应用型高校EDA课程设计教学的实践与探索
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作者:高弘扬
摘 要：EDA技术是电子类专业的一门专业必修课，是数字电子技术、模拟电子技术的后续综合提升课程。应用型本科教学因学生基础、教学条件等方面的原因，具有一定的特点，在教学环节的设计中需要加以考虑。本文分析了当前应用型本科院校EDA课程的教学情况，结合相关专业人才培养目标以及学生的特点，对EDA课程设计教学方法进行了实践和探讨，通过设计由浅入深的教学实例，提高学生学习兴趣，针对不同学生知识掌握的情况增加实践内容，在教学过程中取得了较好的效果。
关键词： EDA技术 ; 分层设计 ; 教学探索 ; 教学改革 ; 考核设定
中图分类号：G434 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2019）26-0128-02
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
Abstract： EDA technology is a professional required course of electronic major， which is the follow-up comprehensive improvement course of digital electronic technology and analog electronic technology. Application-oriented undergraduate teaching has certain characteristics due to the reasons of students' foundation and teaching conditions， which should be considered in the design of teaching links. This paper analyzes the current EDA teaching situation applied undergraduate colleges， combined with relevant professional talent training target and characteristics of students of EDA course design practice and discusses the teaching method， through the design distinguished teaching examples， to improve students' interest in learning， aiming at the condition of the different student’s knowledge increase practice content， good results have been achieved in the teaching process.
Key words： EDA technology ; the layered design; exploration of teaching; the teaching reform; the inspection set
1 引言
隨着现代电子技术的发展，对集成电路的设计有了更高的要求，包括对于每个设计步骤进行验证以及IP核的复用等，因此，灵活掌握集成电路设计基础的EDA技术，已成为各高校电子、电信、通信等本科专业的课程要求。EDA课程设计是为学生巩固数字电子技术的理论知识，培养数字电子知识应用能力及数字电路设计创新能力，掌握数字电路的分析、设计和开发而开设的一门重要实践课环节[1]，该课程设计为学生提供了一个理论联系实际、检验知识、加深认识、开拓思维、汲取新知识的机会，其显著特点是应用性强，要求学生更多地参与到实践当中。本文结合应用型本科及物联网专业的特点，结合当前EDA设计现状，对EDA课程设计的教学方法进行了实践和探索。在思考问题、提出方案、设计电路、排除错误、优化调试的过程中，使学生将理论知识消化、吸收并转化为实际动手能力，达到训练学生解决复杂工程问题的能力、培养创新意识;同时结合团队协作、节点考核等方式，提升学生的综合素质。
2 EDA课程当前授课情况
EDA技术是在数字电子技术、模拟电子技术等专业基础课程之上进行学习的一门课程，当前多个应用型本科类院校开设的EDA课程课时较短，学生实践不够，对于EDA技术的掌握和运用情况不够深入，在毕业设计中也很少体现[2]。这主要是由于该类院校的学生专业基础相对薄弱，对于理论知识的理解有一定的难度，虽然对于动手实践的兴趣比较浓厚，但是当前的验证性实验较多，使学生无法保持热情，而创新性实验对于基础不牢固的同学来说比较困难，不能充分提高学生的主动性;另一方面，部分学校开设的EDA课程与数字电路课程存在脱节的关系，前后没有做到很好的衔接，导致教学效果一般。
3 EDA课程教学设计
结合这种现状，我系做了多个调整，采用项目驱动的方法进行教学，调整后的数电教学体系课时设计为：数字电子技术（大二下学期），包含56学时的理论教学、16学时的课内实验;2周的电子线路课程设计（大三上学期初）以及2周EDA课程设计（大三上学期末）。在整个教学过程中，由浅入深，衔接紧密。从基本的数电理论知识入手，在后期加入少量的硬件编程语言教学，并结合验证性课内实验，在此阶段，以教师为主导。而在EDA课程设计阶段，随着前期知识的积累，转向数字电路设计的自动化，是芯片级的设计，侧重硬件设计的软件化，具体实施中以学生为主导，训练学生的逻辑思维和创新设计能力，掌握使用EDA工具设计数字电路的方法，包括图形设计输入、编译、时序仿真、下载和硬件验证等过程[3]。支撑对应的毕业要求。在实际的设计中，我们从三个方面进行了EDA课程设计的规划教学。 3.1 题目分级
