基于FPGA的EDA課程職業(yè)化教學改革研究

丁浩 閆偉 史洪瑋

摘 要：EDA技術(shù)課程作為電子信息類專業(yè)的專業(yè)課程，課程實踐性和應用性較強。針對電子信息類本科畢業(yè)生就業(yè)需求，結(jié)合目前EDA技術(shù)課程教學現(xiàn)狀，文中分析了本科教學中EDA技術(shù)課程教學滯后于電子信息技術(shù)發(fā)展、實踐教學效果不顯著、學生就業(yè)與企業(yè)需求脫節(jié)等普遍存在的問題。對EDA技術(shù)課程教學模式進行研究探索，提出基于FPGA的EDA技術(shù)課程職業(yè)化改革的有效途徑。最終提高了EDA實踐課程的教學質(zhì)量，增強了學生的學習動力，提升了學生的應用技術(shù)能力及畢業(yè)就業(yè)率。

關(guān)鍵詞：FPGA;EDA;就業(yè)需求;課程職業(yè)化;應用技術(shù)能力;教學改革

中圖分類號：TP319文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）10-0-02

0 引 言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，對畢業(yè)生的技能要求越來越高，對高校人才培養(yǎng)提出更高的要求，必將進一步推動高校課程改革。針對目前高校課程改革情況，主要分為如下幾種趨勢：課程要求職業(yè)化、課程設置多樣化、課程內(nèi)容綜合化。

職業(yè)化是目前高校應用型人才培養(yǎng)的總趨勢和總要求。課程職業(yè)化目標已成為高校課程改革的重要目標，通過職業(yè)化教學，培養(yǎng)具有職業(yè)化素養(yǎng)的畢業(yè)生，在以后的工作中更加容易成功[1]。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，對于電子信息類本科畢業(yè)生而言，從事應用型職業(yè)的學生比例較高。結(jié)合當前本科高校電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)情況，對學生的應用技術(shù)能力培養(yǎng)不足，導致畢業(yè)生無法滿足新興電子產(chǎn)業(yè)對人才的需求[2]。特別在現(xiàn)如今集成電路和計算機技術(shù)快速發(fā)展的背景下，EDA技術(shù)已成為電子行業(yè)從業(yè)者工作中必不可少的設計工具，EDA技術(shù)應用能力也成為評價電子工程師職業(yè)素質(zhì)的評價指標之一[3]。為提升本科畢業(yè)生應用技術(shù)水平，滿足新興電子行業(yè)對人才的需求，EDA技術(shù)課程的職業(yè)化教學改革勢在必行。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 課程大綱設計

EDA技術(shù)課程大綱課時設計不合理，其中實踐課時不足。通過查閱高校教學大綱以及報道交流，高校考慮到其是一門融合多學科于一體的綜合性學科，要求學生在掌握基本理論基礎上，精通開發(fā)語言并熟練使用設計工具，從而各高校EDA技術(shù)課程中的實踐課時占比約1/3。但是EDA技術(shù)是一門操作性、實踐性較強的綜合課程，實踐課時的不足無法滿足應用型人才培養(yǎng)目標要求[3]。

1.2 實踐教學設備

EDA技術(shù)課程側(cè)重實用電子系統(tǒng)的設計，培養(yǎng)學生自主創(chuàng)新能力，通過實驗箱硬件設備作為載體予以體現(xiàn)，增強學生的自主能動性，提升學習興趣。但實驗設備得不到保障，所用實驗箱集成度較高，對外開放接口較簡單，可擴展性較差。學生只需在實驗箱上進行簡單的插接連線、信號檢測等工作，不利于學生理解實驗原理，影響實際動手能力和學習興趣，從而導致實踐課程無法滿足社會對應用型人才的要求[4]。

1.3 實踐教學內(nèi)容

實驗教學內(nèi)容形式單一，缺乏創(chuàng)新及動手能力培養(yǎng)。驗證性實驗居多，只需完成EDA軟件簡單操作;綜合設計性實驗偏少，對EDA軟件和設計語言應用能力培養(yǎng)不足，無法充分調(diào)動學生積極性，無法有效利用EDA工具高效完成電子系統(tǒng)設計，更無法滿足就業(yè)市場對EDA開發(fā)能力的需求[2]。

1.4 課程考核方式

課程考核方式單一，無法反映學生實際應用能力。目前課程考核方式主要以書面答卷方式開展。從學生應試角度出發(fā)，主要采用短期復習、死記硬背方式，不能夠深入理解課程內(nèi)容。雖然在課程實踐環(huán)節(jié)包括了程序設計、軟件操作等內(nèi)容，但實踐課程評價依托于實驗報告、出勤情況等指標，抄襲復制情況嚴重，不能有效體現(xiàn)學生實踐應用能力水平，最終導致學生創(chuàng)新實踐能力和應用水平較低[1]。

