以學科競賽為驅動的EDA課程實踐教學改革與探索

劉大利 龍幫強 趙旭琛

摘 要：該文通過分析EDA課程實驗教學的現狀及存在的問題，提出以學科競賽為驅動的EDA課程實踐教學改革與探索方法。通過分析電子設計競賽中涉及EDA課程的題目，在競賽題目中提煉綜合性實驗內容，以此更新陳舊的EDA實驗教學內容，培養學生系統設計能力和“自頂向下”的設計思想。以學生團隊形式取代單人實驗，以自選實驗題目代替必選實驗內容的教學模式，加強學生團隊合作能力。以“團隊+單人”雙重考核的考核方式，對學生的實驗課程進行考核，充分考慮學生水平的差異性。此課程改革能夠加強學生學習主動性，提高學生的綜合設計水平和創新能力。

關鍵詞：EDA 學科競賽 實踐教學改革 探索

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（a）-0196-02

EDA課程是電子信息類和電氣自動化類的專業課程，該課程主要目的是使學生了解可編程邏輯器件的設計和開發流程、掌握硬件描述語言、使用EDA設計工具和實驗開發系統等，培養學生對數字電子系統的綜合設計能力和創新能力[1，2]。

國內各高校已經開展了很多關于EDA課程的教學改革研究，并提出很多具有參考價值的教改方法和思路[3-6]。但是，EDA技術發展日新月異，EDA課程也會涌現很多值得研究的新問題，仍然需要進一步開展EDA課程改革，以適應并推動EDA技術的發展。

該文針對目前EDA課程實驗教學的現狀，以學科競賽（尤其是全國電子設計競賽）為契機，提出EDA實踐教學改革的思路和方法，旨在提高學生的學習主動性和綜合設計水平。

1 EDA實驗課程現狀

目前，大多數高校的本科生EDA課程課時為30～45，其中約1/3課時為實驗（實踐）課程。實驗課程一般每次安排2個課時，每次課程完成一個實驗項目，整個課程僅包含5～8個實驗項目。實驗課程一般包含學生對EDA軟件和實驗系統的基本使用，對常見數字電路的設計，如：組合電路設計（多路選擇器、加法器）、計數器、分頻器、正弦信號發生器、乘法器、移位寄存器、序列檢測器等。相對于EDA技術的發展，這種實驗課程的設計稍顯陳舊，存在一些問題。

（1）基本的電路模塊設計無法培養學生數字系統設計能力和“自頂向下”的設計思想。EDA實驗課程通常以常見的數字電路模塊為內容，主要培養學生對硬件描述語言的掌握。由于電路模塊規模較小，功能簡單，很難培養學生對數字系統的設計能力，更談不上培養學生“自頂向下”的設計思想。

（2）陳舊的實驗內容不能引起學生的學習興趣，制約了學生實踐能力提高，限制學生創新思維發展。以基本數字電路模塊為實驗內容，學生完成實驗后也不能理解自己完成的設計在一個數字系統中到底發揮著怎樣的作用，體會不到設計的成就感，因此，也不會有太大的學習興趣。

（3）EDA技術發展迅速，學生的學習內容與社會需求脫節，不能適應技術發展。EDA技術應用領域越來越廣泛，學生如果僅僅學習基本電路模塊的設計，無法適應社會的需求。

（4）學生的學習基礎和學習能力存在差異性，學有余力的同學才能得不到施展。

綜上所述，EDA課程的實踐教學模式和教學內容需要進行改變，應該充分發揮學生學習的主動性，培養學生自主創新能力和綜合能力，使不同層次和不同能力的學生在EDA課程中均能充分發掘自身潛力。

2 學科競賽中的EDA技術

學科競賽近幾年來如火如荼，成為高校培養學生的創新精神和實踐能力的重要環節之一[7]。其中，教育部倡導的全國大學生電子設計競賽是影響最廣泛的電子電氣類學科競賽，對推動高等學校電子電氣類學科課程體系和課程內容改革，實施素質教育、培養大學生的實踐能力和創新意識起到重要作用。因此，近幾年的電子設計競賽也得到高校的推崇，激發學生對電子設計的熱情。

