E DA 技術實踐教學改革探討

李 燕

（河北科技師范學院機電學院，河北秦皇島 066000）

一、EDA 技術教學實踐過程中常見的問題

（一）課程內容滯后、時代感不強

其實EDA 技術在中國起步并不算晚，早在20 世紀90 年代初期，中國就開辟了EDA 產業的自有根據地。一項ESD Alliance 統計數據顯示：2021 年全球EDA 市場規模為132.75億美元，同比增長了15.77%。而受益于半導體產業向中國轉移的發展趨勢，中國EDA 市場的規模實現了較快增長［1］。據中國半導體行業協會預測，到2025 年中國EDA 市場規模將達到184.9 億元，2020-2025 年年均復合增速為14.71%［2］。由此可見，EDA 技術在國內乃至國際社會上都快速發展。但是縱觀當前編寫的《EDA 技術基礎》教材卻并未跟上時代前進的腳步，存在嚴重的教材內容更新速度慢、技術落后、時代感不強等問題，嚴重影響了展現EDA 技術新成果，學生在學習過程中也難以了解最新的前沿技術，無法準確把握EDA 技術未來的發展趨勢。

此外，教材內容中理論贅述過多以及實驗和習題設置不匹配的問題也在一定程度上模糊了EDA 技術實踐教學環節的教學目標。一旦學生找不到明確的學習目標，自然會喪失學習的動力，再加上受到課程理論知識枯燥和內容滯后性強等因素的影響，如果不盡快實施有效的教學改革，培養學生的學習興趣終將成為空談。

（二）教學方式單一、靈活性不強

當前學生能從EDA 技術實踐教學環節中獲取EDA 知識的途徑并不多，主要來源于教師在封閉教室內口頭講授，教學方法也大多延續傳統的“填鴨式”法，即教師講、學生聽。在這種一成不變的教學模式中師生之間的互動少之又少，傳遞和交互信息十分有限。長期處于這種“重教輕學”的環境中，表面上看起來教師已經根據教學大綱的要求完成了教學任務，實則并未調動起學生學習課程的興趣，尤其是教材中零零落落的知識點很難形成系統的構架，更談不上深度思考和探究課程內容。

顯然這種缺乏變通的單一教學方式不利于學生培養EDA 設計思想和運用技術提升實踐能力，也違背新時代“先學后教”的教育精神，不能把學習時間真正還給學生，難以有效開發學生的個人潛能，促進他們全面發展綜合能力。

（三）實驗模式陳舊、創新性不足

經過多年觀察和總結教學經驗發現，受到多種客觀因素和制約條件的影響，當前很多學校的實驗項目普遍并不多，并且存在EDA 課程學時少、教學模式陳舊等諸多問題。尤其是教師在實驗教學環節大多扮演“主人翁”的角色，組織實驗時大多延續“教師主講→開展實驗→報告匯總”固化的實驗教學模式。學生長期處于這種固化的實驗模式下，難以培養創新思維意識。

實驗教學作為課程理論教學的一個主要分支，目前的教學活動并沒有嚴格考查學生的實驗成績部分，其總分占比很低，而且教師評估的實驗成績大多以學生提交的書面報告為參照，忽視了全面考查學生整個實驗過程中的動手能力。正因為如此，導致很多學生從思想根源上就不重視學習實驗教學內容，受到這種不良思想作祟的影響，何談培養和提升學生的動手實踐和創新能力。

二、提高EDA 技術實踐教學改革效率的策略

（一）明確學習目標，通過激發興趣培養學生的探究能力

俗話說：“興趣是最好的老師。”要想培養學生對EDA 課程產生濃厚的興趣，學生必須先了解“為什么設置這門課程，其意義在哪里?”因此，教學改革可以先從學生熟悉的在各領域應用EDA 技術的介紹入手，通過多媒體教學的方式為學生展現其應用廣泛和技術發展帶給人類的進步和震撼，讓他們身臨其境地感受EDA 技術對于電子設計的重要性以及無限需求技術創新的時代感召。然后分別列出利用EDA 技術設計電子產品的優勢，讓學生一目了然地看到其應用的價值，體悟其光明的就業前景。通過觀看課前準備的短片內容，再經過教師課上引導講解，學生能了解EDA 技術作為一種潮流新技術應用于數字時代發展的重要性、廣泛性和不可或缺性。由此，學生心中就會生起學好專業技術的神圣感和使命感，并堅定學好EDA 技術的信念。此時，教師再為學生介紹EDA 技術之于電子工程師及相關電子技術研發從業者的必要性，方可培養學生學習EDA 技術課程的興趣。學生以興趣為支持，就能更好地發展自身的探究能力。

