利用EDA技术改革电子学实践教学

只德瑞，白 芳，费 腾

(天津商业大学信息工程学院，天津 300134)

0 前言

以微电子学为基础、以计算机技术为载体、以软件技术为核心的电子设计自动化(EDA)技术飞速发展改变了传统电子系统的结构和设计开发方法，对21世纪新一代电子系统设计人员提出了新的要求。在此背景下，大学生必须既具备坚实的电子学理论基础，也必须掌握先进的电子系统设计技术和方法，具备初步开发电子系统的综合设计能力和创新能力，适应社会需求。近几年教育部提出关于“使用信息技术工具改造课程”方案，从而推动了我校EDA技术在“电子学”教学中实施和推广。在“电子学”课程中深入开展EDA实践教学和EDA设计大赛，收到了明显的改革成效，实践教学提高了教学质量，培养了大学生的解决问题能力和创造力，形成具有鲜明教学特征和课程特色，形成了现代教育思想完整、可持续、有辐射力的课程体系。

电子设计自动化软件工具的出现为电子设计工作者提供了一种全新的设计方法。将EDA引入到教学中，可使学生开阔眼界，从中小规模的分立逻辑器件上升到可编程逻辑器件，从用自底向上的设计方法在印刷电路板上将集成电路组装成板级系统，上升到自顶向下的ASIC(Application specific IC)系统设计方法，改革电子学教学方法引入EDA技术为培养高水平科技人才打下坚实的基础。使学生尽快掌握现代电子设计方法，在后续课程中逐步加深和掌握储备知识，比如，在后续的电工电子实习、专业课课程设计、各类专业实习和竞赛中得以巩固和扩展知识。同时，减轻许多学生对学习硬件的恐惧心理，对后面的专业课程的学习也有积极影响。使学生在全国电子设计竞赛、开放实验、毕业设计中应用电子设计的综合能力增强。

电子学知识在我校工科教学中重点在小规模集成电路构成的电路分析和设计以及中规模集成电路的原理和应用，而大规模集成电路知识涉及内容较少，只有一个简单CPLD/FPGA实验，这已不适应现代微电子技术的发展，因此我校对电子学知识的教学进行了改革。

1 构建立体化教学资源

电子技术知识教学中逐步实现“教”与“学”的配合，通过教师与学生的互动，实现传统的教学方法向现代教育所强调的“以学生为主体，教师为主导”的过渡，培养学生独立探索知识的能力，帮助学生学会自主学习，掌握终身学习的方法。重点注意以下几个方面。

1)电子学理论知识教学不容忽视

实际硬件电路知识在教学是不可缺少的，可以规范学生在EDA设计中软件架构的思路。因此，在教学内容上围绕小规模集成电路分析和设计的教学内容适当删减，保留概念的介绍。重视中规模以上集成电路的理解应用，如计数器等，因此制定新的教学改革大纲，以适应改革的要求。

2)全方位进行EDA教学

首先，在电子学知识理论教学中引入EDA教学，将部分实例及部分电路的原理用EDA软件来实现，如寄存器、计数器、加法器、比较器等，这样既节省时间，又能激发学生的学习兴趣;其次，在电子学基础实验中引入EDA教学，可以让学生在课下预习基础实验时，先用软件进行设计方针，激发学生探索知识的欲望。这样可加深学生对电路基本原理的理解，提高教学质量。

3)EDA教学注重教学方法

由于课时的限制和内容的筛选，大大地缩小了授课范围。因此，在教学中以实验为中心线索，打破现有教材章节之间的界限，在教学中大规模可编程逻辑器件(CPLD/FPGA)只给学生一个基本介绍，工具软件及实验开发系统的使用均不具体讲授，作为学习工具以会用为原则，通过图形输入和文本输入两种验证实验完成EDA设计的完整流程，让学生在最短的时间内掌握其使用的基本方法。

