應用型高校EDA課程設計教學的實踐與探索

高弘揚

摘 要：EDA技術是電子類專業的一門專業必修課，是數字電子技術、模擬電子技術的后續綜合提升課程。應用型本科教學因學生基礎、教學條件等方面的原因，具有一定的特點，在教學環節的設計中需要加以考慮。本文分析了當前應用型本科院校EDA課程的教學情況，結合相關專業人才培養目標以及學生的特點，對EDA課程設計教學方法進行了實踐和探討，通過設計由淺入深的教學實例，提高學生學習興趣，針對不同學生知識掌握的情況增加實踐內容，在教學過程中取得了較好的效果。

關鍵詞： EDA技術 ; 分層設計 ; 教學探索 ; 教學改革 ; 考核設定

中圖分類號：G434? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）26-0128-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： EDA technology is a professional required course of electronic major， which is the follow-up comprehensive improvement course of digital electronic technology and analog electronic technology. Application-oriented undergraduate teaching has certain characteristics due to the reasons of students' foundation and teaching conditions， which should be considered in the design of teaching links. This paper analyzes the current EDA teaching situation applied undergraduate colleges， combined with relevant professional talent training target and characteristics of students of EDA course design practice and discusses the teaching method， through the design distinguished teaching examples， to improve students' interest in learning， aiming at the condition of the different students knowledge increase practice content， good results have been achieved in the teaching process.

Key words： EDA technology ; the layered design; exploration of teaching; the teaching reform; the inspection set

1 引言

隨著現代電子技術的發展，對集成電路的設計有了更高的要求，包括對于每個設計步驟進行驗證以及IP核的復用等，因此，靈活掌握集成電路設計基礎的EDA技術，已成為各高校電子、電信、通信等本科專業的課程要求。EDA課程設計是為學生鞏固數字電子技術的理論知識，培養數字電子知識應用能力及數字電路設計創新能力，掌握數字電路的分析、設計和開發而開設的一門重要實踐課環節[1]，該課程設計為學生提供了一個理論聯系實際、檢驗知識、加深認識、開拓思維、汲取新知識的機會，其顯著特點是應用性強，要求學生更多地參與到實踐當中。本文結合應用型本科及物聯網專業的特點，結合當前EDA設計現狀，對EDA課程設計的教學方法進行了實踐和探索。在思考問題、提出方案、設計電路、排除錯誤、優化調試的過程中，使學生將理論知識消化、吸收并轉化為實際動手能力，達到訓練學生解決復雜工程問題的能力、培養創新意識;同時結合團隊協作、節點考核等方式，提升學生的綜合素質。

2 EDA課程當前授課情況

EDA技術是在數字電子技術、模擬電子技術等專業基礎課程之上進行學習的一門課程，當前多個應用型本科類院校開設的EDA課程課時較短，學生實踐不夠，對于EDA技術的掌握和運用情況不夠深入，在畢業設計中也很少體現[2]。這主要是由于該類院校的學生專業基礎相對薄弱，對于理論知識的理解有一定的難度，雖然對于動手實踐的興趣比較濃厚，但是當前的驗證性實驗較多，使學生無法保持熱情，而創新性實驗對于基礎不牢固的同學來說比較困難，不能充分提高學生的主動性;另一方面，部分學校開設的EDA課程與數字電路課程存在脫節的關系，前后沒有做到很好的銜接，導致教學效果一般。

3 EDA課程教學設計

結合這種現狀，我系做了多個調整，采用項目驅動的方法進行教學，調整后的數電教學體系課時設計為：數字電子技術（大二下學期），包含56學時的理論教學、16學時的課內實驗;2周的電子線路課程設計（大三上學期初）以及2周EDA課程設計（大三上學期末）。在整個教學過程中，由淺入深，銜接緊密。從基本的數電理論知識入手，在后期加入少量的硬件編程語言教學，并結合驗證性課內實驗，在此階段，以教師為主導。而在EDA課程設計階段，隨著前期知識的積累，轉向數字電路設計的自動化，是芯片級的設計，側重硬件設計的軟件化，具體實施中以學生為主導，訓練學生的邏輯思維和創新設計能力，掌握使用EDA工具設計數字電路的方法，包括圖形設計輸入、編譯、時序仿真、下載和硬件驗證等過程[3]。支撐對應的畢業要求。在實際的設計中，我們從三個方面進行了EDA課程設計的規劃教學。

3.1 題目分級

由于前期學生對數字電子技術基礎掌握的程度不同、專業背景不同。為了讓不同層次的學生都得到完善的鍛煉，將EDA課程設計的題目根據難度、工作量和系統特點進行的層次劃分，具體分為三個層次：基礎應用型、功能擴展型和綜合實際型[4]。

基礎應用型：此類題目如電子表設計、彩燈控制器。屬于對課本知識的簡單鞏固和應用，利用數字電子技術中的常用邏輯器件即可完成對電路的設計，思路直接簡單。對于一些基礎不太好的同學，可以利用原理圖輸入的方法較輕松地完成。

