基于PBL模式的EDA技术课程教学改革

顾庆水，贾聪智，陈 伟

(电子科技大学 电子工程学院，四川 成都 611731)

EDA技术被广泛应用于通信、自动化、电气工程等领域。利用EDA技术，可快速方便地实现数字系统的集成。在各大学中，“EDA技术”课程是电子技术相关专业的一门重要的专业技能课程。

该课程传统的教学方法采用课堂上老师讲，学生听，实验则是所有学生均要在指定的时间内完成指定的实验内容。整个教学过程学生只能跟随教师的思想去学习，学生缺乏主动性和积极性，很难提高学生的工程实践能力和创新能力[1]。因此，许多高校针对实验部分提出了很多值得借鉴的改革思路和改革方法[2－6]。但这些改革主要是针对单一的实验教学进行改革，没有从单门课程层面进行研究。

本文结合电子科技大学学生的特点，基于PBL(problem based learning，基于问题的学习)理念对EDA技术课程进行全面的教学改革，提出将整个课程划分成课堂讲授、基础实验和创新实验3个阶段。每个阶段突出学生的主体地位，有效地提高和促进学生的自学能力、工程实践能力、团队合作能力等。

1 PBL教学方法

PBL教学方法已被世界各国的大学广泛重视。最初其主要用于欧美的医学教育领域，侧重于创新思维和团队精神等综合能力的培养[7]。近几年，很多国内高校在其他学科领域的教学中也逐渐使用PBL教学方法，并得到很好的效果[8－11]。

PBL教学方法的核心思想是以问题为导向，以项目为组织方式，通过对学生进行分组合作来激发学生的学习积极性和主动性，培养学生自学能力、组织管理能力、工程实践能力和创新能力等[12]。

由于不同学科特点、不同学校学生的水平不尽相同，因此PBL教学方法并不能完全照搬某种模式，在具体实施过程中，需要结合本校学生的特点和课程的教学要求来设置。

2 课程改革思路

课程改革的基本思路是将课程分为课堂讲授阶段、基础实验阶段和创新实验阶段。

1)课堂讲授阶段不再按照传统的方式，即老师根据教学内容逐一讲授，而是采用专题讲座形式，讲授每个专题的核心内容，提出问题引导学生课后自学。通过布置一些作业，对自学情况进行考核，同时学生自己也可检验自学效果。为了给学生提供充足的自学时间，每周安排一个专题，每个专题按4学时进行。

2)基础实验阶段通过设置两个设计性实验，让学生快速掌握基本工具及开发平台的使用方法，同时对前期的自学效果做出一个综合检验。

3)创新实验阶段要求根据学生所学专业及所提供的开发板自拟题目并完成设计，最终提交详细的研制报告。该阶段是本课程的重点，也是改革的核心。

根据课程改革的要求和特点，采用小班化教学，每个小班人数控制在50人以内。

课程改革后总学时为48学时，其中课堂讲授20学时，基础实验8学时，创新实验20学时。

课程的考核以学生在实验阶段的综合表现为主，以考试为辅，其中实验成绩占比60%，期末考试成绩占比30%，平时成绩占比10%。

3 课程内容具体设计

3.1 课堂讲授阶段

根据该课程教学大纲的要求及特点，分5个专题进行讲授。各专题具体的教学安排如表1所示。其中，专题2的作业主要考察HDL语言本身的使用，仅涉及数字电路中一些基本电路，如计数器、移位寄存器等基本概念；专题3的作业则从实际工程应用中提取一些简单工程应用，所给出的题目只给出一个应用大纲，并提出实际工程应用中需要考虑的问题，学生自行模拟应用场景进行设计。部分根据本校专业和学生的特点所拟定的工程应用题如表2所示。

3.2 基础实验阶段

根据开发板的功能结合学生能力，安排两个基础实验。一是设计一个秒表功能，通过该实验进一步熟悉HDL语言、开发板主要功能、开发流程；二是基于NIOSⅡ的MP3播放器的设计，通过实际案例掌握嵌入式处理器开发的过程和开发方法。

