基于OBE理念的EDA技术项目化教学改革与实践

顾 涵，张惠国，周步昆

（常熟理工学院 a.电子信息工程学院；b.创新创业学院，江苏 常熟 215500）

工程教育认证坚持“学生中心、成果导向、持续改进”[1]三大核心理念，是国际通用的工程教育质量保障制度，也是工程教育国际互认的重要基础．我国于2016年6月正式加入《华盛顿协议》[2]，认证专业覆盖21个门类，获得协议组织其他成员国的认可，也为我国高等教育的工程化发展明确了方向．基于学习产出的教育模式（Outcomes-based Education，OBE）[3]最早由美国提出，经过四十多年的发展，得到了教育界的高度认可和广泛应用，现已成为国际《工程教育认证标准》[4]中的主流理念．本文基于OBE教育理念，对电子设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）技术课程的项目化教学进行分析与讨论．

1 OBE理念的课程优势

传统的教育理念采用单向传输方式[5]，由教师主导课程教学，学生被动接受知识．OBE理念的课程教学方式与传统教学相比，更加注重教师与学生之间的讨论与互动．OBE理念以学生为中心，不仅关注教师知识的传授，更加注重学生知识的学习，通过各种评价及反馈机制来协助学生更好地获取知识，达到预期的学习效果．学生之间也不再只有学习成绩高低的竞争关系，而是更多通过项目合作的方式，构建起团结和谐的学习氛围，促使学生不断挑战自己，逐步提升能力．

EDA技术是高校工科专业中培养学生数字系统设计能力的一门专业必修课．课程理论性强，实践环节对学生综合设计能力要求较高，需要紧跟当前技术的发展，使学生具备从事电子类产品的设计开发能力．正是由于该门课程具有较强的实践性，引入OBE理念后，针对EDA技术课程的项目案例，学生可以以团队合作的方式开展项目化学习活动．因此，将OBE理念引入该课程具有重要的现实意义．

2 EDA技术课程教学现状

下面以常熟理工学院电子科学与技术专业开设的EDA技术课程为例，分析课程的教学现状．

2.1 理论与实践脱节，课时分配受限

EDA技术是一门理论与实验并重的课程，总学时为48，其中理论32学时，实验16学时．如果没有前期数字系统及VHDL硬件描述语言的先修课程，32有限学时与相对分散的理论知识点间存在着平衡矛盾．在有限的学时下，教师会将重点放在VHDL语言的讲解上，而忽略系统级的分析和考虑．在实验过程中，也会将重点放在模块功能的演示上，而忽略系统的整体设计，从而造成理论与实践脱节．一学期下来，学生会觉得枯燥无味，而对于数字逻辑电路系统级实现却一知半解．

2.2 实践内容简单，指导教程过于详细

EDA技术实验内容沿用了多年的编程案例，如寄存器电路设计、层次化电路设计、触发器电路设计等．这些实验案例虽然都是经典案例，能够巩固和训练学生的基础编程能力，但是缺乏项目化案例定位，难度较低，学生单独就可完成，很难达到综合性训练效果．此外，实验内容配套教材指导过程过于详细，学生按照教材步骤即可完成实验，分析问题和解决问题的能力得不到训练和培养，主观能动性得不到充分发挥，团队协作及创新能力也得不到有效锻炼和提高．

2.3 教学模式传统，缺乏团队协作能力培养

传统的教学模式由教师主导课程教学，学生被动接受知识．EDA技术课程知识点分散，教师首先会介绍可编程逻辑器件的工艺、结构与分类，然后会介绍VHDL开发环境及语言规范，最后才会介绍数字电路系统的设计和调试方法．受限于课程学时，教师和学生之间基本没有讨论和互动的时间，而实践环节都是在单独的时间内完成，学习过程无法将理论与实践充分结合起来．

此外，课程教学强调团队协作能力的培养，本课程作为一门实践性较强的课程，更应该注重这方面能力的培养．但实际情况是学生不管是理论还是实践学习，都是在被动地接受知识，按部就班地完成教师的任务，大家各做各的，不能形成团结合作的学习氛围，达不到预期团队协作能力的培养．

2.4 考核方式单一，评价体系不够完善

EDA技术侧重对学生实践动手能力的培养，传统的纸质试卷考核方式可以考核学生对于基础理论知识的掌握情况，但是很难对学生实际解决问题及动手的能力进行评价．采用单一的考核方式会造成真正动手能力强的应用型人才得不到有效选拔和鼓励，而实际上间接鼓励了普通的“考试型”人才[6]．EDA技术课程实验有单独的考核，但是原来的考核方式是在做过的实验项目中抽取一个作为考核题目，考核内容相对固定，难度较低，很难客观评价学生实际的动手设计与创新能力，课程的整个评价体系不够完善．

3 OBE理念下课程项目化教学改革

针对EDA技术课程教学现状，结合学校专业及学生的实际情况，基于OBE理念的课程项目化教学改革通过以下五个方面开展．

3.1 以产出为导向，理实一体化设计

在OBE理念下，课程改革提出理实一体化设计[7]，对于知识点的传授采用理论分析、实践操作及理论实践一体化等多种手段共同进行．基于以产出为导向的理念，采用“反向设计，正向实施”[8]的方法，在实际教学过程中进行反馈和完善．本课程可以选择在实验室上课，理论教学与实验操作穿插进行；可以采用分析式、启发式和研讨式等多种教学方法，针对课程的难点内容，分组组织学生进行讨论和自主学习；同时可以通过实验结果、课后作业、课堂提问等环节，帮助学生进一步掌握工程分析、仿真和设计的能力．

