基于EDA技術的課程整合教學研究

當前幾乎所有高校的電子信息類專業均開設了電路原理、模擬電子技術、數字電子技術、單片機原理這幾門課程，該類課程是電子信息類專業的核心課程，也是重要專業基礎課程。學生對這幾門課程相關知識的掌握程度在很大程度上體現了其專業素質水平，因此該類課程教學的重要性不言而喻。

EDA(Electronic design automation)技術是指電子設計自動化技術，其以計算機軟件為平臺，融合電子技術、計算機技術、信息處理及智能化技術進行電子系統的自動設計。EDA技術與相關技術的發展相輔相成，其主要包括電子系統的仿真、綜合、實現三方面。可以說當前電子電路的設計已經離不開EDA技術，因此對于電子信息類專業學生來說，掌握良好的EDA技術已經成為必不可少的專業技能。因而，在電子信息類專業的教學實踐中，基于EDA技術實現專業基礎課程的整合教學的探索十分重要且必要。

課程整合教學的背景及目的

目前大部分高校均將EDA 技術作為電子信息類專業的一門專業選修課，而在教學計劃上通常是將電路原理、數字電子技術、模擬電子技術作為先修的專業基礎必修課，將EDA 技術、單片機技術等作為后續綜合提升課程。而電子電路專業基礎課程的教學模式通常采用理論教學和實踐教學結合的方式。學生對于理論的學習在課后只能通過做課后習題的方式來補充，無法及時對理論進行驗證和擴展。在實踐教學中受限于實驗硬件條件，往往采用驗證性實驗為主的方式，學生自主設計實驗不足，從而導致學生無法將理論學習真正用到電子電路的設計中去，使得學生學習效果不理想，對專業基礎知識的掌握和應用不到位。

EDA技術是一門實踐性很強的課程，學生利用EDA軟件可以不受實驗硬件條件的限制，在計算機上學習電子電路的仿真設計、可編程器件的開發、PCB的設計及集成電路的設計等技術。然而先修基礎理論課程的掌握不夠，使得EDA課程教學中大部分學生沒有足夠的電子電路理論知識來支撐實踐，無法解決實際的問題。

為了克服傳統教學模式的缺點，充分利用EDA技術的優點，可以將EDA技術充分融合到電路原理、模擬電子技術、數字電子技術及單片機原理的課程教學中，探索課程整合教學，實現多元化教學模式。

課程整合教學的優勢

基于EDA技術的課程整合教學相較于傳統各門課程獨立教學的模式具有以下明顯優勢：

EDA技術主要使用計算機作為設計平臺，克服了實驗室開放時間的限制和硬件條件不足及器件更新不及時的缺點，學生可以隨時隨地在自己計算機上利用EDA軟件進行自主學習、自由探索、創新設計，學習成本低、效率高、效果好。

教師改變課堂授課、課后作業的傳統教學模式，將EDA技術貫穿到教師的課堂理論教學中，可以實現教學模式多元化，有助于提高學生的學習興趣，培養探索精神。

隨著集成電路和計算機技術的發展，實驗室器件及設備更新較慢，成本較高，而EDA技術的軟件更新成本低，可以以較低的教學成本獲得較好的教學效果。

課程整合教學的探索

為了更好地利用EDA技術實現課程的整合教學，當前各門課程的理論教學和實踐教學的教學模式都需要做出調整，進行教學改革，將EDA技術貫穿到學生在課堂內和課堂外的學習中，將學生自主實踐引入到培養計劃的范疇之內。

培養計劃的調整。為將EDA技術充分利用到各專業基礎課程的教學中，可將原先第6學期開設的EDA技術課程調整到第三學期，以便在數字電子技術、模擬電子技術、單片機原理等課程開設時教師和學生可以充分利用EDA技術，為教學提供多元化模式。

理論教學模式的改革。電路原理、模擬電子技術、數字電子技術、單片機原理等專業基礎課程的傳統教學模式通常以學生課堂聽教師授課、課后完成作業為主，教學內容也是以基礎理論為主，對實際電子電路設計問題很少涉及，使得學生很難更深入地學習。為將EDA技術引入課堂，教師必須對教學內容做出調整，教學方式必須多元化。

