EDA技術課程職業化的教學改革思考

王美妮 趙偉 戴禎德 李響 吳曉雪

摘 要：在本科教學中，學生缺少就業前瞻、傳統教材所授知識與就業所需之間銜接斷層是亟需解決的重要問題。為把握課程教學與崗位技能的對應關系，深入了解學科與就業的有效承接途徑，本文以EDA課程職業化為例，提出教學改革思路。通過分析信息技術崗位人才需求，提出課程職業化改革的有效途徑，實踐證明能夠增強學生學習動力，提高就業率。

關鍵詞：就業；課程職業化；改革途徑

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A

文章編號：2096-1472（2018）-11-52-03

1 引言（Introduction）

考察當代各國高校課程改革，大致有如下幾個總的趨勢：一是課程內容的綜合化；二是課程設置和實施的多樣化；三是課程性質的職業化。職業化是當代各國高校課程改革的一種傾向。這種傾向之所以出現，是多方面因素造成的。職業方向性已成為許多國家高校課程的重要目標。其次，心理學、教育學的研究也屢屢揭示：那些具有較強職業目的性的學生，在事業上、學習上也往往更易獲得成功[1]。

由于電子技術的飛速發展，使得基于EDA技術（電子設計化）的電子系統設計方法得以廣泛應用。EDA技術已成為現代系統設計和電子產品研發的有效工具，成為電子工程師應具備的基本能力。電子設計自動化技術是在計算機平臺上利用計算機圖形學、拓撲邏輯學、計算數學，以及人工智能等多種計算機應用技術的最新成果基礎上而開發出來的一種電子系統設計工具，同時相應提出了先進的電子系統設計方法，是一種幫助電子設計工程師更加有效地從事電子產品和系統設計的綜合技術。

針對電子信息專業本科生而言，EDA技術課程職業化傾向滲透在課程的各個方面，為拓寬就業途徑，適應行業發展規律，該課程的職業化研究勢在必行。

2 研究現狀（Research status）

2.1 EDA技術的行業特征和高校教學推進情況

從目前的EDA技術來看，其發展趨勢是政府重視、使用普及、應用廣泛、工具多樣、軟件功能強大。中國EDA市場已漸趨成熟，不過大部分設計工程師面向的是PCB制板和小型ASIC領域，僅有小部分（約11%）的設計人員開發復雜的片上系統器件。為了與臺灣和美國的設計工程師形成更有力的競爭，中國的設計隊伍有必要引進和學習一些最新的EDA技術。中國自1995年以來加速開發半導體產業，先后建立了幾所設計中心，推動系列設計活動以應對亞太地區其他EDA市場的競爭。

在EDA軟件開發方面，目前主要集中在美國。但各國也正在努力開發相應的工具。日本、韓國都有ASIC設計工具，但不對外開放。中國華大集成電路設計中心，也提供IC設計軟件，但性能不是很強。相信在不久的將來會有更多更好的設計工具在各地開花并結果。據最新統計顯示，中國和印度正在成為電子設計自動化領域發展最快的兩個市場，年復合增長率分別達到了50%和30%。

EDA在教學、科研、產品設計與制造等各方面都發揮著巨大的作用。在教學方面，幾乎所有理工科（特別是電子信息）類的高校都開設了EDA課程。主要是讓學生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL語言編寫規范、掌握邏輯綜合的理論和算法、使用EDA工具進行電子電路課程的實驗驗證并從事簡單系統的設計。一般學習電路仿真工具（如MultiSIM、PSPICE）和PLD開發工具（如Altera/Xilinx的器件結構及開發系統），為今后工作打下基礎。科研方面主要利用電路仿真工具（MultiSIM或PSPICE）進行電路設計與仿真；利用虛擬儀器進行產品測試；將CPLD/FPGA器件實際應用到儀器設備中；從事PCB設計和ASIC設計等。

