CDIO理念下地震行業特色院校EDA技術與應用實踐教學改革

孟娟 李亞南 韓智明 高琴

[摘 要] 結合地震行業應用創新人才培養目標，對EDA技術與應用課程的實踐教學進行改革，包括設置基于CDIO理念的地震儀器儀表設計工程實踐項目，借助雨課堂豐富教學手段，設計多元化考核方式等。該教學方式對提高學生電子設計與創新能力具有一定促進作用。

[關鍵詞] EDA技術;教學改革;實踐教學;CDIO

[基金項目] 2019年度防災科技學院教研教改項目“CDIO理念下EDA技術與應用課程的教學模式改革”（JY2019B01）

[作者簡介] 孟 娟（1983—），女，湖南益陽人，碩士，防災科技學院電子科學與控制工程學院講師;李亞南（1988—），男，安徽阜陽人，碩士，防災科技學院電子科學與控制工程學院講師。

[中圖分類號] G424? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）31-0241-02? ? [收稿日期] 2019-12-20

EDA技術與應用是一門應用性和實踐性很強的專業課，設計者可以借助軟件方式完成系統硬件功能，在電子通信、控制、儀表設計等領域應用廣泛。

防災科技學院是一所地震行業特色應用型本科院校，致力于培養防災減災特色人才。相比地質、勘探等優勢專業，測控技術與儀器、自動化等工科一般性專業，因行業背景不鮮明，就業率、就業質量明顯不敵那些優勢專業。同時由于地震儀器儀表設計技術門檻相對較高，學生就業競爭優勢不明顯。為改變人才培養的不利局面面，滿足地震行業人才需求，尤其是輸送地震儀表設計、應用與維修方面人才，急需對EDA課程進行教學改革，以培養能適應行業需要，具有較強工程實踐能力的電子設計創新人才。

一、EDA技術與應用教學現狀分析

EDA技術是隨著大規模集成電路技術、計算機輔助工程技術發展起來的，是一門理論與實踐相結合，且實踐性很強的課程，目前普遍采用理論實驗相結合的教學方式，這種教學方式存在教學方法單調、學生學習主動性差、實驗教學內容零散且與工程實踐脫鉤等問題，不利于提高學生應用和工程創新的能力[1]。

二、EDA技術教學現狀分析

EDA技術是隨著大規模集成電路技術、計算機輔助工程技術同步發展起來的，是一門理論與實踐相結合，且實踐性非常強的課程。目前該課程普遍采用理論與實踐相結合的教學方式，存在教學方法單調、學生學習主動性低、實驗教學內容分散且與工程實踐項目脫鉤、考核方式陳舊等問題，不利于提高學生的知識應用和工程創新的能力[1]。

尤其是實踐教學，由于通常采取集中理論講授和多個試驗并行的方式，理論教學中的難點無法及時操作實踐，導致理論和實踐教學脫節。實踐教學內容大多為通用實驗，要么難度低，要么與實際結合不緊密，無法提高學生解決實際問題的能力。更為嚴重的是，由于實踐教學內容設置未從行業應用需求出發，對學生工程創新能力提升不夠，導致人才培養與行業脫節，學生就業競爭力低。

三、課程改革思路

為了培養契合地震行業需求的人才，需進行EDA課程教學改革，尤其是實踐教學有必要結合地震行業特點和應用需求，優化實踐教學內容，豐富教學手段，提高學生應用及工程設計能力，提升職業技能。

CDIO是一種新型工程教育理念，以工程項目從設計到生產的生命周期為載體，讓學生參與理論到實踐的轉化過程，能較好解決傳統工科人才培養中與行業脫節、對學生工程創新能力提升不夠的問題[2]。同時，為加強和提高我院防災減災人才培養水平，有必要依托工程化的地震儀表電子系統設計與研發項目，創新EDA實踐教學，尤其是進行教學內容優化，凝練凸顯行業特色的工程實踐項目，使學生在實際的電子系統設計與實現過程中掌握所學知識，提高就業競爭力。

四、實踐教學改革

基于課程實踐性強的特點，安排理論學時16，實踐學時32。在理論教學中，將課堂從傳統的教室轉移到機房，將以章節為主線的授課模式變為項目教學，由教師導入具體電路系統或儀表的實用背景，引導學生綜合應用數電、電路課程的專業知識，進行方案設計;在實施項目設計中引出相關VHDL語法，并完成設計編程，提升教學效果。

