“EDA技术”课程实践教学改革探索

任文平　李鹏

摘 要：传统的“数字电子技术”由于设计方法陈旧、设计验证滞后等问题，已经远远不能满足现代数字电路的设计要求，取而代之的是近年来发展起来的“EDA技术”。本文针对“EDA技术”课程教授过程中出现的问题，提出了在教学内容、教学方法、手段、实验课设置及实验考核等几个方面进行教学改革的措施。经过近两年实践证明，通过实施这些措施，学生的电路设计能力及工程应用能力得到了提高。

关键词：数字电路 EDA技术 教学改革 应用能力

关键词：2016年云南大学重点教改项目资助；云南大学信息学院教改项目基金资助

引言

在科技迅猛发展的今天，电子技术已得到广泛应用。作为电子系统重要的组成部分，传统的数字系统设计方法却存在着如下缺点：（1）以原理图为核心的设计方法，不能适应现代复杂电子系统的设计要求；（2）采用通用的中小规模的逻辑元、器件及芯片进行电路的设计，不能满足知识产权保护的要求；（3）在系统设计的后期才能进行的仿真和调试，不能满足现代社会对设计周期及产品性价比的要求。

近年来出现了以可编程逻辑器件PLD（programmable logic device）为设计平台的EDA（Electronic Design Automation）技术，该技术是目前电子系统设计的最新技术方向和潮流，使用EDA来设计数字系统，可以大大缩短设计时间，提高系统的便利性及可靠性。因此，该设计方法在电子信息、通信、自动控制及计算机领域都有着广泛的应用。近年来，各高校已经逐渐把EDA技术纳入本科和研究生教学中，据有关资料显示，全国90%的高校都在不同的教学层次上开设了相关的课程。云南大学于2004年就开设了这门课，但是经过几年的教学实践，我们感到这门新课程在教学模式、实验的设置及内容的安排上存在着不足，这些都严重地影响了教学效果，使课程没有达到应有的效果。“EDA技术”作为信息学院重要的实践教学课程之一，在教学及实验的内容方面，都是多学科内容的综合体现，因此，如果对EDA课程在内容、设置及思路上进行有效的改革，将有助于培养学生的综合能力及实践动手能力。因此，该门课程的教学改革意义重大。本课程的改革主要从以下几个方面进行：

1 调整教学内容

“EDA技术”是一门实践应用课程，但是原有的课程在内容设置上不能体现这一特点，所用的教材介绍了可编程逻辑器件的结构、工作原理，硬件描述语言的语法及数字电路的基本电路单元等，在应用及创新拓展方面实例不足，因此必须按照课改思路更新教学内容。内容设置可分为如下三个阶段：（1）第一阶段（1～8周），EDA基础知识的学习及基础实验阶段。在这个阶段，学生将学习可编程逻辑器件的结构、硬件描述语言语法、基本逻辑单元的设计等内容，学会以可编程逻辑器件为设计平台，利用软件进行基本电路的设计，如，译码器、加法器、计数器等电路单元的设计。（2）第二阶段（9～13周），EDA工具的深入应用及综合实验阶段。在这阶段学生将学习LMP兆功能模块、Signal Tap逻辑分析仪、Modelsim仿真软件等高级EDA工具的使用方法，利用这些高级设计工具，学生可以进行简单电路系统的设计，例如，数字钟、信号发生器等具有一定应用功能的电路系统的设计。同时配置综合性实验2～3个。（3）第三阶段（14～17周），综合设计及工程训练阶段。在这个阶段，将讲授大量的系统设计实例，内容涵盖数字电路、计算机接口技术、通信技术、数字信号处理、图像处理、自动化技术等多门课程，将本门课程与其他课程的知识结合起来。

通过调整课堂教学内容，有助于绝大多数学生掌握EDA基础知识，并具备一定的专业开发能力，能够以FPGA作为平台，进行应用系统的设计。

2 改革教学方法和手段

2.1 改变“满堂灌”的教学方法

在改变教学内容的同时，教师也必须改变教学方式。在过去的理论教学中，大家习惯了老师讲、学生听的上课模式。但是多年的实践表明，这种理论教学模式往往难以收到很好的教学效果。因此，必须改变传统教学“满堂灌”的做法。在“讲授”方面：讲授的内容强调少、精、宽、新。将传统的以教师为主体的单向灌输式教学，转化为以学生为主体的参与式教学。例如，①开展互动学习法。在讲硬件描述语言的语法时，组织学生自学并讨论，让学生自己比较出该课的语法与C语言的异同，最后教师进行总结，完成教学过程。②采用演示性教学。让语法语句融入程序实例中，并能在实验板上演示出来，增强这些知识的实用价值。③除了常规作业外，适时安排2～3次大作业。比如，在学完译码器、触发器、计数器等基本电路的编程设计之后，设置若干实用电路——抢答器、水位控制监控电路等，提出设计要求，由学生分组选题讨论设计。安排专门时间，由每组派出代表，讲解设计过程，并用EDA软件验证设计结果。通过这样的方法，就能够初步培养学生将理论知识运用到实践中的能力。

