应用型本科EDA技术教学改革的研究

庞前娟

[摘 要]EDA技术是高等学校电子信息类一门应用性、实践性很强的课程，但其常见的理论加实践的教学模式存在着弊端。对于应用型本科来说，EDA技术在教学中应采取多元化的教学模式，提倡使用硬件核心开发板的项目教学法，以提高学生应用EDA技术设计电路系统的能力，培养学生自主研发与创新能力。

[关键词]EDA技术 教学模式 项目教学法 FPGA

[中图分类号] G642.0[文献标识码] A[文章编号] 2095-3437（2015）07-0125-02

电子设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）是一种“软”、“硬”紧密结合的电子设计技术，它以计算机和EDA软件为工作平台，以硬件描述语言为设计语言，以专用集成电路为实现载体，设计并实现数字电子系统和复杂的电路系统。随着电子技术的飞速发展，电子设备及数字系统的复杂度、集成度越来越高，产品更新换代的节奏也越来越快，要求产品的开发周期短、开发成本低、保密性和可扩展性好，因此对集成电路的设计方法提出了新的要求，同时也对应用型本科的EDA技术工程教育提出了新的要求。EDA技术在应用型本科教学中的地位不断凸显，但现有的EDA技术教学模式缺乏应用性、创新性，已经无法适应应用型本科教学需求。为了提高学生应用EDA技术进行电子系统设计和创新的能力，必须对现有的教学模式进行改革，这也是应用型本科电子信息类专业课程建设的一项重要任务，具有积极的现实意义。

一、常规的EDA技术教学模式分析

EDA技术是实践性很强的专业基础课，是多门专业课的基础，在电子类、通信类的本科专业的教学中是必开的课程，开课率与课程渗透率很高。

目前EDA技术课程教学模式普遍采用课堂教学与实践相结合的结构，课时分配基本按照《普通高等学校本科专业目录和专业介绍》开设，理论课时52学时，课内实践课时12学时，课程设计20学时，如图1所示。

课程设置上，课程教学与实训相互独立考核，完成课程教学并考试结束后才安排课程设计类实训，这样的课程安排存在明显的缺陷：（1）重理论轻实践，满足不了EDA技术实践性强的特点，易造成理论与实践脱离。（2）课程的理论教学与实训设计相互独立进行，没有互相配合、互相交叉教学的影响力。课程的课堂教学手段普遍是用黑板或多媒体讲授理论知识，主要向学生讲解可编程逻辑器件的基本结构、硬件描述语言、EDA开发工具与软件的使用，学生只是机械地理解与掌握EDA工具平台，运用简单现成的软件来验证某一个功能块，按照EDA工具条来仿真，观察时序图，这样做毫无创新，仅仅是学会软件的使用手法。因此传统的EDA教学模式存在着诸多弊端。第一，理论教学满堂灌，学生被动地接收理论，机械地理解和掌握EDA开发工具，单调的理论教学降低了学生学习的主动性和创新性。第二，实验教学采取实验箱进行验证实验的模式，学生从确定的原理出发，统一采用相同的实验步骤、同样的实验手段获得雷同的结果。第三，尽管设置了“设计性”的课程设计，但由于指导老师少、设计的题目雷同多、设计内容陈旧无创新性的原因，往往难以名副其实地培养学生的创新意识和创新能力。

二、EDA技术应用型本科教学模式的改革

（一）开展项目教学法的多元教学模式

以引导式教学法为前提，对EDA技术教学内容进行迭代式的项目教学设计，保证教学内容的完整性，提高教学质量，激发学生学习的主观能动性，提高学生的实践能力与创新能力。具体教学内容以项目的形式分多个迭代层面展开，如图2所示。以项目形式将EDA的内容有机结合在一起，通过迭代层逐步展开教学，将EDA技术课程的脉络清晰地展示给学生。新模式的教学改革是把理论教学内容融合到与之同步的实验项目中，合理设计实验项目，课程内容以基础型、扩展型、综合设计型3个类型的项目展开，内容与难度层层推进，分层次逐步展开教学。此类型的项目有“数字秒表”、“数字电压表”、“电子密码锁”等多个应用型的项目，根据教学课时设定项目个数，如果本课程为64学时时，可以设定6个项目，每个项目平均12学时。