1.實踐教學內容改革。為培養行業人才，堅持按照“依托項目，夯實基礎，綜合創新”的理念進行實踐教學改革，將傳統驗證性實驗改變為工程項目實踐，通過設置基于CDIO的分層次實踐項目[3]，使學生不僅掌握專業技能，更學會工程項目開發習慣和模式。實踐項目分基礎、初級設計、高級設計、綜合創新四個層級，每個實驗均設置分級要求，學生可自由選擇基礎或提升實驗內容完成。

基礎實驗主要是讓學生熟悉Quartus II平臺，加深VHDL程序結構和語法理解，包括Quartus II軟件使用、奇偶校驗器、基于原理圖的全加器設計、表決器、搶答器等。結合這些通用電路應用場景提出設計需求，學生編寫程序并驗證，初步了解整個開發流程。

初級設計實驗是為進一步掌握VHDL語法并進行自主設計的同學設計的，包括分頻器、脈沖計數器等精度頻率計。這些都是地震儀表設計中常用電路模塊，要求學生了解這些電路不同應用場景的設計需求及對程序設計的影響，完成程序編寫進行仿真驗證，學生對這些模塊從設計到實施的過程中邊做邊學，初步了解工程化項目實施流程。

高級設計實驗是緊密結合行業需求設置的地震儀器設計項目，包括高精度地震計時儀、地震計標定信號發生器、地震儀表系統中的電磁干擾識別系統、地震數采和存儲系統，以團隊形式完成。學生除了要熟悉這些儀表的工作和設計原理，還需要擇優設計方案，確定總體設計框圖并分模塊設計，搭建最終系統調試，使之滿足設計需求，有能力的同學還可進行外圍電路甚至是PCB設計。依托地震儀器設計工程項目，變無目標被動學習為任務驅動的主動學習，學生以實踐、工程化方式掌握EDA技術，提高了職業技能。

綜合創新實驗是為對EDA技術學習具有極濃興趣，有意向參加學科競賽的同學提供的。通過設置一些靈活的開放性課題引導他們進行綜合設計并參加創新大賽，如基于FPGA的地震報警鬧鐘、地震烈度計設計等。

2.教學手段創新。由于項目要求復雜，需要綜合運用多種EDA平臺構建接近實際工程項目開發的體系，學生根據方案選擇不同平臺，如利用Multisim進行電路設計，利用QuartusII完成軟件編程與仿真。

為引導學生主動探究，利用微信、QQ、雨課堂[4]等手段，實現課堂教學與線上學習融合。課前采用引導式教學法，用雨課堂布置任務，推送相關教學視頻和PPT，引導學生查閱相關背景和原理知識;課內采用互動式教學法，調動學生積極參與討論設計方案并擇優實現;課后利用梳理總結法，在微信和QQ群內督促學生及時進行梳理，將零散知識點串成知識網，并分享優秀案例，強化工程項目設計的總體流程概念，提升學生專業技能。

3.多元化考核方式。EDA考核重點是要突出對學生電子設計和實踐應用能力的考核。設定平時成績占50%，不僅參考出勤和實驗報告，還利用雨課堂的互動教學功能，從學生實驗前預習，到實驗中方案設計實現與驗證，再到試驗后總結，進行全面衡量。期末成績占50%，包括用閉卷考試檢驗學生基本知識掌握程度，以及2～3個開放式地震儀表設計課題，讓學生選擇課題進行設計答辯與演示，實現從理論到實踐的全面考核。

五、結論

基于EDA技術與應用課程綜合性、實踐性強的特點，結合本院防災減災特色人才培養目標，進行了課程教學改革，包括設計分級、緊密結合行業應用需求的實踐項目，創新教學方法和手段，科學設置考核方式。實踐教學改革基于CDIO理念，讓學生在工程項目實現中邊做邊學，掌握電子系統設計全流程，促進學生提高電子設計和應用創新的能力。課程改革方法可為其他行業特色院校的EDA課程改革提供一定的思路和參考。

參考文獻

[1]夏冰.面向“應用型”的EDA技術課程教學改革研究[J].科教導刊（中旬刊），2019（08）：112-113.

[2]呂曉蘭，左敬龍，孫國璽.OBE與CDIO模式相結合的立體化EDA課程教學探究[J].高校實驗室工作研究，2017（01）：16-19.

[3]張淑莉.應用型本科院校《EDA技術及應用》課程創新型實驗教學改革研究[J].智庫時代，2019（21）：296+298.

[4]顧澤慧.基于雨課堂的混合式教學模式在“EDA技術應用”課程中的教學探索[J].無線互聯科技，2019，16（05）：156-157.