EDA實驗教學改革創新的研究與探索

辛元芳　趙佰亭

【摘 要】隨著現代科技與信息的迅速發展，高級應用型本科人才不僅需要具有較高的專業知識水平，還要有較強的工程實踐能力。EDA技術課程作為電子信息類專業實踐性較強的課程，實驗課教學在整個課程中占有較大比重。在實驗教學過程中，如果仍然按照以往模式開展、設計實驗課程，是無法滿足當今對應用型人才培養需求的。這里從EDA技術實現相關電路系統的實驗和工程實際應用的差距來看，對EDA實驗課程面對的問題進行相應分析，針對傳統EDA 技術實驗教學中的問題和不足進行創新改進，以達到提升學生的科研素質、創新能力的目的。

【關鍵詞】EDA；實驗；創新

中圖分類號： G642；TN702-4；TP332 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）25-0173-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.25.079

【Abstract】With the rapid development of modern science and technology and information， advanced application-oriented undergraduate talents are required not only to have a high level of professional knowledge， but also to have a strong ability of Engineering practice. EDA technology is a practical course of electronic information specialty， and experimental teaching occupies a large proportion in the course. In the process of experimental teaching， if we still carry out and design experimental courses according to the previous model， it is unable to meet the needs of applied talents training. In view of the gap between the experiment and the practical application of EDA technology in related circuit system， this paper analyzes the problems faced by EDA experiment course， innovates and improves the problems and shortcomings of traditional EDA technology experiment teaching， and promotes students'scientific research quality and innovation ability.

【Key words】EDA；Experiment；Innovate

0 引言

EDA技術是現代電子信息工程相關專業的核心技術。EDA（Electronic Design Automation），即電子設計自動化，是二十世紀90年代初由CAD（計算機輔助設計）、CAE（計算機輔助工程）發展而來的，它是一種以計算機為平臺基礎的電路系統設計方法。具體來說，就是在相關的 EDA設計軟件開發平臺上進行程序設計、仿真測試、優化開發，最終能夠將程序設計表達轉換為電子線路硬件實現的技術。隨著計算機科技、硬件與軟件的不斷革新，EDA技術也在不斷地發展進步。從上世紀90年代末EDA技術就成為了現代社會發展的主要方向和應用調節基礎。當前，EDA 技術在產品設計與制造、科研、教學等各方面都發揮著巨大的作用，成為現代電子設計的主流路徑。

一直以來，EDA 技術課程在電子信息相關專業體系中都占據著重要地位。我校已開設 EDA技術課程多年，在EDA 技術實驗教學中，電路設計表達主要以原理圖或硬件描述語言的形式輸入仿真軟件進行數字邏輯設計，然后用大規模可編程邏輯器件作為電路硬件載體，以把仿真出來的電路設計的邏輯功能實現出來。在數字電路設計過程中運用這種軟硬結合的方法，能夠很好的滿足現代大規模數字系統設計的要求。在本校的EDA技術實驗教學中，通常采用計算機和含有Altera公司的FPGA芯片的EDA綜合實驗箱來完成實驗，輔以Quartus II軟件作為開發環境。其中，FPGA器件是 EDA 技術中最直接最核心的硬件，目前，VHDL語言以其強大的系統描述能力、規范的程序設計結構、靈活的語句表達風格和多層次的仿真測試手段成為當今 EDA 領域首選的硬件設計語言。因此，本校以VHDL作為硬件描述的主要表達方式。

1 EDA實驗教學現狀

傳統的EDA實驗教學是以基礎實驗為主，結合計算機Quartus II軟件平臺和EDA綜合實驗箱進行設計，具體過程如圖1所示。

目前EDA技術實驗課程中主要存在以下問題：

（1）首先，教師在EDA技術實驗教學過程中多以‘填鴨式、‘說教式的教學方式為主，這種以教師講解為主，同時使用多年未改的實驗指導書的實驗教學模式，往往使得學生缺少自己的獨立思考和個人見解能力，容易形成被動灌輸的局面。長期以往，學生會缺乏創新觀念和創新意識，導致大學生對實踐能力的認識和重視程度不夠，很難擺脫知識本位的學習理念，只重視理論學習和最終成績，而忽視了實踐過程與實踐能力，得不償失。

