可编程器件及EDA技术课程教学改革

解建侠 张建中 张明

（安徽建筑大学电子与信息工程学院 安徽 合肥 230601）

EDA 技术发展迅速，已经涉及电子信息、通信、计算机应用及自动控制等众多领域，其重要性也日益突出。同时，随着技术市场与人才市场对EDA技术需求的不断提高，产品的市场效率和技术要求也必然会反映到教学和科研领域中来［1］。

1 课程教学目标

可编程器件及EDA 技术课程是笔者学校针对计算机、电子信息工程等专业开设的一门重要技术基础课，是模拟电子线路、数字电子技术等专业基础课后开设的一门必修课程。本课程的教学目标是：结合已学习的理论知识，运用较新的设计方法、较新的器件和软件，进行数字电路、数字系统的实验和设计。通过理论和实践学习，让学生能够运用模块化设计方法进行电路和系统的设计、调试、优化、仿真、测试，让学生体验实验的各个环节，掌握EDA 设计基本方法，进而达到培养和锻炼学生动手能力、独立思考能力、工程设计能力的目的。

2 教学现状及存在问题

本校紧跟时代发展步伐，从开设这门课以来，一直在探索和改进。最初采用的是理论32学时、课内实验8 学时的教学模式。延续了几年，越来越发现对于这类需要实际操作的课程，实践部分急需加强。于是，几年前开始调整为理论24学时，实验课脱离理论课单独开设，提高到30 学时；语言也由最初的VHDL 调整为Verilog HDL，教学效果在一定程度上得到了提升。

将实验课单独开设为一门课，并且学时提高到30学时，这一举措效果良好。在实施了几年后，发现学生的动手能力明显提高了不少，对这门课的理解也加深了很多。为了更好地达到教学目标，结合实际，发现有些地方还存在不足，有待改进，具体如下。

2.1 理论学时不够，授课方式单一

理论学时的缩减给整本教材的讲解带来了一定的困难，在授课当中，只能选取课本中比较重要的部分进行详细讲解。另外，为了让学生巩固知识点，还要在课堂上集中讲解作业中的错误点，但是这务必又会占用一部分教学时间，所以，在授课当中处处觉得课时不够。

授课方式的单一主要体现在教师讲授理论知识、学生被动接受［2］，虽然在课堂上尽量活跃气氛，激发学生的学习热情，但是整体的学习效果还有提升的空间。笔者最近就授课方式在学生中进行了调研，部分学习认真的学生认为有的章节可以安排学生提前预习，然后由学生主讲，这样不仅可以帮助学生加深理解相关知识点，同时也可以让学生得到锻炼。

2.2 教学安排不太合理

目前的教学安排是每周1 次，每次3 学时。就教学效果而言，每周2 次、每次2 课时是最合理的，教师和学生的状态都会比较好。而现在的3 节课连上，教学效果和听课效果都会大打折扣，教师精神饱满地上了2 节课后，已略显疲惫，接下来的第3 节课，教师基本上是用意志力在上课，教学热情随之也会减少；而学生的专注力也会较前2 节大大降低，他们会说话，会走神，会时不时想看手机，总之很难集中精力。

2.3 教学环境需要改善

2.3.1 理论教学和实验教学没有很好的衔接

目前，理论课和实验课分别在教室、EDA实验室进行，没有很好地衔接，其实这二者都应该在实验室进行。教师在讲解理论课的某些知识点时，学生可以跟着教师的节奏在机器上实时操作，学习效果会提高不少。例如，在介绍Verilog HDL 相关规则及语法后，学生可以在软件平台上编写简单的程序，编译运行，如果有错误，计算机会有相应的英文提示，学生通过反复修改、编译会很快掌握相关的语法。

2.3.2 实验室面积小，台套数少

目前，实验室面积只有132m2，实验设备也仅有40 台套，如果想保证人手一套的话，每次只能安排40 个学生。但就上学期教学实际情况而言，理论课单次授课时学生最多的班级可达100 多人，所以，就目前的实验环境，很难将理论课和实验课都放在实验室进行。另外，在实验的安排上，局限于当前的实验环境，要分多批进行，这在一定程度上也增加了教师的负担。

2.3.3 实验环节耗时长

目前，实验环节是教师先提前布置任务，学生做好预习工作，在规定的时间内完成实验，实验结束时，教师查看验收结果并做记录，学生回去撰写纸质实验报告，报告中涉及的相关数据需要学生在实验中截图、打印并粘贴在报告中。笔者认为实验室的实验环境应该改进，可以让学生在实验中记录数据，实验后及时提交完整的电子版实验报告，这样不但可以给学生节省很多的时间，而且还会大大减少纸张的浪费。

3 学生的积极性和创新性有待提高

都说兴趣是最好的老师，那么，如何提高学生的学习积极性呢？这就需要教师的引导及学习条件的创造。笔者认为学院可以联合一些器件厂家，建成“口袋实验室”，因其功能相对齐全、体积较小，学生携带起来比较方便，可以很好地弥补传统实验室的不足［3］。这样学生就可以像借阅图书一样用学生证到实验室借用口袋实验套件来完成课程学习、创新活动等相关内容，有了这些实验套件，学生可以不受时间、地点的限制在任何一个可以学习的地方，随时进行实验［4］，一个真正意义上的全开放、全共享、课内外一体化的自主学习实践平台正式建立了，学生的学习积极性自然就会提高了。

