基于EDA的电子信息类创新实践能力培养体系的探索与实践

【摘 要】随着我校教学综合改革的推进，为了给为社会培养具有工程实践能力的高素质创新型人才，本文探讨了基于EDA技术在电子信息类专业进行理论教学和实践教学的改革方案，最后结合我校实际情况搭建创新能力培养教学平台，取得了良好的效果。

【关键词】EDA；电子信息类；教学改革；创新能力；教学平台

现代高等教育需要面向社会，为社会培养出具有扎实的专业基础知识、较强工程实践能力的高素质创新型人才。目前电子技术已进入大规模集成电路时代，随着计算机技术和微电子技术的快速发展， EDA（Electronic Design Automation）技术在电子信息类专业教学中势必发挥更加重要的作用。如何利用EDA 工具提升电子信息类学生专业课程的教学质量、培养高素质创新型人才、积极稳妥地开展教学综合改革的探索与实践是一件值得深入探究的课题。

1 借助EDA技术丰富理论教学

电路分析、模拟电子技术、数字电子技术、信号与线性系统、高频电子线路、单片机原理及应用等是电子信息类专业的主要专业课程，传统的理论教学方法要画出许多复杂的电路图及公式推导，许多学生都反映教学内容抽象难懂，难以理解所求解题目与实际问题间的相互关系。随着现代计算机技术和微电子技术的发展，功能强大的EDA技术应运而生，我們将它引入到理论教学中，将极大的丰富理论教学方式。在电子信息类专业理论教学中采用多媒体技术，利用EDA软件创建电子技术实验环境、进行电路的功能仿真演示，开展直观的、互动的启发式教学，能大大提高教学效率与教学效果。

EDA技术所涉及的范围有电路设计、系统仿真和系统分析三个方面。目前IC领域经常使用的EDA软件有：Multisim、Protel、QuartusII、Proteus等。一般的EDA工具都能提供庞大的元件库，虚拟测试仪器仪表种类齐全，完全能满足电子信息类专业理论教学的需求。

表1 电子信息类专业主要专业课程对应的EDA工具

教师可以在课堂上先讲授基本的理论与方法，然后借助各种EDA平台演示晦涩难懂的电路定理与各种复杂的电路图分析，同时教授学生这些EDA软件的使用方法，让学生在课后在自己的计算机上也能反复验证，加深对知识的理解运用，并学习到一些常用EDA工具的使用方法。

借助EDA工具，在理论教学中推行讨论式、启发式、案例式教学方法，采取课堂讨论、专题研讨、案例分析等多种形式，激发学生的学习兴趣，充分开发学生的创造潜能。适应时代要求，加强现代化教学方法和手段，采用多媒体和EDA技术辅助电子信息类专业理论教学，启发学生思维，培养学生的自学能力、创新能力，打造立体的教学新模式。

2 建立基于EDA的实践教学体系

目前，电子信息类专业的实践环节是以课程为单元，实践内容主要是为本门课程服务的，从而忽略了各门专业课程之间的衔接。通过分析电子信息类专业的课程设置可以发现，EDA 技术与多门专业课程之间存在很强的关联性，借助EDA 工具完全可以把各门课程的实践环节串联起来，整合成统一的实践教学体系。我们可以适当调整电子信息类专业课程群内容，整合专业课程的实践环节并进行合理的梯度设置。

我们可以运用 Multisim、Quartus II、Proteus 等最新的EDA软件搭建电子信息类课程的实践教学平台，整合《电路分析》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《高频电子线路》、《EDA技术》、《单片机原理及应用》等专业课程的实践教学，与此同时再配合一些相关硬件制作训练、生产实习和毕业设计，形成一套完整全面的实践教学体系。

构建实践教学体系时要遵循学生的认知规律，考虑学生由低到高不同的学习阶段。对低年级学生主要通过课程基础实验来培养其基础技能；一旦学生掌握了基础技能，就要充分重视其系统设计能力的培养，这要通过课程设计、生产实习等实践环节来实现；而独立工作能力和团队合作能力的培养主要通过毕业设计、参与工程实际项目等环节来实现。在实验内容的安排和实验手段的选择上，应尽量减少验证性实验，增加设计性、综合性、创新性实验项目，并借助现代 EDA 技术，整合各门专业课程的实践环节，将实践教学按学分制独立设课。将实践环节分成必修、选修两类，把专业基础课程实验，生产实习，毕业设计设置为必修，把根据不同专业方向的综合实验、根据项目为依托的应用型实践设为选修，充分发挥学生学习的主动性、积极性和创造性。

