EDA课程教学探索和实践

刘娅琴,林 霖

(南方医科大学生物医学工程学院,广东广州510515)

我校开设的“EDA技术与应用”课程[1],作为电子信息专业的必修课和影像工程专业的选修课,学时数为54。作为医科院校,如何顺应医疗电子设备发展的要求,让学生尽快掌握基本知识并培养学生在医疗电子设备应用开发方面的工程实践能力,是我们教学研究的核心问题。

1 课程教学内容安排

EDA技术课程主要内容有EDA基本原理和概念、可编程逻辑器件(FPGA/CPLD)、硬件描述语言(VHDL)、数字电路的VHDL描述、数字系统的设计方法、常用EDA工具软件的使用和EDA开发装置的操作等。主要教学任务是使学生获得自主设计电路的能力,在教学内容安排上应以实用为原则。

例如:教材[2]前三章全是比较抽象的理论知识,而学生对EDA技术基本上是一无所知。若直接讲授会使学生觉得乏味。为此,第一次课时介绍前两章,让学生了解EDA的相关理论知识。第二次课即用原理图输入方法设计简单电路,当学生自己可以动手时,兴趣自然很大。课后大部分学生对MAX+plus II的操作步骤都可基本掌握。然后再学习如何利用VHDL设计数字电路。

又如:FPGA的结构与应用一章是本课程的难点。教师可以安排在学完用EDA软件设计数字电路的方法后,又上过好几次实验课,让学生看到不同的数字电路可以下载到同一片FPGA芯片上来实现。此时我们再介绍CPLD/FPGA的结构,效果自然很好。

由于课时少,部分内容可以让学生自学,有些内容可以融合在一块讲授,还有些内容可以安排由学生讲授。如VHDL语法语句的系统描述。另外,在教学过程中,可根据课程特点补充一些 EDA技术在医疗电子方面的具体应用实例。

2 教学方式多样化

EDA技术是一门实践性和应用性很强的课程,如果按照传统的课程教学方式,理论课和实验课完全分开,实验课全是验证型实验,学生会觉得索然无味。教学中应采用灵活的多样的教学方式,调动学生的兴趣,注重学生的能力培养。

1)理论与实践相结合

首先理论课最好由教师边讲,学生边干、教师边辅导,即采用边干边学[3]的教学模式。让学生多动手、多实践,才能多动脑、多收获,从而体会 EDA设计的真缔。

理论课的讲授宜采用由设计实例引出VHDL语句的教学方式。因为学生已经学过数字电路和C语言,对VHDL的教学不必像纯软件语言那样逐条语句讲授,也不必系统地学习完VHDL语句和语法后再学习利用VHDL设计电路。我们可以通过完整、典型的 VHDL设计实例,使学生先了解用VHDL表达和设计电路的方法,然后引出VHDL语句来讲解其格式及其使用方法。

2)培养学生实践能力

教学中应始终注意调动学生的兴趣。例如:课后作业要求学生3人组成一组,自己选题,在规定时间内完成,并通过网上提交电子文档,组织几个学生骨干参照教师给出的详细评分标准打分,作为平时成绩。教师采取抽查和上课随机提问的方式,起到监督作用。这样做既能通过团队合作精神激发学习兴趣,又能促进或帮助一些学生不掉队。

又如:实验课要在验证的基础上留出学生自己开动脑筋的空间。本课程的实验课共6次课,前4次实验课是教材中内容,既有基本验证部分,也有附加发挥部分;后2次实验课安排为综合性实验,教师提供8个综合性实验供每组学生参考,同时也提倡学生自己另外选题。

为保证学生能顺利完成后面的综合性实验,前4次实验课内容需为后面综合性实验做好铺垫。例如:层次化设计、状态机设计及分频电路、数码管显示译码电路、模数和数模转换的控制电路等内容应该在前4次实验中涵盖。

3)拓展课程应用

本课程应用性强,易于学以致用,教学中可以采用课程内容和专业知识相结合的方法,培养学生自主设计的创新能力。例如:在医学领域中,心电信号的处理和分析扮演着重要角色,心电信号分析结果是评价心脏功能的重要依据,可以将FPGA应用于心电信号的检测和处理。其过程是:先采用精密集成运放对电极采集的微弱心电信号进行放大和初步滤波,再经A/D转换后利用FPGA内嵌IP核进行数字滤波,由通信串口送入计算机存储和显示;也可以经D/A转换和低通滤波器平滑滤波后输至示波器显示。

将上述课题分解为几个小课题,挑出有兴趣、有能力的一些学生组成课题小组,各小课题之间相对独立,但又有联系,比较符合目前公司里的工作模式。这样既能锻炼学生的自主设计能力、培养合作精神,又能为走向工作岗位后尽快胜任工作打下基础。

3 结语

对于影像工程专业而言,本课程虽属选修课,但近两年选修率达到96%以上。学生普遍反映学习本课程的兴趣浓厚,通过该课程的学习,他们在工程实践能力、自主学习能力、创新思维意识和团队协作精神等方面都有很大的收获。

从本课程的教学实践来看,笔者认为在教学方面主要是做好两点:一是以实用为原则并遵循学生的认知规律来安排教学内容;二是采用灵活的教学方式,注重能力的培养,做到始终以学生为主体,让学生多动手多实践,真正实现课堂理论教学与实验教学的一体化。我们需要不断地丰富理论和实践的内容,进一步改进教学方法,加强实践环节教学,更好地促进学生EDA应用能力的培养。

[1] 朱奕丹.VHDL设计课程教学改革实践[J].南京:电气电子教学学报,2007,29(2):22-23

[2] 潘松,黄继业.EDA技术实用教程(第二版).北京:科学出版社,2005

[3] 王建萍,费跃农,王燕瑜.嵌入式系统“边干边学”教学模式探讨[J].南京:电气电子教学学报,2007,29(5):103-105