基于应用型人才培养的EDA实践教学模式改革研究
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作者: 王彩凤，李卫兵，齐爱学，丁雷
摘要：电子设计自动化（EDA）是高等学校电子信息类专业的实践性很强的课程，以培养应用型人才为目标，因此EDA实践教学显得尤为重要。针对当前EDA实践教学模式存在的不足，从改革实验教学内容、改进实验教学方法、加强课外EDA实践训练等方面进行了有益的探索和实践。实践证明，该教学模式改革大大激发了学生的学习主动性，增强了学生的创新能力和设计能力，提高了学生的实践创新能力，有利于应用型人才的培养。
关键词：EDA；实践教学改革；应用型人才培养；创新能力
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）28-0052-03
一、引言
进入20世纪90年代以后，电子设计自动化（EDA，Electronic Design Automation）技术得到了飞速发展，电子系统的设计观念、设计方法发生了革命性的变化，传统的设计方法正逐步退出历史舞台，而基于EDA技术的芯片设计正在成为电子系统设计的主流[1]。国内EDA技术的应用和教学工作起步较晚，近年部分大专院校才开始着手有关EDA的教学工作，因此我国在这方面的设计、研发人才十分匮乏。摆在我们面前亟待解决的任务是，在深入进行高等院校教育改革的大好形势下，应抓住良好的发展机遇，使学生掌握现代电子设计方法，培养适应电子信息技术快速发展的专业技术人才[2]。EDA是一门实用性很强的课程，学生在学完该课程后必须具备一定的硬件电路设计和调试的能力，因此在教学中需要不断地用实践训练来强化学生在课堂所学习的理论知识，并使他们达到能够独立设计较复杂硬件电路的能力[3]。EDA技术自身的特点也决定了它的学习内容和方式相比于其他课程具有自身的规律和独特性，在教学中合理把握其特点、加强实践教学改革，有助于培养学生的综合实践能力和创新能力。实践的主体是学生，实践的手段和方法是利用EDA技术，与具体项目相结合是实践性要求的另一个方向[4]。应按照“加强基础、培养能力、提高素质、突出创新”的原则，加强实践性体系结构的建设，增加综合性、设计性强的内容，鼓励学生积极参与到产践中去，培养学生的科学实践能力和创新思维能力[5，6]。
二、EDA传统实验教学存在的问题
EDA是一种新兴的设计技术，教学观念不能单停留于教会学生使用软件工具上，更主要的是对个人或小组的设计能力的培养与加强。在EDA传统实验教学中，教师先讲解实验原理和要求，给出示例程序，学生参照程序在QuartusⅡ软件平台上完成编译、仿真，然后下载到EDA/SOPC实验箱上进行硬件测试。这种实验教学方法存在很多的不足。
1.实验灵活性不够，忽视了学生的作用。传统实验教学中，教师给出相应的参考程序，让学生验证。每个实验操作过程都一样，实验方法单一，实验内容比较固定，不能完全满足实验设计的要求，不能突出实验中EDA技术的实用性。导致学生兴趣降低，被动应付实验，影响了实验效果。另外，学生在做完实验后只是掌握了软件设计和调试的技巧，对FPGA电路部分的设计和调试方法却一无所知，缺少了硬件实现方面的锻炼，阻碍了实践创新能力的提高。达不到面向工程实际的电子设计的自主创新性；达不到学生设计能力、自主创新能力的培养和与工程实际相结合的动手能力的培养；达不到培养学生独立分析问题、解决问题的能力。不能发挥学生的能动性，学习的积极性和实践能力得不到提高。
2.综合设计性实验难开展，阻碍了实践创新能力的提高。传统的EDA实验教学主要是利用系统软件QuartusⅡ和EDA/SOPC实验箱进行模拟仿真，学生做的只是按照给定程序进行编译、仿真、引脚锁定和下载测试，这种实验方法不能很好地将硬件电路和软件编程有机结合起来，导致实验教学效果不理想，学生学习积极性不高。同时，采用实验箱进行的实验多为验证性实验，综合设计性实验较少，即使是综合设计性实验，它与应用型人才培养的目标所要求的硬件实现、软件编程过程也相差甚远。课程结束后，学生虽然对EDA的原理、概念有所了解，但对EDA技术还是缺乏整体的掌握，与社会需求的差距较大。
三、EDA实践教学改革
1.更新EDA设计理念，倡导启发性实践教学。引导学生建立自顶向下的现代数字系统设计理念，从传统搭积木式的自底向上设计转向基于可编程逻辑器件的数字系统设计，培养学生的调研分析、创新能力、系统设计、工程实现方面的能力与素质。对实践教学中的疑难点，加大教师在实践教学中的指导、监督、启发的作用。这样充分发挥学生的主观能动性和创造性，避免学生在实验中“照葫芦画瓢”、“囫囵吞枣”。
