基于OBE理念的EDA技術項目化教學探討與嘗試

劉義亭 郁漢琪 李佩娟 郭婧 路紅 錢夔 黃家才

摘? 要 在工程教育的大背景下，OBE教育理念正被逐步重視和推廣。以EDA技術課程項目化教學為例，以OBE工程教育認證要求為基礎，探討建立長期畢業(yè)生跟蹤及用人單位需求反饋機制，以企業(yè)和社會需求為引導，針對企業(yè)項目需要加以改進，建立長期與短期學生學習情況反饋機制，形成閉環(huán)評價，提升測控專業(yè)EDA技術教學質量。

關鍵詞 OBE;工程教育認證;項目化教學;EDA技術

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）14-0088-03

Discussion and Exploration on Project-based Teaching of Elec-tronic Design Automation Technology based on Outcomes-based

Education//LIU Yiting， YU Hanqi， LI Peijuan， GUO Jing， LU Hong，

QIAN Kui， HUANG Jiacai

Abstract Under the background of Engineering Education， the Out-

comes-based Education （OBE） concept has been gradually valued

and popularized. Based on the certification requirements of OBE， and

taking the project-based teaching of electronic design automation

（EDA） technology as an example， following aspects are discussed in

this paper in order to improve the teaching effects of EDA technology

in the major of measurement and control technology and instrument. These aspects include： establishing long-term graduates tracking and

employer demand feedback mechanism; taking the needs of enter-prises and society as the guide and improving enterprise projects to adapt to students; establishing long-term and short-term students learning feedback mechanism; forming the closed-loop assessment methods and promoting EDA teaching quality.

Key words outcomes-based education（OBE）; engineering educa-

tion certification; project-based teaching; EDA technology

1 前言

隨著工程教育的不斷推進，部分工科院校逐步將學以致用的辦學理念提到較高高度。2016年6月，我國正式加入《華盛頓協(xié)議》組織，進一步促進我國高等教育工程化應用的進程。當前，我國工程教育專業(yè)認證覆蓋21個專業(yè)類，獲得《華盛頓協(xié)議》組織的其他18個成員國（地區(qū)）認可[1-2]，

但在實踐型教學基礎設施、教學內容體系設計、“雙師”型教師隊伍、實踐考核辦法等方面仍存在局限性。本文將基于OBE教育理念，以電子設計自動化（EDA，electronic design automation）技術課程為例，嘗試討論當前EDA課程中存在的不足，以及EDA的項目化教學改進方法。

2 當前EDA技術課程教學弊端

EDA技術是高等學校工科專業(yè)中培養(yǎng)學生數(shù)字系統(tǒng)設計能力和創(chuàng)新能力的一門主干專業(yè)課程，實現(xiàn)對設計方案進行仿真和創(chuàng)新、模擬及估計，涉及檢驗和流程優(yōu)化等工作。該課程是培養(yǎng)學生學習專業(yè)課程和從事電子類產(chǎn)品設計的必備基礎課程。然而，電子設計技術呈指數(shù)級發(fā)展，傳統(tǒng)的EDA技術授課環(huán)節(jié)均存在諸多弊端[3-5]。

1）傳統(tǒng)的EDA授課往往采用兩種形式：一是數(shù)字電路基礎和硬件描述語言一起講授，這種方式受課時限制，教師往往采用介紹式，導致學生在短時間內接收兩種知識而無法消化;二是將數(shù)字電路基礎和硬件描述語言分開來講，這樣兩者之間存在時間差，學生由于數(shù)字電子技術基礎薄弱或遺忘，而導致不知硬件描述語言在做何事，或者無法跟上講課進度。

2）在講授型課堂上，學生被動接受知識，只需要配合聽懂，參與度不高。學生之間基本不交流，沒有引起自主思考，不利于表達能力的鍛煉。

3）EDA實驗設計環(huán)節(jié)題目設置過難或者過簡單。題目設置過難，多數(shù)學生無從開展實驗;題目設置過簡單，基礎較好的學生又過快完成題目。

4）EDA實驗指導或課程設計的指導教程過于詳細，學生按照指導書直接執(zhí)行即可獲得結果，碰到問題仍然不知道如何解決，既沒有充分調動積極主動性，也沒有鍛煉創(chuàng)新能力。