作為懷揣青春夢想的一代，學生只有了解了自己所學課程的重要性并且賦予學習以非凡的意義時，才能明確學習目標、鉚足學習的干勁兒，在樂學的過程中有所收獲。

（二）緊跟時代發展，通過優化課程內容提升學生應用知識的能力

EDA 作為一門實踐性很強的課程，其教學改革實踐可以嘗試傳統與現代共存、軟件與硬件結合、虛擬與實際相生的實踐教學方法，著重培養學生工程實踐方面的能力。因此，EDA技術實踐教學改革首先要明確實現學生將理論知識應用于工程實踐中解決實際問題的教學目標；然后將使用工程設計方法分析和設計系統作為教學工作的重點，以便提升學生未來就業時設計實際工程的能力。

根據人才培養目標的要求，EDA 技術課程設計實踐教學改革除了要培養學生利用所學理論知識分析問題的能力之外，還應該培養學生利用軟件和硬件完成電路調試的技術實踐應用能力，并將這兩個部分的內容作為評定學生綜合能力的參照依據。通過調整設計課程內容，幫助學生理順專業知識的系統性和完整性，通過理論積累和實踐訓練提升學生分析和解決工程實踐問題的各項能力，主要包括電子電路設計、器件選擇、手冊查詢、工藝制作、電路調試和維修等。

受制于EDA 技術實踐教學課時有限的客觀因素，在教學改革過程中，教師應該練好內功、吃透教材，在全面、深度理解的基礎上吸收、內化教材中零散的知識。通過章節融合的方式系統化調整、處理、構建新的教學模塊，形成新的理論框架，從而打通VHDL 編程語句、FPGA 設計流程與實例應用之間的鏈接，提高學生使用不同軟件、硬件的熟練程度和技術能力。換言之，無論選用什么樣的設計軟硬件，都要保證設計思路不受影響、設計目標不受干擾，真正做到知識為技術所用、技術因實踐而精。

要想提升課堂教學質量，除了優化、調整教學內容之外，還應該合理規劃教學時間。具體可以通過增加課時、實驗教學與理論教學相結合等途徑實現。筆者的教學實踐嘗試取得了不錯的應用成效，有效實現了理論知識與實驗教學互相鞏固和驗證，教學效果事半功倍。

（三）豐富教學手段，通過多元教學方式激活學生學習的自主性

很長一段時間以來，“板書+講授法”一直是我國傳統的教學方法。隨著時代發展和教育改革工作持續推進，其應用的弊端日漸顯現。新時代背景下，各種新型授課方式日漸盛行，教學改革可以采用“板書+講授+多媒體+實物演示+實例引導”的新嘗試，以穿插創設問題情境、生活情境等方式展開EDA 技術實踐教學活動。觀察發現，學生帶著問題聽課時參與課堂的熱情更高；學生在設計過程中遇到難以突破的瓶頸時，如果教師先啟發和引導學生的思路，再講授解決方法，就能有效節約設計時間、提升教學效率，甚至部分學生在教師的指導下還能自主找到解決問題的方案。此外，通過綜合對比新舊教學方法發現，采用豐富多樣的靈活教學模式能快速點燃學生的學習熱情，激發他們的探究欲望，學生更容易產生自主學習的原動力。

當前較常用的多元教學方法主要包括：（1）交互討論法。此方法旨在利用實踐課堂教學活動，借助提問的方式搭建交流渠道，增強師生之間的互動，從而調動學生參與課堂的熱情，培養學生自發學習和獨立思考的能力。（2）目標驅動法。這是一種由教師布置課外作業和實驗內容、目標，由學生按照教師的要求自主完成實驗任務的教學方法。在明確目標的指引下，學生能更快速地激發學習的自驅力，順利完成資料查找、方案設計、儀器調試和實驗匯總等各項實驗工作，能有效提升學習的主動性。（3）研究法。此方法是指教師教學過程中傳授觀點、思路、方法以及布置課后作業等均具有研究性色彩，目的在于通過“潤物細無聲”的方式熏陶學生，激活其探究本能。（4）指導法。通常用于學生能獨立完成的實驗項目，實驗全程教師只負責解答學生的疑問而不講授任何內容，這種教學方式真正把課堂還給了學生，有利于培養學生自主學習的能力。（5）自主實踐法。EDA 技術實踐教學不能只局限于課上時間，開放自主實驗室為激發學生自發學習的各項潛能提供了更多可能。（6）課外活動法。通過分組教學的實踐方式組織科技活動，培養學生的合作意識和探究能力。（7）科研項目法。這是一種教與學互相交融的新嘗試，既鼓勵學生積極參與教師的科研工作，又支持教師帶領學生開展學習研究活動。（8）網絡輔導法。即以現代網絡技術為媒介，通過網絡交流的方式建立師生之間的聯系，教師借助網絡媒介遠程輔導學生［3］。

