EDA技術基礎課程教學改革與探討

鐘海麗

摘 要 EDA技術是電子設計領域的一場革命，目前正處于高速發展階段，傳統的教學方法已經不能滿足EDA課程教學的需要。本文針對在“EDA技術”課程教學中出現的問題，從教學內容、教學方法、教學手段、實驗課設置及考核等幾個方面提出了教學改革的措施。近幾年的實踐證明這些措施的實施，能較好地培養學生的綜合能力及實踐動手能力。

關鍵詞 EDA技術 數字電子技術 教學改革 應用

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.06.020

Teaching Reform and Exploration on EDA Technique Foundation Course

ZHONG Haili

（School of Physics and Electronics， Changsha University of Science and Technology， Changsha， Hunan 410077）

Abstract EDA technology is a revolution in the field of electronic design， which is currently in the stage of rapid development. Traditional educational methods can no longer meet the needs of EDA teaching. According to the problems in EDA technology teaching， several teaching reform measures are proposed in this paper at teaching content， teaching methods， experimental course setting and final assessment. After several years running， it is proved that implementation of these measures can better cultivate students' comprehensive and practical capability.

Keywords EDA technology； digital electronics technology； education reform； application

EDA代表了當今電子設計技術的最新發展方向，“EDA技術”課程在電子信息及相關專業的學生的學習中變得越來越重要。但是長期以來，由于教材的編寫要一定的時間，造成了本課程的教學內容跟不上EDA技術的飛速發展，教師不能把最新最前沿的知識傳授給學生；課堂教學中教師仍然是教學的主體，而“EDA技術”課程又是一門實踐性非常強的學科，如果只是被動的聽講， “紙上談兵”式的教學模式必然會使學生失去學習興趣；重理論輕實際，實驗模式固化，而且以驗證性實驗為主，創新性得不到鍛煉；考試過于看重分數且一次定成績，不能準確地反映出學生的實際能力等等問題，因此“EDA技術”課程的改革勢在必行。本文試從以下幾個方面對“EDA技術基礎”課程教學改革做一些探討。

1 調整教學內容

現在許多學校的教材是清華大學出版社出版的潘松、黃繼業的《EDA技術與VHDL》，該教材分為十二章，基本上是遵循先語法后應用的原則，比如開篇第二章VHDL程序結構與數據對象就介紹了VHDL程序基本構建、文字規則及VHDL數據對象，雖然注重了系統的整體性與連貫性，但是對于初學者來說，在沒有任何基礎的情況下講語法，無異于沒有磚瓦就要建高樓大廈，過于抽象而無法理解掌握。相反，我們可以電子線路設計為基點，通過一個具體的實例，讓學生對EDA設計的基本流程有一個感性認識。比如我們在入門的第一堂課里用二選一數據選擇器作為典型的實例，自然地給出完整的VHDL描述，同時給出其綜合后的RTL電路圖及仿真波形圖，并對此選擇器進行硬件驗證，將其輸入輸出信號鎖定在芯片確定的引腳上，編譯下載，完成FPGA的最終開發。[1]這種教學方法突破傳統的VHDL語言教學模式和流程，將語言與EDA工程技術有機結合，減少了授課時數，同時大大提高學生的學習興趣。

2 把數字電路與EDA 課程教學結合起來

“EDA技術”課程是以數字電子技術知識為基礎、具有較強實踐性、工程性的專業課程。但是，傳統的教學模式中，兩門課程是分兩個學期分開上的，第一個學期先上數字電路，第二個學期再上EDA技術。這樣的教學模式減弱了課程之間的聯系，當學習數字電路理論時候，學生會感到抽象、不好理解；而當另外一個學期學習EDA課程時，他很可能又忘記了數字電路所學內容，教師只好花很大一部分時間來重新解釋相關理論。如果在課堂教學中，把數字電路與EDA 課程教學結合起來，這兩個問題都能夠迎刃而解。例如數據選擇器的設計，通常的教學方法是首先列出其真值表，再根據真值表寫出邏輯表達式，根據邏輯表達式畫出邏輯電路圖，最后再進行分析。由于數據選擇器有兩種輸入信號，即地址信號與數據輸入信號，[2]學生很難分清與理解，但是利用EDA設計中的硬件描述語言進行文本輸入，用仿真電路的波形分析輸入輸出的邏輯關系，這個問題變得非常直觀（見圖1）。

