教材建设促进“工程化”教学的实践探索

任文平，苗爱敏，李 鹏

（云南大学 信息学院，云南 昆明 650091）

教材建设促进“工程化”教学的实践探索

任文平，苗爱敏，李 鹏

（云南大学 信息学院，云南 昆明 650091）

针对EDA技术课程在以往的教学与实践环节中存在着“重理论，轻实践”“以讲为主，单向灌输”等教学方式与工程化教育理念严重脱节的现象，该文讨论了在工程化教育理念下对EDA技术课程的全面改革，即以教材建设为基础，采用多样化的教学方法，如改变教与学的模式、建立网络学习平台、提供实战机会、创建课程评价新模式等，强化课程的工程实践性。实践表明，这些改革措施极大地促进了工程人才的培养。

EDA技术；工程化教育；教材建设；教学改革

我国产业结构转型以来，社会急需大量工程应用型人才，因此工程化教育受到了各大高校前所未有的重视。工程化教育就是将科学理论、生产技术和教育三位一体化，将大学的学科专业建设产业化、技能培养工程化、素质教育企业化［1］。因此工程化教育不仅要向学生传授现代化的科技知识，更应该在知识的传授过程中渗透工程技术的内容，培养创新能力强、适应经济社会发展需要高质量的工程技术人才［2－3］。作为云南大学信息学院通信工程、计算机科学与技术、电子信息工程等专业重要的实践教学课程之一，EDA技术课程是学校培养电子信息类学生工程能力重要的组成部分。

在多年的教学实践中，我们发现EDA技术课程在教学与实践环节中存在着与工程化教育理念严重脱节的现象［4］。在教学环节上，过于重视程序语法的讲解和基本电路单元的设计，没有突出知识的工程应用性。课堂教学实例的设置上，教学色彩浓厚，没有实用价值的实例较多。在教学手段上，以讲为主，单向灌输的教学方式难以激发学生的学习兴趣和积极性。在考核方式上，沿用理论课程通用的考核方式，不能真正体现学生的能力，因此课程的教学效果远远达不到工程化教育的要求［5－7］。为此，我们认为必须从建材建设、教学模式、实验内容、考核方式等多方面进行改革，重新构架EDA技术课程的教学结构。在上述的环节中，教材改革是其他一系列改革的源头，起着举足轻重的作用，“教什么”决定了“如何教”和“如何用”。近几年来，我们以教材建设为重点，并由此带动了该课程其他环节的改革，对EDA技术课程的工程化教育进行了改革探索。

1 EDA技术课程的教材建设

1.1 教材建设的思路

教材建设是非常关键的环节，新教材的编写要贯穿工程化的理念，以应用为目标。因此我们在教材内容的编排上贯彻了以下3个基本点［8］。

1.1.1 精炼基本内容

EDA技术课程的内容由3部分构成：1）可编程逻辑器件；2）软件平台的使用；3）硬件描述语言的语法。在众多的教材中，过多地介绍了可编程逻辑器件的结构、工作原理，硬件描述语言的语法。内容繁琐枯燥，应用性不强。新编教材对这些内容进行了大幅删减。在器件部分，通过典型器件CYCLLON的介绍，使学生掌握可编程逻辑器件的受控原理，了解可编程器件的基本结构。在硬件描述语言的语法部分，着重讲清硬件描述语言与C语言的异同，通过实例强化语法内容。

1.1.2 突出实用性

新教材编写贴近实用，把理论教学与实例有机结合，以应用实例讲解知识点。如以正弦波信号发生器的设计为实例讲解嵌入式逻辑分析仪的使用方法，以DDS直接数字信号合成器的设计为实例讲解ModelSim仿真工具的使用，以十字路口交通灯控制电路的设计为实例介绍状态机的概念、设计步骤。把解决实际问题的过程上升到理论及方法的总结，再用理论去指导实践。

1.1.3 加强综合性

利用EDA技术课程的特点，为学生搭建综合能力训练的平台。在大学的学习过程中，由于各课程教学的独立，学生具备的知识是离散状态，综合能力欠缺。EDA作为一种新型的技术，它强大控制逻辑运算能力，使它在计算机系统、通信系统、电子系统都有广泛的应用，从各方面都具备了充当综合能力训练的平台。因此在新编教材中，我们设置了基于EDA技术实现的信号处理专题、通信专题、图像处理专题，以EDA技术为平台，力求与电子信息、通信、自动控制及计算机等专业知识结合，使学生的综合能力及实践动手能力得到提高。