4)案例教学激励学生学习

用大规模可编程器件，通过EDA软件平台，运用硬件描述语言完成电子系统设计理论和方法的学习，其内容涉及知识面广、综合性、实践性强和难度大，要在短时间内使学生掌握EDA设计思想和方法难度很大。如果在教学过程中引入案例教学来补充语法设计，加强实践和学习系统设计。通过各具特色的案例，让学生学到新的知识和设计技巧。案例教学引入课堂既吸引学生注意力，激发他们的好奇心，又能促使学生在整个案例分析过程中积极的思考。

5)网络学习平台培养自学能力

开放网络学习平台使学生更好的利用课余时间学习、扩展电子技术知识。使VHDL等语言的讲授时间可以减少，通过结合实验教学就会学会语法结构的要求，达到教学够用的软件要求，让学生从验证、模仿到自己设计，既学习了新知识，又锻炼了自学能力。

2 强化创新能力培养

教育教学改革要以培养适应现代化建设需要的具有创新精神、实践能力和创业精神的高素质人才为宗旨。创新意识与实践能力培养，主要体现在实验教学与实践教学两大环节中，探索与实践在新形势下实践教学在培养学生创新和应用能力中的作用和体味，探索实践教学改革的途径与方法，为学生提供课外科技活动、创新实践以及培养学生工程意识和实际应用能力的平台，培养学生的创新意识、创新精神和创新能力。

1)培养创新能力搭建创新实践研究平台

以实际工程应用为线索的创新实验探索，是通过教师给出的题目，学生通过自学、讨论，学习相关的知识，用来训练学生研究方法、培养学术研究能力。设计型题目在多章节授课内容基础上加以综合，完成简单工程设计，将电子学理论与工程实践结合，培养学生求真务实的工程实践思想。

2)培养创新意识积极组织开展科技活动

为了对本科教学质量起到促进作用，及时把教师的科研成果转化为教学内容，同时积极组织学生参与教师科研和大学生训练项目，对提高本科教学质量将起到很大的推动作用。EDA教学工作总体思路框架如图1所示。

图1 EDA教学工作思路框架

3)总结改革成果，学生评价促改革

通过一两轮的实验改革对学生做了问卷调查，调查范围是经过EDA教学改革重点培养的学生。学生普遍反映教学方法丰富、教学方式灵活、激发了学习兴趣、增长了见识、开拓了视野，从问卷统计看出，学生满意度很高，教学效果显著，通过此次改革取得了可喜的成绩。课程教学效果调查统计结果表中认为“我能较好运用该课程所学知识，分析解决实际问题”的学生比例占85.8%，认为“该课程有助于我创新意识和实践能力的培养”的学生比例占88.3%，更重要的结果是提高了学生对课程的兴趣，感觉所学知识有的放矢不盲目。

3 结语

我校的EDA教学改革特色是打破了以往教学死板、实验教学形式较固定的教学模式，增加了开放实验室教学环境，举行了形式多样的学生自主学习和培训模式，构建了学生自学网络平台，引导学生自觉利用课余时间开展科学研究活动。此次改革促进了学生个性的发挥，立体化的教学资源的搭建，为今后以培训和开展竞赛的教学活动提供了丰富的资源和交流环境，为学生课外科技创新活动开拓了视野、增强了信心，所有这些举措的实施，保证了教学质量，提高了学生素质。

改革不足之处在于改革探索阶段，改革实验目前只完成两轮，教学环节经验不足，实验班级少，建设性材料还有许多需要完善的地方，希望在以后的改革实验中不断补充教学内容和补充多样教学实践形式。今后工作目标是将EDA技术成熟的教学实践经验推广到全校理科专业学习电子学知识的课程中，使更多学生受益。

［1］ 秦曾煌.电工学(电子技术)［M］.北京:高等教育出版社，2004.7

［2］ 康华光.电子技术基础(数字部分)［M］.北京:高等教育出版社，2005.7

［3］ 王金明，杨吉斌.数字系统设计与Verliog HDL［M］.北京:电子工业出版社，2002.6

［4］ 徐继存编.教学论导论［M］.兰州:甘肃教育出版社，2001.5

［5］ 郑金洲编.案例教学指南［M］.上海:华东师范大学出版社，2000.6