王彩鳳，李衛(wèi)兵，齊愛學(xué)，丁雷

摘要：電子設(shè)計自動化（EDA）是高等學(xué)校電子信息類專業(yè)的實踐性很強的課程，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，因此EDA實踐教學(xué)顯得尤為重要。針對當(dāng)前EDA實踐教學(xué)模式存在的不足，從改革實驗教學(xué)內(nèi)容、改進實驗教學(xué)方法、加強課外EDA實踐訓(xùn)練等方面進行了有益的探索和實踐。實踐證明，該教學(xué)模式改革大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，增強了學(xué)生的創(chuàng)新能力和設(shè)計能力，提高了學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，有利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：EDA；實踐教學(xué)改革；應(yīng)用型人才培養(yǎng)；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）28-0052-03

一、引言

進入20世紀(jì)90年代以后，電子設(shè)計自動化（EDA，Electronic Design Automation）技術(shù)得到了飛速發(fā)展，電子系統(tǒng)的設(shè)計觀念、設(shè)計方法發(fā)生了革命性的變化，傳統(tǒng)的設(shè)計方法正逐步退出歷史舞臺，而基于EDA技術(shù)的芯片設(shè)計正在成為電子系統(tǒng)設(shè)計的主流[1]。國內(nèi)EDA技術(shù)的應(yīng)用和教學(xué)工作起步較晚，近年部分大專院校才開始著手有關(guān)EDA的教學(xué)工作，因此我國在這方面的設(shè)計、研發(fā)人才十分匱乏。擺在我們面前亟待解決的任務(wù)是，在深入進行高等院校教育改革的大好形勢下，應(yīng)抓住良好的發(fā)展機遇，使學(xué)生掌握現(xiàn)代電子設(shè)計方法，培養(yǎng)適應(yīng)電子信息技術(shù)快速發(fā)展的專業(yè)技術(shù)人才[2]。EDA是一門實用性很強的課程，學(xué)生在學(xué)完該課程后必須具備一定的硬件電路設(shè)計和調(diào)試的能力，因此在教學(xué)中需要不斷地用實踐訓(xùn)練來強化學(xué)生在課堂所學(xué)習(xí)的理論知識，并使他們達到能夠獨立設(shè)計較復(fù)雜硬件電路的能力[3]。EDA技術(shù)自身的特點也決定了它的學(xué)習(xí)內(nèi)容和方式相比于其他課程具有自身的規(guī)律和獨特性，在教學(xué)中合理把握其特點、加強實踐教學(xué)改革，有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力和創(chuàng)新能力。實踐的主體是學(xué)生，實踐的手段和方法是利用EDA技術(shù)，與具體項目相結(jié)合是實踐性要求的另一個方向[4]。應(yīng)按照“加強基礎(chǔ)、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)、突出創(chuàng)新”的原則，加強實踐性體系結(jié)構(gòu)的建設(shè)，增加綜合性、設(shè)計性強的內(nèi)容，鼓勵學(xué)生積極參與到產(chǎn)踐中去，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實踐能力和創(chuàng)新思維能力[5，6]。

二、EDA傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在的問題

EDA是一種新興的設(shè)計技術(shù)，教學(xué)觀念不能單停留于教會學(xué)生使用軟件工具上，更主要的是對個人或小組的設(shè)計能力的培養(yǎng)與加強。在EDA傳統(tǒng)實驗教學(xué)中，教師先講解實驗原理和要求，給出示例程序，學(xué)生參照程序在QuartusⅡ軟件平臺上完成編譯、仿真，然后下載到EDA/SOPC實驗箱上進行硬件測試。這種實驗教學(xué)方法存在很多的不足。

1.實驗靈活性不夠，忽視了學(xué)生的作用。傳統(tǒng)實驗教學(xué)中，教師給出相應(yīng)的參考程序，讓學(xué)生驗證。每個實驗操作過程都一樣，實驗方法單一，實驗內(nèi)容比較固定，不能完全滿足實驗設(shè)計的要求，不能突出實驗中EDA技術(shù)的實用性。導(dǎo)致學(xué)生興趣降低，被動應(yīng)付實驗，影響了實驗效果。另外，學(xué)生在做完實驗后只是掌握了軟件設(shè)計和調(diào)試的技巧，對FPGA電路部分的設(shè)計和調(diào)試方法卻一無所知，缺少了硬件實現(xiàn)方面的鍛煉，阻礙了實踐創(chuàng)新能力的提高。達不到面向工程實際的電子設(shè)計的自主創(chuàng)新性；達不到學(xué)生設(shè)計能力、自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和與工程實際相結(jié)合的動手能力的培養(yǎng)；達不到培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題、解決問題的能力。不能發(fā)揮學(xué)生的能動性，學(xué)習(xí)的積極性和實踐能力得不到提高。