（2）其次，就是由于EDA技術實驗教學過程中，教師不僅從實驗方法、實驗步驟和注意事項等方面一一進行講解，而且還要手把手地進行實驗演示，在檢查學生實驗結果時很多同學一知半解，更不能靈活的把實驗現象與所學理論知識有機的結合在一起。每次實驗結束后會發現有些學生對實驗的原理都解釋不清楚。學生的學習幾乎完全處于被動狀態，達不到實驗教學的目的。更嚴重的是，實驗課后，大部分同學都是根據實驗指導書照抄實驗目的、實驗原理和實驗內容等，導致實驗報告重復率較高，而由于對實驗內容了解不夠深入，只有極少數同學能對實驗仿真的結果有自己的分析見解，多數同學的結論分析趨于雷同。

（3）最后，EDA技術實驗課的考核方式不夠完善，實驗課的成績多是參照學生出勤、實驗報告的完成情況給出，對學生的實驗考核不夠全面。這種形式主義，使得部分學生進入實驗室后“渾水摸魚”，對待實驗態度不夠認真，在小組的成員進行實驗的過程中，有些學生的心思根本不在本次實驗上，甚至在玩手機或者忙于抄襲上次課的實驗報告。因此，這樣給出的分數并不能如實反映學生掌握實驗知識的真實水平。

2 EDA實驗教學改革與創新

針對當前EDA技術實驗教學中存在的主要問題，提出以下教學改革與創新建議：

（1）在實驗設計過程中，由于學生的不同層次水平，部分同學能夠珍惜實驗機會，積極和實驗指導老師進行深刻探討；而有一部分同學學習基礎相對較弱，對實驗目的的認知不足，在實驗中不愿與老師同學進行過多探討分析，導致這部分學生容易放棄實驗課。因此在實驗設計中要盡量考慮學生的差異性，強調對學生主觀能動性和創造性的培養，因材施教。實驗指導教師可以分別開設精修課程與基礎課程模板，幫助學生能夠結合自身基礎，選擇適合自己學習的模板，以加強對基礎知識和創新能力不同層次的應用教育。

（2）針對學生實驗報告重復率較高的問題，一方面要使學生明確實驗目標，強調專業實踐課程的重要性；另一方面，實驗指導老師要加強實驗教學的管理，在平時的實驗過程中經常對學生進行隨機考核，以更加真實、客觀地對學生的實驗情況進行把握調整。另外，實驗指導老師還可以通過網絡公開課等形式，對于實驗教學中普遍存在的問題以及重點問題，給予公開解答并在平臺分享，以便于學生能夠及時解決實驗過程中遇到的問題，提高學生學習實踐的積極性。

（3）為了進一步激發學生對于EDA技術實驗課程的積極性，可以鼓勵學生開展實踐創新設計，適度增加學生實踐和自主設計的時間。相關專業教研組可以自行開發低價、便攜的EDA實驗板，供學生自主使用，為開展綜合、創新性實踐教學創造良好的條件。另外，實驗教研組可以根據當前技術發展及學生需求積極開發新的實驗項目，以更好地激勵學生的科研探索精神，培養學生的實踐創新能力。

（4）最后，可以有計劃地選拔部分積極性高的優秀學生進入創新實驗室給以重點培養，甚至跨年級組建創新團隊參加各類專業技能競賽、專利申報以及學生科研等，以帶動廣大學生創新能力的進一步提升；另外，可以充分利用電子電氣協會等專業社團的輻射作用，積極組織學生參與家電維修等社會實踐活動，促進學生應用能力的培養，加強學生對自我價值的認同。

3 小結

綜上分析了現有EDA技術實驗教學目前的現狀以及對于當前實驗教學改革創新提出的一些想法，但在具體實施中還存在一定問題。如實驗過程中設備會有不同程度的損壞，維修更新的滯后時間較長；要做到有針對性的實驗教學，需要實驗指導教師付出相當的時間與精力等等。這些都需要我們在實踐過程中不斷地改進完善。

隨著電子技術的快速發展，在現有EDA技術實驗教學現狀的前提下進行改革創新既能提高實驗教學的效果，又能夠使學生加深對EDA技術電路設計系統的掌握，建立學生的感性認識，激發和培養學生的學習興趣，引導他們積極進行實踐創新。

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