EDA技術應用實驗教學改革初探

藍偉斌

（梧州學院，廣西 梧州 543002）

EDA技術應用實驗教學改革初探

藍偉斌

（梧州學院，廣西 梧州 543002）

EDA技術應用是電子類專業教學體系中的一個重要組成部分。EDA技術課程內容多，教學課時少，為了解決這一矛盾，筆者嘗試從實驗教學方面對EDA技術應用課程進行改革。使用驗證性實驗和創新性相結合的教學方法，既有助于學生理解和掌握課堂所學的知識，又能培養和提高學生的思維能力和創新能力。

EDA技術；電子設計；實驗教學

EDA(Electronic Design Automation)技術是一種 “軟”、 “硬”合一的電子設計技術，它以計算機和EDA軟件為工作平臺，以硬件描述語言為設計語言，以專用集成電路為實現載體，設計并實現復雜電子電路或電子系統，代表了現代電子設計的主流趨勢，未來的電子技術時代將是EDA的時代。不管是作為一名電子硬件工程師，還是大專院校電子類專業的在校學生，面對目前電子信息技術的高速發展以及激烈競爭的市場環境的挑戰,都必須掌握EDA技術。而培養一大批掌握EDA技術的高級專門人材的任務,責無旁貸地落在高等教育者的肩上，加強電類專業大學生的EDA教學已迫在眉睫。EDA技術課程既有理論性，又有實踐性，且實踐性強于理論性，[1]如果沒有有效的實驗教學環節來支撐，這些理論性和綜合性很強的知識將很難被學生理解和掌握。但是，由于受到實驗環境、實驗內容等方面的限制，實驗教學一向是EDA技術應用課程教學環節中的薄弱環節。當前，EDA技術實驗教學中安排的內容多以演示性實驗、驗證性實驗等為主,設計性實驗特別是系統設計性實驗比較少,這不利于學生將掌握的知識轉變成技術應用能力，也不符合人才培養的目標和要求。可見，正確地選取實驗教學內容并完成相應的實驗教學環節將對教學效果產生積極的影響。

1 實驗教學的內容改革

在傳統教學實踐中，習慣安排的內容多以演示型、驗證型等實驗為主，從而忽視學生自主創新能力的培養，即缺少設計型特別是系統設計型實驗。EDA技術內容包括數字電子技術、硬件描述語言、電路集成、嵌入式設計技術、原理圖設計與仿真等內容，不僅要掌握硬件方面的知識，而且還要掌握軟件編程方面的知識，內容繁雜。若在教學過程中沿用傳統的教學模式，過分重視細節，忽視學生的自主創新能力，即使學生能聽懂教學內容，但真正到自己動手做設計型實驗、系統型實驗時就會覺得無從下手，達不到教學的目的。

針對傳統教學實踐中實驗內容安排所存在的問題，EDA技術實驗課內容設置上強調要滲透驗證性實驗、交叉性實驗、綜合性實驗和設計性實驗等四個方面。驗證性實驗一般依附于傳統公式或經典定理，通過這種實驗，能夠加深基礎理論的認識，熟練掌握開發工具的操作，缺點是學生動腦很少。交叉性實驗已經具有綜合的成分，是以多學科或多課程為基礎，并加強了各學科或課程之間的聯系，有助于加強各實驗課程之間的關聯性或交互性。綜合性實驗是一種由學生和教師共同設計、開發、實施和評價的實驗課程，學生是實驗課程的首要開發者，該課充分體現了學生學習的主動性。設計性實驗課程完全超越了課際界限，實驗建立在自我控制、自我指導基礎上，允許依照自己特長組織實驗內容，以自主學習為主,可在校內完成，也可在校外完成，也可集體合作完成。