由圖可知直觀地看出，當地址信號分別為“00”、 “01” “10” “11”時。輸出依次選擇每一路的輸入信號傳送。

3 引入網絡教學

隨著計算機網絡的迅速普及和發展，網絡教學已經成為近年發展起來的一種新的教學方式。在EDA課程的教學中引入網絡教學，改變傳統的“滿堂灌”的教學方式，讓學生成為教學中的主體。例如，在EDA課程的網絡教學平臺上，將課程中的每一部分重點內容以視頻的形式存放在網站中，便于學生課后學習調看；將歷屆學生該課程實訓及課程設計的優秀作品設置成專題，方便學生隨時查閱；在網站中設置專題討論，可以加強師生間的互動，增加學生對相關內容的理解；設置與本課程相關的學習論壇的網絡鏈接，整合教師與教師，學校與學校之間的資源，為學生創設廣闊自由的學習環境。

4 增加實驗課課時，調整實驗課內容

實踐教學是“EDA技術”課程教學的重要組成部分，但是，長期以來，實驗教學一直作為輔助環節，從屬于理論教學，課時過少，實驗內容單一。上個學期我們借鑒了清華大學的一項改革措施，即一開課學生就一人一塊FPGA實驗開發板，將 “EDA技術”的實驗與授課內容相配合，設置了三個層次的實驗：第一，基礎性實驗，主要是熟悉數字電路中的組合電路及時序電路的單元電路的設計方法；第二，設計性實驗，要求學生完成一些簡單應用性電路系統的設計，掌握層次化設計技術與數字系統設計方法；第三，綜合性實驗。可以把學生分成若干組，每一組負責一個比較復雜的課題，然后把該課題劃分成幾個模塊，比如出租車計費器有速度模塊、計費模塊、計時模塊、顯示模塊等等，每個學生負責一個模塊，分工合作，最后由大家一起完成頂層電路的設計，并進行下載和硬件測試。這類實驗是我們改革的重點，可以培養學生綜合設計能力以及團體合作能力。將軟件設計程序在硬件電路上得到驗證，可以提高學生的學習興趣。

5 課程考核改革

本課程更注重學生的語言學習能力和動手編程能力，因此，根據一次考試成績判定學生的學習效果是不客觀的，平時的學習表現可以更真實地反應學生的學習情況。考核目標應從以往的“考知識”轉變為“考能力”。避免學生為應付考試死記硬背理論知識，而忽視了對知識的理解和應用。此外，考試內容不應局限于上課內容，更應該注重對學生編程能力的體現。本課程考核可以采用平時考核和期終卷面考核兩種模式相結合的方式，兩項分數合計為課程最終成績，平時考核成績占總成績的60%，期終卷面考核成績占總成績的40%。平時成績的具體考核內容包括：到課率和上課表現考核（占總成績的20%），作業考核（占總成績的20%），上機考核（占總成績的10%），小論文（占總成績的10%）。

6 結語

我校對“EDA技術”課程的教學以及考試改革已經實施了兩年，取得了一定的成效，學生的設計水平已有很大的提高。 上學期學生利用EDA課程的設計方法，完成了鋰電池管理系統（BMS）的設計，于2018年12月申請了國家專利，專利號為2018221371594。這些都證明該門課教改措施是行之有效的。但是，隨著EDA技術的飛速發展，隨著電子器件、軟件平臺、設計方法、設計手段不斷更新，現代化的課堂對教師在教學內容、教學方法、教學手段上提出了新的要求與挑戰，“EDA技術”課程的改革仍然任重而道遠。

參考文獻

[1] 潘松，黃繼業.EDA技術與VHDL（第四版）[M].北京：清華大學出版社，2014.

[2] 閻石.數字電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2015.