EDA技术应用实验教学改革初探

蓝伟斌

（梧州学院，广西 梧州 543002）

EDA技术应用实验教学改革初探

蓝伟斌

（梧州学院，广西 梧州 543002）

EDA技术应用是电子类专业教学体系中的一个重要组成部分。EDA技术课程内容多，教学课时少，为了解决这一矛盾，笔者尝试从实验教学方面对EDA技术应用课程进行改革。使用验证性实验和创新性相结合的教学方法，既有助于学生理解和掌握课堂所学的知识，又能培养和提高学生的思维能力和创新能力。

EDA技术；电子设计；实验教学

EDA(Electronic Design Automation)技术是一种 “软”、 “硬”合一的电子设计技术，它以计算机和EDA软件为工作平台，以硬件描述语言为设计语言，以专用集成电路为实现载体，设计并实现复杂电子电路或电子系统，代表了现代电子设计的主流趋势，未来的电子技术时代将是EDA的时代。不管是作为一名电子硬件工程师，还是大专院校电子类专业的在校学生，面对目前电子信息技术的高速发展以及激烈竞争的市场环境的挑战,都必须掌握EDA技术。而培养一大批掌握EDA技术的高级专门人材的任务,责无旁贷地落在高等教育者的肩上，加强电类专业大学生的EDA教学已迫在眉睫。EDA技术课程既有理论性，又有实践性，且实践性强于理论性，[1]如果没有有效的实验教学环节来支撑，这些理论性和综合性很强的知识将很难被学生理解和掌握。但是，由于受到实验环境、实验内容等方面的限制，实验教学一向是EDA技术应用课程教学环节中的薄弱环节。当前，EDA技术实验教学中安排的内容多以演示性实验、验证性实验等为主,设计性实验特别是系统设计性实验比较少,这不利于学生将掌握的知识转变成技术应用能力，也不符合人才培养的目标和要求。可见，正确地选取实验教学内容并完成相应的实验教学环节将对教学效果产生积极的影响。

1 实验教学的内容改革

在传统教学实践中，习惯安排的内容多以演示型、验证型等实验为主，从而忽视学生自主创新能力的培养，即缺少设计型特别是系统设计型实验。EDA技术内容包括数字电子技术、硬件描述语言、电路集成、嵌入式设计技术、原理图设计与仿真等内容，不仅要掌握硬件方面的知识，而且还要掌握软件编程方面的知识，内容繁杂。若在教学过程中沿用传统的教学模式，过分重视细节，忽视学生的自主创新能力，即使学生能听懂教学内容，但真正到自己动手做设计型实验、系统型实验时就会觉得无从下手，达不到教学的目的。

针对传统教学实践中实验内容安排所存在的问题，EDA技术实验课内容设置上强调要渗透验证性实验、交叉性实验、综合性实验和设计性实验等四个方面。验证性实验一般依附于传统公式或经典定理，通过这种实验，能够加深基础理论的认识，熟练掌握开发工具的操作，缺点是学生动脑很少。交叉性实验已经具有综合的成分，是以多学科或多课程为基础，并加强了各学科或课程之间的联系，有助于加强各实验课程之间的关联性或交互性。综合性实验是一种由学生和教师共同设计、开发、实施和评价的实验课程，学生是实验课程的首要开发者，该课充分体现了学生学习的主动性。设计性实验课程完全超越了课际界限，实验建立在自我控制、自我指导基础上，允许依照自己特长组织实验内容，以自主学习为主,可在校内完成，也可在校外完成，也可集体合作完成。

