项目化教学方法在应用型本科EDA技术课程中的应用与研究

周跃佳 崔 莉哈尔滨剑桥学院电气与信息工程学院 黑龙江哈尔滨 150069



项目化教学方法在应用型本科EDA技术课程中的应用与研究

周跃佳 崔 莉
哈尔滨剑桥学院电气与信息工程学院 黑龙江哈尔滨 150069

摘 要：本文针对应用型本科院校EDA技术课程的教学方法改革进行了深入研究，通过项目化教学方法应用的示例详细介绍了实施方法和步骤。学生在包括电路开发全过程的项目中学习EDA技术，不仅高质量地完成课程教学目标要求，同时全面提高了学生实践能力以及分析、解决问题的能力。

关键词：项目化；教学方法；EDA技术

EDA(Electronic Design Automation，电子设计自动化)技术是电子信息类专业应用性和实践性很强的一门课程。EDA技术课程与毕业生就业需求紧密联系，既要进行知识传授，更要注重实用技能培养，学生在掌握理论知识的同时，又要具备较强的实践能力。通过该课程的学习，学生能够具备完成电子系统或专用集成电路设计、制作及调试工作的能力，即具备分析、解决问题的综合能力。项目化教学在EDA技术课程中的实施是一个将应用型电子信息人才培养目标具体化的工程，改变教学模式，对教学体系、课程设置、教材建设进行全面改进，同时也对教师和学生的各项能力都提出了更高的要求。项目化教学法的运用，符合应用型本科院校电子信息类专业人才培养目标的要求，具有较高的应用价值[1]。

1 项目化教学方法在EDA技术课改中的优势

项目化教学方法是学生独立完成一个相对独立的项目，负责从信息的收集、方案的设计与实施、项目完成后的评价全过程，而教师只起到咨询、指导与解答疑难问题的作用。这种方法的运用可以将理论和实践有机地结合起来，从而达到提高综合实践能力、激发学生创造潜能的目的[2]。

在传统的EDA技术课程教学模式下，仅采用“理论教学+验证实验”，而且是多数学时进行理论集中授课，少数学时进行验证性实验，难理解的理论问题无法及时通过实际验证解决，理论和实践相脱节。这中教学方法也是实验设备缺少、多媒体教学设备有限情况下无奈地选择。学生做验证性实验，机械式的按照指导书的步骤简单完成，基本不用太动脑思考，不利于进一步培养学生以系统观念进行设计、仿真、调试的实践能力。

项目化教学法的应用，可以将EDA技术课程中所必须掌握的知识点设计成为多个教学项目，将动手操作融于理论教学过程中，加强学生对课程内容的理解和掌握；项目化教学法的应用，将逐步形成以可编程器件设计为核心的电路设计课程体系，这一过程可以让学生在不断发现问题与探索解决问题方法的实践中，培养出解决实际问题的综合电路设计能力[3]。

2 项目化教学方法的实施步骤

2.1 项目化理论教学

实施以项目为导向的教学方法，可以培养学生综合运用所学知识分析和解决实际问题的能力。在EDA课程教学中，首节课以课程概述为主，其他课时均以各个项目为主要内容，由浅入深的逐步加入EDA技术相关教学内容。

例如，“用VHDL语言设计半加器以及全加器”项目，可完成 MAX+PlusⅡ软件的学习，原理图及语言设计的全过程一目了然；“中等规模数字逻辑电路的设计及拓展”项目，可以进一步加强VHDL的语句分类、语言结构及要素，拓展功能的要求，鼓励学生尝试性地进行修改程序以及编写功能拓展程序；“计数器设计及功能拓展”项目，可以进一步明确自上而下的设计理念，学生根据自己的想法设计任意进制计数器，可以将功能拓展到构建数字电子钟，最终实现电路设计。

2.2 项目化实验设计

理论知识的掌握程度与实践教学的效果是密不可分的，对实验教学项目的设计要兼顾学生综合能力的培养和学习兴趣的培养。我们陆续开发了模拟交通灯控制、电子琴、数字电子钟、VGA驱动、液晶显示控制以及各种中等规模数字逻辑电路等项目，让学生参与每个模块的设计、制作、调试等具体实现过程，达到以实践强化理论学习的目的。

2.3 理论课堂走进实验室

近几年，各高校对实验室建设倍加重视，多媒体实验室数量逐年增加，这样使小班制教学甚至一人一机成为现实。全部课程在多媒体实验室进行，教师授课方式可以采用边讲边练的方法，利用互动性较强的电子教室软件，使课堂随时掌控在教师端，配合使用各种EDA实验设备，使课程操作内容的演示更加清晰，课程内容的连续性与整体性得到了更好的保证。同时学生也有课更加充分的时间进行实践操作练习，在学中做，在做中学，兴趣和能力都得到了极大的提高。另外，复杂的项目训练，可将学生分组，以团队工作的形式完成项目，还可以培养学生的团队合作精神和沟通能力[4]。

2.4 考核方式

项目化教学模式下，不仅教学方法要改革，考核方式也要进行相应的改革。传统的考核方式为单一闭卷笔试，无法全面考核学生能力。采用笔试和实践考核相结合的方式对学生进行考核，分别占40%和60%，将基本概念和理论进行笔试，而实践考核贯穿于项目设计过程，引起学生对实践的重视，也更有利于督促学生不断提高自身的实践创新能力。