对于创新性而言，在学生掌握基本知识的前提下，可以进行知识的拓展。在授课方面，可以将该课程涉及的最新知识传授给学生，如软件的最新版本、EDA 技术应用的最新领域等。具体的内容可以引用实例进行讲解，例如，在讲解状态机时，可以引导学生思考日常生活中哪些可以用状态机实现，如交通灯、电梯、自动售货机等，这些比较熟悉的实例学生会比较感兴趣，也很容易接受，更重要的是，学生还会主动思考现实生活中还有哪些可以用类似的方法实现。此外，可以提高创新性的方法是教师指导培养优秀大学生参加各类学科竞赛，检验学生的创新能力，开阔学生视野［5］。

4 教师的知识储备有待加强

可编程器件及EDA 技术这门课知识更新得非常快，教师承担着教书育人的重任，所以，授课教师要紧跟发展潮流，进行相应的知识储备更新。但是，教师目前实际的储备量达不到要求，甚至略显匮乏。对于师资力量的提升，建议重点实施入企培训、进修和实训锻炼方式，提出“双师型”教师队伍培养方案［6］。教师在授课之余也应该积极主动地通过网络等平台汲取新知识，主动参加相关的专业资格认证考试，通过校方和自身的努力，将EDA 技术最新、最全的知识“收入囊中”。

以上是笔者在近几年的可编程器件及EDA 技术课程教学中对这门课进行教学改革的一些体会，本着从学生出发，立足社会发展现状，争取做到更好、更强，设想通过这些举措将该课程的教学效果提高到新的层次。

5 展望

结合现代信息技术的迅速发展，在以后的教学中，应尽可能地在现有的教学条件下进一步提升教学效果，具体可以从以下几个方面入手。

5.1 以立德树人为根本，探索“课程思政”新模式

根据本课程的教学内容与特点，将培养家国情怀、培养专业自信、培养工匠精神和培养职业精神4 个方面作为“课程思政”的新模式。

在讲授EDA 技术绪论时，通过电子技术的发展史，并结合工业技术革命等内容，让学生体会到科学技术的进步是实现人类对美好生活向往的基础［7］。在介绍PLD产品概述时，通过查阅最新资料，带学生了解国际市场上EDA 市场呈现寡头垄断的局面，主要由Synopsys、Cadence 和Mentor（被西门子收购）三巨头瓜分，国内EDA 市场超过85%的份额也由三大厂商占据［8］。差距固然存在，但是受政策和资本的双重拥簇，我国半导体产业蓬勃发展，以华大九天、芯愿景等为代表的多家本土EDA公司软件在业内得到一定程度上的应用，越来越多的设计公司使用本土公司EDA工具，从而培养学生的专业自信。

课程思政的实施是一个综合性过程，除了在课堂教学的过程中引入思政案例之外，还可以在多个维度相互配合展开，将课堂教学与课外教学相结合。

5.2 与信息技术有机融合，提升知识理解与应用

现代信息技术要改变学生的学习方式，使学生乐意并有更多的精力投入现实的、探索性的教学活动中去。在本学科的课堂教学中，将信息技术手段作为模拟教学、案例教学、讨论等教学方式的有效辅助形式。恰当运用新媒体技术，创设良好教学“情境”。建立网络学习资源，使学生学习更加方便、师生沟通更加便捷高效［9］。新媒体教学的感性知识信息刺激学生的各种感官，从而获得最佳教学效果。

5.3 用信息技术手段，实现课程全过程管理

借助信息技术手段，通过建立班级QQ群、微信群、学习通等多方位实现课程管理，从而使得学生的学习和教师的教授可以不受时间、地点的限制。借助移动教学平台（学习通），为课堂教学注入新活力，如学生的签到问题，100多名学生，可以在短短1min内了解出勤率。课程管理增加课堂教学过程中师生间的课堂互动和信息反馈，提高学生参与教学过程的主动性和积极性，从而提高本课程的教学效果。

5.4 混合式教学模式

混合教学模式将传统线下面对面的课堂教学与借助网络教学平台的优势进行互补和有机融合，既发挥了传统面对面的课堂教学过程中教师的引导和监控教学过程的作用，又给传统课堂教学引入了新活力，发挥了学生的主动性和创造性，进而提高学生的创新意识和创新能力。

混合式的教学创新模式对教学效果的提升有很好的辅助作用。例如，在讲授这门课之前，引导学生提前在线观看视频，组织学生思考我国为什么必须研发拥有自主知识产权的国产EDA技术，并进行分组讨论。

教学过程从基础到高阶递进，从传统的被动式的“教师教”到主动式的“学生学”。

6 结语

EDA 课程作为一门应用性很强的实践类课程，已经成为电子信息类专业学生完成现代电子系统设计不可缺少的设计工具。对基于FPGA的EDA教学，首先，从提高教师自身综合素质入手，充分考虑FPGA 和EDA技术的特点，合理安排教学内容。其次，根据学生的实际情况，采取形式多样的教学手段和实验方法，配合丰富多彩的课外实践创新活动，并建立多元化的考核方式，以此提高学生的综合应用能力和创新意识，以及分析问题和解决问题的能力。最后，通过本课程的学习，使学生掌握先进的EDA 技术，能够运用Verilog HDL 进行电子系统设计，为以后从事芯片级的设计打下坚实的基础。