《EDA技术与应用》课程教学方法探索与实践

2011-10-26李德明易艺江国强

中国科技信息 2011年2期

关键词：竞赛实训教学模式

李德明易艺江国强

桂林电子科技大学信息科技学院电子工程系，广西桂林 541004

《EDA技术与应用》课程教学方法探索与实践

李德明易艺江国强

桂林电子科技大学信息科技学院电子工程系，广西桂林 541004

对《EDA技术与应用》课程的教学模式的改革情况进行了介绍，课程体系加入EDA课程实训内容，改变了学生成绩考核的评定标准，举办EDA竞赛培养学生的创新能力。实践证明课程改革效果良好，激发学生的学习热情，提高了学生动手实践能力，培养了学生的创新能力。

EDA技术；教学改革；创新；EDA竞赛

引言

现代电子设计技术的核心是EDA（Electronic Design Automation）技术。EDA技术就是依靠功能强大的电子计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言H D L（Hardware Description Language）为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、仿真，直至下载到可编程逻辑器件CPLD/FPGA或专用集成电路A S I C（A p p l i c a t i o n Specific Integrated Circuit）芯片中，实现既定的电子电路设计功能。EDA技术使得电子电路设计者的工作仅限于利用硬件描述语言和EDA软件平台来完成对系统硬件功能的实现，极大地提高了设计效率，减少设计周期，节省设计成本。

《E D A技术与应用》是通信工程、电子信息工程和计算机科学与技术等有关电子类专业的一门非常重要的专业基础课程，对后续专业课程的综合设计和工程设计实践发挥着重要的作用。如今，EDA技术已经成为电子设计的重要工具，无论是设计芯片还是设计系统，如果没有EDA工具的支持都将是难以完成的。EDA工具已经成为现代电路设计师的重要武器，正在起着越来越重要的作用。如果学生能很好地掌握这门技术进行电路的设计，对毕业以后就业会有很大的帮助。

《EDA技术与应用》课程教学目标是要培养学生进行数字电路系统设计的综合能力，既需要学生掌握必要的数字逻辑电路的知识，又要有较强的逻辑思维能力。该课程实践性很强，学生既要掌握软件的设计能力，又要掌握硬件的调试能力，通过本课程的学习，要求学生能够掌握EDA工具软件的使用方法和硬件描述语言（H D L）的编程方法。EDA技术是电子技术领域的一门新技术，合理安排理论课程和实验课程的教学，提高教学质量对学生掌握这门技术有着重要的关系。本文就笔者如何通过对这门课程的教学方法的探索与实践来提高学生的应用设计能力进行论述。

1 改进教学模式

传统的教学模式是理论教学和实验教学是独立开课的，学生先学习理论知识，然后到实验室去做实验。这种教学模式对于EDA课程的教学来说存在着一定的弊端，由于学生第一次接触这门课程，大部分学生反映在上理论课的过程中存在有许多难以理解的内容，在做实验的过程中难以将理论知识运用到实践中去，为此，在上实验课时，为了让学生更好地明确实验目的，理解实验内容，实验教师还要花较多的时间讲解实验内容，这样就导致实验时间不够充分，学生无法完成实验内容，更谈不上让学生自己动脑思考问题、解决问题，实验效果达不到预期目标，长期使用这种教学模式会导致学生依赖性增加，不利于培养学生的实践动手能力和创新能力。

针对以上存在的问题，我院在《EDA技术与应用》的课程教学模式上作了大胆的改革，在教学方法和教学内容上做了精心的设计和编排，为的是让学生能更好更快地进入EDA技术的世界，培养学生的学习兴趣，掌握EDA技术的设计步骤和设计方法。我们做了以下几个方面的教学探索。

1.1 教学环境的改变

加大了实验室建设资金的投入，改善实验室的教学环境。目前总共建设了3个EDA实验室，每个实验室配备有《EDA技术与应用》课程教学实验平台和计算机，我院还与美国ALTERA公司建立EDA联合实验室，得到A L T E R A公司赠送的Quartus II正版开发软件，并购买DEO实验开发平台。有了这些设备条件，EDA课程的教学硬件条件得到了很大的提高。

《EDA技术与应用》课程教学按自然班级排课，每班人数控制在40人以内，学生根据安排好的时间到EDA实验室上课。教师利用实验室的多媒体软件和实验开发平台进行教学，学生边学边操作，这样的教学方式和方法更具直观性、趣味性，更容易提高学生的学习兴趣。这样就避免了改革前在大教室进行授课时教学内容抽象、枯燥，学生人数多不好管理等问题。

1.2 教学内容的改变

E D A技术具有很强的实践性、应用性，且更新速度快，新器件层出不穷，为了在有限的课时里要让学生掌握核心的技术，就要合理的安排课程内容，突出重点、难点。有些内容可以抛弃不讲或者少讲，让有兴趣的学生自己看书学习。比如FPGA/CPLD的内部结构可以少讲，因为对于一般的设计应用者而言，无需对器件的内部结构进行深入的剖析，设计者只需知道芯片的内部逻辑资源，管脚数目，及芯片的运行速度等重要参数就能进行相应的设计。

对《EDA技术与应用》课程的教学内容作了如下改革，首先介绍EDA技术的概念，介绍EDA技术的先进性、实用性以及EDA的设计流程，让学生对EDA技术有比较全面的了解，提高学习兴趣；其二，介绍EDA工具软件的使用方法，为数字电路系统的设计与实验操作打下基础；其三，介绍硬件描述语言（VHDL和Verilog HDL）设计实体（或模块）的基本结构，熟悉HDL的语言要素，掌握运用HDL实现各种类型数字电路及系统的设计方法；最后介绍EDA技术在组合逻辑电路、时序逻辑电路和数字系统设计中的应用。

