工程教育专业认证背景下基于项目的EDA课程思政教学改革设计

王彩凤　李志远　高海阔　毛国明

［摘 要］针对传统专业课程教学与工程应用脱节、难以全面提高学生实践能力的问题，按照工程教育专业认证要求，课程组从重构项目化教学内容、丰富教学手段和方法、采用线上线下混合式教学模式、构建多元化考核评价体系等方面，对基于项目的EDA课程思政教学进行了改革，并以一个典型教学案例为例，对基于项目的EDA课程思政教学进行设计，锻炼、提升了学生的分析解决问题能力和工程实践能力，同时，课程组将思政元素“润物无声”地融入课程教学，使思政教育与专业知识传授同向同行，从而全面提升课程教学质量，落实立德树人根本任务。

［关键词］工程教育专业认证；EDA课程；项目化教学；课程思政

［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2024）03-0092-04

现阶段，高等学校工程教育领域普遍存在工程人才培养与社会需求脱节这一问题，难以满足我国不断发展的经济社会对高级工程专业人才的需求。目前，国内各大高校正在积极申请工程教育专业认证，它是提高高校本科专业工程教育质量的一种重要途径，它的基本理念是“学生中心、产出导向、持续改进”[1-3]。高校教师应深入了解专业认证的核心理念，并付诸教学实践，不断改进和完善教学手段与方法，提升学生的工程实践创新能力，实现专业培养目标和学生毕业要求的有效达成。在对标专业认证标准的同时，高校教师在教学过程中也要做到立德树人。立德树人是高等教育的根本任务，而课程思政是高校落实立德树人根本任务的一种重要途径[4]。教师在传授专业知识的同时合理融入对大学生的思想政治教育，可以有效促进本科专业工程人才培养质量的全面提高[5]。

一、EDA课程教学现状

山东航空学院（以下简称我校）电子信息工程专业是省级一流专业，该专业中的电子设计自动化 （EDA）课程一般在大三上学期开设，实践性、应用性较强，主要培养学生的创新设计能力和工程实践能力，在专业课程体系中起到承上启下的作用。在以往的人才培养过程中，EDA课程以理论为主、实验为辅，枯燥的编程语法理论课提不起所有学生的兴趣，部分学生的工程实践能力也得不到提升。为了改变这种状况，也为了贴合工程专业认证，我校于2017年对人才培养方案进行了修订，把EDA课程设置为32学时的纯实践课，经过4年的课程实施，学生的动手实践能力得到了锻炼和提高。但这样的设置仍然有一个弊端：每次2学时的实验课需要用将近1学时给学生讲解实验所需的编程语法知识，导致学生实际动手的时间被缩短了将近一半，不利于学生工程实践能力的培养。因此，我校于2021年对培养方案再次进行了修订，把EDA课程设置为48学时，包括16学时理论课和32学时实验课。这样，教师就可以在理论课上把实验课上用到的语法知识项目化地传授给学生，学生再利用实验课，将实验项目（包括調研分析、方案论证、软件编程和下载调试等几个过程）较高质量地完成。这不仅能够提高学生综合利用所学知识分析和解决问题的能力，而且能够培养学生的工程创新意识和团队合作意识。

2021年，在我校教务处和学院的资助下，教学团队对标工程专业认证标准，融入了思政元素，面向工程应用，重构了项目化教学内容，运用了多种教学手段和方法，实施了线上线下混合式教学模式，构建了多元化的考核评价体系，顺利完成了项目化教学视频的录制，并将其放在智慧树网站和超星平台运行实施。本课程除了让学生理解并掌握 VHDL语言、FPGA芯片和QuartusⅡ软件，利用EDA技术完成电子系统的设计与仿真，还对学生进行思政教育，使学生在学习专业知识的同时接受社会主义核心价值观的引领。目前，教学团队已完成了4个学期的教学改革实践，满足了工程专业认证对学生的毕业要求，思政育人效果较好。

二、基于项目的EDA课程教学设计

（一）重构项目化教学内容

针对工程专业认证对本科毕业生的要求， EDA课程以学生为中心，重新整合课程内容，将知识点进行项目化处理，并适当融入思政元素，涵盖 “智造强国”“工匠精神”“实事求是” 等思政理念， 有效促进了专业知识传授和思政教育的融合，大大提升了育人效果。重整之后，课程内容由浅入深、由简单到复杂、由基础到工程应用，有助于逐步锻炼提升学生的工程实践能力、培养学生的创新意识。理论知识主要由VHDL程序结构、数据对象、文字规则、数据类型、顺序语句和并行语句六大模块构成。实验内容主要由基础性的电路编程模块和综合性的工程实践应用模块组成，每个模块有六个实验项目。电路编程模块主要锻炼学生利用所学VHDL语法知识进行电路编程的能力，工程实践应用模块则考查学生综合应用知识进行硬件电路设计、软件编译仿真以及分析解决问题的能力。

