多維度實踐教學在電子設計自動化課程中的應用

錢程 錢葉旺

摘要：電子設計自動化是一門知識涵蓋面寬、實踐性強、綜合性高的信息類專業(yè)課程，其實踐教學是課程教學開展的重點和難點.目前大部分院校對于這門課程的教學仍以理論教學為主，沒有形成完整的實踐教學體系，無法達到培養(yǎng)運用專業(yè)技術解決實際問題能力的高素質應用型人才的核心目標.基于當前實踐教學中的問題，文中深入探究電子設計自動化課程教學中的實踐目標、實踐內容、實踐方式和實踐評價，從而構建多維度、多層次、立體化的完整實踐教學體系，進而為提升教學質量，培養(yǎng)應用型、創(chuàng)新型工程技術人才提供有效的實踐教學保障.

關鍵詞：實踐教學模式;多維度;多層次;應用型

中圖分類號：G642? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）07-0149-03

1 引言

應用型本科院校將發(fā)展目標定位于培養(yǎng)直接面向市場和生產的高級工程應用型人才，以“地方性、行業(yè)性、應用型”本科教學為主體.培養(yǎng)目標多定位于“通過對學生進行必要的理論教學和充分的實踐訓練，培養(yǎng)可運用科學知識和技術解決實際問題及具有在某一領域獨立從事職業(yè)活動能力的高素質高技術應用型人才”.該培養(yǎng)目標要求理論以適用為標準，著重強調學以致用，理論如何轉化為實踐，如何應用到實踐中去.

電子設計自動化技術（EDA）是當前電子產品開發(fā)、電子系統(tǒng)設計、電子系統(tǒng)工程中采用的全新設計手段，已在各大公司、企事業(yè)單位、科研教學部門廣泛使用，是每一位現(xiàn)代電子設計工程師必須掌握的設計技術，為電子信息類專業(yè)人才指明了就業(yè)方向，具有廣闊的應用前景.電子設計自動化課程是我國高校電子信息類教學中的一門非常重要的專業(yè)課程.該課程實踐性強、邏輯性高、具有廣闊的工程背景，在電子信息、自動控制、計算機等領域都有著廣泛的應用，立足于培養(yǎng)學生的邏輯思維能力、分析設計能力、解決實際問題的能力.

2 實踐教學現(xiàn)狀分析

隨著信息技術的快速發(fā)展，電子科學行業(yè)對掌握電子設計自動化技術的專業(yè)人才的需求不斷提升.而當前電子設計自動化課程實踐的開展與社會需求和培養(yǎng)目標存在較大的差距，主要體現(xiàn)在：

（1）主體地位不明確.目前，電子設計自動化課程教學中過多地偏重于理論講解，實踐教學基本采用傳統(tǒng)的單一的理論驗證實驗，僅作為理論教學的輔助環(huán)節(jié)進行開展.忽視了課程實踐的主體地位以及實踐教學的本質規(guī)律和對學生技能應用能力的培養(yǎng).最終導致實踐內容重復機械，沒有延伸性，學生課程實踐積極性不高，實踐收效甚微，有悖于應用型專業(yè)人才培養(yǎng)的根本目標.

（2）實踐平臺單一.當前市場對于專業(yè)人才的需求是多元化多維度的，主要體現(xiàn)在電子設計自動化的應用工具和開發(fā)環(huán)境呈現(xiàn)出多樣化，不同的市場主體對專業(yè)人才的技能要求也不盡相同.然而在當前的課程實踐中多采用僅用于驗證試驗的單一開發(fā)環(huán)境，實踐平臺單一，未向實際市場需求靠攏，局限了專業(yè)人才的視野以及可匹配的市場范圍.

（3）實踐層次單一.實踐內容設置與學生能力的培養(yǎng)缺乏適應性，當前市場對專業(yè)人才能力的需求是多層次的.在基本的驗證能力的基礎上，更需要專業(yè)人才有能夠根據實際問題進行設計的能力，綜合分析各種因素解決問題的能力.然而當前的實踐多為基礎的驗證型實驗，缺少設計型、綜合性實踐，從而影響了學生高層次、工程設計能力的提升.

（4）實踐方法單一.當前實踐教學中僅采用教師演示學生驗證的傳統(tǒng)方式，實踐能力培養(yǎng)過程中學生的主體意識不能得到充分體現(xiàn).學生的思維和設計能力受到限制，容易形成為了實踐而實踐的不良狀況，影響其創(chuàng)新精神和實際技能的培養(yǎng).

3 多維度實踐教學體系

根據當前實踐教學中存在的問題和知識能力培養(yǎng)規(guī)律，建立多維度實踐教學模式.從三個維度改進教學實踐，逐步解決當前課程實踐教學中的不足之處.在實踐的范疇維度，以實驗箱配套環(huán)境為依托，搭建虛擬機環(huán)境，擴展能力培養(yǎng)范圍.在實踐的層次維度，以驗證型實踐為基石，向高層次衍生出設計性實踐、綜合性實踐和實訓項目，提升能力培養(yǎng)層次.在實踐的形式維度，以操作實踐作為主體，搭配課前分享、課內互動、網絡平臺發(fā)展自主探究實踐，豐富能力培養(yǎng)模式.