3.2 项目化驱动，培养团队合作能力

在OBE理念下，课程改革提出项目化教学，进一步提高实验环节的比重．以项目案例为内容单元，培养学生在完成项目分析和设计过程中的团队合作能力．本课程可以将实验内容分为基础实验、设计实验和综合实验三个层次，整体提高实验内容的难度，融入项目化教学和学习元素．可以在原来实验内容的基础上，增加串口控制、VGA显示控制、蓝牙远程控制等内容，组织学生2～4人组建项目团队，在相互沟通和讨论后共同完成实验内容．针对部分难度较高的综合实验，也可以采用开放式的课堂模式，由项目团队利用平时的空余时间在实验室里通过沟通交流的方式来完成．这样可以进一步发挥学生的主观能动性，也更贴近于工程实践的环境背景．

组建的项目团队在师生的共同努力下，都能取得不错的成果．比如在2020年9月组建的一支电脑横机项目开发团队，由2018级电子科学与技术专业的4位学生组成．该团队参与了教师项目，主要负责电脑横机选针器控制系统的开发，在半年的时间里不仅设计完成了最新型的选针器控制系统，还与教师共同撰写了一篇论文《基于ARM和FPGA电脑横机选针器控制系统设计》发表于核心期刊[9]．

3.3 完善考核方式，制定综合评价体系

在OBE理念下，除了要重点关注课程知识的讲授外，还要制定完善的综合评价体系．课程改革需要完善考核方式，把课程教学的效果客观公正地反映出来．上文提出的课程教学采用理实一体化方式，在最后的考核阶段，也要结合前期的教学实际制定相应的“理实一体化考核办法”．在理论考核时，除了考核常规的理论知识外，要突出课程的“实用性”，增加主观设计性题目的分值比重，减少死记硬背的内容，同时可以引入工程应用的项目案例，考核学生运用理论知识解决实际问题的能力．比如在考核计数器功能编程时，可以结合分频器的功能，采用“数字秒表的设计”项目案例来进行考核．该项目主要由计数器和分频器两大模块构成，学生如果能够较好地完成数字秒表的编程设计，那就说明已经较好地掌握了计数器模块的实现方法．在实践考核时，除了考核动手能力外，还可以多加入些对于较难知识点的分析和理解性内容，比如在考核元件例化语句掌握情况时，可以增加对元件例化语句关联方式的分析和理解．让学生在掌握具体方法外，还可以加深对语句关联实现内涵的理解，从而进一步巩固课程理论知识．

3.4 建立课程教学反馈机制

在OBE理念下，课程的教学效果最终是由社会和用人单位的反馈评价情况来决定的．课程改革需要建立教学反馈机制[10]，通过反馈评价结果来不断修正和完善教学设计及实施方案，具体方式如图1所示．本课程是一门实践性较强的专业必修课程，学生进入用人单位后，较大可能会运用到课程的相关知识和技能．因此可以建立毕业生跟踪及用人单位反馈机制，请毕业生定期反馈所学知识在用人单位的使用情况．对于很少使用的知识点，我们就应该减少讲授时间；对于经常使用的知识点，我们则应该作为重点内容来讲授；对于用人单位会用到但学校课程教学中没有涉及的相关内容，我们就应该增补进课程内容中．比如2016级电子科学与技术专业学生中有3名同学毕业后共同就职于苏州某集成电路设计公司，他们反馈在状态机的设计知识点中缺少“毛刺的产生和消除方法”介绍．收到该反馈后，课程组经过认真分析和研讨后，根据实际情况在教学大纲中增补了相关内容．同时，通过用人单位的管理层，也可以进一步了解毕业生在企业的工作情况，以及相关课程的教学设计是否合理．相信通过上述两个方面的持续跟踪，不断修正和完善课程教学，我们培养的应用型人才会更好地与社会需求接轨．

图1 基于OBE理念的课程教学反馈机制

3.5 融入课程教学思政元素

在OBE理念下，除了要对学生进行专业能力培养外，还要注重非技术因素能力的培养，因此课程改革需要融入思政元素[11]，把立德树人的培养任务落到实处．本课程的理论性和实践性都很强，融入思政元素后可以培养学生采用辩证思维思考问题的能力．在讲解元件例化语句时，被定义的每一个元件都有一个特定的功能，只有采用例化语句将所有不同功能的元件组合在一起时，才能构成一个完整的电路系统．利用这个知识点，我们可以引导学生注重个体与整体的辩证关系，充分发挥个体在整体中的作用．融入思政元素后的课程教学，会让学生获得更多宝贵的精神财富，有利于学生在将来的人生和职业生涯中行稳致远．

4 结语

OBE理念的核心是实现以“教师为中心”向“学生为中心”的转移，深入推进OBE理念是高校落实高素质应用型人才培养和推动转型发展的新举措．在工程教育认证背景下，以常熟理工学院电子科学与技术专业为例，基于OBE理念对EDA技术的课程优势进行分析，从四个方面分析了课程的教学现状，提出了基于OBE理念的课程项目化教学改进方法．