校企合作EDA技术综合设计实践课程改革探索

韩力英，武一，王杨

（河北工业大学 电子信息工程学院，天津 300401）

0 引言

当前，国家正在建设一流专业一流课程建设，又恰逢全球电子信息产业正处于前所未有之大变局下，电子信息人才培养，尤其是高层次创新人才培养面临深刻的挑战与战略机遇。习近平总书记在全国教育大会上指出，立德树人要坚持以人为本。吴岩司长在全国产学合作协同育人大会上也指出，产教融合是促进校企协同育人的基本手段，是实现产学研用结合的主要方法，是提高人才培养质量的重要途径，尤其是新工科建设、课程建设需要社会力量的参与[1],中国制造2025中也强调了产教融合人才培养体系的建设[2]。EDA技术综合设计课程作为高校电子信息类专业培养方案中的实践性非常强的专业核心课程。本文给出了以人为本的课程改革过程，首先校企合作确定了课程培养目标和教学内容，教学方法，共建了开放式实验室[3-5]以及空中课堂，最后给出了一个教学案例剖析。

1 课程培养目标

以OBE理念为指导[6]，建立以学生能力培养为导向的实践教学课程目标，对EDA技术课程进行实践创新教育改革，从企业需求出发，学校和企业共同进行探讨，产教融合，加强实践教学合作[7]。首先确立培养目标：（1）具有工程知识能力；（2）分析问题和解决问题的能力，知识应用的能力；（3）文献查阅能力，自主学习能力，使用现代工具、文档撰写能力。（4）团队合作能力。（5）解决复杂工程问题能力。（6）创新思维能力。

2 多层级的教学内容

根据培养目标设置教学内容，首先要改变传统的教学理念，实现以教为主向以学为主、以课堂教学为主向课内外结合、以结果评价为主向全面评价相结合的三大教学转变。为此，要构建以学习为中心的实践教学活动，将企业学生教师三者作为教学活动的主体，教师进行案例开发、教学设计、课外辅导，企业进行教学设备研发、技术支持、前沿知识培训，学生则作为学习的主体，在项目驱动下进行线上线下学习设计、养成终身学习的习惯。秉持学校“工学并举”办学特色，强化实践环节，构建多层级实践教学模式[8-9]，校企合作共同培养具备创新精神、实践能力高素质人才。分层的教学内容设置如图1所示。

图1 分层的教学内容设计

3 全新的教学方法

教学中主要采用翻转课堂的教学形式，以学生自主实践为主[10]，采用项目驱动引发式教学[11]，逐渐让学生了解熟悉编程语言软件操作，设计思想，从简单的组合逻辑电路基础项目设计开始，逐渐过渡到时序逻辑电路设计项目，综合设计项目以及创新项目，培养学生实际动手能力，工程设计能力，进而能够进行工程实践性综合设计，提升学生解决复杂工程实践问题能力。教学方案设计根据工程认证能力本位原则，采用分级教学内容设计，每一个项目设计都可以分为基础任务、拓展任务和提高任务。其中基础任务引导学生进入项目设计，拓展任务培养学生解决复杂工程问题的能力，提高任务培养学生创新能力。教学过程中以学生自己动手设计操作为主，打破时空限制，学生可以根据自己的时间在全天开放的实验室或者教师宿舍等场所进行项目设计，教师以QQ在线、线下课堂等方式随时解决学生在设计过程中遇到的问题。学生设计方案采用课堂和网络案例分享形式，进行教师评价和学生互评。教学过程中，利用学校云平台和企业官方微信网站，建立空中课堂，探索互联网＋时代的校企合作课程共建模式[12]，不断推出企业最新技术培训，使学生和教师了解掌握科技时代前沿技术，形成时时、处处、人人皆可学的教学新形态，一切教学活动均服务于“以学习为中心”的教学模式，最大化地挖掘学生的创新能力、提升教师的教学水平和教学质量。