（二）运用多种教学手段和方法

在教学实施过程中，合理利用案例教学法、启发式教学法、比较分析法、小组讨论法等多种教学方法，结合智慧树网站和超星平台的线上资源，提高学生的学习兴趣和学习积极性，并利用超星学习通的互动教学功能，实时掌握学生的学习情况以及对该课程的教学反馈。此外，对学生进行爱国主义教育和责任担当、团队合作意识等社会主义核心价值观的引领，培养学生严谨细致、实事求是的工程素质，并在潜移默化中实现专业教学和思政教育的同频共振。

（三）实施线上线下混合式教学模式

线上线下混合式教学模式不仅可以应用于理论教学，而且可以应用于部分实验教学，并能取得良好的教学效果[6-7]。因此，线上线下混合式教学可以突破时空限制，方便学生随时随地学习，从而推动EDA课程对学生工程思维和创新能力的培养。在理论教学方面，教师通过线上平台可以发布课程目标、教学视频、主题讨论、章节测试、随堂测试、课后作业和小组作业、思政素材等，还可借助网络资源进行辅导、答疑，查看学生成绩统计和教学反馈。在线下课堂，教师可以利用智慧教室对教学重难点进行讲解，对线上测试进行分析总结，对学生的讨论和作业进行点评，使学生加深对基础语法内容的理解和掌握；教师还在教授专业知识的同时弘扬科学家精神，激励学生勇担科技报国重任。在实验教学方面，教师可通过线上平台提前给学生布置线下实验任务，学生结合实验讲义，了解实验目的和实验内容，运用所学理论知识对实验技术问题进行分析，并查阅相关资料、设计实验方案。教师在这个过程中提供线上指导，对学生的设计思路进行启发和引导，调动学生主动学习的积极性。学生通过QuartusⅡ软件对编写的VHDL程序进行编译和仿真。这种线上仿真将实验预习和验证性实验内容相结合，可以大大提升学生预习的质量和自主学习的能力。线下实验以小组为单位，2～3人一组，根据之前线上制订的实验计划和设计方案，进行比较和评价，选择最优的一种方案开展实验。学生根据实验项目要求和内容分工合作，完成软件编程、硬件电路设计、引脚锁定、下载测试、设计报告撰写、PPT汇报等，从而提升EDA实验内容的高阶性和挑战度，只有这样才能激发学生进行实验研究的兴趣，达到培养学生工程实践能力的目的，并培养学生的团结协作精神和严谨细致、精益求精、勇于创新的工程精神，从而实现专业人才培养目标[8]。

（四）构建多元化考核评价体系

EDA课程采用多元化的考核评价体系，包括过程性评价和终结性评价。过程性评价内容包括线上平台的课程视频学习、章节测试、主题讨论、课后作业、实验预习和仿真验证等，占比50%，教师可以根据课程平台上的统计大数据，对学生进行实时线上督学、促学和答疑等，确保以学生为中心的教学得以实现。终结性评价主要考核学生线下实验项目设计、动手实践和分析解决问题的能力，主要包括软件编程、硬件电路设计、引脚锁定、下载测试、设计报告撰写和PPT汇报答辩等内容，占比50%。通过项目实践，学生的工程设计能力、创新意识和实践能力在不断分析解决问题和积极主动参与项目实施的过程中得到培养与提高[9]。线下实验过程不仅考查学生分析解决问题能力、实践动手能力，而且考查学生的工程习惯与职业素质表现、代码规范度与团队合作意识。最终，通过全方位、灵活多元的考核评价方式，学生既牢固掌握了EDA技术，又具有良好的动手实践能力，同时具备高尚的道德情操和良好的品格。

三、基于项目的EDA课程思政典型教学案例

下面以一个具体的项目设计——加法计数器的设计为例，来说明工程教育专业认证背景下如何在EDA课程教学中融入思政元素，以达到专业教育和思政教育的双重目的。

（一）任务发布和导入

课前，教师通过课程平台给学生发布任务，让学生查找相关资料并结合教学视频进行预习。课中，教师在简单复习上次课内容后以实物演示或者视频、动画导入任務，然后提出问题：在我们现实生活中，计数器都有哪些应用？通过问题情景激发学生的探究兴趣，并组织小组讨论和交流，从而引出本次课的设计任务——基于VHDL语言设计一个十进制加法计数器。

