王彩鳳　李志遠(yuǎn)　高海闊　毛國明

［摘 要］針對傳統(tǒng)專業(yè)課程教學(xué)與工程應(yīng)用脫節(jié)、難以全面提高學(xué)生實(shí)踐能力的問題，按照工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，課程組從重構(gòu)項(xiàng)目化教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)手段和方法、采用線上線下混合式教學(xué)模式、構(gòu)建多元化考核評價體系等方面，對基于項(xiàng)目的EDA課程思政教學(xué)進(jìn)行了改革，并以一個典型教學(xué)案例為例，對基于項(xiàng)目的EDA課程思政教學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì)，鍛煉、提升了學(xué)生的分析解決問題能力和工程實(shí)踐能力，同時，課程組將思政元素“潤物無聲”地融入課程教學(xué)，使思政教育與專業(yè)知識傳授同向同行，從而全面提升課程教學(xué)質(zhì)量，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)。

［關(guān)鍵詞］工程教育專業(yè)認(rèn)證；EDA課程；項(xiàng)目化教學(xué)；課程思政

［中圖分類號］G642.0［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］2095-3437（2024）03-0092-04

現(xiàn)階段，高等學(xué)校工程教育領(lǐng)域普遍存在工程人才培養(yǎng)與社會需求脫節(jié)這一問題，難以滿足我國不斷發(fā)展的經(jīng)濟(jì)社會對高級工程專業(yè)人才的需求。目前，國內(nèi)各大高校正在積極申請工程教育專業(yè)認(rèn)證，它是提高高校本科專業(yè)工程教育質(zhì)量的一種重要途徑，它的基本理念是“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”[1-3]。高校教師應(yīng)深入了解專業(yè)認(rèn)證的核心理念，并付諸教學(xué)實(shí)踐，不斷改進(jìn)和完善教學(xué)手段與方法，提升學(xué)生的工程實(shí)踐創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生畢業(yè)要求的有效達(dá)成。在對標(biāo)專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的同時，高校教師在教學(xué)過程中也要做到立德樹人。立德樹人是高等教育的根本任務(wù)，而課程思政是高校落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的一種重要途徑[4]。教師在傳授專業(yè)知識的同時合理融入對大學(xué)生的思想政治教育，可以有效促進(jìn)本科專業(yè)工程人才培養(yǎng)質(zhì)量的全面提高[5]。

一、EDA課程教學(xué)現(xiàn)狀

山東航空學(xué)院（以下簡稱我校）電子信息工程專業(yè)是省級一流專業(yè)，該專業(yè)中的電子設(shè)計(jì)自動化 （EDA）課程一般在大三上學(xué)期開設(shè)，實(shí)踐性、應(yīng)用性較強(qiáng)，主要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和工程實(shí)踐能力，在專業(yè)課程體系中起到承上啟下的作用。在以往的人才培養(yǎng)過程中，EDA課程以理論為主、實(shí)驗(yàn)為輔，枯燥的編程語法理論課提不起所有學(xué)生的興趣，部分學(xué)生的工程實(shí)踐能力也得不到提升。為了改變這種狀況，也為了貼合工程專業(yè)認(rèn)證，我校于2017年對人才培養(yǎng)方案進(jìn)行了修訂，把EDA課程設(shè)置為32學(xué)時的純實(shí)踐課，經(jīng)過4年的課程實(shí)施，學(xué)生的動手實(shí)踐能力得到了鍛煉和提高。但這樣的設(shè)置仍然有一個弊端：每次2學(xué)時的實(shí)驗(yàn)課需要用將近1學(xué)時給學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)所需的編程語法知識，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)際動手的時間被縮短了將近一半，不利于學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。因此，我校于2021年對培養(yǎng)方案再次進(jìn)行了修訂，把EDA課程設(shè)置為48學(xué)時，包括16學(xué)時理論課和32學(xué)時實(shí)驗(yàn)課。這樣，教師就可以在理論課上把實(shí)驗(yàn)課上用到的語法知識項(xiàng)目化地傳授給學(xué)生，學(xué)生再利用實(shí)驗(yàn)課，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（包括調(diào)研分析、方案論證、軟件編程和下載調(diào)試等幾個過程）較高質(zhì)量地完成。這不僅能夠提高學(xué)生綜合利用所學(xué)知識分析和解決問題的能力，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新意識和團(tuán)隊(duì)合作意識。

