《E D A技术与应用》课程教学改革的探索

李政清

（三亚学院理工学院，海南 三亚 570200）

0 前言

EDA(Electronic Design Automation)即电子设计自动化，是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，自动完成用软件方式描述的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、布局布线、逻辑仿真，直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门多学科融合的新技术[1]。

我院开设该课程的时间是在学习完《模拟电子技术》和《数字电子技术》后的大三第一学期，它是电子信息工程技术专业一门重要的专业选修课程。其包括课堂教学、实验两个环节，显著特点是软、硬件结合，打破了软硬件之间的设计界限，知识综合面广泛、工程实践性强。依据厚基础、重应用的教学原则，结合教学大纲，课程教学内容的重点包括：（1）嵌入式开发工具——QuartusII；（2）VHDL硬件设计语言；（3）复杂的数字电路设计。结合前期先导课程，通过针对性的应用实例，循序渐进，实现从软件到硬件系统的设计，让学生深刻理解EDA技术的数字系统设计方法。学生能够熟练掌握EDA设计能力无论是对继续深造，还是工作就业都有重要意义。

1 问题

独立学院的目标主要是培养应用型人才，三亚学院自办学之初确立人才培养定位为：“培养适应社会主义现代化建设和市场经济需求，具有综合素质和学习能力、实践能力、适应能力、创新能力和可持续发展能力的应用型、实用性专门人才”。这就要求学生在具有一定理论基础的同时还要具有较好的实际动手实践能力，相对于重点学校来说，独立学院的学生基础比较薄弱，学习主观性不强。因此在独立学院开展EDA技术的教学改革与探索，提高学生的应用水平尤为重要。

通过课程教学的体会，开展教师间教学研讨并对教学情况进行总结，发现教学过程中存在不少问题：理论教学内容较枯燥、课本化，教学手段单一，学生学习兴趣和积极性不高，理论知识与实际联系的能力不强；实践教学内容全为验证性实验，缺乏设计性、综合性实验，导致学生分析和解决问题的能力较薄弱；同时还存在着日趋减少的教学时数和日益增多的教学内容之间的矛盾，由于电信专业课程较多，原来相对充裕的课时被压缩减少，而新知识的不断更新，使得教学容量增大，时间短、任务重的矛盾逐渐凸现出来；此外，传统教学中，教师将其作为数字电路的延伸，重点讲解如何利用EDA进行组合逻辑电路以及时序逻辑电路设计，多为编码器、译码器、加法器、数据选择器、计数器、触发器的设计等教学案例，EDA技术的优势和特点得不到完美的体现，这就导致很多同学无法认识到EDA技术的重要性以及其他很多专业技术无法比拟的优越的工程性，学习存在盲目性[2]。

2 改革与措施

基于教学过程中出现的问题，根据三亚学院办学理念、人才培养定位和课程教学的实际情况，结合教师间教学研讨，以培养和提高学生分析、解决问题的能力和创新性思维的能力，提高课程的教学质量为目的，实行了以下具体改革措施。

首先，精选教材。根据EDA教学需求，查阅许多国内外教材，并结合EDA技术的最新进展，选择了适合电信专业学生的教材——潘松、黄继业老师的《EDA技术与VHDL》（第4版），书中绝大部分章节都安排了针对性较强的习题、实验和设计项目，授课教师以不同的方式布置给学生完成，使学生对每一章的课堂教学效果都能及时通过实验得以强化。而多媒体教学是教学手段改革的主流，恰当地运用多媒体工具实现教学效果最优化，为教学改革寻找创新点和突破口，为此，教学课题组设计了多媒体教学课件。采用板书与多媒体教学相结合的授课方式，并充分利用学校提供的网络共享资源，从而提高了学生的学习效率，为学生后续专业课的学习打下扎实的基础[3]。