因此，傳統(tǒng)的EDA教育在一定程度上既未能達到讓學生充分掌握知識的要求，又未能滿足學生進入企業(yè)的工作需求。必須結合工程認證的要求，充分調研用人單位和社會對于電子設計自動化學生的用人需求，對EDA課程的教學方式進行大膽改革和創(chuàng)新。

3 工程認證下基于OBE的EDA技術課程項目化教學要求

當前工程教育認證正在國內高校如火如荼地開展。工程教育認證是將中國的高等教育推向世界平臺的一個有效途徑，也是中國高校畢業(yè)生獲得世界范圍認可的有效手段。工程教育的核心是OBE（Outcomes-based Education）理念，OBE理念是以成果為導向的教育理念，其重點包括三個要素：以學生為中心、以產(chǎn)出為向導、持續(xù)改進[2]。教學設計和教學實施的目標是學生通過教育過程掌握所學課程所傳授的技術或者能力，這些技術或能力能夠滿足用人企業(yè)的需求，并且持續(xù)跟蹤社會對當代大學生的需求，根據(jù)跟蹤結果，不斷調整教學設計和教學設施方案，并長期和短期評價學生對技術或能力的掌握情況，通過評價結果修正教學設計及教學設施方案。具體如圖1所示。

在南京工程學院，對于測控技術與儀器專業(yè)，EDA技術是一門專業(yè)基礎課程，是與電子系統(tǒng)設計密切相關的、實踐性較強的課程，課程教學是讓學生達到以下目標。

1）在了解FPGA內部結構原理的基礎上，掌握應用硬件描述語言VHDL進行數(shù)字系統(tǒng)設計的方法;掌握基于開發(fā)工具QuartusII的數(shù)字系統(tǒng)設計開發(fā)過程;具備一定的FPGA系統(tǒng)或者硬件系統(tǒng)開發(fā)知識，能夠進行初步的基于FPGA的數(shù)字系統(tǒng)設計，為以后從事基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)設計和開發(fā)打下基礎（支撐畢業(yè)要求2-3）。

2）了解大規(guī)模可編程邏輯器件FPGA的內部結構、芯片資源及其代表產(chǎn)品;掌握VHDL硬件描述語言的程序結構、數(shù)據(jù)類型、基本描述語句和描述方式;掌握FPGA開發(fā)工具QuartusII的使用方法以及基于QuartusII的編程、編譯、適配、時序仿真、配置下載等開發(fā)過程（支撐畢業(yè)要求3-2）。

3）掌握基于FPGA的數(shù)字系統(tǒng)設計方法，能夠結合測控專業(yè)其他傳感器類課程的內容，根據(jù)系統(tǒng)功能要求進行硬件模塊的搭建，并熟練應用QuartusII軟件及相關工具進行仿真與調試（支撐畢業(yè)要求5-3）。

當前我國在集成電路設計方面的人才缺口巨大，社會和企業(yè)急需集成電路設計方面的高級人才[5-6]。因此，在工程教育背景下，EDA技術這門課也應該引入OBE理念，對課程教學方式做出相應調整，以企業(yè)和社會需求為引導，針對企業(yè)項目進行包裝，形成示范教學內容，通過節(jié)點式項目化教學，讓學生掌握課程，滿足企業(yè)和社會需求。同時，通過節(jié)點式考核，掌握學生學習情況，了解學生需求，讓學生能力逐步與企業(yè)和社會需求靠近。

4 基于OBE的EDA技術課程項目化教學改進方法

基于OBE的EDA技術課程項目化教學通過以下方式開展。

建立長期畢業(yè)生跟蹤及用人單位需求反饋機制? 為了建立畢業(yè)生長期跟蹤機制及用人單位的需求跟蹤機制，可以通過以下方法逐步展開。

1）與企業(yè)建立有效的戰(zhàn)略合作關系。可以與企業(yè)建立聯(lián)合實驗室，或讓企業(yè)幫助學校建立實驗室，學校幫助企業(yè)培養(yǎng)對口技術人才，定期向企業(yè)推薦畢業(yè)學生;企業(yè)向學校提供新技術探索方向，學校完成新技術、新材料、新方法的探索與開發(fā)。