2021年，在我校教務(wù)處和學(xué)院的資助下，教學(xué)團(tuán)隊(duì)對標(biāo)工程專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，融入了思政元素，面向工程應(yīng)用，重構(gòu)了項(xiàng)目化教學(xué)內(nèi)容，運(yùn)用了多種教學(xué)手段和方法，實(shí)施了線上線下混合式教學(xué)模式，構(gòu)建了多元化的考核評價體系，順利完成了項(xiàng)目化教學(xué)視頻的錄制，并將其放在智慧樹網(wǎng)站和超星平臺運(yùn)行實(shí)施。本課程除了讓學(xué)生理解并掌握 VHDL語言、FPGA芯片和QuartusⅡ軟件，利用EDA技術(shù)完成電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，還對學(xué)生進(jìn)行思政教育，使學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)知識的同時接受社會主義核心價值觀的引領(lǐng)。目前，教學(xué)團(tuán)隊(duì)已完成了4個學(xué)期的教學(xué)改革實(shí)踐，滿足了工程專業(yè)認(rèn)證對學(xué)生的畢業(yè)要求，思政育人效果較好。

二、基于項(xiàng)目的EDA課程教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）重構(gòu)項(xiàng)目化教學(xué)內(nèi)容

針對工程專業(yè)認(rèn)證對本科畢業(yè)生的要求， EDA課程以學(xué)生為中心，重新整合課程內(nèi)容，將知識點(diǎn)進(jìn)行項(xiàng)目化處理，并適當(dāng)融入思政元素，涵蓋 “智造強(qiáng)國”“工匠精神”“實(shí)事求是” 等思政理念， 有效促進(jìn)了專業(yè)知識傳授和思政教育的融合，大大提升了育人效果。重整之后，課程內(nèi)容由淺入深、由簡單到復(fù)雜、由基礎(chǔ)到工程應(yīng)用，有助于逐步鍛煉提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。理論知識主要由VHDL程序結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)對象、文字規(guī)則、數(shù)據(jù)類型、順序語句和并行語句六大模塊構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要由基礎(chǔ)性的電路編程模塊和綜合性的工程實(shí)踐應(yīng)用模塊組成，每個模塊有六個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。電路編程模塊主要鍛煉學(xué)生利用所學(xué)VHDL語法知識進(jìn)行電路編程的能力，工程實(shí)踐應(yīng)用模塊則考查學(xué)生綜合應(yīng)用知識進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)、軟件編譯仿真以及分析解決問題的能力。

（二）運(yùn)用多種教學(xué)手段和方法

在教學(xué)實(shí)施過程中，合理利用案例教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法、比較分析法、小組討論法等多種教學(xué)方法，結(jié)合智慧樹網(wǎng)站和超星平臺的線上資源，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，并利用超星學(xué)習(xí)通的互動教學(xué)功能，實(shí)時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況以及對該課程的教學(xué)反饋。此外，對學(xué)生進(jìn)行愛國主義教育和責(zé)任擔(dān)當(dāng)、團(tuán)隊(duì)合作意識等社會主義核心價值觀的引領(lǐng)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、實(shí)事求是的工程素質(zhì)，并在潛移默化中實(shí)現(xiàn)專業(yè)教學(xué)和思政教育的同頻共振。

（三）實(shí)施線上線下混合式教學(xué)模式

線上線下混合式教學(xué)模式不僅可以應(yīng)用于理論教學(xué)，而且可以應(yīng)用于部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并能取得良好的教學(xué)效果[6-7]。因此，線上線下混合式教學(xué)可以突破時空限制，方便學(xué)生隨時隨地學(xué)習(xí)，從而推動EDA課程對學(xué)生工程思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在理論教學(xué)方面，教師通過線上平臺可以發(fā)布課程目標(biāo)、教學(xué)視頻、主題討論、章節(jié)測試、隨堂測試、課后作業(yè)和小組作業(yè)、思政素材等，還可借助網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行輔導(dǎo)、答疑，查看學(xué)生成績統(tǒng)計(jì)和教學(xué)反饋。在線下課堂，教師可以利用智慧教室對教學(xué)重難點(diǎn)進(jìn)行講解，對線上測試進(jìn)行分析總結(jié)，對學(xué)生的討論和作業(yè)進(jìn)行點(diǎn)評，使學(xué)生加深對基礎(chǔ)語法內(nèi)容的理解和掌握；教師還在教授專業(yè)知識的同時弘揚(yáng)科學(xué)家精神，激勵學(xué)生勇?lián)萍紙髧厝?。在?shí)驗(yàn)教學(xué)方面，教師可通過線上平臺提前給學(xué)生布置線下實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)講義，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)內(nèi)容，運(yùn)用所學(xué)理論知識對實(shí)驗(yàn)技術(shù)問題進(jìn)行分析，并查閱相關(guān)資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。教師在這個過程中提供線上指導(dǎo)，對學(xué)生的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行啟發(fā)和引導(dǎo)，調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性。學(xué)生通過QuartusⅡ軟件對編寫的VHDL程序進(jìn)行編譯和仿真。這種線上仿真將實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相結(jié)合，可以大大提升學(xué)生預(yù)習(xí)的質(zhì)量和自主學(xué)習(xí)的能力。線下實(shí)驗(yàn)以小組為單位，2～3人一組，根據(jù)之前線上制訂的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行比較和評價，選擇最優(yōu)的一種方案開展實(shí)驗(yàn)。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求和內(nèi)容分工合作，完成軟件編程、硬件電路設(shè)計(jì)、引腳鎖定、下載測試、設(shè)計(jì)報告撰寫、PPT匯報等，從而提升EDA實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的高階性和挑戰(zhàn)度，只有這樣才能激發(fā)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的興趣，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的目的，并培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作精神和嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、精益求精、勇于創(chuàng)新的工程精神，從而實(shí)現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)[8]。