3.1 實踐教學范疇維度建設

當前主流的EDA設計環(huán)境可分為兩類：一類是基于Windows操作系統(tǒng)的圖形化可視開發(fā)環(huán)境;另一類是基于Linux操作系統(tǒng)的命令行開發(fā)環(huán)境.開發(fā)工具也因芯片供應商的不同而不同，主流的開發(fā)工具有Altera公司提供的QuartusII和Xilinx公司提供的ISE兩種.

為了充分匹配實際設計生產的需求，解決實踐平臺單一的問題，在課內實踐范疇維度建設中搭建了完整的操作系統(tǒng)和齊全的開發(fā)環(huán)境.在Windows操作系統(tǒng)的計算機中配置Linux虛擬機環(huán)境，同時分別在兩種操作系統(tǒng)下分別搭建了不同的開發(fā)工具.

學生在實踐過程中可以隨意選擇不同開發(fā)環(huán)境下的不同開發(fā)工具進行實踐.配合實驗室配置的EDA綜合試驗箱ZY11203G，既可以在計算機中進行仿真設計，也可以下載到實驗箱中進行硬件測試驗證.在完善的實踐平臺中，可以針對市場需求拓寬學生能力培養(yǎng)的范圍與專業(yè)技能的適用性，充分地將學校實踐教學與社會市場需求相結合，拓寬學生視野.真正地做到培養(yǎng)出學以致用，可以解決實際問題的高素質工程技術人才.

3.2 實踐教學層次維度建設

實踐項目的層次設計是整個實踐教學的關鍵所在，從根上決定了學生的實踐和技術能力的培養(yǎng).在實踐教學層次維度建設中，充分利用課內實踐并輔以課外延伸及開放實驗，均衡設計完善了驗證性、設計性、綜合性實踐項目及實訓項目.進而達到培養(yǎng)學生的觀察能力、動手能力、綜合能力、設計能力以及創(chuàng)新能力.

驗證性實踐是對于理論教學的補充，以最簡單的驗證形式促進并加深學生對于理論知識的理解.經過驗證性實踐主要使學生能夠充分掌握電子設計自動化的設計流程，可以自如應用完整的開發(fā)平臺，并對基本的電子系統(tǒng)設計算法進行正確性驗證.如驗證性實驗設計中的邏輯門電路驗證、加法器電路驗證等.在理論教學的當堂或者課后即輔以適當的驗證性實踐，符合學生理解記憶活動的規(guī)律，可以提升教學效果.

設計性實踐是對與電子設計中的具體知識點的應用，用以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力以及解決實際問題的能力.在設計性實踐中培養(yǎng)學生理解實際設計生產的應用場景，靈活的根據實際情況尋求解決問題的最好途徑.如設計性實踐中的計數器設計、分頻器設計等.

綜合性實踐目的在于提升學生對于電子設計的整體把握.從設計的需求分析到最后的設計驗證，培養(yǎng)學生自上而下的設計思想以及靈活運用設計方法設計出復雜電子系統(tǒng)的能力.通過綜合性實踐過程中與組員、老師的商討，感受當前電子系統(tǒng)的設計流程.

實訓實踐項目是對于課程實踐的升華.學生電子設計能力的培養(yǎng)不能限定在某一門課程內.在課程教學的末期，配合適當的企業(yè)研發(fā)項目，在學生中組織項目團隊，協(xié)作學習完成該項目中的部分模塊的設計.更好地與市場需求接軌，培養(yǎng)學生解決實際問題的設計能力以及適應能力.

3.3 實踐教學形式維度建設

豐富的實踐教學形式建設是當前實踐建設的重要組成部分.通過形式多樣的教學形式可以培養(yǎng)學生的主體意識和學習興趣，避免為實踐而實踐的不良現(xiàn)象.將課程實踐從傳統(tǒng)的實驗室環(huán)境中擴展開，融入學生學習生活的每一個環(huán)節(jié).使得實踐設計能力的培養(yǎng)成為學習過程中潛移默化的一部分.

配合完善的實踐平臺和多層次的實驗室實踐環(huán)境，在教學設計中注重課前分享與課內互動，充分利用網絡信息化平臺、慕課等資源將實踐教學與理論教學統(tǒng)一指向于培養(yǎng)學生的工程應用能力.全國大學生電子設計大賽、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目等是對于學生所學知識體系的全面應用.通過組織學生參與各類比賽、活動，同時配合畢業(yè)設計的制作以及學術論文的撰寫，將學生實踐設計能力的培養(yǎng)從單獨的電子設計自動化課程中抽離出來，實現(xiàn)能力培養(yǎng)與專業(yè)發(fā)展的有機結合，促成學生知識、素質、能力的一體化培養(yǎng).

4 結語

針對電子設計自動化課程實踐教學中存在的問題，在現(xiàn)有的實踐基礎上，構建了多維度實踐教學體系.完善了實踐教學平臺，擴展了實踐教學層次，豐富了實踐教學形式.充分調動了學生的積極性，有效培養(yǎng)了學生的工程實踐能力并在各類電子設計比賽中取得了優(yōu)異的成績，明顯改善了電子設計自動化課程的教學質量.

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