1.2 新编教材的结构

新编教材分为3部分：1）基础部分，使学生掌握基本概念，掌握硬件描述语言的语法，会用基本设计工具，学会基本电路单元的设计；2）设计深入部分，通过具体实例介绍Quartus2软件中高级工具的使用、状态机的设计方法等，在此基础上介绍了EDA技术在通信、信号处理、图像处理等常用电路模块的设计与实现，通过第二部分的内容学习，使学生的设计能力从浅入深，初步具备应用电路的设计能力；3）工程应用部分，从工程应用的角度介绍了两个相对完整的系统设计过程，使学生能够将所学的知识与工程应用结合起来，具有综合应用的工程能力。

2 教材建设下教与学的改变

2.1 采取多样化的教学方法

教材内容的改变，要求教学方式也要发生变化。在过去的教学中，由于理论多、实例少，基本电路模块多、应用性电路设计少，因此课堂上主要是老师讲、学生听的上课模式。贯穿新编教材的工程化理念，使我们也采用了多样化的教学方法［9］。例如：1）开展讨论式教学，在讲硬件描述语言语法时，组织学生自学－讨论，让学生自己比较出该课的语法与C语言的异同，最后教师给予总结，完成教学过程；2）采用演示性教学，由于新编教材中设置了大量的应用实例，在课堂上采用先演示设计结果，引起同学的学习兴趣，再讲解实例中包含的知识点，增强了学习的效果。

2.2 建立网络学习平台

在网络发达的今天，网络教学能够作为正常教学的一个很好的补充。网络教学具有资源丰富、开放、交互的一些特点，利用网络的这一特点，我们建立了EDA技术课程网站，将课程教和学的诸多环节置于网络中，深受学生的欢迎。例如：1）在网站中设置学习专栏，将课程所中软件平台的使用流程、方法以视频的形式存放在网站中，便于学生课后的学习使用；2）将历年该课程的学生作品设置成专题，可以查看视频，也可以查看全部设计资料，方便学生获得第一手参考资料；3）设置课程论坛，方便学生之间的交流，师生之间的交流；4）设置多个链接网站，提供与Altera、Xilinx等这些全球性的EDA技术主导公司的官网链接，开拓学生更广阔的视野，使学生随时能关注到新技术的发展情况。

2.3 提供实战的机会

受到环境的限制，学生在大学四年的实践机会有限，但是在高校内部每年都会有各种竞赛，学校也会提供各类学生科研项目的申报机会。如果能把这些与教学结合起来，它们就能成为我们进行工程训练很好的平台。如全国大学生电子设计大赛就是本课程的一个非常好的结合点，我们统计到2013年，竞赛中需要使用EDA及相关技术的赛题就超过了全部赛题的四分之一，其中有的赛题达到了不用EDA技术就无从下手的程度。因此从2009年开始，我们不仅将历届电子设计大赛中的相关题目作为课堂教学的内容，而且组织学生参加每届的电子设计大赛，通过竞赛培养学生的实践能力、工程意识和创新精神，取得了较好的效果。

2.4 创建课程评价的新模式

EDA技术是一门实践教学课程，其课程的性质决定了课程的考核不能照搬理论课的方式，采用闭卷笔试的方式不能考查出学生的真实水平［10］，因此必须要重新设计符合该门课程特点的评价模式。根据课程特点，我们确定了如下的成绩评定方式，考核成绩由3个部分组成：1）平时实验7～8个，占40的总成绩，考查学生的出勤情况、实验的预习情况、实验的完成情况等方面［11］；2）期中成绩，占20，由闭卷考试产生，考查学生对本课程基本概念，基本设计方法的理解；3）期末成绩，占40，由大综合实验产生。大综合实验设置多个综合性较强的题目，选题来自于数字电路、计算机接口技术、通信技术、数字信号处理、图像处理、自动化技术等多门课程，要求学生通过查资料、复习等方式，将本门课程与其他课程的知识结合起来。学生以3人为一组自行选题，以小组为单位，写出设计论文并进行答辩。鼓励优秀的学生选择历届电子设计大赛和相关的竞赛题目，鼓励学生选择不同方向的题目，鼓励学生进行系统外围电路的设计及制作。通过这种方式考查学生的组织能力、交流沟通、团队合作能力等一系列工程技术人才应具备的能力［12］。

