基于實(shí)踐能力培養(yǎng)的EDA技術(shù)類課程改革

梁洪衛(wèi)　闞玲玲　張秀艷　楊莉

摘 要 EDA技術(shù)類課程教學(xué)在電子信息類專業(yè)中所占據(jù)的地位越來(lái)越重要，這種課程實(shí)踐性、應(yīng)用性及綜合性較強(qiáng)。該課程傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容抽象、與其它課程聯(lián)系不緊密、考核方式單一，無(wú)法培養(yǎng)出具有創(chuàng)新精神的高級(jí)應(yīng)用型人才。本文旨在通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)、教學(xué)方法及考核方式改革等幾個(gè)方面的研究，改善教學(xué)質(zhì)量，提高EDA技術(shù)類課程的教學(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。

關(guān)鍵詞 EDA技術(shù) 職業(yè)能力培養(yǎng) 實(shí)驗(yàn)室建設(shè) 考核方式改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.07.014

EDA Technology Curriculum Reform Based on Practical Ability Training

LIANG Hongwei， KAN Lingling， ZHANG Xiuyan， YANG Li

（Faculty of Electricity and Information Engineering， Northeast Petroleum University， Daqing， Heilongjiang 163318）

Abstract The EDA technology course is becoming more and more important in the field of electronic information. This course is practical and comprehensive. Because of its abstract contents and complicated？systems， traditional teaching methods cannot train advanced application-oriented talents. The purpose of this paper is to cultivate practical talents with professional ability and innovative spirit， through the reform of examination method， the reform of teaching methods and laboratory construction.

Keywords EDA technology； vocational ability training； laboratory construction； reform of examination method

EDA技術(shù)方面課程是電子信息類專業(yè)學(xué)生的必修課，我專業(yè)在2017版培養(yǎng)方案的制定中，將本課程修訂為集中實(shí)踐課“EDA技術(shù)應(yīng)用訓(xùn)練”以加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，并在2016年?yáng)|北石油大學(xué)校級(jí)重點(diǎn)課程建設(shè)中將本課程建設(shè)為研討式課程，并進(jìn)行該課程的教學(xué)改革嘗試。

本文旨在通過(guò)課程教學(xué)方法改革、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、考核方式多樣化改革等幾個(gè)方面的研究，改善EDA技術(shù)課程的教學(xué)效果。

1 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容修訂

我校通信工程培養(yǎng)目標(biāo)為“培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)且具有創(chuàng)新精神的高級(jí)應(yīng)用型人才”，如何利用EDA工具提升教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生能盡早、盡快適應(yīng)電子技術(shù)的發(fā)展，順利實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)，確實(shí)是一項(xiàng)值得深入探究的課題。我校通信工程專業(yè)從2008年開(kāi)始開(kāi)設(shè)“EDA技術(shù)與應(yīng)用”課程，從目前的教學(xué)情況來(lái)看，該課程的教學(xué)效果不太理想。

目前我專業(yè)“EDA技術(shù)與應(yīng)用”課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法一直采用的是理論教學(xué)加驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，該課程總學(xué)時(shí)為40學(xué)時(shí)，其中理論學(xué)時(shí)32，實(shí)踐學(xué)時(shí)8，教師在教學(xué)過(guò)程中注重理論知識(shí)的傳授，實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容較少。理論教學(xué)部分也是力求將課本中的知識(shí)全盤教授給學(xué)生，大部分學(xué)生將精力放在硬件描述語(yǔ)言的學(xué)習(xí)上。實(shí)踐教學(xué)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中的步驟完成一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，這樣的實(shí)踐環(huán)節(jié)并沒(méi)有讓學(xué)生真正理解理論知識(shí)。因此，本文在教學(xué)內(nèi)容方面做了如下改進(jìn)。

首先對(duì)基于EDA技術(shù)典型工作崗位的職業(yè)能力進(jìn)行分解，發(fā)現(xiàn)要?jiǎng)偃卧搷徫恍枵莆找韵轮R(shí)點(diǎn)：硬件電路結(jié)構(gòu)與硬件描述語(yǔ)言之間的關(guān)系、器件結(jié)構(gòu)與HDL描述方法的關(guān)系、開(kāi)發(fā)工具、數(shù)字邏輯電路、設(shè)計(jì)、FPGA設(shè)計(jì)流程、資源估算、良好的設(shè)計(jì)思路。[1]

教學(xué)內(nèi)容修訂后，注重的是職業(yè)能力培養(yǎng)，不能再采用傳統(tǒng)的32學(xué)時(shí)理論加8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)的模傳統(tǒng)式，我們采用全程實(shí)驗(yàn)室授課的方式，理論教學(xué)實(shí)踐教學(xué)同時(shí)進(jìn)行，課程講授過(guò)程中配備電腦、實(shí)驗(yàn)開(kāi)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(shí)踐，在實(shí)踐中驗(yàn)證原理，實(shí)現(xiàn)了職業(yè)技能的培養(yǎng)。[2]