在實驗課程內容分配上，以綜合設計性實驗為主,驗證性實驗為輔。如首先開出一個驗證性實驗:實驗一,半加器和全加器的圖形設計。這個實驗是通過圖形輸入法來熟悉軟件QuartusⅡ的使用。因為學生已經學習過數字電路，對電路圖的分析已經有了相當的了解，所以在這個基礎上大家很有興趣接觸新知識，并且學會運用新工具解決老問題的快捷手段。實驗二，設計簡單的組合邏輯電路。這是一個最為簡單的設計性實驗。通過給出五個布爾函數，讓大家完成電路的圖形描述和語言描述。這個實驗不僅鞏固了上次的實驗內容而且充實了語言描述的這個新知識點，根據語法的理論基礎，學生自行完成整個VHDL程序設計。實驗三，設計出74LS138的VHDL程序。該實驗主要是對CASE語句的靈活運用并啟發學生使用其他順序語句設計出程序，最后仿真直至下載成功。實驗四和實驗五分別是對復雜電路系統的綜合性設計，其中的LED點陣顯示實驗是來源于生產實踐中的工業電路。[2]整個設計的過程在老師提出設計指標和規定器件后，學生自行選擇算法進行設計，最終設計成功。這些設計性實驗和單純的驗證性實驗相比，學生能從理論到實踐再到創造性設計，讓學生有了學習的成就感，從而激發了學生的學習興趣。

2 實驗教學環節的改進

在傳統的EDA技術應用教學中，只有課堂實驗這種驗證性實驗的教學方式。隨著時代的發展、社會的進步，對學生的素質要求也在不斷提高，傳統的實驗教學方式已經不能滿足EDA技術應用實驗教學的需要。首先，學生在學習EDA技術時，不僅要學會應用，還要了解目前該領域高新科技發展的情況以及前沿方向，目前在EDA實驗室進行實驗時一般在實驗箱進行，而實驗箱的EDA芯片是早期配置的，對新教材中提到的很多新的功能不支持，有很多綜合性實驗沒有辦法在實驗箱進行；其次，EDA技術應用是一門綜合性和實踐性很強的課程，如果僅限于規定時間的課內實驗教學，那就可能有一部分學生不能完成實驗而達不到教學目的。因此，EDA技術應用及相關電子類課程的實驗教學，不應僅限于課內實驗。[3]根據實際情況和學科特點，EDA技術應用實驗教學環節的改進主要包括三個方面。

（1）強化課內實驗。首先，對實驗任務分層驅動，EDA技術應用在機房上課給實驗課創造了先天的條件。一般一節課講與練的時間比是1:3。課堂教學主要是學生的 “學”，在老師的引導下，學生明確任務與操作步驟方法后進行實驗練習，在 “練”的過程中遭遇問題、提出質疑、尋求支持、相互幫助與總結規律。不同的學生，在練習中遇到的問題可能不一樣，學習的進度也會不一樣。有的學生操作快，做完后也樂于幫助他人；有的學生完成規定內容后習慣琢磨問題、向 “難高深”進軍。所以課堂教學中學生的 “學”就像萬馬奔騰，學習內容在不斷自覺進行著任務分層，由于課后練習題和實驗任務多，任務分層得到了自然驅動。學生在課堂學習中，當比較順利完成基礎練習并經老師檢查指點后，可領取實驗記錄表，每次課每個學生最多領取一份表，要求在互動學習或者提高學習中及時地收錄、整理課堂教學信息，以便老師客觀評價學生以及診斷教學。這樣一次課下來，在互動學習中，一個學生可能陸續輔導了若干個學生，與此同時該學生也思考了更多的問題，深化了思維層面、拓寬了知識空間，提高了學生學習效率。其次，對把參加實驗課的學生劃分成若干個實驗小組，每個小組在實驗前設計好原理、寫出要完成的內容，并且選出代表在實驗課結束前講解所完成的內容，由教師考核實驗成績。對于未能完成實驗的工作組，把他們存在的問題和難點公布出來或記錄在實驗記錄表上，全班同學都可以用課后時間解決實驗過程中出現的難點，這樣有益于產生優秀的設計方法，達到真正提高實驗素質的目的。然后，教師在下一次的課堂教學中對實驗中存在的問題進行總結和糾正，通過這一課內實驗教學環節真正達到了師生互動，強化了課內實驗的目的，又能解決 “課程多，課時少”的矛盾。

（2）建立開放性實驗環境，課內實驗教學與課后開放實驗相結合的方法，在實驗室空閑時段實施開放。學生在課內實驗過程中遇到的困難和突出問題，在有限的課內實驗時間內無法完成的，可以在課后通過預約的方式和實驗室管理人員共同確定實驗室開放時間，以解決在課內實驗時間內無法解決的主要問題。另外，在課程設計期間、綜合性設計實驗等要求實驗時間比較多的實踐階段，可以安排特定知識點，面向全體學生開放實驗室，[4]教師進行相應的檢查和指導，實現教師和學生的有益互動。鼓勵學生在實驗室搞課外創作。同時吸引學生參與到教師的科研活動中，不僅擴大學生的知識視野，而且鍛煉他們的攻關能力，培養團結合作的敬業精神，為今后的就業打下實踐基礎。