项目实施的过程中软件与硬件相结合，避开老师程序分析和讲解、演示、学生验证的弊端。项目教学法的目的旨在扩展学生的编程技巧和视野，项目实施过程中充分发挥启发式和探讨式的教学优势，不断引导与鼓励学生完成项目设计，并从项目设计的过程中发现问题，解决问题，积累经验，体现“教学做”一体化的教学模式，避免了满堂灌。

（二）项目教学的实施

常规教学模式中，实验项目是利用EDA实验箱进行的，无法看到实验电路，学生不清楚内部原理，只是验证性的调试，尽管实验易成功，实验结果方便得出，但学生无法深刻体会工程设计与系统设计的概念，感受不到自己设计出电子“产品”的乐趣。对于应用型本科的教学，本课程实验适合利用开发板开展项目教学，学生利用开发板实现设计项目是一个极为有效的自我学习和锻炼过程。

以硬件核心板为载体，教学过程中硬件与软件相结合，体现“教学做”一体的高效性。项目开展的过程中，教师指导学生了解开发板的芯片类型、电路结构、工作频率等关键点内容，结合EDA开发工具，引导学生针对项目的要求进行模块化的设计，用例化语句完成顶层设计或者利用原理图和代码结合完成顶层设计，然后根据开发板的功能进行管脚设计，掌握下载到开发板的流程，最终达到设计电路系统的目的。以“数字钟”项目为例，教师根据实际的功能给学生下达任务：（1）数字钟的基准频率（1HZ）如何从开发板的工作频率（50MHZ）分频而来？（2）数字钟的基本功能是什么？（3）数字钟如何驱动和显示？（4）如何在FPGA开发板上实现项目功能？这样引导学生运用所学的知识理清设计思路，在老师指导下确定最佳方案。接下来引导学生通过分频手段获取秒脉冲信号，根据开发板显示电路结构，完成LED动态显示程序的设计等，通过层层递进，使学生设计思路清晰，掌握理论与实践相结合的有效方法。整个项目实施过程中让学生独立、主动地完成项目，强化了学生的主体作用，弱化了老师的主导作用。在项目设计的讨论、协作、实践、调试、制作、最终完成“产品”等一系列过程中，必然大大地提高了学生独立分析问题和解决问题的能力，同时也培养了学生的创新意识和创新能力，激发了学生学习兴趣与积极探索的精神，学生获得荣誉感与成就感，为他们将来参加各类电子系统的设计打下良好基础。

（三）EDA技术实训扩展的改革

通过以上项目教学法的实施，学生已经掌握了项目设计的基础技巧，在后续的EDA技术课程设计与实训中，就可以进行项目扩展的设计了。实训项目的难度与深度加大些，如频率计、交通灯的控制等类型的项目，学生可两三人一组，查询资料，团队协作，进行电路系统的功能分析、模块划分、代码编写、仿真验证和电路系统生成，按照工程项目的实现过程来培训。随着不断地培训与锻炼，学生的工程设计能力不断提升，对学生课外科技活动、学生电子设计竞赛、毕业设计项目的前期准备等有很大的促进作用。

三、结束语

应用型本科的EDA技术通过项目教学法的改革，一方面将理论教学与实践教学进行了有效结合，使教学内容更生动更形象地展示在学生的面前，通过层次化的项目实施，学生加深了理论知识的理解，提高了学生的开发能力，使学生的学习观念从“要我学”转变成了“我要学”，使EDA技术的教学效果达到最优状态。另一方面，学生利用电脑、软件系统、硬件开发板，组成了自己最基本的“实验室”，虽然设计过程是辛苦的，但是却很有收益，因为自始至终学生都看到自己亲手设计的“产品”，真正明白EDA设计究竟是怎么回事，开阔了眼界，了解了更多的专业知识与前沿知识，同时极大地激发了学生的内在潜能，培养了学科研究的基本能力与兴趣，适应了社会应用型人才的需求。

[ 参 考 文 献 ]

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[责任编辑：钟 岚]