《電子設計自動化》課程實驗教學改革

摘 要: 電子設計自動化技術是現代電子工程師必備的重要技術。為提高學生的就業競爭能力，在教學改革項目資金資助下，本文作者提出了以培養實踐型、創新型人才為目標的《電子設計自動化》實驗課程教學改革。在制定科學合理的教學內容層次的基礎上，采用傳統教學、開放教學及研究式教學相結合的教學方式，有效地增強了教學效果，提升了學生的綜合能力。

關鍵詞: 《電子設計自動化》 實驗教學改革 教學理念 教學方式

電子設計自動化(Electronic Design Automation，EDA)技術是以計算機科學和微電子技術發展為先導，依賴功能強大的計算機，在EDA工具軟件平臺上，完成布局布線、邏輯優化仿真、實現既定電子線路功能。當前EDA技術已成為現代電子設計工程師所必備的重要技術。

重慶郵電大學從2003年籌備建立EDA實驗室，開設《電子設計自動化》實驗教學課程。由于電子設計自動化技術更新迅速，大概每三年硬件軟件就會更新一次，而我們的實驗教學內容仍然局限于基本的理論知識的驗證，教學的深度和廣度明顯不夠;另外實驗教學條件也難以跟上技術更新，不能反映當前流行技術，不能體現現代電子系統設計的思想，更難談到學生綜合實踐能力和創新能力的培養。因此，我們從2009年開始著手《電子設計自動化》課程建設，在中央與地方共建實驗室，以及學校教育教學改革項目資金資助下展開課題研究，并取得了一些階段性的成果。

1.構建先進合理的實驗教學理念

為適應EDA技術的快速發展，實驗教學是整個教學體系中更加重要的組成部分，我們將其定位為通過一流的管理體制與制度、一流的實驗教學隊伍、一流的實驗平臺與一系列新型實驗內容的建設，培養具有較寬專業面的學生的綜合能力，同時成為教師創新研發的基地。

1.1通過課程學習，以培養實踐型、創新型人才為目標，與國際培養模式逐漸接軌。

通過對國外一些高校的調研，我們發現許多著名高校EDA技術本科教學有兩個明顯的特點:一是課程在各專業的普及率極高;二是在實驗中大量引入新技術、新方法與新器件，更多地注重創新性、設計性、綜合性項目，突出EDA技術的實用性，以及面向工程實際的特點。

另外，國際通用的工程與技術評估條例(Accreditation Board for Engineering and Technology，ABET)列出了工科大學生必須具備的11項能力要求，即:

(1)應用數學、科學與工程等知識的能力;

(2)設計和進行試驗、分析與解釋數據的能力;

(3)設計一個系統、部件或工藝過程以滿足需求的能力;

(4)在多學科團隊中發揮作用的能力;

(5)發現、明確表達和解決工程問題的能力;

(6)了解職業道德，以及解決工程問題的能力;

(7)有效進行交流的能力;

(8)懂得工程問題對全球、經濟、環境、社會的影響;

(9)認識到終生學習的需求，以及從事終生學習的能力;

(10)關于當代問題的知識;

(11)用解決實際問題所必須的各種技術、技能和現代工程工具的能力。

結合國外高校對EDA教學的要求，ABET對工科大學生綜合能力的培養要求，以及目前我國正在積極努力構建符合華盛頓協議的專業認證，因此在課程建設過程中，我們將《電子設計自動化》實驗課程的教學定位為以ABET所提出的11項基本能力為基礎，培養實踐型、創新型人才為目標。

1.2在基礎實驗模塊的基礎上，寬口徑融合相關知識;結合現代EDA設計技術，與企業需求接軌，提升學生就業競爭能力。

實驗教學內容不再局限于邏輯行為的實現，即用EDA工具完成數字電路實驗中的內容，如:數字電子鐘、數字頻率計的設計等。而應該擴寬知識面，加入控制、接口、通信等的設計，突出EDA技術的優勢;更上一層將設計對象上升到系統級，進行嵌入式甚至SOPC的開發設計。實驗教學融合本科教學和研究生教學，根據其要求不同進行不同的實驗層次，整合不同的實驗要求和內容。整個實驗教學側重于實用電子系統的設計，注重引入現代EDA技術，與企業需求接軌，培養專業動手型人才，提升學生的就業競爭能力。具體實驗教學內容分層如表1。

1.3自制教學設備，鼓勵學生積極參加設備研發及各類電子競賽活動。

目前我校實驗中心教學實驗室儀器設備為2003年購置的GW48型EDA實驗箱，陳舊老化，功能單一，阻礙了學生能力和素質的培養。作為以電工電子技術為支柱的大學，如果沒有自制儀器設備的能力，就難取得高水平的教學質量。因此在課程改革中，我們自行研發了EDA、單片機綜合實驗設備，目前已投入40臺教學使用。在研發過程中，我們鼓勵優秀的本科生和研究生積極參與，培養其團隊協作及綜合設計、動手能力。

