新工科背景下EDA教學教改分析探討

駱忠強 熊興中

（四川輕化工大學自動化與信息工程學院，四川 宜賓 644000）

0 引言

EDA（Electronic Design Automation）即電子設計自動化，從廣義上來說，它是以計算機硬件和系統軟件為基本工作平臺，繼承和借鑒前人在電路與系統、數據庫、圖形學、圖論和拓撲邏輯、計算數學、優化理論等多學科的最新科技成果而研制成的商品化EDA通用支撐軟件和應用軟件包，目的在于幫助電子工程師在計算機上完成電路的功能設計、邏輯設計、性能分析、時序測試直至PCB的自動設計等的一門技術。從狹義上來說，它是以大規模可編程邏輯器件為設計載體，以硬件描述語言為系統邏輯描述的主要表達方式，以計算機、大規模可編程邏輯器件的開發軟件及實驗開發系統為設計工具，通過有關的開發軟件，自動完成用軟件的方式設計電子系統到硬件系統的一門新技術[1]。

EDA技術作為四川輕工大學自動化與信息工程學院電子電氣類專業的選修課程，開設在本科三年級階段，主要面向專業有通信工程、電氣工程及其自動化、生物醫學工程、電子信息工程。其目的是使學生掌握當今主流的電子系統集成設計（芯片設計）技術和系統設計思想，為以后的深入學習和從事有關數字電路領域的系統設計、芯片集成等工作打下堅實的基礎。從綜合的角度看，EDA技術的課程具有知識體系大，綜合性強，覆蓋軟、硬件方面的技術，要求學生具有扎實的計算機編程能力和數字邏輯電路設計的基礎能力。

1 現有教學問題分析

由于EDA技術的課程應用實踐特征性，EDA技術課程不僅要注重理論，更要注重實踐，即在學習硬件描述語言知識的同時，也要注重編程實踐或項目實踐。本課程需要注重培養學生的創新精神和實際動手能力，使學生通過實踐，真正理解并掌握EDA技術，設計并實現真實的電子系統。但是結合到我院在現有的EDA教學過程中，存在如下一些比較典型的問題。

1.1 知識性教育大于能力性教育

EDA教學中存在典型的重理論知識，輕實踐能力和工程能力培養的導向，花費了大量的理論教學時間講授VHDL編程語言知識，而忽視了怎樣利用VHDL實現編程仿真和特定模塊的設計仿真。知識性教育的導向往往是應付考試，一旦考試結束，能力沒有得到培養，一段時間后學習到的知識便忘了，所以存在著較大的教學模式問題。

1.2 實驗和理論教學分離

EDA教學中通常都是先在教室里進行課程理論教學，然后再在實驗室進行實驗教學，看似存在緊密的聯系性，但卻總是很脫節，課程教學的內容沒有通過實驗進行編程練習，而反過來實驗教學的內容也沒有很好地對理論知識進行有效地鞏固和復習。學生總是有些乏力，提不上學習的熱情。每次課感覺都是從新開始，沒有建立起良好的循序漸進的學習導向，所以是一個典型的問題。

1.3 考核與管理

由于管理機制的問題，理論課教學教師和實驗室課教師，分屬于教研室和實驗室中心不同部門管理，造成溝通上存在問題。理論課的教師對實驗不熟，想用實驗室也不方便，致使不愿意接實驗課，而實驗室的教師不上理論課，對理論知識點的把握不夠充分，只在意這個實驗的最終結果，而且通常過于形式化。最終的考核也是分比例構成，一般理論占70%，實驗占30%。

2 教學改革方法思考與探討

EDA技術課程是具有強工程實踐應用的課程，因此在現有的理論和實驗分開的教學機制下，學生學習的效果不是很好，難以達到課程的教學目標，對于實際的企業需求存在不小的差距。因此，EDA教學的改革勢在必行。在管理機制上應該進行改革，將實驗室并入所上課的教研室，為上EDA課程的教師提供使用實驗室的便捷和便于教師間的有效溝通。理論課教師和實驗課教師，不能單純劃分，必須理論和實驗都要帶。現今就是實驗的教師只帶實驗，理論的教師只上理論，這種劃分明顯存在著教學上的問題。由此本文針對本學院開設的EDA課程現狀和問題進行分析，提出了下面的教學改革方法思考與探討。

2.1 以學生為中心，開展能力性教學

本校的EDA課程總共38學時，其中理論教學26學時，實驗12學時。在教學過程，都是以教師為中心，教師講授，學生聽，或實驗室講解關鍵步驟，學生再做。這種以教師為主導的教學需要過渡到以學生為中心，讓學生多動手練習和思考。以培養學生能力的指標為中心，單純的知識性講解，學生雖然學了，但是工程實踐能力沒有得到訓練，是難以有這方面的能力。理論與實驗盡可能都在實驗室融合開展教學，不要分離在不同地點開展和不要分先后開展，即先理論、后實驗。在教學資源較為緊張的情況下，在教室上課，可以安排學生帶上筆記本電腦進行理論和實驗同時融合的教學。

2.2 案例式教學

在本校的EDA教學中，以VHDL語言為講解對象，理論方面側重于語言結構和語法，學生聽著過于枯燥，缺少興趣。單純的語言講解，記憶的點過多，讓人容易忽略和忘記。由此需要改革，引入案例式教學，引入前述課程相關的案例，如數字電路中的D觸發器、鎖存器等，然后用VHDL程序實現，將語言的結構和語法在有機的在案例中體現，讓人印象深刻，現今有些教材已經開展注意到這種案例的編著，以求適應案例式教學[2]。

2.3 項目式教學

EDA技術實用性很強，可以考慮引入項目作為教學導向，讓學生參與到項目中，邊做邊學，既能學習知識，又能鍛煉工程實踐能力。在新工科背景下，EDA可以與如人工智能等新興技術相互聯系，讓學生接觸到前沿知識，激發他們去使用相關的軟件進行實踐，如FPGA的邊緣計算和人工智能、FPGA的圖像處理等。

2.4 優化考核方式，以成果為導向

傳統的閉卷考試重點考查學生對硬件描述語言的語法知識的掌握，對應用和創新能力的考查沒有體現，優化考核中的理論成績和實驗成績比例，可以突出實驗操作方面的成績，此外EDA課程的考核可以考慮引入最終成果考核機制，給定學生任務，用EDA實現其功能，以最終實現的成果是否達標進行考核，將工程實踐的能力體現凸顯出來。

2.5 線上視頻和網上實驗教學

由于教學資源的限制，可以讓學生線上學習教師的上課視頻，同時可以考慮建立虛擬的網上實驗室，學生的電腦可以接入網上實驗室設備，進行實驗任務。現今虛擬的實驗室建立，也變得越來越重要。

2.6 引導學生參加競賽，提升研發能力

積極促進學生參與競賽，提高動手能力，讓學生將理論知識與工程設計相結合，提升學生電子設計實踐能力及項目研發的能力，加強對EDA技術的興趣，以及能力培養。

3 結語

EDA技術作為一門實踐性很強的課程，在新工科與專業認證的背景下，如何進行合理的教學規劃是高校教師一直思考與探索的問題。本文在此方面進行了一定的問題分析和解決思路及方法的探討，未來需要進一步結合以學生為中心的實踐效果，持續改進教學，促進EDA技術課程教學的不斷優化，促進我院未來培養能夠進行FPGA開發、硬件系統設計與研發的創新型、工程型人才。