2.2 行業崗位需求

根據歷年網絡及各求知機構發布職業需求信息，從事電子設計自動化設計的崗位需求數量不斷增多，崗位技能要求逐年多元和嚴格。如大唐電信2017年3月發布的需求信息：請詳細填寫教育經歷（例如：項目經歷、社團活動、學習成績、在校獎懲等）和工作經歷（例如：項目經歷、工作職責及業績、考核成績、培訓經歷等）。具體要求：（1）負責設計及驗證LTE基帶物理層、數字中頻、通信接口等方面的FPGA模塊；（2）負責設計文檔、接口文檔及仿真測試文檔的編寫；（3）負責RTL代碼及仿真測試向量的編寫；（4）負責FPGA的邏輯及物理綜合；（5）負責各測試階段中FPGA方面的測試和支持；（6）已有設備的技術支持。

來自51job的電子工程師用工信息如下，任職要求：（1）通信、信號與信息處理、電子工程、自動控制、微電子、圖像處理等相關專業，本科兩年以上，碩士一年以上 FPGA邏輯設計和調測經驗，有LTE物理層協議開發經驗尤佳；（2）熟悉數字信號處理或通信接口協議，熟悉LTE物理層協議尤佳；（3）精通數字電路設計；（4）熟悉FPGA或ASIC設計流程，熟練掌握VHDL或Verilog設計語言；（5）初步掌握FPGA設計工具，包含功能仿真、綜合和實現，同時具備基本的調試技能；（6）良好的分析與解決問題的能力；（7）良好的團隊意識，和責任心；（8）良好的英語閱讀能力。

2.3 問題來源

2.3.1 人才培養目標界定模糊

（1）專業培養目標不清晰，對人才培養內在規律的研究和把握不足；

（2）學生學習效果及畢業時到底應該收獲哪些專業知識，應用能力和從業素質等沒有明確的預判和把握。

2.3.2 教學體系建設有待完善

（1）課程與項目體系未經一體化設計，不能支撐人才培養目標達成；

（2）課程內容滯后與技術發展，與產業界需求脫節；

（3）學習環境閉塞單一，缺少企業真實環境的工程實踐場所及訓練體系；

（4）教學與學習模式僵化，學生被動接受知識灌輸，效率低下；

（5）教師實踐經驗缺乏，普遍理論知識較強但缺乏應有的企業應用實踐經驗。

2.3.3 培養結果缺乏專業測評

（1）學習效果評估體系不科學，未形成基于崗位需求的學生能力成熟模型；

（2）學習考核方式不合理，考核方法單一，考核問題覆蓋面窄，偏基礎偏理論；

（3）專業評估體系不完善，缺少與行業標準相結合的專業與課程評估體系。

3 實施課改職業化的有效途徑（Effective ways to carry out curriculum reform professionalization）

課程職業化的思想精髓是以就業為導向為社會輸送合格的職場人才，因而信息技術學科的職業化必是未來教學改革的重點內容。電子設計自動化教學兼具理論教學與實踐實訓的雙重任務，這就要求在教學過程中不僅要加強基礎知識的講解，更要重視對學生電子設計的實際應用能力的培養。

3.1 精準定位人才培養目標

為社會輸送研究型、應用型人才是本科教育的最終培養目標和踐行教育服務社會本質。為充分提高就業水平，提升人才培養質量，在教育教學實施過程中，工科專業課程與項目只有通過一體化設計，才能支撐人才培養目標達成；若課程內容滯后于技術發展、與產業界需求脫節，缺少企業真實環境的工程實踐場所及訓練體系，勢必會造成教學與學習模式僵化，學生被動接受知識灌輸，效率低下。EDA技術課程堅持職業化的定位要貫穿始終，授課教師應該在思想觀念上科學認識課程教學，課程目標應該定位為整個職業領域，使實踐教學環節更加貼近經濟社會。

3.2 構建職業化課改體系

以職場所需的崗位人才素質為出發點，以提高學生的就業率和就業質量為改革目標，構建符合社會就業價值的職業化課改體系[2]。在展開企業調研后，電信專業負責人應召開人才培養方案制定研討會，邀請企業負責人提出建議和意見，培養目標—修訂教學標準—調整課程設置和學時安排—適當增加綜合性實驗項目的內容。在課改中，還需要與眾多專業教師溝通，明確電子設計課程的教學思路，使課程改革與專業接軌、與行業連接，在開展電信專業知識教學的同時著重對學生進行設計工具運用能力的訓練，合理組織教學。在實習實訓環節中，導入信息技術企業工作制度介紹，著力解決企業需求的本科生基本素質、基礎知識、業務技能等方面的提升設計，實施類同企業的績效管理考核制度：對員工達成何種目標，為什么達成這種目標，通過檢驗和評價的手段，幫助和促進員工取得成績管理過程，并完成對員工素質評價，形成結果反饋總結。