（四）構(gòu)建多元化考核評價體系

EDA課程采用多元化的考核評價體系，包括過程性評價和終結(jié)性評價。過程性評價內(nèi)容包括線上平臺的課程視頻學(xué)習(xí)、章節(jié)測試、主題討論、課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和仿真驗(yàn)證等，占比50%，教師可以根據(jù)課程平臺上的統(tǒng)計(jì)大數(shù)據(jù)，對學(xué)生進(jìn)行實(shí)時線上督學(xué)、促學(xué)和答疑等，確保以學(xué)生為中心的教學(xué)得以實(shí)現(xiàn)。終結(jié)性評價主要考核學(xué)生線下實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、動手實(shí)踐和分析解決問題的能力，主要包括軟件編程、硬件電路設(shè)計(jì)、引腳鎖定、下載測試、設(shè)計(jì)報告撰寫和PPT匯報答辯等內(nèi)容，占比50%。通過項(xiàng)目實(shí)踐，學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力在不斷分析解決問題和積極主動參與項(xiàng)目實(shí)施的過程中得到培養(yǎng)與提高[9]。線下實(shí)驗(yàn)過程不僅考查學(xué)生分析解決問題能力、實(shí)踐動手能力，而且考查學(xué)生的工程習(xí)慣與職業(yè)素質(zhì)表現(xiàn)、代碼規(guī)范度與團(tuán)隊(duì)合作意識。最終，通過全方位、靈活多元的考核評價方式，學(xué)生既牢固掌握了EDA技術(shù)，又具有良好的動手實(shí)踐能力，同時具備高尚的道德情操和良好的品格。

三、基于項(xiàng)目的EDA課程思政典型教學(xué)案例

下面以一個具體的項(xiàng)目設(shè)計(jì)——加法計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)為例，來說明工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下如何在EDA課程教學(xué)中融入思政元素，以達(dá)到專業(yè)教育和思政教育的雙重目的。

（一）任務(wù)發(fā)布和導(dǎo)入

課前，教師通過課程平臺給學(xué)生發(fā)布任務(wù)，讓學(xué)生查找相關(guān)資料并結(jié)合教學(xué)視頻進(jìn)行預(yù)習(xí)。課中，教師在簡單復(fù)習(xí)上次課內(nèi)容后以實(shí)物演示或者視頻、動畫導(dǎo)入任務(wù)，然后提出問題：在我們現(xiàn)實(shí)生活中，計(jì)數(shù)器都有哪些應(yīng)用？通過問題情景激發(fā)學(xué)生的探究興趣，并組織小組討論和交流，從而引出本次課的設(shè)計(jì)任務(wù)——基于VHDL語言設(shè)計(jì)一個十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。

（二）任務(wù)分析和設(shè)計(jì)

教師重點(diǎn)講解本項(xiàng)目涉及的知識點(diǎn)：VHDL程序結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)對象、數(shù)據(jù)類型和最常用的IF語句。通常，一個VHDL程序中不可或缺的兩個主要組成部分是實(shí)體和結(jié)構(gòu)體，實(shí)體主要描述電路的外部通信界面，結(jié)構(gòu)體主要描述電路的內(nèi)部邏輯功能。如何才能更好地理解二者的特點(diǎn)及其相互關(guān)系？可引入思政元素：實(shí)體就像人的外貌，結(jié)構(gòu)體就像人的內(nèi)在，心靈美才是真的美，所以要不斷充實(shí)自己的內(nèi)涵，提高自己的綜合素質(zhì)。教師接著提出一系列啟發(fā)問題：本任務(wù)的輸入輸出端口各有哪些？它們的邏輯關(guān)系是怎樣的？可用哪些語句描述電路的邏輯功能？學(xué)生找出輸入輸出端口的邏輯關(guān)系后，教師繼續(xù)循循善誘，組織學(xué)生進(jìn)行小組討論、交流，并列出整個程序的框架結(jié)構(gòu)。

