基于应用能力培养的EDA技术课程教学改革探讨

曹 阳 赵明富 黄丽雯 罗彬彬

重庆理工大学 重庆 400054

基于应用能力培养的EDA技术课程教学改革探讨

曹 阳 赵明富 黄丽雯 罗彬彬

重庆理工大学 重庆 400054

EDA技术是电子信息类专业的重要专业课，也是未来电子设计工程师必须掌握的应用型核心技能。结合EDA技术课程教学内容新颖和实践应用性强等特点,介绍了该课程在教学探索中的若干做法, 阐明了本课程教学应以实用为原则，按认知规律合理安排教学内容, 并以工程应用能力培养为宗旨, 灵活采用多种教学方式。

EDA技术；工程应用能力；教学方式

EDA技术是现代电子技术发展的新成果，它是用先进的集成开发平台、以硬件描述语言编程设计、最终在可编程逻辑器件(CPLD)或现场可编程门阵列(FPGA)器件上实现应用数字系统的一门课程。EDA技术是电子信息类专业的重要专业课，该课程包括课堂教学、实验两个环节，其显著特点是软、硬件结合，知识综合面宽和工程实践性强。电子信息类专业学生掌握EDA设计能力无论是对促进学生就业，还是对将来深造都有重要意义。

近年来，虽然电子信息类专业课程门类在逐步增加，但这门课程的学时不多，因此在有限的理论教学和实践教学时间中，如何开展课程教学工作成为了一个重要的课题，本文从理论教学、课程实验、课程考核等多角度的来探讨课程改革。

1 EDA技术课程教学改革

1.1 理论教学内容改革

EDA技术的教学必须围绕这样一个核心内容来展开，即通过学习一种软件的方法来高效完成硬件设计的计算机技术，尽量略去其他没有直接联系的内容，如EWB，PSPICE，Protel等，因为这些工具所属的范畴，它们没有现代自动化设计中关于行为与结构综合的概念，没有自顶向下设计理论的内容，现在这部分内容已经移植到模拟电路和数字电路的课堂教学和实验教学中。考虑到目前EDA技术的发展，我们对EDA技术应用软件也适时做了调整，比如从以前的着力讲授MAX+PLUS，现在调整为功能更强大的Quartus软件。

以大规模可编程集成电路为物质基础的EDA技术打破了软硬件之间的设计界限，使硬件系统软件化，这已经成为EDA技术发展的趋势。本着厚基础、重应用的教学原则，结合本课程的教学大纲，课程教学内容的重点包括：(1)嵌入式开发工具－Quartus；(2)VHDL硬件设计语言；(3)复杂的数字电路设计。结合电子信息类的前期先导课程，通过针对性的应用实例，循序渐进，实现从软件到硬件系统的设计，让学生深刻理解EDA技术的数字系统设计方法。

1.2 改革实验教学内容

理论教学只有通过实践环节才能加深理解和掌握。目前，EDA实验教学内容存在以下问题：(1)多为基础性的验证实验，按照实验教材规定的环节按部就班，不利于学生创造性的发挥；(2)EDA实验课题缺乏新颖性，多为ADC的控制、交通灯的控制和频率计设计等实验内容，此类实验案例充斥于各种EDA技术的教材，制约了学生创新意识的培养；(3)缺乏系统及、综合性的实验，导致学生的设计视野缺乏大局观。

针对实验教学环节出现的上述问题，从激发学生的学习兴趣，培养学生的创新能力角度出发，我们重新编制实验教材，对实验内容如下调整：(1)EDA实验教学中，压缩验证性的实验课题，将验证性实验内容尽量安排到理论教学环节，这有利于深化学生对基础理论知识的掌握；(2)增加新颖性实验课题，如设计电子音乐琴，电子日历的设计内容；(3)设计模块化、积木式、可扩展、易更新、多构架的综合性实验项目，如设计4位CPU，能涵盖了电路描述、电路合成、电路仿真等3大设计工作，可根据给定的设计任务进行分析，将其分解为若干个易于解决的子任务，每个子任务对应不同的实验模块，培养学生运用综合知识的能力。

2 “理论-讨论-验证”三位一体的课堂理论教学

EDA技术必须做到理论与实践相结合，通过边教学，边讨论，边实验的方法，在讲授VHDL硬件描述语言时，不能像C语言或汇编语言那样逐条语句讲授。在数字电路设计教学过程中，将Altera公司的DE2实验板带到课堂上，在课堂上有了实验器材，也使得在课堂上进行验证成为可能。结合电子信息专业已学的先导课程，精心设置实验项目，如设置FPGA实现与通信有关的2FSK的简单算法，实现了课堂的互动教学。