在具体实施过程中，这两个基础实验为学生提供详细的实验过程、设计方法及部分软件代码，如第二个基础实验的处理器内的软件代码。

通过两个基础实验，主要目的是让学生快速掌握设计方法、设计流程、相关工具的使用，加深对开发平台的了解，并在实验过程中确定创新实验阶段的设计题目。

3.3 创新实验阶段

在该阶段，学生根据自拟的题目完成相应的实验。创新实验阶段，除集中课外，无固定的实验时间，学生自行预约时间进入开放式实验室内完成。

该阶段任课教师安排5次集中课，其中，第一次各组对所提交的创新实验题目进行阐述，并讨论方案的可行性，提出相应的一些建议或注意事项，最后一次集中课各组对本次实验的过程、成果等进行汇报，中间三次集中课用于集中讨论实验过程中各组遇到的问题，这些问题可能是共性，也可能是个案，不管哪种问题，通过对问题的集中讨论会显著提高学生的工程实践能力和解决问题的能力。

通过该实验主要目的是培养学生的自学能力、工程实践能力、团队合作能力、项目文档的撰写能力等多方面的能力。

4 实验的具体操作

4.1 学生组织

从基础实验阶段开始，所有的实验学生均分组进行，每组3～4人，每组实行组长负责制，分组一旦确定原则上不再变动。实验中所要求的实验报告均按组进行提交。

4.2 实验要求

实验过程中，由任课教师组建一个公共平台如QQ群，任何问题或意见可通过公共平台发布，以便能及时解决。同时任课教师汇总提交的问题，在集中课中进行展示并加以说明。

基础实验根据实验指导书要求完成相应的实验内容，并提交最终的实验报告。

表1 课题讲授阶段5个专题教学安排

表2 专题3的工程应用训练部分题目

创新实验提交最终的实验研制报告，并进行汇报。为了培养学生项目文档的编写能力，所提交的实验研制报告要求按照一定的格式进行编写，其格式如表3所示。

4.3 实验成绩评定

为保证实验效果，必须有配套的实验成绩评定机制。该机制不仅需要考虑学生的个人能力，也需要鼓励团队协作精神、所设计的题目的难度和创新性、文档的写作能力等[13]。实验成绩根据设计题目的难度、实验最终完成情况、团队中所起作用、问题解决能力、答辩效果、提交的实验报告质量等进行综合评定，详细评分细则如表4所示(实验成绩总分为60分)。

5 教学效果

通过课程改革，课程从教学方法、教学内容、实验的设置都做了大幅度的修订。学生通过该门课程的学习，不仅学习到本门课程本身所需要掌握的相关知识，同时学生的自习能力、工程实践能力、解决问题能力、团队合作能力等一些工程素质方面的能力也得到了培养。

通过一年的教学，学生学习的积极性比往届学生明显提高，特别是在实验中更能体现这种教学的效果。如在创新实验过程中出现并解决了很多问题，所有组(共15组)合计列出了126个 (仅从学生所提交的设计报告中所列的问题进行统计)不同问题，并给出了问题出现的原因和解决方法。课后作业与实际工程应用结合，不仅加深本门课程相关知识的了解，同时通过问题的引入，也能开拓学生的工程实践思维。

表4 创新实验评分依据

表4 (续表)

6 结束语

本文针对EDA技术课程的特点，提出采用三段式教学，在课堂讲授阶段通过适当的讲解和课后需要解决的问题引导学生自学，通过若干个验证性或设计性实验快速熟悉相关工具软件或开发环境，最后通过灵活的创新性实验让学生自行设计，不受各种条条框框的限制。在整个教学过程中，借鉴PBL教学模式，通过解决各种问题促使学生各种能力的提高。这些问题一部分由教师提出，更多则是学生在教学过程中自然而然所遇到的问题。从遇到问题到问题的解决，实践证明会极大提高学生的学习积极性，激发学生的求知欲。在整个大学的教学安排中，有很多工程实践类的课程，如电子类专业有C语言、MATLAB、DSP技术、嵌入式系统设计等课程。这些课程和EDA技术课程一样，其主要目的是让学生学习某类工程技能，并学会使用这些工程技能解决实际问题，提高学生的工程实践能力。这些课程在教学安排上，都可以采用类似本文所提出的三段式教学方法。不过，在具体实施过程中，需要综合考虑学生的整体水平以及学生专业背景情况。

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