2.2 引入网络教学

在网络发达的今天，网络教学能够作为正常教学的一个很好的补充。网络教学具有资源丰富、开放、交互的一些特点，深受学生的欢迎。利用网络的这一特点，可以将该课程中很多教和学的环节置于网络中。例如，建立课程网站，在网站中设置学习专栏，将课程中软件平台的使用流程、方法以视频的形式存放在网站中，便于学生课后学习使用；将历年该课程的学生作品设置成专题，可以查看视频，也可以查看全部设计资料，方便学生获得第一手参考资料；设置多个链接网站，提供与本课程相关的学习论坛的网络链接，方便学生走进更广阔的学习天地。

3 增加实验课课时，调整实验课内容

实践教学是“EDA技术”课程教学的重要组成部分，但是，长期以来，实验教学一直作为辅助环节，从属于理论教学，内容设置不尽合理，实验的作用不能充分地发挥出来。实验课改革的目标就是要使学生真正参与到实验中来，通过实验培养学生的系统设计和研发能力、创新能力、工程能力、团队协作能力等。实验的改革主要从以下两个方面着手：

3.1 设置入门实验课，提高学生对实验的兴趣

在学生学习“EDA技术”课程的第一周开设2课时的教学实习，采用直观教学方法和手段，准备好各实验设备、历届制作的课程作品，例如，抢答器、数字电子表、简易照相机等，让学生零距离接触、观看和测试，让学生充分认识到本课程的设计制作并非高不可攀，它就在我们即将学习的知识中，消除学生对电路设计的陌生感和神秘感，激发学生对动手课程的兴趣。

3.2 设立验证性实验、设计性实验、综合设计性实验等多层次的实验模式，提高学生的应用能力

教师可以将“EDA技术”的实验与授课内容相配合，设置如下三个层次：第一，基础性实验。配备实验5～6个，实验内容主要是数字电路中的组合电路及时序电路单元，比如，译码器、计数器等电路的设计，目的是加深学生对于课程中硬件描述语言的语法、设计软件平台、设计方法的理解。但此类实验由于缺乏主动性与创造性，比例不宜过大。第二，设计性实验。配置实验2～3个，要求学生完成一些简单应用性电路系统的设计，目的是培养学生设计应用性电路的能力。实验内容可由易到难，从数字电子钟、信号发生器等简单的电路系统入手，逐步过渡到设计十字路口交通灯控制电路、出租车计费电路等具有一定综合性的电路系统。这类实验的设置能使学生的应用能力大大增强，是实验课内容改革需要重点关注的部分。第三，综合设计性实验。鼓励学生自拟实验项目，或者将课外科技活动纳入到实验教学活动中来，利用跨学科知识、器件进行综合性系统的设计的实验，鼓励学生做出实物电路。这类实验要求学生具有较高的综合能力和创新能力，难度较大。

4 设置实验考核新模式

实验课的考核，从形式到内容，均以能充分展现学生的能力为目的。考试的选题由数字电路、计算机接口技术、通信技术、数字信号处理、图像处理、自动化技术等多门课程的不同方向组成，综合性强。希望学生通过查资料、复习等方式，将本门课程与其他课程的知识结合起来。考试的形式采用竞赛模式，学生3人为一组，以小组为单位，写出设计论文并进行答辩。考试的评分由论文、答辩及演示三部分组成，论文写作规范、答辩清晰、思路新颖、演示成功的学生将获得高分。教师希望采用这样的考核方式，能培养并进一步提高学生的系统设计和研发能力、综合创新能力、自学能力、科技文献写作能力、团队协作能力及口头表达能力等一系列的工程应用能力。

5 结语

目前对“EDA技术”课程的教改正在实施及检验过程中，近两年，改革效果已逐渐显现，学生在考核环节中自选题目的设计水平已有很大的提高，在2015年全国大学生电子设计大赛中，参赛学生利用EDA课程的设计方法，完成了G题关键步骤的设计，取得了云南省一等奖的好成绩，这些都证明该门课教改思路是正确的。

这些成绩的取得并不意味着课程改革的结束，随着课程中器件、软件平台、设计方法、设计手段不断地发展，要求教师在教学的内容、方法、手段上也要随时更新与改进，为社会培养具有应用能力的人才。

参考文献：

[1]贾佳.EDA技术课程教学改革研究[J].大众科技，2011（4）.

[2]谭菊.项目驱动模式下EDA技术课程改革探索[J].教育教学论坛，2014（9）.

[3]高飞.EDA技术课程改革与实践[J].大学教育，2013（22）.

[4]王俊博.EDA技术课程教学的改革与探索[J].电子制作，2014（18）.

[5]庞前娟.应用型本科EDA技术教学改革的研究[J].大学教育，2015（7）.

责任编辑 张 莹