功能擴展型：如搶答系統、簡易交通燈控制系統等。這類系統功能模塊相對較多，綜合程度相對基礎應用型要高，這完成基本功能相對容易，但可以在基本功能的基礎上進行擴展，需要對芯片器件有深一步的了解，拓展芯片認識，鍛煉實踐能力，如在搶答完成后對于搶到的隊伍編號用七段數碼管進行顯示并加上提示音播放效果。

綜合實際型：出租車計價器、復雜路口的交通燈控制、LCD彩條、圖片顯示系統。這類題目針對實際的問題，需要采用多個模塊組合，對于內部模塊的功能和調用要非常清楚，功能復雜，有多種不同的設計思路。由于課題設計難度較高，適合團隊協作完成，有利于培養學生團隊意識，有利于鍛煉創新能力，促進學生拓展知識用以解決復雜工程問題[5]。

3.2 團隊合作

將2-3名學生組成一個小組（團隊），對于功能擴展型和綜合實際型的題目的難度和工作量可適當上調人數，每個團隊選擇一個題目完成課程設計。各個團隊根據能力和興趣自由選做，量力而行。組長由本隊組員結合實際情況自發選出，團隊分工內部商討確立。例如：對于系統的總體設計思路組內探討后由組長主導決定，同時將系統分模塊進行設計，分工明確;對于軟件比較熟悉的同學則側重在各個模塊的模擬仿真和下載實現;對于文檔比較熟悉的同學則側重在系統技術文檔的整合、編輯。有效地培養了團隊精神，激發學習興趣，調動學習主動性，培養創新能力。

3.3 節點考核

在本次課程設計中，對于常規的考核方式也做了調整。以往的課程設計考核通常只在最后答辯的時候進行一次，本次課設則是在過程中加入了節點驗收，分組進行中期考核和驗收考核。在EDA課程設計第一周結束時，對每個小組的進展情況進行檢查，主要側重在檢查當前設計思路是否完整，并對進展情況進行考核打分，以40%的比例納入總成績，這一做法有效地加快了EDA 課程設計的進度，避免了學生最后不能完成設計情況的出現[6]。最終驗收階段，由團隊組長對完成的EDA課程設計進行總體講解，介紹設計思路與團隊中每名成員的工作分工，組員對各自負責的部分進行詳細說明。指導教師現場檢查EDA課程設計的完成情況，聽取答辯，并對每名學生提出針對性的問題進行考核。這種考核方式有效地促進團隊的交流協作，達到大于個體總和水平的效果。最后，適當考慮EDA題目的難易程度，結合實驗的完成情況和工作量分別給出考核成績。

3.4 效果討論

該項計劃現在已實施一年，從學生的反饋和實際的成績可以感受到明顯的進步，有部分學生根據此體系的教學對現代電子線路的設計產生了濃厚的興趣，有部分學生想以此作為畢業設計和后期學習的方向。分層設計，能夠有效地提高學生學習此門課程的興趣，并且更充分、有效地鍛煉學生動手能力;與此同時，學生在團隊中的不同角色，討論和答辯中的不同表現，使得教師對學生情況的掌握更加深入，對學生的評價更為準確。這些都說明了該事實方法的有效性。

4 課程探索

在后期的教學過程中，還會更加增多第二課堂的內容，或者利用“翻轉課堂”等新的形式。在教學模式上，改變學生課堂聽教師授課、課后完成作業的傳統教學模式為課前觀看教學視頻或閱讀教材、課堂討論和答疑的教學模式，化被動學習為主動學習。并結合各種電子類的比賽主題、FPGA大賽、物聯網大賽和市場的需求，對課程設計的題目設計做優化和更新，提升參考資料、教材的質量，將書本中的知識與硬件、軟件中的設計更有效地進行結合，使得學生能夠形成知識、芯片、軟件電路三維一體的綜合理解，進行更深入的理解，達到舉一反三。便于更好地提高學生解決復雜工程能力和創新能力的培養，促進學生知識體系的構建，達到學以致用、分析、評價、創新。

參考文獻：

[1] 洪燕，梁皓.EDA 技術應用于數字電子技術課程設計的教學探索[J]. 北京： 中國科技信息，2008（ 5） ： 205-206.

[2] 張穎穎，申偉.三本院校EDA課程分層次教學方法的實踐與探索[J].科技視界，2016（07）：145+160.

[3] 劉雪強，齊躍峰，劉燕燕，黃震，李江昊.“翻轉課堂”在EDA課程設計中的探索和實踐[J].電氣電子教學學報，2019，41（01）：148-151.

[4] 孫進輝.EDA技術在數字電子實驗設計中的合理應用分析[J].實驗室研究與探索，2018，37（02）：199-202.

[5] 符繼征.淺析EDA技術在數字電子技術實驗中的應用[J].赤峰學院學報（自然科學版），2016，32（08）：41-42.

[6] 趙科，鞠艷杰，陳寶君，劉曉博，梁海峰.EDA課程評價與考核標準設計[J].科技展望，2016，26（13）：166.

[7] 張惠國，潘啟勇，華強，顧涵.EDA課程層入式教學及實驗平臺建設[J].常熟理工學院學報，2011，25（12）：107-109.

[8] 李健敏.EDA技術在數字電子技術實驗改革中的應用[J].山東工業技術，2019（16）：216.

【通聯編輯：王力】