3 项目化教学方法在EDA教学中的应用示例

以EDA课程中Proteus软件教学为例，传统教学方法是从软件的每个控件功能开始逐个讲解，单纯功能介绍而不注重与应用的结合，学生不仅感觉枯燥乏味，更不知道控件具体如何运用。应用项目化教学方法，可以对软件的基本概况及功能进行简单介绍后，将电路设计项目融合于软件功能教学的全过程，不同情况应使用哪种控件一目了然，可以使学生更快、更全面的了解整个软件的使用。例如利用对基于单片机控制的数字电子钟项目设计进行Proteus软件教学，简述教学过程。

3.1 明确设计要求及设计任务

引导学生通过对数字电子钟功能要求进行分析，明确设计要求及设计任务，步骤如下：

(1)通过对单片机、数码管、数码管驱动芯片、按键、蜂鸣器等电路分析，研究时间显示和定时闹钟的实现方法。

(2)设计系统硬件、系统软件，运用Proteus软件进行电路图绘制及软件编程。

(3)进行Proteus仿真，分析仿真结果。

3.2 引导学生进行系统电路设计与实现

通过前述分析，明确数字时钟主控芯片选用AT89C51单片机。外围电路大体可以分为三个部分，显示电路由4个7SEG-MPX1-CC数码管、1片CD4511驱动器组成，蜂鸣器闹钟电路由蜂鸣器通过三极管、1k电阻与单片机I/O口相连构成，由四组功能按键及电阻构成按键电路。学生需要运用电路基础、模拟电路和数字电路知识，对各部分电路的综合应用进行深入学习及研究，从而根据功能要求进行各部分电路的详细设计。

在控制方法上引导学生利用单片机知识实现所需功能。例如当有按键按下时，输出给单片机的电平由高变底，经过去抖动程序识别按键是否按下；用四个单片机I/O口控制4511输入端的编码。另外4个I/O口通过三极管与数码管的cp端，及片选端连接，来控制4511驱动其中一位数码管的显示；利用单片机送出一组断续的电脉冲信号实现蜂鸣器的通断状态，而使蜂鸣器发出“嘀……嘀……”的声音[5]。

经过上述设计后，指导学生运用Proteus软件相应控件调用相应元器件模型及绘图工具绘制电路原理图，如图1所示。Proteus ISIS编辑环境所提供了电气规则检查功能，可以运行相应命令再根据系统提示的错误检查报告，进行原理图的修改。这一过程可以使学生快速熟悉软件的原理图绘制功能。

图1 基于单片机控制的数字时钟电路

3.3 指导学生进行系统软件编程及仿真调试

结合单片机课程内容，针对数字钟要实现的功能进行单片机C语言编程，并运用Proteus相应控件将单片机C语言程序嵌入Proteus软件进行仿真，指导学生根据仿真后所得的不同结果对所设计的硬件电路和软件程序进行修改，达到预期效果。还可以引导学生在完成预定功能的基础上扩展系统功能，如本例所示数字钟还可以实现秒表倒计时功能，通过功能延伸设计，可以进一步激发学生的创造力，培养学生的自学与研究的能力，而在整个过程中更需要教师具备很强电路综合设计能力，有足够的知识和经验储备，可以指导学生解决在设计中遇到的各种问题，对老师的实践教学能力提出了非常要求。

3.4 项目实现结果的考核

在整个教学过程结束后，要求学生对整个设计过程进行认真总结，形成详细的实验报告，包括硬件电路的设计原理、详细的软件程序以及仿真结果的分析，还需要提交电路原理图、软件程序以及电路仿真的电子版文件。对上述材料进行综合评价给出合理分数，作为本门课程实践考核的一部分。

4 结束语

通过 “在做中学”的项目化教学模式的开展，学生的学习过程转换为项目开发的全过程，包括电路功能的设定、软硬件的设计以及调试，在教师精心设计的EDA技术实用项目实践中积极主动地学习，同时将多门专业课程的理论与实践知识综合运用起来，电路设计的成功，使学生对各门晦涩难懂的专业课程都更有兴趣，也更有信心，也更加激发出学生的创造潜能。项目化教学方法的应用，有利于各种相关教学资源的综合利用，在应用型本科EDA技术课程改革以及创新型人才的培养中起到了强有力的推动作用。

参考文献

[1] 徐学红.“项目导向”教学模式在EDA技术课程中的应用[J].中国电力教育,2013(28):108-109.

[2] 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(4):93-95.

[3] 鲁娟娟,王高山.案例教学法在EDA教学中的应用研究[J].哈尔滨职业技术学院学,2010(2):57-58.

[4] 周立功.EDA 实验与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.

[5] 崔莉．EDA技术[M].武汉:华中科技大学出版社,2015

一线调查

Application and Research of Project based Teaching Method in the Applied Undergraduate EDA Technology Course

Zhou Yuejia, Cui Li
Harbin Cambridge University, Harbin, 150069, China

Abstract:This paper has carried on the thorough research to the applied undergraduate colleges EDA technology course teaching method reform. The implementation method and steps are introduced through the example of the application of the project teaching method. Students can learn EDA technology in the whole process of the circuit development project, not only high quality to complete the curriculum teaching objectives, and comprehensively improve the students' practical ability and the ability to solve problems.

Key words:project; teaching method; EDA technology

收稿日期：2015-10-10

作者简介：周跃佳，硕士，讲师，教研室主任。崔莉，硕士，讲师。

基金项目：黑龙江省高等教育学会“十二五”高等教育科研课题资助(编号：14Q158)。