（3）制定積極有效的考核方法。對于EDA技術應用及相關電子類實驗教學環節，關鍵是制定并執行積極有效的考核方法以督促學生高質量地完成老師布置的實驗任務。首先，筆者認為教師對學生的考核評價要盡量公平、公開，對學生的勞動成果要極力尊重，在實驗過程中，教師要根據每次實驗的成功與否、完成的程度進行評分等級登記，等級分成A（5分）、B（4分）、C（3分）、D（2分）、E（1分）共五個級別，實驗結果的評分等級記錄自然與期末綜合評分掛鉤，在這樣一種無形引導與激勵下，學生慢慢學會了關注自己、關注他人，學會了尊重勞動，也深化了師生溝通的層面，“知不足而后進”。現在一改以前的被動學習、被動檢查的局面，學生主動找老師檢查課堂作業，并主動交流操作中遇到的問題、解決的辦法與收獲。這種 “以評促進”增強了個體奮斗與團體競爭氣氛，整頓了班級的學風。其次，針對EDA技術應用實驗教學的特點，總成績分為筆試成績和實驗成績；而實驗成績的考核方式可以采用通過課程設計的方式來考核學生的綜合設計能力。課程設計的形式可以由老師出題目，一個班大概出20道題目給學生來選，一道題目最多是3位學生選做，相同的題目要求用不同的方案實現，要求學生利用實驗箱去實現或是實驗箱加上外圍電路的方式實現自己的課程設計，真正實現創造性設計的實驗。在實驗考核驗收時可通過答辯提問式來現場考核學生的理解程度和分析應變能力。學生在自已設計的電路系統并得到驗證后更容易體驗到成功的喜悅，這可以進一步激發他們的實驗興趣、學習熱情和創造熱情。

3 實驗效果對比

通過對EDA技術傳統實驗教學內容和實驗環節的改進，提高了學生做實驗的積極性和主觀能動性，有效地提高了學生對綜合性實驗和創造性實驗的設計能力，增強了學生在電子設計方面的能力，為今后的工作打下了堅實的專業基礎。筆者在2004級、2005級、2006級學生的教學過程中對比了其中的教學效果，現在通過下頁表1來說明傳統實驗教學和改進后的實驗教學效果的不同。

表1 傳統實驗和改進后實驗效果對比情況表

通過對比我們不難發現，改進后的實驗方法、內容、考核方法等都不同，實驗的效果也得到了加強，學生的創造性思維和獨立設計能力也得到了相應的提高。據不完全統計，從2003年到現在，每年電子類的畢業生用到EDA技術來完成畢業設計的人數越來越多，畢業設計的質量也越來越高，每兩年舉行的全國電子設計大賽的題目，要求用到EDA技術才能完成的題目也越來越多，而我們學院的學生在參加的幾次電子設計大賽中取得的成績也越來越好，這從側面也說明了我們的EDA技術及實驗教學取得了良好的效果。

4 結論

實驗課是以培養和提高學生的動手能力和應用能力為主旨，引導學生獨立思考，激發其學習的主動性，達到培養學生科學精神和創新意識的目標?？傊?，在EDA技術實驗教學中，教師要根據技術的最新發展情況靈活多樣地、合理地選取實驗內容，并巧妙地安排到相應的教學環節中去。在強化課內實驗教學的同時，積極鼓勵和引導學生課后多進行創造性和綜合性課程設計考核的實驗教學方式，能夠有效地將基礎知識、訓練基本技能和培養創新精神三者統一起來，通過以上方式可以有效地提高實驗教學效果。

[1]李東生.電子設計自動化與IC設計[M].北京：高等教育出版社，2004：2-8

[2]潘松，黃繼業.EDA技術實用教程[M].北京：科學出版社，2006：64-126.

[3]張靜.專業實驗教學改革的探索[J].實驗室技術與管理，2003(10)：163-166.

[4]郭偉強，杜志強.開放式實驗教學模式的新探索[J].實驗室研究與探索，2003(5)：7-9.

TN

A

1673-8535(2010)03-0069-04

藍偉斌（1978-），男，廣西博白縣人，梧州學院圖書館職員，研究方向：電路與系統。

（責任編輯：高 堅）

2010-03-01