将课堂实验分为“验证”“设计”和“提高”三类层次。在“验证”性实验中，教师带领学生一起做，熟悉程序设计的方法。在“设计”性实验中，开展学生分组讨论和研究，设计一些相对简单的程序模块，如“抢答器”“分频器”等，并在目标实验板上调试运行，让学生体验程序设计的成就感。而“提高”性实验主要针对一些综合性实例，引导学生思考和分析。

如在“提高”性实验的授课中，以学校实验大楼电梯作为实体参考模型，引导学生设计3层电梯控制器，通过分组讨论、分析电梯控制系统各功能模块，如图1所示。将案例“庖丁解牛”式分解为各模块后，在“吃透“各模块功能的基础上，再对各模块进行综合分析、仿真和硬件调试。在此过程中，学生完成实体、进程和状态机等知识的综合应用，提高学生分析、解决综合问题的能力。它采用一种自上而下的设计方法，即从系统总体要求出发进行设计，易于学生理解和接受。

图1 三层电梯控制器原理框图

与传统的教学方法相比，“理论-讨论-验证”三位一体的课堂教学是通过师生的互动、研讨，学习解决实际问题的一种教学方法，它有如下优点：(1)增强了学生对教学内容的理解，激发了学生的学习欲望；(2)鼓励学生积极探索，大胆质疑，使学生处于主导地位，而不是传统的填鸭式教学；(3)易于深化理论教学，培养解决实际问题的能力。

3 多方位、立体式培养学生工程应用能力

为了更好的服务学生，实验室对学生进行网络预约开放，学生可结合自身的学习时间表，向实验室提出实验申请。学生在完成规定实验之后，可自愿选择一些拓展性的实验项目或者自行设计实验项目，这种可选择性体现了有差别的培养原则。

为营造学生创新设计氛围，我们鼓励学生建立EDA技术学习兴趣小组，引导学生拓展知识的深度－SoC（片上系统），支持学生合作开发感兴趣的电子设计项目或加入老师的课题研究当中。指导学生参加学校组织的大学生创新性实验项目，该项目重点支持在校大学生自主进行创新性实验的开发，学校给予资金支持，并跟踪项目的进展，从而保证项目实施的质量。

4 全面的考核机制

传统考试考核方法没有体现出学生用理论分析问题和解决问题的能力，不利于学生综合素质的培养。考虑到EDA技术课程的理论和实践环节紧密结合，在考核当中，其理论考核成绩占总成绩的60%，实验环节占总成绩的40%。

在理论教学环节中，通过提问、讨论和作业等方式，使任课教师非常清楚每个学生对教学的参与程度、学习态度和课后作业完成情况等。教师将学生回答问题的质量，课堂教学参与程度记入平时成绩，从而调动学生的学习热情。

实验成绩的考核, 应该全面、客观、公平地反映出学生的实验情况, 尤其是学生的动手能力和解决问题的能力。考核内容包括实验预习、实验过程和实验报告, 每个实验项目分为可分为小项, 各指标的权重分值又各有不同 , 具体评估指标,见表1。

表1 考核评估指标

实验成绩期未总评计算如下：

在式（1）中，n为实验总次数，Si、x,i分别为第i次的实验成绩和实验成绩权重。实验分为验证性、综合性和创新性3类，其中验证性实验的权重为0.2，创新性和综合性实验权重各为0.4。

5 结束语

表2 近三届学生成绩比较和毕业生反馈

本课程的教学改革主要是围绕两点：(1)采用灵活的教学方式,真正实现课堂理论教学与实验教学的相得益彰；(2)多种渠道拓展学生的工程应用和创新能力。根据近3年来的教学成绩以及毕业生反馈信息统计，见表2，表明教学改革既注重了理论，又为今后工程应用能力打下较为坚实的基础。

[1] 聂章龙，罗大晖.以“项目教学”为载体的EDA技术课程改革探索及案例设计［J］.中国电力教育，2009,131：93～95

[2] 包明.EDA技术与数字系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社,2002

[3] 苑敏，苏英志.行为导向教学法在专业课中的应用[J].教育与职业，2008，8：104～105

[4] 何英.推进实验室开放深化实验教学改革[J].电气电子教学学报，2006，28 (2) ：87～89

Teaching reform of EDA technology based on engineering application ability

Cao Yang, Zhao Mingfu, Huang Liwen, Luo Binbin
Chongqing university of technology, Chongqing, 400054, China

EDA technology is an important specialized course of electronic professional, at the same time, it is core applied skills for electronic design engineers on the future. Considering the characteristics of novel contend and strong practical application, a number of teaching practical are introduced in the paper, teaching content is arranged according to cognitive rules, we adopt fl exible teaching methods for the purpose of engineering application.

EDA technology; engineering application ability; teaching methods

2010-11-30 稿件编号：1011147

曹阳，博士，副教授。

重庆市教改重大项目（编号：0816015），重庆教改项目（编号：0836113）的研究成果。