在高年级阶段的实践环节中引入项目教学法，根据不同的专业方向，让学生分组加入导师的实际应用项目中来，例如，在智能控制系统方向我们可以开设智能小车控制系统作为实践内容。学生借助EDA工具，先进行电路原理图设计，通过 Multisim 软件对原理图进行仿真分析，参数验证以达到设计要求；再利用Protel 软件进行 PCB 板设计制作，然后完成电路的焊接与硬件调试；再借助 Proteus 软件进行系统仿真，最后完成软硬件联合调试。通过这样一系列的设计、仿真、制作和调试，学生掌握了电子系统制作的全过程，提高了学生工程实践能力，增加了学生动手的乐趣，同时也培养了学生的研发能力及团队精神。

3 结合我校实际建立创新教学平台

3.1 整合资源建立开放实验室

我院拥有湖北省电工电子示范中心，可以整合已经建立的单片机实验室，EDA技术实验室，软件实验室，充分利用已有的实验条件，创建全新的实践教学平台。目前3个实验室共配备了最新的PC机 200 台、专用服务器1台、网络交换机1部、教师控制台3台，完全能满足一个年级一次上机的需求。为了充分利用校园网络资源，200 台 EDA 用机通过一台服务器管理构成一个 100M的实验室局域网，并通过校园网与 INTERNET 连接。根据当前IC技术的发展，目前实验室已经配备了最新版本的 Protel、Pspice、Multisim、Quartus II、Matlab、Proteus 等EDA软件。成立开放式实验室，为学生提供课外实验的场所和条件。借助开放实验室，让学生掌握从原理图到电路仿真再到制作PCB 板，最后完成电子产品的传统设计过程；也让学生学习在 FPGA 开发板完成从 HDL 语言输入到时序仿真、适配芯片、编程下载、测试硬件的现代EDA电子工业设计流程。实践教学应采取以学生自己动手、自拟题目、自设实验为主，实验教师引导方向、创造条件为辅的启发式教学模式，并将现代教学方法与手段，如多媒体技术、计算机交互教学引入实验教学之中。

3.2 搭建基于EDA技术的网络虚拟实验交互平台

电子信息类专业的主要专业课程大都需要大量课时的实验和实践来配合课程的教学，才能收到好的教学效果。传统实践教学模式对仪器设备和元器件的依赖程度很高，实践教学成本高、效率低。我们将搭建基于EDA技术的网络虚拟实验交互平台，建立（下转第300页）（上接第187页）以学生自主学习为中心，基于网络的开放型教学方式，应用到学生的课程学习，课程实验、课程设计、毕业设计等环节中去。这个实验交互平台采用EDA技术、多媒体技術、数据库和网络技术，学生可以通过校园网以登陆方式进入到虚拟实验交互平台服务器上调用 EDA工具完成相应课程实验。在上实验课前，学生可以先根据要求做仿真实验，反复验证通过后，再到实验室做实物实验。这样，学生做实验的时候会更有针对性，更容易发现问题和解决问题，从而大大提高了实验教学的效率。另外借助平台还可以让学生自行设计和开发新的电子系统， 这样不仅可以节约学校的硬件投资成本，还可以让学生在寝室、图书馆也能随时进行电子设计，充分调动学生学习的主动性、积极性和创造性。

3.3 提高教师工程实践能力

要培养工程型的学生就必须有工程型的教师，我院积极组织教师培训交流，定期请企业中有丰富工程经验的工程师到学校给老师进行工程培训；同时要求每名青年教师教师到企业顶岗实践1年，以实际工程项目引领教师实践能力的提高。而且我们也积极努力，引进具有实践经验的企业工程师到开放实验室担任专职实验导师，专门指导学生进行实际项目的开发；与对口企业深度交流，让四年级的学生去企业顶岗实习，极大的提高了学生的创新实践能力，取得了良好的效果。

3.4 总结

利用EDA技术提升电子信息类课程教学质量，是一个涉及办学规模、效益和质量的综合性研究课题。我校正大力推行教学综合改革，以培养社会需要的具有较强工程实践能力的高素质创新型人才为目标，基于EDA的电子信息类专业教学综合改革的探索与实践必将为我校教学综合改革提供良好的启示和示范作用。

【参考文献】

[1]潘松，黄继业.EDA技术实用教程[M].4版.北京：科学出版社，2012：10-12.

[2]郭旻.EDA原理及应用课程教学改革与实践[J].科技资讯，2013（11）：13-15.

[3]闫璞，胡亚维.以EDA为基础的培养电子信息类的创新人才相关体系的构建[J].科技创新与应用，2013（6）：25-25.

[4]沈剑敏，陈强，管利萍.培养大学生创新实践能力的探索与思考[J].实验室研究与探索，2009（10）：33-35.

[责任编辑：杨玉洁]