3.3 與專業課程融合，充分發揮虛擬實驗教學特色

提倡學生三五個人組成線下虛擬工作小組，針對本課程的就業需求開展調研和討論活動，定期研討課程主題內容。在復旦大學數學科學院，如今有一大批“無學分”課程討論班，也可邀請老師參加，針對某一論文或者某一問題自己組織討論[3]。實踐證明這種形式讓學生獲益良多，少走彎路，是課下生生互動、師生互動、解決問題的有利推手。實踐實習環節，提前引入實訓演練APP軟件，引入技術研發方法介紹、生產周期、崗位設定及人員組織流程、技術更新方法，虛擬工作小組成員自主學習APP，模擬EDA技術相關企業工作流程，提前演練就業狀態、完成知識和技能儲備。在軟件輔助學習資料中可增加設計流程參考，如圖1和圖2所示。

3.4 加強課程實訓基地建設

實訓基地在本科教學中具有重要的作用和實踐價值，集教學功能、培訓功能、科研功能為一體的教學形式。EDA課程相關的實訓基地選擇要求學生在校期間就能完成就業崗位所需的崗位能力訓練，校內實踐教學基地不僅成為學生掌握基本專業技能的場所，還應加強現場模擬教學的組織與設計，提供一個與實際職業崗位相貼近的技能訓練空間，讓學生在有目標的實踐訓練前提下，通過一些設計性、探索性、開發性、工藝性和綜合性等的模擬訓練，使學生到達就業崗位后，不會對所處的環境，所遇到的工藝、技術、設備、生產組織管理等問題感到陌生，從而縮短了崗位適應期。同時培養并逐步使學生形成運用理論知識解決實際問題的專業技術應用能力，發現、分析和解決問題的方法能力，良好的工作品質和職業道德的個人能力，以及與人協作、交往的社會能力，使之具備實踐性強和有利于綜合職業能力培養的特點。學校要堅持以學生為本，加強對學生的指導和服務，并建立科學有效的評價制度，定期了解學生對教學、管理、服務的意見和建議，不斷改進教學工作，提高滿意度。

學校要建立對社會用人單位和畢業生的跟蹤調查機制，定期了解社會用人部門的需求和畢業生的反映，并根據反饋信息對專業設置、培養目標、培養規格、培養方案、培養方法等進行調整及改進。

3.5 FPGA設計的典型工程問題

明確典型工程問題也是本科課程職業化的重要教學內容，只有將實際問題引入教學，才能使學生進一步走進工程實踐、提高解決問題的能力和儲備解決方案。針對EDA技術中的FPGA工程設計環節，合理設計系統的時序是提高設計質量的關鍵。信號在FPGA器件內部通過連線和邏輯單元時，都有一定的延時。所以我們必須檢查設計中所有時鐘、清零和置位等對毛刺敏感的輸入端口，確保輸入不會含有任何毛刺。任何一點毛刺都可能會使系統出錯，因此判斷邏輯電路中是否存在冒險，以及如何避免冒險是設計人員必須要考慮的問題。通過改變設計，破壞毛刺產生的條件，來減少毛刺的發生。有時候我們需要對信號進行延時處理來適應對外接口的時序關系，最經常也是最典型的情況是做處理機的接口；因為與處理的接口時序關系是異步的，而一個規范的FPGA設計應該是盡可能采用同步設計。首先在FPGA中要產生延時，信號必須經過一定的物理資源。同步電路的速度是指同步系統時鐘的速度，同步時鐘愈快，電路處理數據的時間間隔越短，縮短觸發器間組合邏輯的延時時間是提高同步電路速度的關鍵所在。在設計FPGA時通常采用幾種時鐘類型。時鐘可分為如下四種類型：全局時鐘、門控時鐘、多級邏輯時鐘和波動式時鐘，選取可靠的時鐘是非常關鍵的。綜上可歸結的主要工程問題如下：

