CDIO理念下地震行业特色院校EDA技术与应用实践教学改革
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作者:孟娟 李亚南 韩智明 高琴
[摘 要] 结合地震行业应用创新人才培养目标，对EDA技术与应用课程的实践教学进行改革，包括设置基于CDIO理念的地震仪器仪表设计工程实践项目，借助雨课堂丰富教学手段，设计多元化考核方式等。该教学方式对提高学生电子设计与创新能力具有一定促进作用。
[关键词] EDA技术;教学改革;实践教学;CDIO
[基金项目] 2019年度防灾科技学院教研教改项目“CDIO理念下EDA技术与应用课程的教学模式改革”（JY2019B01）
[作者简介] 孟 娟（1983—），女，湖南益阳人，硕士，防灾科技学院电子科学与控制工程学院讲师;李亚南（1988—），男，安徽阜阳人，硕士，防灾科技学院电子科学与控制工程学院讲师。
[中图分类号] G424 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）31-0241-02 [收稿日期] 2019-12-20
EDA技术与应用是一门应用性和实践性很强的专业课，设计者可以借助软件方式完成系统硬件功能，在电子通信、控制、仪表设计等领域应用广泛。
防灾科技学院是一所地震行业特色应用型本科院校，致力于培养防灾减灾特色人才。相比地质、勘探等优势专业，测控技术与仪器、自动化等工科一般性专业，因行业背景不鲜明，就业率、就业质量明显不敌那些优势专业。同时由于地震仪器仪表设计技术门槛相对较高，学生就业竞争优势不明显。为改变人才培养的不利局面面，满足地震行業人才需求，尤其是输送地震仪表设计、应用与维修方面人才，急需对EDA课程进行教学改革，以培养能适应行业需要，具有较强工程实践能力的电子设计创新人才。
一、EDA技术与应用教学现状分析
EDA技术是随着大规模集成电路技术、计算机辅助工程技术发展起来的，是一门理论与实践相结合，且实践性很强的课程，目前普遍采用理论实验相结合的教学方式，这种教学方式存在教学方法单调、学生学习主动性差、实验教学内容零散且与工程实践脱钩等问题，不利于提高学生应用和工程创新的能力[1]。
二、EDA技术教学现状分析
EDA技术是随着大规模集成电路技术、计算机辅助工程技术同步发展起来的，是一门理论与实践相结合，且实践性非常强的课程。目前该课程普遍采用理论与实践相结合的教学方式，存在教学方法单调、学生学习主动性低、实验教学内容分散且与工程实践项目脱钩、考核方式陈旧等问题，不利于提高学生的知识应用和工程创新的能力[1]。
尤其是实践教学，由于通常采取集中理论讲授和多个试验并行的方式，理论教学中的难点无法及时操作实践，导致理论和实践教学脱节。实践教学内容大多为通用实验，要么难度低，要么与实际结合不紧密，无法提高学生解决实际问题的能力。更为严重的是，由于实践教学内容设置未从行业应用需求出发，对学生工程创新能力提升不够，导致人才培养与行业脱节，学生就业竞争力低。
三、课程改革思路
为了培养契合地震行业需求的人才，需进行EDA课程教学改革，尤其是实践教学有必要结合地震行业特点和应用需求，优化实践教学内容，丰富教学手段，提高学生应用及工程设计能力，提升职业技能。
CDIO是一种新型工程教育理念，以工程项目从设计到生产的生命周期为载体，让学生参与理论到实践的转化过程，能较好解决传统工科人才培养中与行业脱节、对学生工程创新能力提升不够的问题[2]。同时，为加强和提高我院防灾减灾人才培养水平，有必要依托工程化的地震仪表电子系统设计与研发项目，创新EDA实践教学，尤其是进行教学内容优化，凝练凸显行业特色的工程实践项目，使学生在实际的电子系统设计与实现过程中掌握所学知识，提高就业竞争力。
四、实践教学改革
基于课程实践性强的特点，安排理论学时16，实践学时32。在理论教学中，将课堂从传统的教室转移到机房，将以章节为主线的授课模式变为项目教学，由教师导入具体电路系统或仪表的实用背景，引导学生综合应用数电、电路课程的专业知识，进行方案设计;在实施项目设计中引出相关VHDL语法，并完成设计编程，提升教学效果。