1.5 實踐教師隊伍

高校教師實踐經(jīng)驗缺乏，與電子行業(yè)最新技術(shù)發(fā)展脫節(jié)。對于電子信息類教師走出高校交流、進修和進入企業(yè)學習的機會較少，特別是對于EDA技術(shù)課程教師，需要掌握電子行業(yè)最新的設計方法和積累設計經(jīng)驗。對于高校教師而言，有較強的理論知識，但對行業(yè)最新技術(shù)、設計方法和實際應用經(jīng)驗方面存在不足，導致對學生實踐創(chuàng)新能力的指導方面存在不足，使實踐教學與職業(yè)化教學脫節(jié)。

2 改革途徑

2.1 優(yōu)化教學方式，理論和實踐相融合

考慮到高校在現(xiàn)有情況下增加實踐課時的困難，通過優(yōu)化教學方式提升實踐環(huán)節(jié)占比，充分將理論與實踐進行融合。

（1）集中講解并開展實操練習。本文考慮將EDA技術(shù)課程全部安排在EDA實驗室開展。采用理論集中講解、FPGA示例介紹、EDA軟件演示及學生實操練習方式進行授課。

（2）關(guān)注工程案例和經(jīng)典設計講解。在課程講解過程中，要結(jié)合實際工程案例和經(jīng)典設計方法進行講解，讓學生在過程中體會和理解工程應用，從而能夠?qū)⒗碚撆c實踐有效結(jié)合，達到學以致用的目標。

2.2 改進實驗項目，驗證和設計相結(jié)合

EDA技術(shù)的基礎設備是可編程控制器，配合計算機和編程軟件，實現(xiàn)電子硬件和軟件系統(tǒng)的設計。將FPGA實驗平臺引入到高校實踐環(huán)節(jié)，提升實踐硬件平臺的可拓展和可塑性，設計基于FPGA的實驗平臺，充分利用EDA技術(shù)完成數(shù)字系統(tǒng)的設計。結(jié)合EDA技術(shù)課程的特點，按照遞進方式，分層設計EDA實踐項目，其主要分為基礎項目、驗證項目、設計項目和綜合項目。

基礎項目熟悉軟件使用和設計流程，驗證項目包括功能性驗證和時序性驗證，設計項目完成從底層到頂層的設計，綜合項目完成從架構(gòu)設計、模塊劃分、功能實現(xiàn)及下載驗證的所有環(huán)節(jié)，結(jié)合實際工程案例，在過程中理解并掌握設計方法，讓學生有一次系統(tǒng)工程的設計經(jīng)驗。

2.3 完善考核辦法，校內(nèi)外評價考核

針對當前EDA課程考核存在的問題，為保障EDA技術(shù)課程職業(yè)化改革，本文提出采用校內(nèi)評價和校外評價的考核辦法。

校內(nèi)評價采用組合量化的考核方式，重點考核課堂表現(xiàn)、實驗報告和期末答辯三個項目，其中課程表現(xiàn)占比10%，實驗報告占比30%，期末答辯占比60%，解決考核結(jié)果無差異化問題，充分調(diào)動學生積極性。在期末答辯環(huán)節(jié)，能夠充分體現(xiàn)學生本課程的實踐能力，具體考核方式如下：一方面在每次實踐課堂中，抽取學生進行口頭匯報實踐開展情況;另一方面在最后一次實踐課堂中，開展一對一實踐項目答辯。

校外評價體系，側(cè)重學生實習能力的量化考核，將企業(yè)對員工的考核評價體系進行優(yōu)化并應用到學生的校外評價體系中，讓學生認識到企業(yè)對員工的考核方向，了解由校內(nèi)評價考核向職業(yè)化考核體系的轉(zhuǎn)變。

2.4 強化師資力量，校內(nèi)外實踐培訓

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，對高校教師的業(yè)務水平提出更高的要求，需要了解并掌握電子行業(yè)的前沿科技、發(fā)展趨勢及設計技術(shù)。在當前電子設計自動化背景下，設計工具集成度越來越高，對于EDA技術(shù)課程教師業(yè)務水平要求更高。對于師資力量的提升，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(yǎng)方案。定期開展教師的實踐培訓、校企合作交流和企業(yè)進校園等活動，同時推動和鼓勵教師參加企業(yè)掛職鍛煉。

3 結(jié) 語

EDA技術(shù)是一種適應信息時代的促進本科實踐改革的教學手段，作為一門應用性很強的實踐類課程，已成為高校電子信息類專業(yè)的重要改革熱點。其不僅轉(zhuǎn)變了本科高校應用型人才培養(yǎng)方式，更是實踐教學理念和人才培養(yǎng)目標的革新。

本文詳細分析了本科高校EDA技術(shù)課程的教學現(xiàn)狀和存在問題，針對當前問題，從教學方式、實驗項目、考核辦法及師資力量等方面提出EDA技術(shù)課程職業(yè)化改革方案。該方案有效提升了學生理論應用能力和創(chuàng)新實踐能力，學生能夠?qū)W以致用，分析問題和解決問題，最終滿足社會對高校畢業(yè)人才的需求。

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