1.3 理论教学和实验教学同步进行

以往的教学模式是理论教学和实验教学独立开课的，先由理论教师讲授理论知识，再由实验教师指导实验，在以往的实验教学中，发现大部分学生在做实验的过程中理论上所讲授的知识点忘记了，难以将理论知识运用到实践中去，甚至有可能出现理论与实验脱节的现象。该教学模式不利于学生及时理解消化理论课上所讲授的内容。为了改变这种弊端，我们将理论教学大纲和实验教学大纲进行修订，安排理论教学和实验教学同步进行，每次课安排4个学时，理论知识讲授2个学时，剩下2个课时安排学生进行实验，实验内容与理论内容相关。这样学生在学完理论知识后马上进行实验操作，可以让学生加深对理论内容的理解以及提高运用理论知识进行相关的电路设计的能力。如果学生在实验过程中碰到难以解决的问题，教师可以组织学生进行讨论，或针对问题进行深入讲解，让学生对重点难点内容加深理解，提高学生的学习信心和兴趣。

2 安排EDA课程实训

图1 EDA实训仪的外围模块资源

针对《EDA技术与应用》课程实践性强的特点，在完成课堂教学内容后，给学生安排2周的课外课程实训，实训的内容是完成一个小型的数字电路系统的设计，要求学生进行方案的设计和硬件描述语言程序的编写，利用Quartus II软件平台进行程序的编辑、综合、功能仿真和时序仿真，最后把设计好的程序下载到EDA实训仪上进行硬件的验证。根据课程实训教学的需要，我院配置了400台伟福EDA实训仪，这是一款便携式EDA实验开发平台，配有键盘、拨动开关、A/D、D/A，数码管等实验功能模块，体积小巧，方便学生借用。在EDA实训期间，可以把EDA实训仪借给学生带回宿舍去进行程序的调试，学生可以充分利用课外的时间进行电路系统的设计，有利于培养学生的自学能力。

如图1所示为EDA实训仪的外围模块资源，根据这些资源我们给学生提供了一些实训的参考课题，学生可以选择自己感兴趣的课题进行电路系统的设计。部分参考课题如下：（1）多功能信号发生器的设计；（2）数字电压表的设计；（3）交通灯控制电路的设计；（4）数字日历电路的设计；（5）智能电子抢答器的设计；（6）出租车计费器的设计；（7）频率计的设计。这些课题对于刚接触EDA技术不久的学生来说是具有一定的难度，但是学生只要掌握了EDA技术的系统设计方法，在教师的指导下经过自己的独立思考，还是可以完成实训课题的。通过EDA实训课程的学习锻炼，进一步加强了学生综合动手实践能力和综合设计能力的培养，为后续专业课程的学习打下了良好的基础。

3 改革学生成绩考核的评定方式

针对《EDA技术与应用》课程注重对理论知识的实际应用和实践性强的特点，课程的考核采用上机考试的方式，学生期终总评成绩由以下3个部分组成。

（1）平时成绩：占20%，这可以反映学生的考勤情况及在在学习过程中的态度表现，促使学生遵守课堂纪律和养成良好的学习态度，增强自我管理能力。

（2）EDA上机考核成绩：占40%，利用EDA实验室将过去单一的闭卷理论考试改革为开卷上机考核，要求学生在规定时间内完成一个简易的数字电路系统设计，教师现场打分，对有创新设计思路的学生进行加分，激发学生的创新潜能。

（3）EDA课程实训验收成绩：占40%，反映学生的综合设计实践能力以及创新设计能力。验收实训时要提交实训设计报告，对设计过程进行总结，论证方案设计的可行性，软件调试过程及仿真结果以及完成实训后的收获感想等。

4 举办EDA竞赛培养学生的创新能力

采用赛课结合的方式来培养学生的创新能力。我院在ALTERA公司的赞助下，已经成功地举办了两届的Altera杯EDA创新设计竞赛。竞赛规定使用A L T E R A公司生产的CPLD/FPGA作为主控制器，不得使用单片机等其他控制器来进行电路的设计。每个队伍由3个学生组成，参赛队伍自主命题，自主制定参数指标，充分发挥CPLD/FPGA器件的优势，完成一个较大的电路系统的设计。学生的参赛热情很高，每届竞赛全院都有几十支队伍参赛，学生利用课余时间查找资料、命题思考、方案论证、电路设计、编写程序以及对电路进行调试，最终的作品需要制作电路板进行硬件调试，而不能在实验开发平台上运行，这锻炼了学生的硬件调试能力。在这一系列的过程中，学生把所学的知识应用到实际项目中，提高了学生的项目开发能力，培养了学生的创新实践能力和团结协作能力。经过评比，每届竞赛都发现有创新性很好的优秀作品，其中有学生参加“ALTERA杯”第七届中国研究生电子设计竞赛，获得中南赛区团体二等奖（第四名）以及个人优胜奖的佳绩，并参加全国决赛获得团体三等奖。大多数学生感叹通过竞赛学到了很多课本上学不到的知识，并激发了他（她）们的学习后续专业课程的热情和动力，增强了他（她）们的团队合作意识，并表示以后要多参加这类竞赛，为毕业后参加工作打下坚实的基础。