全國電子設計競賽中多個題目涉及到了EDA技術，甚至部分題目核心內容需要使用EDA技術完成。據不完全統計，涉及EDA技術的題目及相關技術如表1所示。

這些題目涉及了EDA技術中常見的數字電路模塊，甚至部分模塊多次重復出現。將這些題目進行歸納總結，均可形成綜合性EDA實驗內容，作為EDA課程的實驗教學內容。從表1中可以提煉出DDS信號發生器、等精度頻率計、數字示波器等題目，作為EDA課程實驗教學內容，每個題目均可形成一個完整的數字系統，能夠引起學生的設計興趣，培養學生的綜合設計能力。學生對學科競賽的熱情同樣可以延伸到課堂教學中，積極主動的參與實驗教學。

3 EDA實踐教學改革

根據EDA實驗教學的現狀，以學科競賽為契機，推動EDA實踐教學改革，主要思路有以下幾點。

（1）教學內容的改革。

摒棄傳統的計數器、分頻器等陳舊教學內容，引入學科競賽中常見的DDS信號發生器、等精度頻率計、數字示波器等綜合性實驗內容，培養學生的綜合設計能力和“自頂向下”的設計思想。

以DDS信號發生器為例，涉及到相位累加器模塊、相位調制器、ROM查找表、幅度控制、D/A接口控制等核心內容，還涉及按鍵和顯示（8段數碼管或液晶屏）等人機交互的設計。在一個綜合實驗中，包含了加法器、計數器、乘法器、IP核調用、狀態機、編碼器、分頻器等基本電路模塊，可以使學生了解基本模塊如何在整個數字系統工作，加深學生對基本電路模塊的理解，提高系統設計能力。

（2）教學模式的改革。

傳統的實驗教學每堂實驗完成一個實驗內容，一般1～2名學生一組，獨立提交實驗報告。采用綜合性實驗后，3～4名學生為一個團隊，整個學期完成1～2個實驗內容為宜。整個團隊作為一個整體，選擇一個實驗題目，進行方案設計，分配設計任務，提高學生的團隊合作能力。

（3）考核方式的改革。

多個綜合性實驗的復雜程度不同，學生團隊因興趣差異選擇的題目也各不相同，此外，同一團隊的同學承擔任務不同，所以考核時存在一定困難。因此，各個實驗根據復雜程度設置不同的難度系數，可以根據難度系數和學生團隊的完成情況進行評分。同一個團隊中，根據學生承擔的任務情況給與不同的難度系數，團隊得分按照系數分配給每位同學。這種情況下，興趣高能力強的同學可以選擇較高難度的題目，并承擔更多的設計任務，基礎較弱的同學可以選擇難度較低的題目，承擔簡單的模塊設計工作。

在教學內容、教學模式和考核方式中均充分考慮學生的個體差異，使得不同層次的同學在EDA實踐教學中均有所收獲，避免出現部分學生學得不“盡興”，部分學生不會學而自暴自棄的現象。

4 結語

文章通過分析EDA課程現狀，提出了目前EDA實驗課程存在的幾個主要問題。通過分析學科競賽中的EDA技術，提出以學科競賽為契機，對EDA實踐教學進行改革。課程改革充分考慮學生的層次差異性，并提出在教學內容、教學模式、考核方式等方面的改革思路，期望通過此項改革，使學生了解“自頂向下”的設計思想，提高學生的綜合設計水平和創新能力。

參考文獻

[1] 金寧治，李文娟，高晗瓔，等.電氣專業“EDA技術”課程實驗教學的改革[J].電氣電子教學學報，2015，37（4）：86-88.

[2] 谷善茂，杜德，劉云龍，等.EDA課程創新實驗教學方法探索[J].實驗技術與管理，2015，32（3）：40-46.

[3] 王志國，趙忠蓋.EDA技術課程教學改革探索[J].中國現代教育裝備，2014（21）：82-85.

[4] 龐前娟.應用型本科EDA技術教學改革的研究[J].大學教育，2015（7）：125-126.

[5] 于玲，關維國，牛芳琳.基于實踐與創新能力培養的EDA應用課程教學改革[J].遼寧工業大學學報：社會科學版，2015，17（1）：111-112.

[6] 黃卉，陳德斌.關于EDA教學改革中獨立學院教育特點的探討[J].中國電力教育，2014（33）：93-94.

[7] 袁川來，孫玲爽，周維龍.學科競賽驅動的學生工程實踐能力培養模式研究與實踐[J].教育教學論壇，2015（19）：168-169.