由于前期学生对数字电子技术基础掌握的程度不同、专业背景不同。为了让不同层次的学生都得到完善的锻炼，将EDA课程设计的题目根据难度、工作量和系统特点进行的层次划分，具体分为三个层次：基础应用型、功能扩展型和综合实际型[4]。
基础应用型：此类题目如电子表设计、彩灯控制器。属于对课本知识的简单巩固和应用，利用数字电子技术中的常用逻辑器件即可完成对电路的设计，思路直接简单。对于一些基础不太好的同学，可以利用原理图输入的方法较轻松地完成。
功能扩展型：如抢答系统、简易交通灯控制系统等。这类系统功能模块相对较多，综合程度相对基础应用型要高，这完成基本功能相对容易，但可以在基本功能的基础上进行扩展，需要对芯片器件有深一步的了解，拓展芯片认识，锻炼实践能力，如在抢答完成后对于抢到的队伍编号用七段数码管进行显示并加上提示音播放效果。
综合实际型：出租车计价器、复杂路口的交通灯控制、LCD彩条、图片显示系统。这类题目针对实际的问题，需要采用多个模块组合，对于内部模块的功能和调用要非常清楚，功能复杂，有多种不同的设计思路。由于课题设计难度较高，适合团队协作完成，有利于培养学生团队意识，有利于锻炼创新能力，促进学生拓展知识用以解决复杂工程问题[5]。
3.2 团队合作
将2-3名学生组成一个小组（团队），对于功能扩展型和综合实际型的题目的难度和工作量可适当上调人数，每个团队选择一个题目完成课程设计。各个团队根据能力和兴趣自由选做，量力而行。组长由本队组员结合实际情况自发选出，团队分工内部商讨确立。例如：对于系统的总体设计思路组内探讨后由组长主导决定，同时将系统分模块进行设计，分工明确;对于软件比较熟悉的同学则侧重在各个模块的模拟仿真和下载实现;对于文档比较熟悉的同学则侧重在系统技术文档的整合、编辑。有效地培养了团队精神，激发学习兴趣，调动学习主动性，培养创新能力。
3.3 节点考核
在本次课程设计中，对于常规的考核方式也做了调整。以往的课程设计考核通常只在最后答辩的时候进行一次，本次课设则是在过程中加入了节点验收，分组进行中期考核和验收考核。在EDA课程设计第一周结束时，对每个小组的进展情况进行检查，主要侧重在检查当前设计思路是否完整，并对进展情况进行考核打分，以40%的比例纳入总成绩，这一做法有效地加快了EDA 课程设计的进度，避免了学生最后不能完成设计情况的出现[6]。最终验收阶段，由团队组长对完成的EDA课程设计进行总体讲解，介绍设计思路与团队中每名成员的工作分工，组员对各自负责的部分进行详细说明。指导教师现场检查EDA课程设计的完成情况，听取答辩，并对每名学生提出针对性的问题进行考核。这种考核方式有效地促进团队的交流协作，达到大于个体总和水平的效果。最后，适当考虑EDA题目的难易程度，结合实验的完成情况和工作量分别给出考核成绩。
3.4 效果討论
该项计划现在已实施一年，从学生的反馈和实际的成绩可以感受到明显的进步，有部分学生根据此体系的教学对现代电子线路的设计产生了浓厚的兴趣，有部分学生想以此作为毕业设计和后期学习的方向。分层设计，能够有效地提高学生学习此门课程的兴趣，并且更充分、有效地锻炼学生动手能力;与此同时，学生在团队中的不同角色，讨论和答辩中的不同表现，使得教师对学生情况的掌握更加深入，对学生的评价更为准确。这些都说明了该事实方法的有效性。
4 课程探索
在后期的教学过程中，还会更加增多第二课堂的内容，或者利用“翻转课堂”等新的形式。在教学模式上，改变学生课堂听教师授课、课后完成作业的传统教学模式为课前观看教学视频或阅读教材、课堂讨论和答疑的教学模式，化被动学习为主动学习。并结合各种电子类的比赛主题、FPGA大赛、物联网大赛和市场的需求，对课程设计的题目设计做优化和更新，提升参考资料、教材的质量，将书本中的知识与硬件、软件中的设计更有效地进行结合，使得学生能够形成知识、芯片、软件电路三维一体的综合理解，进行更深入的理解，达到举一反三。便于更好地提高学生解决复杂工程能力和创新能力的培养，促进学生知识体系的构建，达到学以致用、分析、评价、创新。
参考文献：
[1] 洪燕，梁皓.EDA 技术应用于数字电子技术课程设计的教学探索[J]. 北京： 中国科技信息，2008（ 5） ： 205-206.
[2] 张颖颖，申伟.三本院校EDA课程分层次教学方法的实践与探索[J].科技视界，2016（07）：145+160.
[3] 刘雪强，齐跃峰，刘燕燕，黄震，李江昊.“翻转课堂”在EDA课程设计中的探索和实践[J].电气电子教学学报，2019，41（01）：148-151.
[4] 孙进辉.EDA技术在数字电子实验设计中的合理应用分析[J].实验室研究与探索，2018，37（02）：199-202.
[5] 符继征.浅析EDA技术在数字电子技术实验中的应用[J].赤峰学院学报（自然科学版），2016，32（08）：41-42.
[6] 赵科，鞠艳杰，陈宝君，刘晓博，梁海峰.EDA课程评价与考核标准设计[J].科技展望，2016，26（13）：166.
[7] 张惠国，潘启勇，华强，顾涵.EDA课程层入式教学及实验平台建设[J].常熟理工学院学报，2011，25（12）：107-109.
[8] 李健敏.EDA技术在数字电子技术实验改革中的应用[J].山东工业技术，2019（16）：216.
【通联编辑：王力】
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