校企合作EDA技術綜合設計實踐課程改革探索

韓力英，武一，王楊

（河北工業大學 電子信息工程學院，天津 300401）

0 引言

當前，國家正在建設一流專業一流課程建設，又恰逢全球電子信息產業正處于前所未有之大變局下，電子信息人才培養，尤其是高層次創新人才培養面臨深刻的挑戰與戰略機遇。習近平總書記在全國教育大會上指出，立德樹人要堅持以人為本。吳巖司長在全國產學合作協同育人大會上也指出，產教融合是促進校企協同育人的基本手段，是實現產學研用結合的主要方法，是提高人才培養質量的重要途徑，尤其是新工科建設、課程建設需要社會力量的參與[1],中國制造2025中也強調了產教融合人才培養體系的建設[2]。EDA技術綜合設計課程作為高校電子信息類專業培養方案中的實踐性非常強的專業核心課程。本文給出了以人為本的課程改革過程，首先校企合作確定了課程培養目標和教學內容，教學方法，共建了開放式實驗室[3-5]以及空中課堂，最后給出了一個教學案例剖析。

1 課程培養目標

以OBE理念為指導[6]，建立以學生能力培養為導向的實踐教學課程目標，對EDA技術課程進行實踐創新教育改革，從企業需求出發，學校和企業共同進行探討，產教融合，加強實踐教學合作[7]。首先確立培養目標：（1）具有工程知識能力；（2）分析問題和解決問題的能力，知識應用的能力；（3）文獻查閱能力，自主學習能力，使用現代工具、文檔撰寫能力。（4）團隊合作能力。（5）解決復雜工程問題能力。（6）創新思維能力。

2 多層級的教學內容

根據培養目標設置教學內容，首先要改變傳統的教學理念，實現以教為主向以學為主、以課堂教學為主向課內外結合、以結果評價為主向全面評價相結合的三大教學轉變。為此，要構建以學習為中心的實踐教學活動，將企業學生教師三者作為教學活動的主體，教師進行案例開發、教學設計、課外輔導，企業進行教學設備研發、技術支持、前沿知識培訓，學生則作為學習的主體，在項目驅動下進行線上線下學習設計、養成終身學習的習慣。秉持學校“工學并舉”辦學特色，強化實踐環節，構建多層級實踐教學模式[8-9]，校企合作共同培養具備創新精神、實踐能力高素質人才。分層的教學內容設置如圖1所示。

圖1 分層的教學內容設計

3 全新的教學方法

教學中主要采用翻轉課堂的教學形式，以學生自主實踐為主[10]，采用項目驅動引發式教學[11]，逐漸讓學生了解熟悉編程語言軟件操作，設計思想，從簡單的組合邏輯電路基礎項目設計開始，逐漸過渡到時序邏輯電路設計項目，綜合設計項目以及創新項目，培養學生實際動手能力，工程設計能力，進而能夠進行工程實踐性綜合設計，提升學生解決復雜工程實踐問題能力。教學方案設計根據工程認證能力本位原則，采用分級教學內容設計，每一個項目設計都可以分為基礎任務、拓展任務和提高任務。其中基礎任務引導學生進入項目設計，拓展任務培養學生解決復雜工程問題的能力，提高任務培養學生創新能力。教學過程中以學生自己動手設計操作為主，打破時空限制，學生可以根據自己的時間在全天開放的實驗室或者教師宿舍等場所進行項目設計，教師以QQ在線、線下課堂等方式隨時解決學生在設計過程中遇到的問題。學生設計方案采用課堂和網絡案例分享形式，進行教師評價和學生互評。教學過程中，利用學校云平臺和企業官方微信網站，建立空中課堂，探索互聯網＋時代的校企合作課程共建模式[12]，不斷推出企業最新技術培訓，使學生和教師了解掌握科技時代前沿技術，形成時時、處處、人人皆可學的教學新形態，一切教學活動均服務于“以學習為中心”的教學模式，最大化地挖掘學生的創新能力、提升教師的教學水平和教學質量。