（1）建立時間和保持時間。

（2）FPGA中的競爭和冒險現象＼如何處理毛刺。

（3）同步復位與異步復位，FPGA設計中的同步設計。

（4）鎖存器、觸發器和寄存器。

（5）FPGA設計中的延時電路的產生。

（6）系統最高速度計算（最快時鐘頻率）和流水線設計思想。

（7）FPGA中的時鐘設計： 全局時鐘、門控時鐘、多級邏輯時鐘、行波時鐘。

3.6 FPGA設計實踐課的評價機制

實驗教學是高等學校本科教學的重要組成部分，對于培養學生理論聯系實際能力，實現素質教育和創新人才培養目標有著重要作用。實驗教學評價貫穿實驗教學的所有環節，主要考察學生的學習效果和教師的教學能力。從教與學的角度對實驗教學目標、內容、過程、條件和效果做出好與壞、優與劣的評價[4]。

課程走向職業化，評價機制應兼顧校內評價和校外評價，使得教學過程更具有適用性和針對性。課內評價除了課堂表現、出勤、報告及考試等方面，應參考學生創新成果、各級競賽、論文發表及科研參與等因素。課外評價要與企業實踐相掛鉤，做到實習跟蹤、接收企業反饋等環節。

4 結論（Conclusion）

課程職業化是一項系統工程。我院經過人才培養目標定位、構建職業化課程體系、教學改革研究，在課程職業化方面取得初步成效。在EDA教學方面，教學引入FPGA前沿資料，新型FPGA——浮點運算能效、計算過程能耗、連接性與延遲性、工程成本各方面進行介紹。學校將創新創業教育與專業教育深度融合；加大教學經費投入，建立具有行業背景、產業特色的創新創業基地，支持大學生開展創新創業活動；采取有效激勵和保障措施，引導教師積極指導大學生創新創業訓練計劃和科技創新競賽。深化高校創新創業教育改革，大力促進大學生創新創業是加快實施創新驅動發展戰略的迫切需要，是推進高等教育綜合改革的著力點和突破口[5]。2012年至2018年共立項“大創計劃”87項，其中國家級12項目，省級14項目，校級61項目。參與老師30余人，其中副高職稱以上17人，參與學生涉及我院電信工程、自動化、計算機科學與技術三個專業及其他學院部分專業，人數多達百余名本科生。大創參與活動中將近50%的學生開展EDA課程職業化改革探索，是課程職業化改革的有力參與者。

我院創建了大連雨霖科技有限公司等諸多校企合作基地，學生和老師每學年在專業實踐環節深入企業開展實習與研討工作。在近年來的就業工作中，實施EDA課程職業化改革后，電信專業就業率連創歷年新高。在今后工作中，就如何做好課程職業化還有更深入的工作要繼續研究和探討，比如如何合理分配經費實施更有效的課程改革，如何做好培養計劃，如何科學歸納和評價現有課程職業化的研究成果都是未來階段面臨的問題。

參考文獻（References）

[1] 葉立群.高等教育學[J].中國教育學會教育學研究會，福建教育出版社，2013（10）：118.

[2] 李偉.基于SW0T分析開展高職英語課程職業化改革[J].天津電大學報，2017，21（3）：52-55.

[3] 姜泓冰.廣培苗圃，也滴灌英才[N].人民日報，2018-9-10.

[4] 王墨林.FPGA課程創新型實驗教學體系的實踐[J].實驗科學與技術，2018，16（4）：139.

[5] 朱泓.審核評估內涵解析及自評自建工作要點[R].大連海洋大學藍色講壇，2017，9.

作者簡介：

王美妮（1978-），女，碩士，講師.研究領域：電子與通信工程.

趙 偉（1978-），男，碩士，副教授.研究領域：計算機應用.本文通訊作者.

戴禎德（1996-），男，本科生.研究領域：電子與通信工程.

李 響（1983-），男，碩士，講師.研究領域：信息技術處理.

吳曉雪（1989-），女，碩士，講師.研究領域：自動控制技術.