2）在企業(yè)建立畢業(yè)生實習基地。經(jīng)過學校的四年本科教育，學生已基本掌握本專業(yè)的基礎知識和基本技能，但缺少實際操作的機會。通過在對口企業(yè)建立實習基地，既可以讓學生對所學課程有具體的認識，又可以讓學生了解企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)過程，對今后的發(fā)展有一個清晰的認識。同時，企業(yè)也可以從實習學生中挑選合適人才，進行雙向選擇、重點培養(yǎng)，讓學校和企業(yè)無縫對接。

3）通過設計合理的評價途徑，讓畢業(yè)生定期反饋學校課程結構及所學內容在工作中是否經(jīng)常使用、較少使用或沒有使用。對于沒有使用的，在教學過程中就需要剔除;對于較少使用的，就可以對應減少教授時間;對于經(jīng)常使用的，就需要提出來重點講解;對于學校沒有涉及的但工作中常用的，就需要增補進教學內容中。同時，通過企業(yè)管理層，了解高校畢業(yè)生在企業(yè)的適應情況。通過從上到下以及學生自身體會兩個方面的持續(xù)跟蹤，不斷調整教學內容及實施方案。

以企業(yè)和社會的需求為引導，針對企業(yè)項目需要加以改進? 經(jīng)過對用人單位及畢業(yè)生的持續(xù)跟蹤、調研及分析，基本掌握了企業(yè)的需求，并通過戰(zhàn)略合作企業(yè)了解到部分具體項目需求。此時，教師應該通過以下幾個步驟將企業(yè)項目融入課堂的項目化教學：

1）對多個項目進行解剖分析，提取出項目中的共性需求部分;

2）羅列共性需求中所包含的EDA技術課程中的知識點，并對知識點的運用程度進行標注;

3）統(tǒng)計各知識點使用情況，按照使用頻次進行教學重點設置;

4）將共性需求包裝成一個工程需求，將工程按照由淺入深的順序進行階段劃分;

5）將前沿技術包裝成拓展部分進行閱讀或討論。

建立長期與短期學生學習情況反饋機制? 通過長期反饋調整教學內容設計，讓學生學以致用;通過短期機制不斷跟蹤學生學習情況，調整教學節(jié)奏，讓學生緊跟進度;通過項目化教學，激發(fā)學生學習興趣，增強實踐能力。具體實施方法如下。

1）根據(jù)項目節(jié)點設置短期的階段性考核，考核內容可以包括小組討論、答辯、報告、現(xiàn)場演示、分組路演等多重方式，旨在讓學生有一定的緊迫感，并通過動手實現(xiàn)、分組的形式讓學生自發(fā)地去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

2）在項目結束時可以進行長期的全項目考核，包括組織項目結題評審、項目結題演示、項目結題答辯。并根據(jù)項目完成情況對項目進行排序，對于優(yōu)秀的項目方案，可以通過教師或者學院推薦到企業(yè)使用，并給予一定的獎勵。

3）在畢業(yè)時，對學生進行問卷跟蹤，讓學生評價課程學習內容是否能夠滿足找工作的需求，并提出合理化建議。

形成閉環(huán)評價? EDA技術課程項目化教學的評價應該形成一個閉環(huán)的評價，評價的形式應該多種多樣，評價的維度也應該多種。

1）評價形式的多樣性。評價的形式可以包括問卷調查、教學結果與教學預期的對比、同行說課評價、專家隨堂聽課評價、學生成績分析等。

2）評價的多維度。與評價形式多樣性對應，評價的維度也應該是多樣的，需要包括學生的評價、同行的評價、專家的評價及企業(yè)的評價。

3）評價的閉環(huán)性。該評價包括多個閉環(huán)，且環(huán)路有交叉，如圖2所示。

5 結語

本文在工程認證背景下，以OBE教育理念為指導原則，從四個方面對EDA技術課程新的項目化教學中應注意的問題展開討論：建立長期畢業(yè)生跟蹤及用人單位需求反饋機制;以企業(yè)和社會需求為引導，針對企業(yè)項目需要加以改

進;建立長期與短期學生學習情況反饋機制;形成閉環(huán)評價。通過以學生為中心、以產(chǎn)出為導向、持續(xù)改進的教育理念，培養(yǎng)滿足社會和企業(yè)需求的電子設計自動化人才。■

參考文獻

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