在EDA 技術實踐教學改革過程中，教師要特別注重創新應用教學方法，切勿拘泥于某種單一的教學手段，而應該根據教學內容的差異性，在綜合學生實際水平和不同教學階段等因素的基礎上靈活開展多元的教學嘗試，因地制宜地采取有效措施有機整合教、學、做，真正實現“教學有法，教無定法”。

（四）重視實驗教學，通過改革考核方式提升學生設計能力的全面性

通常而言，實驗教學主要包括三個方面的內容：（1）基礎性實驗。此類實驗是各專業教學均不可跳過的實驗內容。（2）綜合性實驗。此類實驗是根據學生所學不同的專業區別設定的實驗內容。舉例來說，電氣工程及其自動化專業的學生在完成這部分實驗時應該將考查重點放在設計控制器上；通信工程專業的學生則應將實驗重點放在設計信號處理算法上；電子信息工程專業則要將設計實用電子小產品作為培養和考查學生技能的重點。（3）開放性實驗。此類實驗具有高度的開放性，即在實驗室開放期間，學生利用課余時間根據自己的愛好和傾向自由選擇實驗內容，此類實驗有鮮明的開放性和創新性特點［4］。

為了促進全面發展學生的設計能力，教師可以采取如下措施：（1）編制具有可行性的實驗指導手冊。實驗教學涉及諸多知識點，很多學生實驗之初會有點“丈二和尚摸不著頭腦”。因此，課程教師最好為學生提供與課程內容相對應的實驗指導手冊，整理、標示其中涉及的知識點。這樣學生不但能在實驗過程中快速、系統復習所學理論知識，而且在無法獲取教師的指導時能第一時間通過自學成功完成實驗內容。教師編制手冊應該遵循精簡引導的基本原則，分列清楚實驗的題目、目的、具體要求和涉及的理論知識點，盡可能地為學生設計相應的實驗思路，注明實驗的注意事項等，最大限度地通過實驗操作開發學生的思考能力。（2）側重設置綜合性實驗。即結合已有實驗調整實驗教學過程中的各類實驗，加大設置綜合性實驗的占比，提升學生的EDA 技術實踐能力。（3）優化設計實驗報告格式，完善實驗考核機制。在考查實驗教學效果時，教師應該在進一步優化設計實驗報告格式的基礎上通過轉變實驗主體的方式調整教學方式，如通過分組展開實驗教學，由小組長負責總結、匯報實驗的設計思路及實驗過程、結論等，教師在實驗教學過程中只需要發揮好引導作用，概述性總結學生的實驗情況即可。此外，為了盡可能地挖掘學生的個人潛能、拔高學生的創新能力，教師在實驗教學過程中可以嘗試摒棄原有抽簽做實驗的舊傳統，改用開放性實驗的方法考核學生的各項能力。在考核過程中，教師只需要規定實驗時間，保證實驗題目唯一即可?？梢栽诂F有實驗條件允許的情況下由學生自主選擇實驗內容，最終由教師公正、客觀、全面地綜合評定實驗過程及結果等。

三、結語

EDA 作為一個強規模、弱周期的產業，對專業技術人才的實踐能力和創新能力要求很高。然而很多學生都提不起學習EDA 課程的興趣，甚至感到力不從心。面對良好的就業前景和日益激烈的市場競爭環境，EDA 技術實踐教學改革勢在必行。學科教師必須充分了解當前課程教學過程中存在的問題，與時俱進地采取相應的措施進行教學改革，方可幫助學生解決學習難題，提升學生自主學習和實踐創新的能力，進而培養出更多符合新時代發展需求的全面發展的EDA 技術應用人才。