1.实践教学内容改革。为培养行业人才，坚持按照“依托项目，夯实基础，综合创新”的理念进行实践教学改革，将传统验证性实验改变为工程项目实践，通过设置基于CDIO的分层次实践项目[3]，使学生不仅掌握专业技能，更学会工程项目开发习惯和模式。实践项目分基础、初级设计、高级设计、综合创新四个层级，每个实验均设置分级要求，学生可自由选择基础或提升实验内容完成。
基础实验主要是让学生熟悉Quartus II平台，加深VHDL程序结构和语法理解，包括Quartus II软件使用、奇偶校验器、基于原理图的全加器设计、表决器、抢答器等。结合这些通用电路应用场景提出设计需求，学生编写程序并验证，初步了解整个开发流程。
初级设计实验是为进一步掌握VHDL语法并进行自主设计的同学设计的，包括分频器、脉冲计数器等精度频率计。这些都是地震仪表设计中常用电路模块，要求学生了解这些电路不同应用场景的设计需求及对程序设计的影响，完成程序编写进行仿真验证，学生对这些模块从设计到实施的过程中边做边学，初步了解工程化项目实施流程。
高级设计实验是紧密结合行业需求设置的地震仪器设计项目，包括高精度地震计时仪、地震计标定信号发生器、地震仪表系统中的电磁干扰识别系统、地震数采和存储系统，以团队形式完成。学生除了要熟悉这些仪表的工作和设计原理，还需要择优设计方案，确定总体设计框图并分模块设计，搭建最终系统调试，使之满足设计需求，有能力的同学还可进行外围电路甚至是PCB设计。依托地震仪器设计工程项目，变无目标被动学习为任务驱动的主动学习，学生以实践、工程化方式掌握EDA技术，提高了职业技能。 综合创新实验是为对EDA技术学习具有极浓兴趣，有意向参加学科竞赛的同学提供的。通过设置一些灵活的开放性课题引导他们进行综合设计并参加创新大赛，如基于FPGA的地震报警闹钟、地震烈度计设计等。
2.教学手段创新。由于项目要求复杂，需要综合运用多种EDA平台构建接近实际工程项目开发的体系，学生根据方案选择不同平台，如利用Multisim进行电路设计，利用QuartusII完成软件编程与仿真。
为引导学生主动探究，利用微信、QQ、雨课堂[4]等手段，实现课堂教学与线上学习融合。课前采用引导式教学法，用雨课堂布置任务，推送相关教学视频和PPT，引导学生查阅相关背景和原理知识;课内采用互动式教学法，调动学生积极参与讨论设计方案并择优实现;课后利用梳理总结法，在微信和QQ群内督促学生及时进行梳理，将零散知识点串成知识网，并分享优秀案例，强化工程项目设计的总体流程概念，提升学生专业技能。
3.多元化考核方式。EDA考核重点是要突出对学生电子设计和实践应用能力的考核。设定平时成绩占50%，不仅参考出勤和实验报告，还利用雨课堂的互动教学功能，从学生实验前预习，到实验中方案设计实现与验证，再到试验后总结，进行全面衡量。期末成绩占50%，包括用闭卷考试检验学生基本知识掌握程度，以及2～3个开放式地震仪表设计课题，让学生选择课题进行设计答辩与演示，实现从理论到实践的全面考核。
五、结论
基于EDA技术与应用课程综合性、实践性强的特点，结合本院防灾减灾特色人才培养目标，进行了课程教学改革，包括设计分级、紧密结合行业应用需求的实践项目，创新教学方法和手段，科学设置考核方式。实践教学改革基于CDIO理念，让学生在工程项目实现中边做边学，掌握电子系统设计全流程，促进学生提高电子设计和应用创新的能力。课程改革方法可为其他行业特色院校的EDA课程改革提供一定的思路和参考。
参考文献
[1]夏冰.面向“应用型”的EDA技术课程教学改革研究[J].科教导刊（中旬刊），2019（08）：112-113.
[2]吕晓兰，左敬龙，孙国玺.OBE与CDIO模式相结合的立体化EDA课程教学探究[J].高校实验室工作研究，2017（01）：16-19.
[3]张淑莉.应用型本科院校《EDA技术及应用》课程创新型实验教学改革研究[J].智库时代，2019（21）：296+298.
[4]顧泽慧.基于雨课堂的混合式教学模式在“EDA技术应用”课程中的教学探索[J].无线互联科技，2019，16（05）：156-157.
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