以數字電子技術理論教學為例，首先教學內容應做出調整，在基礎理論教學基礎上增加電子電路系統設計和具體工程實例講解。在教學方式上可利用EDA軟件，對不易理解的知識點采用課堂上軟件仿真的教學方式，將電子電路的仿真設計帶進課堂，使學生能夠形象、直觀理解芯片的功能以及應用。且在EDA軟件上對設計的修改方便快捷，仿真結果直觀易懂，而且能讓學生了解EDA開發的過程，加深學生對數字電子技術知識的認知度。此外，學生的課后作業也在以前單純做題基礎上增加電子電路仿真設計的課題，并將這種自主實踐環節加入到課程考核中，激發學生課后拓展學習。EDA技術與數字電子技術課程的融合，提高了學生自主學習的積極性，激發了學生設計創造的興趣，提高了學生的動手能力和創新能力，有利于取得更好的教學效果。

實踐教學模式的改革。在傳統實踐教學中，由于受到實驗室硬件條件的限制，實驗內容多以演示型、驗證型實驗為主，缺少設計型特別是系統設計型實驗，忽視了學生自主設計和創新能力的培養。將EDA技術引入實踐教學中，可以在很大程度上彌補硬件不足及更新緩慢的缺陷，使得專業基礎課程的實踐教學不再局限于試驗箱、實驗室。實踐教學內容可在基礎實驗基礎上，增加更多的設計型實驗和自主創新設計課題，學生可以在自己的計算機上利用EDA技術進行系統的仿真設計與驗證，對設計過程中產生的疑問和難點可以在課堂上與教師討論尋找解決方案，這樣將實踐教學延展到課堂外，使得課堂內的實踐教學效率大大提高，學生也可以根據自身情況拓展不同深度的學習。

以單片機原理實踐教學為例。單片機原理課程內容相對抽象，屬于實踐性較強的課程，因此實踐教學的質量非常重要。然而在傳統的單片機原理實驗課堂上，常常受到實驗課時間和實驗箱硬件條件的限制，實驗內容通常以基礎實驗為主，主要讓學生實踐單片機的基礎應用。而自主設計的系統型實驗很少，教學效果不太理想。然而把Proteus仿真軟件加入到實驗教學中后，對于如并口、定時器之類的基礎實驗，學生可以先在仿真軟件中進行系統仿真，可以直接觀察結果，修改電路也非常方便。仿真無誤再在實驗箱上連接電路調試，大大提高了實驗效率。此外，在仿真軟件上可以完成功能更強大的綜合性系統，可鼓勵學生自主設計，激發學生創新精神。EDA技術的融入使得教學效率和教學效果均取得了較大改善。

形成培養學生實踐創新能力的機制。在課程整合教學的基礎上，建立創新設計實驗室，結合各種電子設計類的比賽和市場的需求，鼓勵學生積極參加電子設計類競賽，將理論知識與硬件、軟件設計更有效地進行結合，讓學生自主完成從方案設計、軟件仿真編程到硬件電路的制作與調試，整個過程由學生自主完成，教師僅提供技術指導。鼓勵學生關注前沿專業技術和市場需求，開展創新設計項目，讓學生真正體驗到從理論知識到實踐成果的轉化，更好地提高學生解決工程能力和創新能力的培養，完善學生知識體系的構建，培養具有探索精神、創新能力和實踐經驗的專業人才。

課程整合教學的成效

近年我校在電路原理、數字電子技術、模擬電子技術、單片機原理等課程教學中相繼實踐了基于EDA技術的課程整合教學，各方面均取得了良好的成效。

基于EDA技術的課程整合教學改革，促成了課程教學模式的多元化，促進了學生課內學習與課外鞏固拓展的融合，使學生真正成為教學活動的主體，教學效率和教學效果明顯提高。

將EDA技術融入到專業基礎課程教學中，有利于培養學生的自主學習能力、創新能力和綜合專業素質，促進優秀人才和優秀成果的出現，為在我校近年在省級、國家級各類大學生科技創新大賽中取得優異成績奠定了良好的基礎。

有利于培養具有探索精神、創新能力和實踐經驗的專業人才，使得學生具有較好的工程意識、具有團隊協作能力、善于發現問題解決問題，使得畢業生在激烈的職場競爭中具有更大優勢，近年畢業生的就業率逐步提高。