我專業(yè)的EDA技術(shù)教學(xué)從2014級(jí)2個(gè)班的學(xué)生開(kāi)始進(jìn)行課程內(nèi)容及教學(xué)方法的改革與嘗試，從教學(xué)實(shí)施過(guò)程可以看出：首先，由于采用全程實(shí)驗(yàn)室授課方式，在理論教學(xué)過(guò)程中可以穿插進(jìn)行實(shí)際操作，可以更細(xì)致地講解教學(xué)內(nèi)容及語(yǔ)法理解；其次，這種教學(xué)方式的重點(diǎn)是學(xué)生的即時(shí)操作，能夠通過(guò)實(shí)際操作加深理論知識(shí)的理解，提高學(xué)生的動(dòng)手能力及學(xué)習(xí)積極性。

2 EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建及項(xiàng)目化教學(xué)方法的實(shí)施

2.1 EDA技術(shù)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

目前，在EDA技術(shù)實(shí)踐教學(xué)中存在如下問(wèn)題：

（1）學(xué)生動(dòng)手能力差。大部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)前不預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)中編譯出錯(cuò)時(shí)，無(wú)法獨(dú)立完成調(diào)試，即使找到錯(cuò)誤位置，也由于對(duì)VHDL程序的整體結(jié)構(gòu)、編程思想不清楚，無(wú)法找到問(wèn)題來(lái)源，往往是依賴指導(dǎo)老師幫著挑錯(cuò)，缺乏獨(dú)立思考和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，自身的實(shí)踐能力和解決問(wèn)題能力沒(méi)有得到有效的提升。

（2）實(shí)戰(zhàn)性訓(xùn)練較少。學(xué)生利用EDA工具進(jìn)行課外創(chuàng)新實(shí)踐機(jī)會(huì)少，對(duì)EDA技術(shù)的掌握只停留在書(shū)本及課堂教學(xué)中，缺乏實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，不了解電子類企業(yè)人才應(yīng)掌握的職業(yè)技能，從而缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)力。[3]EDA技術(shù)類課程實(shí)踐性強(qiáng)，但目前我專業(yè)開(kāi)設(shè)的“EDA技術(shù)與應(yīng)用”課程設(shè)置的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目少，難度低，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。[4]

2.2 EDA技術(shù)實(shí)踐教學(xué)改革

針對(duì)以上問(wèn)題，我校通信工程專業(yè)在本輪“EDA技術(shù)應(yīng)用訓(xùn)練”課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中做了如下改進(jìn)。

（1）創(chuàng)建Altera聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)設(shè)多層次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。為了能開(kāi)設(shè)出高水平實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，我校通信工程專業(yè)于2015年度利用黑龍江省重點(diǎn)專業(yè)建設(shè)經(jīng)費(fèi)購(gòu)置DE2-115實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)套件30套，用于建設(shè)EDA技術(shù)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室。

根據(jù)DE2-115實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的特點(diǎn)設(shè)置了基礎(chǔ)型、設(shè)計(jì)型、綜合型多個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)針對(duì)數(shù)字邏輯的重要知識(shí)點(diǎn)設(shè)置，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘煜ら_(kāi)發(fā)工具（如Quartus），掌握硬件描述語(yǔ)言電路表達(dá)方式。設(shè)計(jì)型、綜合型實(shí)驗(yàn)是指不同設(shè)計(jì)目的、不同設(shè)計(jì)方法、不同課程內(nèi)容的綜合與設(shè)計(jì)，如采用MATLAB和DSP Builder相結(jié)合設(shè)計(jì)數(shù)字頻率合成器，及數(shù)字信號(hào)處理的FPGA實(shí)現(xiàn)等。

（2）引導(dǎo)學(xué)生參加競(jìng)賽，提升項(xiàng)目開(kāi)發(fā)能力。引導(dǎo)學(xué)生積極參與Altera亞洲創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等活動(dòng)，以實(shí)際項(xiàng)目開(kāi)發(fā)為手段，引導(dǎo)學(xué)生將電子電路的理論知識(shí)與工程設(shè)計(jì)結(jié)合，提升學(xué)生電子設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)能力及項(xiàng)目開(kāi)發(fā)能力，加強(qiáng)EDA技術(shù)方面職業(yè)能力培養(yǎng)。

我校通信工程專業(yè)2013級(jí)學(xué)生已經(jīng)進(jìn)入Altera聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行EDA技術(shù)應(yīng)用訓(xùn)練課程的學(xué)習(xí)，并開(kāi)展了項(xiàng)目化教學(xué)，目前來(lái)看教學(xué)效果良好，取得如下成績(jī)：理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)都在實(shí)驗(yàn)室完成，引導(dǎo)學(xué)生如何正確地獨(dú)立思考問(wèn)題；調(diào)整了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)置了一些難度適中、設(shè)計(jì)型、綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生自行完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)步驟歸納、編譯調(diào)試，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié)，這樣既可以利用DE2-115開(kāi)發(fā)平臺(tái)完成數(shù)字電路設(shè)計(jì)，又可以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作能力及設(shè)計(jì)綜合能力。