2.綜合設(shè)計性實驗難開展，阻礙了實踐創(chuàng)新能力的提高。傳統(tǒng)的EDA實驗教學(xué)主要是利用系統(tǒng)軟件QuartusⅡ和EDA/SOPC實驗箱進行模擬仿真，學(xué)生做的只是按照給定程序進行編譯、仿真、引腳鎖定和下載測試，這種實驗方法不能很好地將硬件電路和軟件編程有機結(jié)合起來，導(dǎo)致實驗教學(xué)效果不理想，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高。同時，采用實驗箱進行的實驗多為驗證性實驗，綜合設(shè)計性實驗較少，即使是綜合設(shè)計性實驗，它與應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)所要求的硬件實現(xiàn)、軟件編程過程也相差甚遠。課程結(jié)束后，學(xué)生雖然對EDA的原理、概念有所了解，但對EDA技術(shù)還是缺乏整體的掌握，與社會需求的差距較大。

三、EDA實踐教學(xué)改革

1.更新EDA設(shè)計理念，倡導(dǎo)啟發(fā)性實踐教學(xué)。引導(dǎo)學(xué)生建立自頂向下的現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計理念，從傳統(tǒng)搭積木式的自底向上設(shè)計轉(zhuǎn)向基于可編程邏輯器件的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的調(diào)研分析、創(chuàng)新能力、系統(tǒng)設(shè)計、工程實現(xiàn)方面的能力與素質(zhì)。對實踐教學(xué)中的疑難點，加大教師在實踐教學(xué)中的指導(dǎo)、監(jiān)督、啟發(fā)的作用。這樣充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)造性，避免學(xué)生在實驗中“照葫蘆畫瓢”、“囫圇吞棗”。

2.改革實驗教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的綜合設(shè)計能力。傳統(tǒng)的EDA實驗教學(xué)以驗證性實驗為主，能夠培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力的綜合性設(shè)計性實驗開設(shè)較少，因此應(yīng)在EDA實驗教學(xué)中增加綜合性設(shè)計性實驗的比重。在保證學(xué)生能起步操作軟件的基礎(chǔ)上，給學(xué)生更多的自主學(xué)習(xí)和研究的機會，來完成不同的實驗。綜合設(shè)計性實驗選題采取廣泛選題方式，對來自教師課題、創(chuàng)新項目、競賽項目、企業(yè)開發(fā)項目等途徑來的題目，在提交明確的設(shè)計背景、目標(biāo)、任務(wù)和方法，經(jīng)教師審核后可以作為課程綜合設(shè)計性實驗題目。這些實驗項目與學(xué)生日常生活聯(lián)系比較緊密，使學(xué)生可以接受更為實際、更加系統(tǒng)的訓(xùn)練。綜合設(shè)計性實驗最大的特點是沒有現(xiàn)成的模式可循，學(xué)生需獨立完成軟硬件設(shè)計和調(diào)試。在調(diào)試過程中，學(xué)生要自己分析解決實驗中出現(xiàn)的問題，在解決問題的過程中進一步加深對EDA系統(tǒng)軟硬件設(shè)計的理解。綜合設(shè)計性實驗項目的開設(shè)雖然對學(xué)生來講有一定難度，但因與現(xiàn)實生活聯(lián)系比較緊密，學(xué)生的興趣比較高，能使學(xué)生從被動應(yīng)付實驗變成主動實驗，更好地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主能力和創(chuàng)造能力。