4 学校企业联合共建实验室

以建设产学研平台为契机，完善多主体协同育人的模式，根据电子信息类实践课程的特点，借鉴其他高校的实验室建设模式[13-15]，学校与依元素公司共建口袋实验板实验室，前期公司对教师和部分学生进行培训，EDA技术课程组教师采用翻转课堂，线上线下混合式教学模式进行课程实践教学。在教学过程中，充分发挥企业、学校在资源建设方面的优势，鼓励教师和学生积极参加大学生创新创业项目、各种授课技能竞赛、公司技术培训，促进教育链、人才链与产业链、创新链有机衔接，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。其中，EGO1口袋实验板，用于课内教学使用，人手一块，可以持有一年，PYNQZ2实验板用于创新创业项目、毕业设计项目，电子设计大赛项目设计使用，随用随借。

5 案例剖析

以整数平方根算法的实现项目设计为例，进行案例设计过程简述。在设计过程中，采用项目驱动教学法，以项目的实施过程为蓝本，从需求开始，到方案设计，最后是验收，涉及整数平方根算法分析，二进制码转换成BCD码原理、静态及动态数码管显示原理、数据存储等知识点，其项目驱动设计如图2所示。

图2 整数平方根算法项目驱动设计

用FPGA去实现整数平方根算法的项目设计是一个比较完整的工程实践工程，需要经历算法分析研究、模块化设计、软件仿真验证，硬件实现调试等过程。通过这个项目，引导学生了解自顶向下的现代电子系统设计方法训练学生从理论算法到数字电路实现，包括设计、仿真、调试等。培养学生初步的工程实践能力，进而提升解决复杂工程问题的能力。

项目设计以学生为中心，按照“两性一度”标准，进行能力达成和拔尖人才培养。设计分级课程内容和分级课程培养目标，主要包括充分考虑学生的普适化和个性化需求以及终身学习的能力培养需求，将项目分解为基础任务、拓展任务和提高任务，如图3所示。学生自己评估自己的能力水平，在教师的引导下首先完成基础任务，然后进行拓展任务的学习和设计，最后自主选择是否完成提高任务。整个设计过程，教师设置问题导向，引导学生逐步完成设计，充分发挥学生的创新思维，培养学生的创新能力。

图3 项目任务分解

每一个设计项目，都有完整的设计流程及考核点，对学生进行全方位的学习效果考核评价，评价机制设置对学生设计过程也起着牵引作用，使学生在设计过程中充分注意考核内容。考核分值比例如图4所示。

图4 考核评价比例

学生通过一周的课上课下时间查阅资料，讨论方案，电路设计，总结设计过程中遇到的问题及解决方案，现场验收答辩分享通过后，将自己的设计报告以及设计结果上传到作业库。如图5所示硬件结果。

图5 设计结果硬件图

这样的一个综合设计项目，通过一周的时间来完成，其中课上时间4学时主要是任务布置，验收，课下用于设计完成。但是对于能力比较强的学生来说，一两天就能完成，对于这部分学生来说，他们会在此期间关注网站相关最新技术培训，准备设计大赛及相关创新创业项目。整个课程结束后，有兴趣的学生及有时间精力的学生，可以在暑假期间参加依元素公司提供的免费技术培训，以及企业国家举行的电子设计大赛，以提升自己创新能力，使自己与时俱进，了解掌握时代前沿技术。

6 结语

传统实践性强的EDA技术课程，经历了从封闭的校内理论到理论加实践再到完全实践的教学过程，经历了从统一的传统的验证性实验到设计性实验的过程，最终在河北工业大学电子信息工程学院三个国家的一流专业的基础上进行一流课程，结合迅速发展的信息技术，再次校企深度融合，以工程认证的标准进行了培养目标的重置，进行了分级的项目设计内容改革，构建了以服务学生学习为中心的教学活动和空中课堂。今后，课程组将继续挖掘校企各自优势，在教学设计方案、教材、学习体系和内容、教学空间、学习方法、实践教学考核评价体系等方面进行教学改革探索实现与持续改进。