自制教學設備的組織與實踐，能夠促使實驗室引進新的技術，是教學改革的重要內容，能夠直接推動教學內容體系及方法的改革。

一方面，我們把《電子設計自動化》課程與各類課外創新活動結合起來，從多渠道促進學生創新能力的培養。我們從課程學習中選擇優異的學生，進行進一步的培訓。另一方面，我們也根據各屆競賽的題目與要求對教學內容作適當的添加更改，將技術進步等要求及時反映到教學中來。課程改革進行一年多來，成果顯著。我校有兩位老師在2009年全國大學生電子設計競賽中擔任指導老師，并獲得全國一等獎一項，重慶市一等獎四項、二等及優秀獎等多項獎項。

2.采取傳統實驗教學、開放式教學及項目研究式教學相結合的教學方式

在教學方式上，我們采用傳統實驗教學方式與開放式教學相結合的方法，并在此基礎上提出了項目研究式教學，目的在于強化優秀學生的培養，利用課余時間與假期時間，選擇有興趣的優秀學生進行更高一層次的培訓，鼓勵其參加各類科技活動和能力認證，等等。

2.1傳統實驗教學。

采取教師引導的形式，講解部分基礎實驗理論知識，幫助學生盡快入門。但并不采用理論課的教學模式，用大量的時間講授研究的內容。在教師講解演示后，學生仍需要自行動手完成實驗內容。此部分實驗內容主要涉及硬件平臺、開發軟件和部分基礎應用實驗的講解。如:重點講解平臺所用核心可編程邏輯器件的結構和特點，要求學生課下詳細閱讀器件的數據手冊;講解原理圖設計、硬件描述語言設計的方法，學會如何仿真與硬件調試，等等，為后續開發做準備。基礎應用型實驗包括邏輯表決器、頻率計、電子鐘等屬于第一層次邏輯行為的實驗項目。

2.2開放式實驗教學。

提倡自主式學習，幫助學生樹立“學習是自己的事”的理念，提倡在做中學，在學中做，培養學生研究性學習的思維方法，不采用學徒式的教育模式，努力使學生從灌輸式教學模式中走出來，培養其獨立自主地分析問題、解決問題的能力。

開放式實驗教學有以下幾個特點。

(1)采用刷卡形式進入實驗室，實現時間、內容、元器件“三開放”的模式。學生可以根據個人情況自己安排實驗時間，選擇實驗內容，掌握實驗進度。

(2)實驗采取1人一組。

(3)實驗學時結束以后，由學生自己抽取考試項目，能夠在規定時間場地內完成，則認定成績合格，可進入下一階段的學習;如不合格，則需要下一學期補考或者重修本門實驗，再次進行本輪實驗。

(4)可提交電子小制作等應用作品，通過者認定成績優秀。

2.3項目研究式教學。

采取學生自主研發、參與教師科研、參加各類電子競賽、電子工程師設計認證等形式，由學生自行擬定項目或從提供項目中選擇，配備指導老師。考評采用測試演示+答辯30分鐘/組的形式。此方法能夠拓展實驗教學的視野，增加實驗教學的內容，激發學生對科技創新實踐的興趣，同時也能夠培養學生的組織能力、團隊精神和領導才能，使他們的創新思維能力和綜合實驗能力顯著提高。

3.實驗教學的考核

根據具體的教學情況和效果，我們改革傳統的“統一題目、統一考核”的形式。考核要求體現出既強調基本理論知識的扎實，又強調方法的運用，對不同的教學模塊采用不同的考核形式。

對基本本科生教學采用平時上課20分+作業10分+實驗成績40分和最后綜合自主電路設計30分成績相結合的考核方式。在綜合自主電路設計的考核中，也采用學生自主選擇考核項目的方式，給出多個難易程度不同的項目，由學生根據自己學習情況進行選擇，最后成績結合考題難度和學生完成情況給出。

考核方式還將進一步改革改進，以便更充分地調動學生學習的積極性，更好地反映課程學習的效果。

我們根據考核題目建立了龐大的試題庫，用于學生在開放實驗室內自行研究完成。學生可根據自己的興趣和特長進行選擇，既有利于培養自學能力，又能夠鍛煉綜合設計能力。

4.結語

本次實驗教學改革從教學理念、教學內容層次、教學方式入手，以06、07級本科學生作為試點。調查結果表明，學生對EDA課程的教學方式滿意，教學效果顯著，能夠有效地增強綜合能力。

參考文獻:

[1]潘松，黃繼業.EDA技術實用教程(第三版)[M].北京:科學出版社，2006.9.