3.改革實驗教學(xué)方法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主實驗的能力。為了達到學(xué)生設(shè)計能力和自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在實驗教學(xué)改革中采用“工程導(dǎo)向”的教學(xué)模式。首先，教師給出設(shè)計任務(wù)，讓學(xué)生明白設(shè)計要求。其次，學(xué)生自己分析設(shè)計要求，寫出設(shè)計方案。在這個過程中小組成員之間、教師都可以對方案的可行性提出質(zhì)疑，并加以指導(dǎo)解決，實現(xiàn)了“教”與“做”的結(jié)合，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和團隊合作精神。再次，學(xué)生根據(jù)方案自己編譯程序，仿真下載測試。在這個過程中學(xué)生可以充分發(fā)揮電路設(shè)計能力和自主創(chuàng)新能力?？梢耘囵B(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。最后，教師驗收。檢查該設(shè)計是否達到設(shè)計要求，并與學(xué)生討論該設(shè)計是否有優(yōu)化的可能，是否有其他的設(shè)計方案等，加深對知識的理解并且可以鍛煉學(xué)生的思維廣闊性和創(chuàng)新性。endprint

4.課外EDA實踐訓(xùn)煉，提高學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。（1）學(xué)生成立EDA創(chuàng)新學(xué)習(xí)小組，利用實驗室的資源，開展EDA軟件編程和硬件設(shè)計實踐訓(xùn)練。給學(xué)生提供一個完善自我、表達自我的空間和舞臺，能使學(xué)生的想法在實驗室變成產(chǎn)品、變成論文，有利于學(xué)生的個性發(fā)展和特長發(fā)揮，培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力和分析問題、解決問題的能力。（2）鼓勵學(xué)生參與教師的科研項目，引導(dǎo)學(xué)生將FPGA/CPLD的新技術(shù)應(yīng)用到科研項目的設(shè)計中去。讓學(xué)生輔助教師進行設(shè)計、分析、實現(xiàn)，并制定測試方案，在實踐中充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性、想象力和主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的知識應(yīng)用能力、信息獲取和選擇能力、創(chuàng)新能力、實踐能力。按照“興趣感知→學(xué)習(xí)探索→創(chuàng)新設(shè)計→研究開發(fā)”這樣一個循序漸進的過程來培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新素質(zhì)和研究能力。（3）在課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)中給學(xué)生推出數(shù)量較多的EDA應(yīng)用題目，從而讓學(xué)生利用已有知識對EDA技術(shù)進行更深層次的設(shè)計，啟發(fā)學(xué)生思維，開發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識，從而將實驗教學(xué)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等多個實踐教學(xué)環(huán)節(jié)緊密連接起來，形成一種從單元到模塊、從模塊到系統(tǒng)，從仿真到實驗、從實驗到設(shè)計，從簡單到復(fù)雜的層層推進、環(huán)環(huán)相扣的實踐教學(xué)模式。這種多層次的實踐教學(xué)，充分調(diào)動了學(xué)生自主實踐的積極性，并且培養(yǎng)了學(xué)生解決問題的能力，從而切實提高學(xué)生實踐活動的效果。（4）組織學(xué)生參與各種形式的學(xué)科專業(yè)競賽，大大提高學(xué)生的綜合設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。如2009年“NEC杯”全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中，獲省級一等獎3項，二等獎4項，三等獎2項，2010年“高教社&XILINX杯”山東省大學(xué)生電子設(shè)計競賽中，獲山東省一等獎7項，二等獎3項，三等獎3項；2011年“瑞薩”杯全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中，獲全國二等獎3項，省級一等獎5項，二等獎5項，獲獎層次和數(shù)量居省內(nèi)高校前列。

四、結(jié)束語

實踐教學(xué)在EDA課程教學(xué)中占有非常重要的地位，應(yīng)結(jié)合學(xué)校和學(xué)生的實際情況，進行EDA實踐教學(xué)改革。通過改革，學(xué)生在動手和實踐應(yīng)用方面的能力大大提高了，也給學(xué)生提供了極大的創(chuàng)造空間，強化了學(xué)生在教學(xué)活動中的主體地位，有利于學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有利于學(xué)生個性和才能的全面發(fā)展，為社會主義現(xiàn)代化建設(shè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

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基金項目：濱州學(xué)院教學(xué)研究項目（BYJYYB201228）。

作者簡介：王彩鳳（1982-），女，山東臨沂人，碩士，講師，主要從事電子技術(shù)教學(xué)與應(yīng)用研究。endprint