在实验课程内容分配上，以综合设计性实验为主,验证性实验为辅。如首先开出一个验证性实验:实验一,半加器和全加器的图形设计。这个实验是通过图形输入法来熟悉软件QuartusⅡ的使用。因为学生已经学习过数字电路，对电路图的分析已经有了相当的了解，所以在这个基础上大家很有兴趣接触新知识，并且学会运用新工具解决老问题的快捷手段。实验二，设计简单的组合逻辑电路。这是一个最为简单的设计性实验。通过给出五个布尔函数，让大家完成电路的图形描述和语言描述。这个实验不仅巩固了上次的实验内容而且充实了语言描述的这个新知识点，根据语法的理论基础，学生自行完成整个VHDL程序设计。实验三，设计出74LS138的VHDL程序。该实验主要是对CASE语句的灵活运用并启发学生使用其他顺序语句设计出程序，最后仿真直至下载成功。实验四和实验五分别是对复杂电路系统的综合性设计，其中的LED点阵显示实验是来源于生产实践中的工业电路。[2]整个设计的过程在老师提出设计指标和规定器件后，学生自行选择算法进行设计，最终设计成功。这些设计性实验和单纯的验证性实验相比，学生能从理论到实践再到创造性设计，让学生有了学习的成就感，从而激发了学生的学习兴趣。

2 实验教学环节的改进

在传统的EDA技术应用教学中，只有课堂实验这种验证性实验的教学方式。随着时代的发展、社会的进步，对学生的素质要求也在不断提高，传统的实验教学方式已经不能满足EDA技术应用实验教学的需要。首先，学生在学习EDA技术时，不仅要学会应用，还要了解目前该领域高新科技发展的情况以及前沿方向，目前在EDA实验室进行实验时一般在实验箱进行，而实验箱的EDA芯片是早期配置的，对新教材中提到的很多新的功能不支持，有很多综合性实验没有办法在实验箱进行；其次，EDA技术应用是一门综合性和实践性很强的课程，如果仅限于规定时间的课内实验教学，那就可能有一部分学生不能完成实验而达不到教学目的。因此，EDA技术应用及相关电子类课程的实验教学，不应仅限于课内实验。[3]根据实际情况和学科特点，EDA技术应用实验教学环节的改进主要包括三个方面。

（1）强化课内实验。首先，对实验任务分层驱动，EDA技术应用在机房上课给实验课创造了先天的条件。一般一节课讲与练的时间比是1:3。课堂教学主要是学生的 “学”，在老师的引导下，学生明确任务与操作步骤方法后进行实验练习，在 “练”的过程中遭遇问题、提出质疑、寻求支持、相互帮助与总结规律。不同的学生，在练习中遇到的问题可能不一样，学习的进度也会不一样。有的学生操作快，做完后也乐于帮助他人；有的学生完成规定内容后习惯琢磨问题、向 “难高深”进军。所以课堂教学中学生的 “学”就像万马奔腾，学习内容在不断自觉进行着任务分层，由于课后练习题和实验任务多，任务分层得到了自然驱动。学生在课堂学习中，当比较顺利完成基础练习并经老师检查指点后，可领取实验记录表，每次课每个学生最多领取一份表，要求在互动学习或者提高学习中及时地收录、整理课堂教学信息，以便老师客观评价学生以及诊断教学。这样一次课下来，在互动学习中，一个学生可能陆续辅导了若干个学生，与此同时该学生也思考了更多的问题，深化了思维层面、拓宽了知识空间，提高了学生学习效率。其次，对把参加实验课的学生划分成若干个实验小组，每个小组在实验前设计好原理、写出要完成的内容，并且选出代表在实验课结束前讲解所完成的内容，由教师考核实验成绩。对于未能完成实验的工作组，把他们存在的问题和难点公布出来或记录在实验记录表上，全班同学都可以用课后时间解决实验过程中出现的难点，这样有益于产生优秀的设计方法，达到真正提高实验素质的目的。然后，教师在下一次的课堂教学中对实验中存在的问题进行总结和纠正，通过这一课内实验教学环节真正达到了师生互动，强化了课内实验的目的，又能解决 “课程多，课时少”的矛盾。

（2）建立开放性实验环境，课内实验教学与课后开放实验相结合的方法，在实验室空闲时段实施开放。学生在课内实验过程中遇到的困难和突出问题，在有限的课内实验时间内无法完成的，可以在课后通过预约的方式和实验室管理人员共同确定实验室开放时间，以解决在课内实验时间内无法解决的主要问题。另外，在课程设计期间、综合性设计实验等要求实验时间比较多的实践阶段，可以安排特定知识点，面向全体学生开放实验室，[4]教师进行相应的检查和指导，实现教师和学生的有益互动。鼓励学生在实验室搞课外创作。同时吸引学生参与到教师的科研活动中，不仅扩大学生的知识视野，而且锻炼他们的攻关能力，培养团结合作的敬业精神，为今后的就业打下实践基础。