（二）任务分析和设计

教师重点讲解本项目涉及的知识点：VHDL程序结构、数据对象、数据类型和最常用的IF语句。通常，一个VHDL程序中不可或缺的两个主要组成部分是实体和结构体，实体主要描述电路的外部通信界面，结构体主要描述电路的内部逻辑功能。如何才能更好地理解二者的特点及其相互关系？可引入思政元素：实体就像人的外貌，结构体就像人的内在，心灵美才是真的美，所以要不断充实自己的内涵，提高自己的综合素质。教师接着提出一系列启发问题：本任务的输入输出端口各有哪些？它们的逻辑关系是怎样的？可用哪些语句描述电路的逻辑功能？学生找出输入输出端口的逻辑关系后，教师继续循循善诱，组织学生进行小组讨论、交流，并列出整个程序的框架结构。

（三）任务仿真和实施

计数器的顶层实体设计完成后，教师指导学生利用QuartusⅡ软件进行计数器的编译和功能仿真，得到如图1所示的仿真波形图和如图2所示的RTL电路图，根据波形引导学生学会分析电路的计数功能。CLK作为计数脉冲，就像人生路上的每个机会，教师借机教导学生要好好把握机会，不断提升自己。此外，计数功能的完成也受其他几个条件的制约，只有同时满足相关条件，计数器才能正常计数。借此教导学生：要想获得成功，必须内外兼修，提高自己的综合素质，不要因为一个失误而导致满盘皆输。仿真成功后，教师指导学生根据实验指导书进行引脚锁定，连接好下载电缆，把程序下载到EDA实验系统中的FPGA芯片中，并进行计数器功能的测试。学生在进行分组设计时，教师要认真对学生仿真时出现的困难给予帮助，引导学生遇到问题时要不急不躁，调试程序时要认真对待，要善于总结归纳自己的问题，避免下次再犯，养成严谨细致的工程习惯。

（四）任务总结和反思

整个项目完成后，学生撰写设计报告并进行汇报答辩，教师对每个小组项目设计的情况、测试中存在的问题以及项目汇报中的不足等进行分析和总结，加深学生对该项目所涉及知识点的理解和掌握，使学生在以后的项目设计中发扬优点、改正不足，从而提升学生的自主学习能力、探究能力、对知识的综合应用能力以及团队协作意识。同时，运用项目教学法引导学生层层分析讨论，使学生在系统方案构思、程序设计到项目完成的全过程中掌握EDA技术的层次化设计方法，更好地培养学生的工程实践和创新能力[10]。

四、结论

基于项目的EDA课程对标工程教育专业认证标准，落实立德树人根本任务，注重学生工程实践能力的培养和思想品德的教育，主要从教学内容、教学手段、教学模式、考核评价等方面进行改革，将“学生中心、产出导向、持续改进”理念贯穿课程思政教学改革全过程，并将思政元素融入课程教学过程，符合社会发展对人才素质的要求，强化了工程教育理念，有效培养了学生的创新意识、工程实践能力以及道德品质，全面提升了课程教学质量。

［ 参 考 文 献 ］

[1］ 邱硕，施炎峰，柳亚男.面向工程教育专业认证的教学评价体系与教学模式[J].学园，2023，16（19）：66-68.

[2］ 梁义涛，刘宏月，李岚.专业认证理念下电子信息工程专业课程的教学实践[J].河南广播电视大学学报，2019，32（2）：81-85.

[3］ 曹新.工程教育专业认证背景下单片机课程思政一体化设计与实践[J].计算机教育，2023（7）：83-88.

[4］ 张锋刚.工程教育专业认证背景下《失效分析》课程思政的教学设计[J].才智，2023（7）：33-36.

[5］ 孟娟，李亚南.基于地震仪表设计的“EDA 技术与应用”课程思政教学设计[J].电气电子教学学报，2022，44（2）：112-115.

[6］ 田文，吉俊懿，刘长军，等.新工科时代化工原理实验线上线下混合式教学[J].实验科学与技术，2023，21（2）：88-91.

[7］ 卢洋藩，刘芙，陈立新. 线上线下相结合的大型仪器相关实验课程教学模式研究[J]. 实验科学与技术， 2020，18（4）： 115?119.

[8］ 彭琛.工程教育专业认证在 《EDA技术》 课程思政教学中的研究[J].电脑知识与技术，2022，18（22）：152-154.

[9］ 陈荣伶，鄢秋荣，龚黎华.面向工程教育专业认证的 EDA课程教学改革与实践[J].计算机教育，2020（6）：164-168.

[10］ 陈华敏，任立民.基于项目的《电子设计自动化》课程思政教学方案设计[J].智库时代，2019（33）：144-146.

［责任编辑：钟 岚］