（三）任務(wù)仿真和實(shí)施

計(jì)數(shù)器的頂層實(shí)體設(shè)計(jì)完成后，教師指導(dǎo)學(xué)生利用QuartusⅡ軟件進(jìn)行計(jì)數(shù)器的編譯和功能仿真，得到如圖1所示的仿真波形圖和如圖2所示的RTL電路圖，根據(jù)波形引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會分析電路的計(jì)數(shù)功能。CLK作為計(jì)數(shù)脈沖，就像人生路上的每個機(jī)會，教師借機(jī)教導(dǎo)學(xué)生要好好把握機(jī)會，不斷提升自己。此外，計(jì)數(shù)功能的完成也受其他幾個條件的制約，只有同時滿足相關(guān)條件，計(jì)數(shù)器才能正常計(jì)數(shù)。借此教導(dǎo)學(xué)生：要想獲得成功，必須內(nèi)外兼修，提高自己的綜合素質(zhì)，不要因?yàn)橐粋€失誤而導(dǎo)致滿盤皆輸。仿真成功后，教師指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書進(jìn)行引腳鎖定，連接好下載電纜，把程序下載到EDA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的FPGA芯片中，并進(jìn)行計(jì)數(shù)器功能的測試。學(xué)生在進(jìn)行分組設(shè)計(jì)時，教師要認(rèn)真對學(xué)生仿真時出現(xiàn)的困難給予幫助，引導(dǎo)學(xué)生遇到問題時要不急不躁，調(diào)試程序時要認(rèn)真對待，要善于總結(jié)歸納自己的問題，避免下次再犯，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工程習(xí)慣。

（四）任務(wù)總結(jié)和反思

整個項(xiàng)目完成后，學(xué)生撰寫設(shè)計(jì)報告并進(jìn)行匯報答辯，教師對每個小組項(xiàng)目設(shè)計(jì)的情況、測試中存在的問題以及項(xiàng)目匯報中的不足等進(jìn)行分析和總結(jié)，加深學(xué)生對該項(xiàng)目所涉及知識點(diǎn)的理解和掌握，使學(xué)生在以后的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中發(fā)揚(yáng)優(yōu)點(diǎn)、改正不足，從而提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、探究能力、對知識的綜合應(yīng)用能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識。同時，運(yùn)用項(xiàng)目教學(xué)法引導(dǎo)學(xué)生層層分析討論，使學(xué)生在系統(tǒng)方案構(gòu)思、程序設(shè)計(jì)到項(xiàng)目完成的全過程中掌握EDA技術(shù)的層次化設(shè)計(jì)方法，更好地培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力[10]。

四、結(jié)論

基于項(xiàng)目的EDA課程對標(biāo)工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，注重學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)和思想品德的教育，主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)模式、考核評價等方面進(jìn)行改革，將“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”理念貫穿課程思政教學(xué)改革全過程，并將思政元素融入課程教學(xué)過程，符合社會發(fā)展對人才素質(zhì)的要求，強(qiáng)化了工程教育理念，有效培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識、工程實(shí)踐能力以及道德品質(zhì)，全面提升了課程教學(xué)質(zhì)量。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1］ 邱碩，施炎峰，柳亞男.面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的教學(xué)評價體系與教學(xué)模式[J].學(xué)園，2023，16（19）：66-68.

[2］ 梁義濤，劉宏月，李嵐.專業(yè)認(rèn)證理念下電子信息工程專業(yè)課程的教學(xué)實(shí)踐[J].河南廣播電視大學(xué)學(xué)報，2019，32（2）：81-85.

[3］ 曹新.工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下單片機(jī)課程思政一體化設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育，2023（7）：83-88.

[4］ 張鋒剛.工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下《失效分析》課程思政的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].才智，2023（7）：33-36.

[5］ 孟娟，李亞南.基于地震儀表設(shè)計(jì)的“EDA 技術(shù)與應(yīng)用”課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2022，44（2）：112-115.

[6］ 田文，吉俊懿，劉長軍，等.新工科時代化工原理實(shí)驗(yàn)線上線下混合式教學(xué)[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2023，21（2）：88-91.

[7］ 盧洋藩，劉芙，陳立新. 線上線下相結(jié)合的大型儀器相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式研究[J]. 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)， 2020，18（4）： 115?119.

[8］ 彭琛.工程教育專業(yè)認(rèn)證在 《EDA技術(shù)》 課程思政教學(xué)中的研究[J].電腦知識與技術(shù)，2022，18（22）：152-154.

[9］ 陳榮伶，鄢秋榮，龔黎華.面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的 EDA課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育，2020（6）：164-168.

[10］ 陳華敏，任立民.基于項(xiàng)目的《電子設(shè)計(jì)自動化》課程思政教學(xué)方案設(shè)計(jì)[J].智庫時代，2019（33）：144-146.

［責(zé)任編輯：鐘 嵐］