3 考核方式改革

以前的“EDA技術(shù)與應(yīng)用”課程采用的傳統(tǒng)閉卷考試加平時(shí)成績(jī)的考核方式，其中，閉卷考試占70%，實(shí)驗(yàn)占20%，平時(shí)出勤及課堂表現(xiàn)占10%，這種考核方式重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，并沒(méi)有考察學(xué)生的應(yīng)用和創(chuàng)新能力，使學(xué)生存在“應(yīng)試心態(tài)”，學(xué)習(xí)積極性不高。[5]我專業(yè)將本門課程調(diào)整為“EDA技術(shù)應(yīng)用訓(xùn)練”實(shí)踐課程之后，注重考核學(xué)生的綜合能力，最終的成績(jī)由卷面成績(jī)、設(shè)計(jì)報(bào)告、成果匯報(bào)等多種因素共同決定。

首先，閉卷考試部分考察學(xué)生對(duì)重點(diǎn)知識(shí)的掌握程度，不能完全丟棄，但需要將這一部分的成績(jī)占比由原來(lái)的70%調(diào)整為40%。

第二部分成績(jī)由課程設(shè)計(jì)體現(xiàn)，由課程設(shè)計(jì)報(bào)告和成果匯報(bào)兩部分組成，成績(jī)占比為40%，重點(diǎn)考查的是學(xué)生的職業(yè)能力。具體實(shí)施方式為：第一節(jié)課下發(fā)課程設(shè)計(jì)題目（包括各個(gè)題目的設(shè)計(jì)要求，學(xué)生也可自擬題目），2至3人一組自行組隊(duì)。最終考核包括：設(shè)計(jì)成果檢查、課程設(shè)計(jì)報(bào)告、成果匯報(bào)。成果檢查包括代碼調(diào)試、系統(tǒng)仿真、硬件驗(yàn)證等環(huán)節(jié)的演示，主要考察學(xué)生的動(dòng)手能力。課程設(shè)計(jì)報(bào)告主要考察學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，及文獻(xiàn)查閱、論文撰寫(xiě)等方面能力。成果匯報(bào)以小組為單位進(jìn)行，主要考查學(xué)生對(duì)所選題目的掌握情況、表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)合作及溝通能力。

第三部分成績(jī)根據(jù)學(xué)生平時(shí)表現(xiàn)給出，具體內(nèi)容包括平實(shí)出勤、課堂表現(xiàn)、實(shí)際操作能力，成績(jī)占比為20%。這一部分屬于階段性考查，主要考查學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)操作熟練程度。

我校通信工程專業(yè)從2014級(jí)開(kāi)始采用此種考核方式，考核過(guò)程中安排助教在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中助課，記錄平時(shí)成績(jī)；在成果檢查及匯報(bào)過(guò)程中，邀請(qǐng)數(shù)字邏輯課程的老師參與考核。這種突出職業(yè)能力考查、應(yīng)用技能檢驗(yàn)的考核方式提高了學(xué)生利用EDA技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，有助于培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力，同時(shí)也提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

4 總結(jié)

經(jīng)過(guò)近兩年的努力，我校通信工程專業(yè)的“EDA技術(shù)應(yīng)用訓(xùn)練”課程通過(guò)改革，完成了以職業(yè)能力培養(yǎng)為目標(biāo)的課程內(nèi)容重構(gòu)，創(chuàng)建了Altera聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，全程實(shí)驗(yàn)室授課，開(kāi)設(shè)了層次化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，展開(kāi)了項(xiàng)目化教學(xué)方式探討，完成了面向知識(shí)的考核方式向面向應(yīng)用的考核方式的轉(zhuǎn)變，并圓滿的完成了“EDA技術(shù)應(yīng)用訓(xùn)練”研討式課程建設(shè)的驗(yàn)收工作。我校通信工程專業(yè)2014級(jí)同學(xué)通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，分析問(wèn)題、查閱文獻(xiàn)、方案設(shè)計(jì)、動(dòng)手操作等實(shí)際能力得到了加強(qiáng)，為參加課外科研活動(dòng)打下了良好的基礎(chǔ)。

項(xiàng)目支持：黑龍江省教改項(xiàng)目（SJGY20170031），黑龍江省教育廳規(guī)劃課題（GBC1317036），東北石油大學(xué)校級(jí)教改項(xiàng)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(jí)教改項(xiàng)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)）

參考文獻(xiàn)

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

[2] 龔少軍.“教，學(xué)，做”一體化教學(xué)模式的研究與實(shí)踐[J].南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（10）：98-101.

[3] 關(guān)維國(guó)，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(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2014（16）：124-125.

[4] 梁洪衛(wèi)，高丙坤，邸曉宇等.“EDA技術(shù)與應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011（28）：147-149.

[5] 張保軍，黃震，劉燕燕等.基于EDA的數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革[J].黑龍江科學(xué)，2017（8）：4-8.