可編程器件及EDA技術課程教學改革

解建俠 張建中 張明

（安徽建筑大學電子與信息工程學院 安徽 合肥 230601）

EDA 技術發展迅速，已經涉及電子信息、通信、計算機應用及自動控制等眾多領域，其重要性也日益突出。同時，隨著技術市場與人才市場對EDA技術需求的不斷提高，產品的市場效率和技術要求也必然會反映到教學和科研領域中來［1］。

1 課程教學目標

可編程器件及EDA 技術課程是筆者學校針對計算機、電子信息工程等專業開設的一門重要技術基礎課，是模擬電子線路、數字電子技術等專業基礎課后開設的一門必修課程。本課程的教學目標是：結合已學習的理論知識，運用較新的設計方法、較新的器件和軟件，進行數字電路、數字系統的實驗和設計。通過理論和實踐學習，讓學生能夠運用模塊化設計方法進行電路和系統的設計、調試、優化、仿真、測試，讓學生體驗實驗的各個環節，掌握EDA 設計基本方法，進而達到培養和鍛煉學生動手能力、獨立思考能力、工程設計能力的目的。

2 教學現狀及存在問題

本校緊跟時代發展步伐，從開設這門課以來，一直在探索和改進。最初采用的是理論32學時、課內實驗8 學時的教學模式。延續了幾年，越來越發現對于這類需要實際操作的課程，實踐部分急需加強。于是，幾年前開始調整為理論24學時，實驗課脫離理論課單獨開設，提高到30 學時；語言也由最初的VHDL 調整為Verilog HDL，教學效果在一定程度上得到了提升。

將實驗課單獨開設為一門課，并且學時提高到30學時，這一舉措效果良好。在實施了幾年后，發現學生的動手能力明顯提高了不少，對這門課的理解也加深了很多。為了更好地達到教學目標，結合實際，發現有些地方還存在不足，有待改進，具體如下。

2.1 理論學時不夠，授課方式單一

理論學時的縮減給整本教材的講解帶來了一定的困難，在授課當中，只能選取課本中比較重要的部分進行詳細講解。另外，為了讓學生鞏固知識點，還要在課堂上集中講解作業中的錯誤點，但是這務必又會占用一部分教學時間，所以，在授課當中處處覺得課時不夠。

授課方式的單一主要體現在教師講授理論知識、學生被動接受［2］，雖然在課堂上盡量活躍氣氛，激發學生的學習熱情，但是整體的學習效果還有提升的空間。筆者最近就授課方式在學生中進行了調研，部分學習認真的學生認為有的章節可以安排學生提前預習，然后由學生主講，這樣不僅可以幫助學生加深理解相關知識點，同時也可以讓學生得到鍛煉。

2.2 教學安排不太合理

目前的教學安排是每周1 次，每次3 學時。就教學效果而言，每周2 次、每次2 課時是最合理的，教師和學生的狀態都會比較好。而現在的3 節課連上，教學效果和聽課效果都會大打折扣，教師精神飽滿地上了2 節課后，已略顯疲憊，接下來的第3 節課，教師基本上是用意志力在上課，教學熱情隨之也會減少；而學生的專注力也會較前2 節大大降低，他們會說話，會走神，會時不時想看手機，總之很難集中精力。

2.3 教學環境需要改善

2.3.1 理論教學和實驗教學沒有很好的銜接

目前，理論課和實驗課分別在教室、EDA實驗室進行，沒有很好地銜接，其實這二者都應該在實驗室進行。教師在講解理論課的某些知識點時，學生可以跟著教師的節奏在機器上實時操作，學習效果會提高不少。例如，在介紹Verilog HDL 相關規則及語法后，學生可以在軟件平臺上編寫簡單的程序，編譯運行，如果有錯誤，計算機會有相應的英文提示，學生通過反復修改、編譯會很快掌握相關的語法。

2.3.2 實驗室面積小，臺套數少

目前，實驗室面積只有132m2，實驗設備也僅有40 臺套，如果想保證人手一套的話，每次只能安排40 個學生。但就上學期教學實際情況而言，理論課單次授課時學生最多的班級可達100 多人，所以，就目前的實驗環境，很難將理論課和實驗課都放在實驗室進行。另外，在實驗的安排上，局限于當前的實驗環境，要分多批進行，這在一定程度上也增加了教師的負擔。

2.3.3 實驗環節耗時長

目前，實驗環節是教師先提前布置任務，學生做好預習工作，在規定的時間內完成實驗，實驗結束時，教師查看驗收結果并做記錄，學生回去撰寫紙質實驗報告，報告中涉及的相關數據需要學生在實驗中截圖、打印并粘貼在報告中。筆者認為實驗室的實驗環境應該改進，可以讓學生在實驗中記錄數據，實驗后及時提交完整的電子版實驗報告，這樣不但可以給學生節省很多的時間，而且還會大大減少紙張的浪費。

3 學生的積極性和創新性有待提高

都說興趣是最好的老師，那么，如何提高學生的學習積極性呢？這就需要教師的引導及學習條件的創造。筆者認為學院可以聯合一些器件廠家，建成“口袋實驗室”，因其功能相對齊全、體積較小，學生攜帶起來比較方便，可以很好地彌補傳統實驗室的不足［3］。這樣學生就可以像借閱圖書一樣用學生證到實驗室借用口袋實驗套件來完成課程學習、創新活動等相關內容，有了這些實驗套件，學生可以不受時間、地點的限制在任何一個可以學習的地方，隨時進行實驗［4］，一個真正意義上的全開放、全共享、課內外一體化的自主學習實踐平臺正式建立了，學生的學習積極性自然就會提高了。