4 學校企業聯合共建實驗室

以建設產學研平臺為契機，完善多主體協同育人的模式，根據電子信息類實踐課程的特點，借鑒其他高校的實驗室建設模式[13-15]，學校與依元素公司共建口袋實驗板實驗室，前期公司對教師和部分學生進行培訓，EDA技術課程組教師采用翻轉課堂，線上線下混合式教學模式進行課程實踐教學。在教學過程中，充分發揮企業、學校在資源建設方面的優勢，鼓勵教師和學生積極參加大學生創新創業項目、各種授課技能競賽、公司技術培訓，促進教育鏈、人才鏈與產業鏈、創新鏈有機銜接，培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。其中，EGO1口袋實驗板，用于課內教學使用，人手一塊，可以持有一年，PYNQZ2實驗板用于創新創業項目、畢業設計項目，電子設計大賽項目設計使用，隨用隨借。

5 案例剖析

以整數平方根算法的實現項目設計為例，進行案例設計過程簡述。在設計過程中，采用項目驅動教學法，以項目的實施過程為藍本，從需求開始，到方案設計，最后是驗收，涉及整數平方根算法分析，二進制碼轉換成BCD碼原理、靜態及動態數碼管顯示原理、數據存儲等知識點，其項目驅動設計如圖2所示。

圖2 整數平方根算法項目驅動設計

用FPGA去實現整數平方根算法的項目設計是一個比較完整的工程實踐工程，需要經歷算法分析研究、模塊化設計、軟件仿真驗證，硬件實現調試等過程。通過這個項目，引導學生了解自頂向下的現代電子系統設計方法訓練學生從理論算法到數字電路實現，包括設計、仿真、調試等。培養學生初步的工程實踐能力，進而提升解決復雜工程問題的能力。

項目設計以學生為中心，按照“兩性一度”標準，進行能力達成和拔尖人才培養。設計分級課程內容和分級課程培養目標，主要包括充分考慮學生的普適化和個性化需求以及終身學習的能力培養需求，將項目分解為基礎任務、拓展任務和提高任務，如圖3所示。學生自己評估自己的能力水平，在教師的引導下首先完成基礎任務，然后進行拓展任務的學習和設計，最后自主選擇是否完成提高任務。整個設計過程，教師設置問題導向，引導學生逐步完成設計，充分發揮學生的創新思維，培養學生的創新能力。

圖3 項目任務分解

每一個設計項目，都有完整的設計流程及考核點，對學生進行全方位的學習效果考核評價，評價機制設置對學生設計過程也起著牽引作用，使學生在設計過程中充分注意考核內容。考核分值比例如圖4所示。

圖4 考核評價比例

學生通過一周的課上課下時間查閱資料，討論方案，電路設計，總結設計過程中遇到的問題及解決方案，現場驗收答辯分享通過后，將自己的設計報告以及設計結果上傳到作業庫。如圖5所示硬件結果。

圖5 設計結果硬件圖

這樣的一個綜合設計項目，通過一周的時間來完成，其中課上時間4學時主要是任務布置，驗收，課下用于設計完成。但是對于能力比較強的學生來說，一兩天就能完成，對于這部分學生來說，他們會在此期間關注網站相關最新技術培訓，準備設計大賽及相關創新創業項目。整個課程結束后，有興趣的學生及有時間精力的學生，可以在暑假期間參加依元素公司提供的免費技術培訓，以及企業國家舉行的電子設計大賽，以提升自己創新能力，使自己與時俱進，了解掌握時代前沿技術。

6 結語

傳統實踐性強的EDA技術課程，經歷了從封閉的校內理論到理論加實踐再到完全實踐的教學過程，經歷了從統一的傳統的驗證性實驗到設計性實驗的過程，最終在河北工業大學電子信息工程學院三個國家的一流專業的基礎上進行一流課程，結合迅速發展的信息技術，再次校企深度融合，以工程認證的標準進行了培養目標的重置，進行了分級的項目設計內容改革，構建了以服務學生學習為中心的教學活動和空中課堂。今后，課程組將繼續挖掘校企各自優勢，在教學設計方案、教材、學習體系和內容、教學空間、學習方法、實踐教學考核評價體系等方面進行教學改革探索實現與持續改進。