（3）制定积极有效的考核方法。对于EDA技术应用及相关电子类实验教学环节，关键是制定并执行积极有效的考核方法以督促学生高质量地完成老师布置的实验任务。首先，笔者认为教师对学生的考核评价要尽量公平、公开，对学生的劳动成果要极力尊重，在实验过程中，教师要根据每次实验的成功与否、完成的程度进行评分等级登记，等级分成A（5分）、B（4分）、C（3分）、D（2分）、E（1分）共五个级别，实验结果的评分等级记录自然与期末综合评分挂钩，在这样一种无形引导与激励下，学生慢慢学会了关注自己、关注他人，学会了尊重劳动，也深化了师生沟通的层面，“知不足而后进”。现在一改以前的被动学习、被动检查的局面，学生主动找老师检查课堂作业，并主动交流操作中遇到的问题、解决的办法与收获。这种 “以评促进”增强了个体奋斗与团体竞争气氛，整顿了班级的学风。其次，针对EDA技术应用实验教学的特点，总成绩分为笔试成绩和实验成绩；而实验成绩的考核方式可以采用通过课程设计的方式来考核学生的综合设计能力。课程设计的形式可以由老师出题目，一个班大概出20道题目给学生来选，一道题目最多是3位学生选做，相同的题目要求用不同的方案实现，要求学生利用实验箱去实现或是实验箱加上外围电路的方式实现自己的课程设计，真正实现创造性设计的实验。在实验考核验收时可通过答辩提问式来现场考核学生的理解程度和分析应变能力。学生在自已设计的电路系统并得到验证后更容易体验到成功的喜悦，这可以进一步激发他们的实验兴趣、学习热情和创造热情。

3 实验效果对比

通过对EDA技术传统实验教学内容和实验环节的改进，提高了学生做实验的积极性和主观能动性，有效地提高了学生对综合性实验和创造性实验的设计能力，增强了学生在电子设计方面的能力，为今后的工作打下了坚实的专业基础。笔者在2004级、2005级、2006级学生的教学过程中对比了其中的教学效果，现在通过下页表1来说明传统实验教学和改进后的实验教学效果的不同。

表1 传统实验和改进后实验效果对比情况表

通过对比我们不难发现，改进后的实验方法、内容、考核方法等都不同，实验的效果也得到了加强，学生的创造性思维和独立设计能力也得到了相应的提高。据不完全统计，从2003年到现在，每年电子类的毕业生用到EDA技术来完成毕业设计的人数越来越多，毕业设计的质量也越来越高，每两年举行的全国电子设计大赛的题目，要求用到EDA技术才能完成的题目也越来越多，而我们学院的学生在参加的几次电子设计大赛中取得的成绩也越来越好，这从侧面也说明了我们的EDA技术及实验教学取得了良好的效果。

4 结论

实验课是以培养和提高学生的动手能力和应用能力为主旨，引导学生独立思考，激发其学习的主动性，达到培养学生科学精神和创新意识的目标。总之，在EDA技术实验教学中，教师要根据技术的最新发展情况灵活多样地、合理地选取实验内容，并巧妙地安排到相应的教学环节中去。在强化课内实验教学的同时，积极鼓励和引导学生课后多进行创造性和综合性课程设计考核的实验教学方式，能够有效地将基础知识、训练基本技能和培养创新精神三者统一起来，通过以上方式可以有效地提高实验教学效果。

[1]李东生.电子设计自动化与IC设计[M].北京：高等教育出版社，2004：2-8

[2]潘松，黄继业.EDA技术实用教程[M].北京：科学出版社，2006：64-126.

[3]张静.专业实验教学改革的探索[J].实验室技术与管理，2003(10)：163-166.

[4]郭伟强，杜志强.开放式实验教学模式的新探索[J].实验室研究与探索，2003(5)：7-9.

TN

A

1673-8535(2010)03-0069-04

蓝伟斌（1978-），男，广西博白县人，梧州学院图书馆职员，研究方向：电路与系统。

（责任编辑：高 坚）

2010-03-01