對于創新性而言，在學生掌握基本知識的前提下，可以進行知識的拓展。在授課方面，可以將該課程涉及的最新知識傳授給學生，如軟件的最新版本、EDA 技術應用的最新領域等。具體的內容可以引用實例進行講解，例如，在講解狀態機時，可以引導學生思考日常生活中哪些可以用狀態機實現，如交通燈、電梯、自動售貨機等，這些比較熟悉的實例學生會比較感興趣，也很容易接受，更重要的是，學生還會主動思考現實生活中還有哪些可以用類似的方法實現。此外，可以提高創新性的方法是教師指導培養優秀大學生參加各類學科競賽，檢驗學生的創新能力，開闊學生視野［5］。

4 教師的知識儲備有待加強

可編程器件及EDA 技術這門課知識更新得非常快，教師承擔著教書育人的重任，所以，授課教師要緊跟發展潮流，進行相應的知識儲備更新。但是，教師目前實際的儲備量達不到要求，甚至略顯匱乏。對于師資力量的提升，建議重點實施入企培訓、進修和實訓鍛煉方式，提出“雙師型”教師隊伍培養方案［6］。教師在授課之余也應該積極主動地通過網絡等平臺汲取新知識，主動參加相關的專業資格認證考試，通過校方和自身的努力，將EDA 技術最新、最全的知識“收入囊中”。

以上是筆者在近幾年的可編程器件及EDA 技術課程教學中對這門課進行教學改革的一些體會，本著從學生出發，立足社會發展現狀，爭取做到更好、更強，設想通過這些舉措將該課程的教學效果提高到新的層次。

5 展望

結合現代信息技術的迅速發展，在以后的教學中，應盡可能地在現有的教學條件下進一步提升教學效果，具體可以從以下幾個方面入手。

5.1 以立德樹人為根本，探索“課程思政”新模式

根據本課程的教學內容與特點，將培養家國情懷、培養專業自信、培養工匠精神和培養職業精神4 個方面作為“課程思政”的新模式。

在講授EDA 技術緒論時，通過電子技術的發展史，并結合工業技術革命等內容，讓學生體會到科學技術的進步是實現人類對美好生活向往的基礎［7］。在介紹PLD產品概述時，通過查閱最新資料，帶學生了解國際市場上EDA 市場呈現寡頭壟斷的局面，主要由Synopsys、Cadence 和Mentor（被西門子收購）三巨頭瓜分，國內EDA 市場超過85%的份額也由三大廠商占據［8］。差距固然存在，但是受政策和資本的雙重擁簇，我國半導體產業蓬勃發展，以華大九天、芯愿景等為代表的多家本土EDA公司軟件在業內得到一定程度上的應用，越來越多的設計公司使用本土公司EDA工具，從而培養學生的專業自信。

課程思政的實施是一個綜合性過程，除了在課堂教學的過程中引入思政案例之外，還可以在多個維度相互配合展開，將課堂教學與課外教學相結合。

5.2 與信息技術有機融合，提升知識理解與應用

現代信息技術要改變學生的學習方式，使學生樂意并有更多的精力投入現實的、探索性的教學活動中去。在本學科的課堂教學中，將信息技術手段作為模擬教學、案例教學、討論等教學方式的有效輔助形式。恰當運用新媒體技術，創設良好教學“情境”。建立網絡學習資源，使學生學習更加方便、師生溝通更加便捷高效［9］。新媒體教學的感性知識信息刺激學生的各種感官，從而獲得最佳教學效果。

5.3 用信息技術手段，實現課程全過程管理

借助信息技術手段，通過建立班級QQ群、微信群、學習通等多方位實現課程管理，從而使得學生的學習和教師的教授可以不受時間、地點的限制。借助移動教學平臺（學習通），為課堂教學注入新活力，如學生的簽到問題，100多名學生，可以在短短1min內了解出勤率。課程管理增加課堂教學過程中師生間的課堂互動和信息反饋，提高學生參與教學過程的主動性和積極性，從而提高本課程的教學效果。

5.4 混合式教學模式

混合教學模式將傳統線下面對面的課堂教學與借助網絡教學平臺的優勢進行互補和有機融合，既發揮了傳統面對面的課堂教學過程中教師的引導和監控教學過程的作用，又給傳統課堂教學引入了新活力，發揮了學生的主動性和創造性，進而提高學生的創新意識和創新能力。

混合式的教學創新模式對教學效果的提升有很好的輔助作用。例如，在講授這門課之前，引導學生提前在線觀看視頻，組織學生思考我國為什么必須研發擁有自主知識產權的國產EDA技術，并進行分組討論。

教學過程從基礎到高階遞進，從傳統的被動式的“教師教”到主動式的“學生學”。

6 結語

EDA 課程作為一門應用性很強的實踐類課程，已經成為電子信息類專業學生完成現代電子系統設計不可缺少的設計工具。對基于FPGA的EDA教學，首先，從提高教師自身綜合素質入手，充分考慮FPGA 和EDA技術的特點，合理安排教學內容。其次，根據學生的實際情況，采取形式多樣的教學手段和實驗方法，配合豐富多彩的課外實踐創新活動，并建立多元化的考核方式，以此提高學生的綜合應用能力和創新意識，以及分析問題和解決問題的能力。最后，通過本課程的學習，使學生掌握先進的EDA 技術，能夠運用Verilog HDL 進行電子系統設計，為以后從事芯片級的設計打下堅實的基礎。