電子系統的完整設計過程構建教學單元模塊，構建“知識內容模塊化”的課程模式。

以基本知識和綜合技能為主線，將課程內容分成EDA基本概念、原理圖輸入設計、文本輸入設計、綜合項目設計方法和綜合項目設計分析5個大模塊，每個模塊以典型電子線路為中心分成若干小模塊，有效地把零散知識點串起來。

以文本輸入設計模塊為例，該模塊中設計“組合邏輯電路設計”“時序邏輯電路設計”“VHDL程序結構”“VHDL中LPM函數應用”“VHDL層次化文件設計”等子模塊，其中“組合邏輯電路設計”模塊以典型的組合邏輯電路選擇器、編碼器、譯碼器的設計，將文本輸入設計法的設計流程、程序的基本構成、基本語言要素及組合邏輯電路常用的語句等知識點串起來。

（二） 將理論和實驗、課程設計和實訓相互關聯、相互滲透，通過“基礎實驗、創新實驗、綜合訓練、學科競賽”層遞式的訓練過程，設計“四級立體化”實踐模式。

實施從基礎實驗到創新實驗、到綜合訓練、再到學科競賽的四級化層遞式實踐模式。基礎實驗保障與理論課程相對應的實驗環節，保證大多數學生能夠掌握該課程所要求的基本技能；創新實驗鼓勵學生完成更多課外實驗項目，或者自主設計的實驗項目；綜合訓練完成與課程設計相應的設計實訓環節，提升綜合應用能力；引導學生參加各級各類學科競賽，使理論知識得到提升。

（三） 依托多媒體實踐教學環境，以應用型案例為載體，采用“理論分析-系統級仿真-電路級仿真-硬件測試”的階梯式引導教學，實施“教-學-練”一體化情景式教學，培養學生動腦與動手相結合的能力。

傳統教學模式是理論教學和實驗教學獨立開課，學生先學習理論知識，然后到實驗室做實驗。這種教學模式對于EDA課程教學有一定的弊端，由于第一次接觸EDA語言和軟件，大部分學生反映在上理論課的過程中存在許多難以理解的內容，在做實驗的過程中難以將理論知識運用到實踐中，為此，在上實驗課時，為了讓學生更好地明確實驗目的，理解實驗內容，實驗教師還要花較多時間講解實驗內容，這樣就導致實驗時間不夠充分，學生無法完成《EDA技術與應用》課程實驗內容，更談不上讓學生動腦思考問題、解決問題，實驗效果達不到預期目的，長期使用這種教學模式會導致學生依賴性增強，不利于培養學生的實踐動手能力和創新能力。

針對EDA課程具有很強應用性的特點，應更注重培養學生的實際操作能力。結合現代教育中“練為主，學為次、教為輔”的教學理念，將授課地點安排在一體化教室，老師邊講、學生邊做，留出時間學生鞏固練習。課堂中圍繞教學任務先講解30至40分鐘，講解本節課的主要知識點的一個典型電路，穿插知識點對具體設計內容進行理論分析、系統級仿真、電路級仿真、硬件測試，階梯式引導教學。講解之后安排相關的小電路讓學生練習整個過程。在學生遇到問題時，老師及時解決。通過這樣一個過程，學生可以明白EDA技術的使用，以及這些技術可以實現什么功能，并且通過自己動手操作，消除對實際線路設計的畏懼心理，同時調動學習這門課的積極性，激發進行深度探索學習的欲望，逐步培養學生的知識應用能力，實現所學理論知識到工程實踐的自然過渡。

（四） 建立“選題—準備—設計調試—驗收答辯”四階段實訓過程，跟蹤各個階段實訓效果，構建“全程跟蹤式”實訓模式，逐步培養學生的工程應用能力。

EDA課程結束后有一周的實訓周，課程進行過半，布置課題，學生利用課外時間完成初步設計，實訓周完成調試、驗

收答辯，全程跟蹤每個階段進展情況。實訓課題實施學生自主選題，指導教師提供功能擴展型、綜合應用型、創新設計型、自我發揮型等豐富多彩的課題供學生選擇，以適應不同層次學生，使不同層次基礎的學生在自己能力范圍內得到最大程度的提升。

（五） 推行“應用型案例分析+上機考核”相結合的成績評價體系。實施平時“應用型案例分析考”、期末“上機考核”的方式，在不斷引導學生學習興趣的同時，及時發現學生學習的狀況，從而確保教學效果的改善和提高。

針對“知識內容模塊化”的課程模式和“四級立體化”的教學模式，采用平時“應用型案例分析考”、期末“上機考核”的方式。部分內容已經在課程考核中得到固化，如三人表決器設計、計數器和分頻器等，而4路數據分配器、譯碼顯示電路等“案例分析考”項目正在不斷完善中。這種考核評價方式，在注重理論知識掌握的同時，更加突出學生的動手能力的培養，同時，對課題組所實施的課程模式與教學模式進行校驗。

三、 實踐效果

課程改革先后在我校3個電子信息類專業12個班級推廣應用，取得了良好效果。在各類學科競賽中，獲得不錯的成績，如“數字頻率計”獲得全國大學生電子設計競賽省級一等獎、“基于FPGA的嵌入式邏輯分析儀設計”獲得“博創杯”全國大學生嵌入式設計大賽西北賽區一等獎。

四、 結束語

教學改革是一項長期探索和研究的過程，尤其對于我們剛升本院校，如何盡快轉變課程教學適應應用型本科發展需要，更是值得研究。我們將不懈努力，使更多的學生能在EDA技術及應用課程教學中受益，培養更多高素質、高技能、適應社會需求的應用型人才！

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作者簡介：龔成瑩，蘭聰花，王宏斌，甘肅省蘭州市，蘭州工業學院電子信息工程學院。