2.改革实验教学内容，提高学生的综合设计能力。传统的EDA实验教学以验证性实验为主，能够培养学生综合能力和创新能力的综合性设计性实验开设较少，因此应在EDA实验教学中增加综合性设计性实验的比重。在保证学生能起步操作软件的基础上，给学生更多的自主学习和研究的机会，来完成不同的实验。综合设计性实验选题采取广泛选题方式，对来自教师课题、创新项目、竞赛项目、企业开发项目等途径来的题目，在提交明确的设计背景、目标、任务和方法，经教师审核后可以作为课程综合设计性实验题目。这些实验项目与学生日常生活联系比较紧密，使学生可以接受更为实际、更加系统的训练。综合设计性实验最大的特点是没有现成的模式可循，学生需独立完成软硬件设计和调试。在调试过程中，学生要自己分析解决实验中出现的问题，在解决问题的过程中进一步加深对EDA系统软硬件设计的理解。综合设计性实验项目的开设虽然对学生来讲有一定难度，但因与现实生活联系比较紧密，学生的兴趣比较高，能使学生从被动应付实验变成主动实验，更好地培养学生学习的自主能力和创造能力。
3.改革实验教学方法，提高学生的学习兴趣和自主实验的能力。为了达到学生设计能力和自主创新能力的培养，在实验教学改革中采用“工程导向”的教学模式。首先，教师给出设计任务，让学生明白设计要求。其次，学生自己分析设计要求，写出设计方案。在这个过程中小组成员之间、教师都可以对方案的可行性提出质疑，并加以指导解决，实现了“教”与“做”的结合，充分发挥学生的主观能动性和团队合作精神。再次，学生根据方案自己编译程序，仿真下载测试。在这个过程中学生可以充分发挥电路设计能力和自主创新能力。可以培养学生分析问题和解决问题的能力。最后，教师验收。检查该设计是否达到设计要求，并与学生讨论该设计是否有优化的可能，是否有其他的设计方案等，加深对知识的理解并且可以锻炼学生的思维广阔性和创新性。 4.课外EDA实践训炼，提高学生的创新实践能力。（1）学生成立EDA创新学习小组，利用实验室的资源，开展EDA软件编程和硬件设计实践训练。给学生提供一个完善自我、表达自我的空间和舞台，能使学生的想法在实验室变成产品、变成论文，有利于学生的个性发展和特长发挥，培养学生的实践创新能力和分析问题、解决问题的能力。（2）鼓励学生参与教师的科研项目，引导学生将FPGA/CPLD的新技术应用到科研项目的设计中去。让学生辅助教师进行设计、分析、实现，并制定测试方案，在实践中充分发挥学生的创造性、想象力和主观能动性，培养学生的知识应用能力、信息获取和选择能力、创新能力、实践能力。按照“兴趣感知→学习探索→创新设计→研究开发”这样一个循序渐进的过程来培养学生的综合创新素质和研究能力。（3）在课程设计、毕业设计等环节中给学生推出数量较多的EDA应用题目，从而让学生利用已有知识对EDA技术进行更深层次的设计，启发学生思维，开发学生创新意识，从而将实验教学、课程设计、毕业设计等多个实践教学环节紧密连接起来，形成一种从单元到模块、从模块到系统，从仿真到实验、从实验到设计，从简单到复杂的层层推进、环环相扣的实践教学模式。这种多层次的实践教学，充分调动了学生自主实践的积极性，并且培养了学生解决问题的能力，从而切实提高学生实践活动的效果。（4）组织学生参与各种形式的学科专业竞赛，大大提高学生的综合设计能力和创新能力。如2009年“NEC杯”全国大学生电子设计竞赛中，获省级一等奖3项，二等奖4项，三等奖2项，2010年“高教社&XILINX杯”山东省大学生电子设计竞赛中，获山东省一等奖7项，二等奖3项，三等奖3项；2011年“瑞萨”杯全国大学生电子设计竞赛中，获全国二等奖3项，省级一等奖5项，二等奖5项，获奖层次和数量居省内高校前列。
四、结束语
实践教学在EDA课程教学中占有非常重要的地位，应结合学校和学生的实际情况，进行EDA实践教学改革。通过改革，学生在动手和实践应用方面的能力大大提高了，也给学生提供了极大的创造空间，强化了学生在教学活动中的主体地位，有利于学生创新思维和创新能力的培养，有利于学生个性和才能的全面发展，为社会主义现代化建设培养应用型人才。
参考文献：
[1]胡桂，张艳.EDA技术对实验教学的影响[J].高等教育研究，2006，（9）：38-39.
[2]井新宇.电子设计自动化技术教学改革的研究与实践――“七阶段”教学法的应用与推广[J].实验室研究与探索，2010，29（12）：202-205.
[3]柳秀山.EDA教学与现代化电子设计能力的培养[J].广东技术师范学院学报，2004，4（4）：92-94.
[4]谭雪霏，赵春波，陈巩.EDA实验教学改革的探索与实践[J].计算机与信息技术，2010，5（8）：72-76.
[5]薛鹏骞.EDA教学与创新能力培养[J].华北科技学院学报，2002，5（1）：103-105.
[6]包明，彭东林，钱微.开展EDA教学培养高素质创新人才[J].重庆工学院学报，2004，18（5）：179-180.
基金项目：滨州学院教学研究项目（BYJYYB201228）。
作者简介：王彩凤（1982-），女，山东临沂人，硕士，讲师，主要从事电子技术教学与应用研究。
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