3 结束语

2009年教材建设顺利完成并投入使用，随之各环节的教学改革也同步开展，到2015年，EDA技术课程工程化改革取得了明显的效果：

1）学生的实践能力、工程能力明显提高。学生在期末综合实验选题上已有明显的变化，从最初阶段选题大部分集中于数字电子钟、音乐播放电路、UART串口控制电路设计等，到现阶段选题已上升为触摸屏电子相册的设计、正交扫频信号、智能小车的控制系统等电路的设计，工程应用性明显增强，学生的设计能力有了很大的提高。

2）竞赛、科研成绩突出。在2013年的全国大学生电子设计大赛中取得省级奖项，在2015年的全国大学生电子设计大赛中，5支参赛队伍中的3支选择了G题。该题目中的关键步骤，学生采用了EDA技术方案进行了解决，最终使得这三支队伍中一支获得国家二等奖，一支获得省一等奖，一支获得省二等奖。

上述成果的取得，对我们的建材建设及相应的教学改革是极大的促进，当然这些成绩并不意味着课程改革的结束，随着社会对人才要求的变化，我们的教育改革也会随着深入下去，为社会培养需要的人才。

［1］许永红，程荣龙，刘晓伟，等.大学物理实验教学在“工程化”教育理念下的创新性研究［J］.通化师范学院学报，2014（6）：59－62.

［2］李学峰，贾晓红.以工程化素质培养为导向应用化学专业教学改革研究［J］.职业时空，2013，9（12）：32－35.

［3］张学山.高等数学教材建设的探索与实践［J］.教育探索，2011（12）：34－35.

［4］芮宏斌，周春国，高峰.以“卓越工程师教育培养计划”促进“压传动”课程教学改革实践［J］.液压与气动，2012（6）：92－96.

［5］王祖源，严导淦.工科物理课程改革与教材建设［J］.中国大学教学，2011（12）：36－38.

［6］赵同刚，刘乐.以卓越工程师为目标驱动人才培养方式的改革［J］.实验技术与管理，2015，32（1）：164－166.

［7］汤方宵，张贵珍，胡海涛，等.面向卓越工程师培养的跨学科教材建设研究［J］.现代教育科学，2013（7）：80－82.

［8］李辉.以高水平教材建设为基础推动精品课程建设［J］．中国高教研究，2006（12）：84－85.

［9］殷培峰，傅继军.电气自动化专业实践教学课程改革的研究［J］.自动化与仪器仪表，2014（8）：146－147.

［10］张扬，邹麟，唐斐.信号与系统课程考核改革探讨［J］.实验科学与技术，2015，13（6）：122－124.

［11］竺志超，王勇，谢剑云.机械设计基础实验教学的思考［J］.实验室研究与探索，2013，32（5）：146－149.

［12］王万良.“自动控制原理”课程教学中的几个关键问题［J］.中国大学教学，2011（8）：50－53.

A Studyon EDA Technology Textbook Development Focusing on Engineering Buildup

RENWenping，MIAO Aimin，LIPeng
（School of Information Science and Engineering，Yunnan University，Kunming 650091，China）

In the past，the phenomenon of“heavy－theory，light practice”and“teaching in one way direction”exists in the course of teaching and practice.This paper discusses the overall reform of EDA technology curriculum under the conceptof engineering education，based on the construction of teaching materials，the use of a variety of teaching methods，such as changing the teaching and learningmodel，the establishment of network learning platform to provide real opportunities to create new models of curriculum e valuation，and strengthen the engineering practice of the course.Practice shows that these reform measures have greatly promoted the cultivation of engineering.

EDA technology；engineering－oriented education；textbook development；teaching reform

TN710.9

A

10.3969／j．issn．1672－4550.2017.03.016

2015－12－11；修改日期：2017－04－15

云南大学重点教学改革研究项目（Y20163）。

任文平（1967－），女，硕士，副教授，主要从事EDA技术及应用方面的研究。