新工科背景下EDA教学教改分析探讨

骆忠强 熊兴中

（四川轻化工大学自动化与信息工程学院，四川 宜宾 644000）

0 引言

EDA（Electronic Design Automation）即电子设计自动化，从广义上来说，它是以计算机硬件和系统软件为基本工作平台，继承和借鉴前人在电路与系统、数据库、图形学、图论和拓扑逻辑、计算数学、优化理论等多学科的最新科技成果而研制成的商品化EDA通用支撑软件和应用软件包，目的在于帮助电子工程师在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至PCB的自动设计等的一门技术。从狭义上来说，它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、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计电子系统到硬件系统的一门新技术[1]。

EDA技术作为四川轻工大学自动化与信息工程学院电子电气类专业的选修课程，开设在本科三年级阶段，主要面向专业有通信工程、电气工程及其自动化、生物医学工程、电子信息工程。其目的是使学生掌握当今主流的电子系统集成设计（芯片设计）技术和系统设计思想，为以后的深入学习和从事有关数字电路领域的系统设计、芯片集成等工作打下坚实的基础。从综合的角度看，EDA技术的课程具有知识体系大，综合性强，覆盖软、硬件方面的技术，要求学生具有扎实的计算机编程能力和数字逻辑电路设计的基础能力。

1 现有教学问题分析

由于EDA技术的课程应用实践特征性，EDA技术课程不仅要注重理论，更要注重实践，即在学习硬件描述语言知识的同时，也要注重编程实践或项目实践。本课程需要注重培养学生的创新精神和实际动手能力，使学生通过实践，真正理解并掌握EDA技术，设计并实现真实的电子系统。但是结合到我院在现有的EDA教学过程中，存在如下一些比较典型的问题。

1.1 知识性教育大于能力性教育

EDA教学中存在典型的重理论知识，轻实践能力和工程能力培养的导向，花费了大量的理论教学时间讲授VHDL编程语言知识，而忽视了怎样利用VHDL实现编程仿真和特定模块的设计仿真。知识性教育的导向往往是应付考试，一旦考试结束，能力没有得到培养，一段时间后学习到的知识便忘了，所以存在着较大的教学模式问题。

1.2 实验和理论教学分离

EDA教学中通常都是先在教室里进行课程理论教学，然后再在实验室进行实验教学，看似存在紧密的联系性，但却总是很脱节，课程教学的内容没有通过实验进行编程练习，而反过来实验教学的内容也没有很好地对理论知识进行有效地巩固和复习。学生总是有些乏力，提不上学习的热情。每次课感觉都是从新开始，没有建立起良好的循序渐进的学习导向，所以是一个典型的问题。

1.3 考核与管理

由于管理机制的问题，理论课教学教师和实验室课教师，分属于教研室和实验室中心不同部门管理，造成沟通上存在问题。理论课的教师对实验不熟，想用实验室也不方便，致使不愿意接实验课，而实验室的教师不上理论课，对理论知识点的把握不够充分，只在意这个实验的最终结果，而且通常过于形式化。最终的考核也是分比例构成，一般理论占70%，实验占30%。

2 教学改革方法思考与探讨

EDA技术课程是具有强工程实践应用的课程，因此在现有的理论和实验分开的教学机制下，学生学习的效果不是很好，难以达到课程的教学目标，对于实际的企业需求存在不小的差距。因此，EDA教学的改革势在必行。在管理机制上应该进行改革，将实验室并入所上课的教研室，为上EDA课程的教师提供使用实验室的便捷和便于教师间的有效沟通。理论课教师和实验课教师，不能单纯划分，必须理论和实验都要带。现今就是实验的教师只带实验，理论的教师只上理论，这种划分明显存在着教学上的问题。由此本文针对本学院开设的EDA课程现状和问题进行分析，提出了下面的教学改革方法思考与探讨。

2.1 以学生为中心，开展能力性教学

本校的EDA课程总共38学时，其中理论教学26学时，实验12学时。在教学过程，都是以教师为中心，教师讲授，学生听，或实验室讲解关键步骤，学生再做。这种以教师为主导的教学需要过渡到以学生为中心，让学生多动手练习和思考。以培养学生能力的指标为中心，单纯的知识性讲解，学生虽然学了，但是工程实践能力没有得到训练，是难以有这方面的能力。理论与实验尽可能都在实验室融合开展教学，不要分离在不同地点开展和不要分先后开展，即先理论、后实验。在教学资源较为紧张的情况下，在教室上课，可以安排学生带上笔记本电脑进行理论和实验同时融合的教学。

2.2 案例式教学

在本校的EDA教学中，以VHDL语言为讲解对象，理论方面侧重于语言结构和语法，学生听着过于枯燥，缺少兴趣。单纯的语言讲解，记忆的点过多，让人容易忽略和忘记。由此需要改革，引入案例式教学，引入前述课程相关的案例，如数字电路中的D触发器、锁存器等，然后用VHDL程序实现，将语言的结构和语法在有机的在案例中体现，让人印象深刻，现今有些教材已经开展注意到这种案例的编著，以求适应案例式教学[2]。

2.3 项目式教学

EDA技术实用性很强，可以考虑引入项目作为教学导向，让学生参与到项目中，边做边学，既能学习知识，又能锻炼工程实践能力。在新工科背景下，EDA可以与如人工智能等新兴技术相互联系，让学生接触到前沿知识，激发他们去使用相关的软件进行实践，如FPGA的边缘计算和人工智能、FPGA的图像处理等。

2.4 优化考核方式，以成果为导向

传统的闭卷考试重点考查学生对硬件描述语言的语法知识的掌握，对应用和创新能力的考查没有体现，优化考核中的理论成绩和实验成绩比例，可以突出实验操作方面的成绩，此外EDA课程的考核可以考虑引入最终成果考核机制，给定学生任务，用EDA实现其功能，以最终实现的成果是否达标进行考核，将工程实践的能力体现凸显出来。

2.5 线上视频和网上实验教学

由于教学资源的限制，可以让学生线上学习教师的上课视频，同时可以考虑建立虚拟的网上实验室，学生的电脑可以接入网上实验室设备，进行实验任务。现今虚拟的实验室建立，也变得越来越重要。

2.6 引导学生参加竞赛，提升研发能力

积极促进学生参与竞赛，提高动手能力，让学生将理论知识与工程设计相结合，提升学生电子设计实践能力及项目研发的能力，加强对EDA技术的兴趣，以及能力培养。

3 结语

EDA技术作为一门实践性很强的课程，在新工科与专业认证的背景下，如何进行合理的教学规划是高校教师一直思考与探索的问题。本文在此方面进行了一定的问题分析和解决思路及方法的探讨，未来需要进一步结合以学生为中心的实践效果，持续改进教学，促进EDA技术课程教学的不断优化，促进我院未来培养能够进行FPGA开发、硬件系统设计与研发的创新型、工程型人才。