其次，现在的EDA技术已经向着多元化、多层次发展，要对EDA技术有个合理的定位。虽然EDA技术可以实现数字电路里的各种集成电路，但绝不能将其简单的定义为数字电路的后续内容；它可以在控制领域里得到广泛应用，也不能将其与单片机技术混淆，一味的强调它的控制作用。因此在教学中，除了进行基础理论讲解，还要进行基本实践训练，最后进行工程项目训练。

在内容上删除学科间重复的部分，补充了EDA技术的最新进展，以利于开阔视野，提高学习兴趣；针对硬件描述语言语法丰富，表达形式多样的特点，增加了大量实例，结合应用对编程要点进行说明，使学生更容易理解和掌握课程内容，例如，在讲解VHDL语言基本程序结构时，先让学生回顾以前学过的数字电路理论知识，并画出半加器，然后用PPT给出该电路的VHDL语言实例，重点阐述在用VHDL语言描述该电路时，该单元的名称；输入端、输出端名称及类型；输入与输出之间的关系这三个基本问题，从而引导学生将VHDL语言和电路对应起来；在可编程逻辑器件部分，缩减了对器件硬件结构的详细介绍，针对器件的特性，使学生学会如何选择合适的器件并进行配置；以Altera公司的Quartus II软件作为开发软件平台，在实验系统的基础上，使学生清晰的认识EDA设计的完整流程。

最后，围绕上述教学内容，精心设计配套实验，其中包括验证性实验、交叉性实验、综合性实验和设计性实验等四个方面。（1）验证性实验一般依附于传统公式或经典定理，通过这种实验，能够加深基础理论的认识，熟练掌握开发工具的操作与配置。（2）交叉性实验具有部分综合的成分，是以多学科或多课程为基础，并加强了各学科或课程之间的联系，有助于加强各实验课程之间的关联性或交互性。（3）综合性实验是一种由学生和教师共同设计、开发、实施和评价的实验课程，这类实验是本实验课程的重点。学生是实验课程的首要开发者，可充分体现学生学习的主动性，主要培养学生自顶向下或自底向上的设计思维习惯，培养学生的综合实践能力，提高分析问题、解决问题的能力。与其他实验不同的是该类实验具有多个程序模块，要求综合不同类型的程序模块，实现层次化设计。例如：用半加器和或门设计全加器的实验，可用两层程序完成该设计，先分别完成底层的半加器模块和或门模块程序，分别打包成器件，然后利用原理图调入所设计的器件或用元件例化语句完成顶层程序设计；或者利用文本编辑法、混合编辑法进行设计，通过不同方法实现，可以体现EDA技术模块化的分层设计的思想和设计理念，以及灵活性和可移植性。（4）设计性实验则完全超越了课程之间界限，实验建立在自我控制、自我指导基础上，根据自己特长组织实验内容，以自主学习为主，可在校内完成，也可在校外完成，也可集体合作完成，完全建立在兴趣之上，作为实验课程之外的有利补充。

另外，改革考核方式。学生成绩的考核是检验教学成果和了解学生学习情况的一种途径。传统的一份试卷作为学生的最终成绩不能客观的反映学生的真实水平，因此，对考核方法作了如下改革：考核成绩由平时作业成绩（20%）、考勤（10%）、实验成绩（40%）、卷面成绩（30%）四部分组成，这样的评分标准能避免学生死记硬背，更多的重视整个学习过程。通过考核方式的改革改善了学生的学习态度，消除了“应试教育”中的死记硬背，这样的方法得到了绝大多数学生的认可。

3 总结

结合EDA技术的特点和独立学院学生的情况，采取多种教学方法，调整教学内容，改进教学实验课程方式，提高学生的学习兴趣和实际动手能力，培养学生分析问题，解决问题的能力，使学生能够将在大学中学习到的理论知识转化到工程实践中，提高独立学院学生的竞争力，努力做到三亚学院倡导的“走进校园的目的是为了更好的走向社会”这个目标。

［1］潘松,黄继业.EDA技术与VHDL[M].4版.北京:清华大学出版社,2013.

［2］李海.独立学院《EDA技术》课程教学改革实践与探索[J].价值工程,2011.

［3］刘昌华.EDA技术与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2012.