駱忠強(qiáng) 熊興中

（四川輕化工大學(xué)自動(dòng)化與信息工程學(xué)院，四川 宜賓 644000）

0 引言

EDA（Electronic Design Automation）即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，從廣義上來(lái)說(shuō)，它是以計(jì)算機(jī)硬件和系統(tǒng)軟件為基本工作平臺(tái)，繼承和借鑒前人在電路與系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形學(xué)、圖論和拓?fù)溥壿嫛⒂?jì)算數(shù)學(xué)、優(yōu)化理論等多學(xué)科的最新科技成果而研制成的商品化EDA通用支撐軟件和應(yīng)用軟件包，目的在于幫助電子工程師在計(jì)算機(jī)上完成電路的功能設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、性能分析、時(shí)序測(cè)試直至PCB的自動(dòng)設(shè)計(jì)等的一門技術(shù)。從狹義上來(lái)說(shuō)，它是以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O(shè)計(jì)載體，以硬件描述語(yǔ)言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方式，以計(jì)算機(jī)、大規(guī)模可編程邏輯器件的開發(fā)軟件及實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工具，通過(guò)有關(guān)的開發(fā)軟件，自動(dòng)完成用軟件的方式設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的一門新技術(shù)[1]。

EDA技術(shù)作為四川輕工大學(xué)自動(dòng)化與信息工程學(xué)院電子電氣類專業(yè)的選修課程，開設(shè)在本科三年級(jí)階段，主要面向?qū)I(yè)有通信工程、電氣工程及其自動(dòng)化、生物醫(yī)學(xué)工程、電子信息工程。其目的是使學(xué)生掌握當(dāng)今主流的電子系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)（芯片設(shè)計(jì)）技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，為以后的深入學(xué)習(xí)和從事有關(guān)數(shù)字電路領(lǐng)域的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、芯片集成等工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。從綜合的角度看，EDA技術(shù)的課程具有知識(shí)體系大，綜合性強(qiáng)，覆蓋軟、硬件方面的技術(shù)，要求學(xué)生具有扎實(shí)的計(jì)算機(jī)編程能力和數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)能力。

1 現(xiàn)有教學(xué)問(wèn)題分析

由于EDA技術(shù)的課程應(yīng)用實(shí)踐特征性，EDA技術(shù)課程不僅要注重理論，更要注重實(shí)踐，即在學(xué)習(xí)硬件描述語(yǔ)言知識(shí)的同時(shí)，也要注重編程實(shí)踐或項(xiàng)目實(shí)踐。本課程需要注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)際動(dòng)手能力，使學(xué)生通過(guò)實(shí)踐，真正理解并掌握EDA技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)真實(shí)的電子系統(tǒng)。但是結(jié)合到我院在現(xiàn)有的EDA教學(xué)過(guò)程中，存在如下一些比較典型的問(wèn)題。

1.1 知識(shí)性教育大于能力性教育

EDA教學(xué)中存在典型的重理論知識(shí)，輕實(shí)踐能力和工程能力培養(yǎng)的導(dǎo)向，花費(fèi)了大量的理論教學(xué)時(shí)間講授VHDL編程語(yǔ)言知識(shí)，而忽視了怎樣利用VHDL實(shí)現(xiàn)編程仿真和特定模塊的設(shè)計(jì)仿真。知識(shí)性教育的導(dǎo)向往往是應(yīng)付考試，一旦考試結(jié)束，能力沒有得到培養(yǎng)，一段時(shí)間后學(xué)習(xí)到的知識(shí)便忘了，所以存在著較大的教學(xué)模式問(wèn)題。

1.2 實(shí)驗(yàn)和理論教學(xué)分離

EDA教學(xué)中通常都是先在教室里進(jìn)行課程理論教學(xué)，然后再在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，看似存在緊密的聯(lián)系性，但卻總是很脫節(jié)，課程教學(xué)的內(nèi)容沒有通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行編程練習(xí)，而反過(guò)來(lái)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容也沒有很好地對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行有效地鞏固和復(fù)習(xí)。學(xué)生總是有些乏力，提不上學(xué)習(xí)的熱情。每次課感覺都是從新開始，沒有建立起良好的循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)導(dǎo)向，所以是一個(gè)典型的問(wèn)題。

1.3 考核與管理

由于管理機(jī)制的問(wèn)題，理論課教學(xué)教師和實(shí)驗(yàn)室課教師，分屬于教研室和實(shí)驗(yàn)室中心不同部門管理，造成溝通上存在問(wèn)題。理論課的教師對(duì)實(shí)驗(yàn)不熟，想用實(shí)驗(yàn)室也不方便，致使不愿意接實(shí)驗(yàn)課，而實(shí)驗(yàn)室的教師不上理論課，對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)的把握不夠充分，只在意這個(gè)實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果，而且通常過(guò)于形式化。最終的考核也是分比例構(gòu)成，一般理論占70%，實(shí)驗(yàn)占30%。

2 教學(xué)改革方法思考與探討

EDA技術(shù)課程是具有強(qiáng)工程實(shí)踐應(yīng)用的課程，因此在現(xiàn)有的理論和實(shí)驗(yàn)分開的教學(xué)機(jī)制下，學(xué)生學(xué)習(xí)的效果不是很好，難以達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)，對(duì)于實(shí)際的企業(yè)需求存在不小的差距。因此，EDA教學(xué)的改革勢(shì)在必行。在管理機(jī)制上應(yīng)該進(jìn)行改革，將實(shí)驗(yàn)室并入所上課的教研室，為上EDA課程的教師提供使用實(shí)驗(yàn)室的便捷和便于教師間的有效溝通。理論課教師和實(shí)驗(yàn)課教師，不能單純劃分，必須理論和實(shí)驗(yàn)都要帶。現(xiàn)今就是實(shí)驗(yàn)的教師只帶實(shí)驗(yàn)，理論的教師只上理論，這種劃分明顯存在著教學(xué)上的問(wèn)題。由此本文針對(duì)本學(xué)院開設(shè)的EDA課程現(xiàn)狀和問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了下面的教學(xué)改革方法思考與探討。

2.1 以學(xué)生為中心，開展能力性教學(xué)

本校的EDA課程總共38學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)26學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)12學(xué)時(shí)。在教學(xué)過(guò)程，都是以教師為中心，教師講授，學(xué)生聽，或?qū)嶒?yàn)室講解關(guān)鍵步驟，學(xué)生再做。這種以教師為主導(dǎo)的教學(xué)需要過(guò)渡到以學(xué)生為中心，讓學(xué)生多動(dòng)手練習(xí)和思考。以培養(yǎng)學(xué)生能力的指標(biāo)為中心，單純的知識(shí)性講解，學(xué)生雖然學(xué)了，但是工程實(shí)踐能力沒有得到訓(xùn)練，是難以有這方面的能力。理論與實(shí)驗(yàn)盡可能都在實(shí)驗(yàn)室融合開展教學(xué)，不要分離在不同地點(diǎn)開展和不要分先后開展，即先理論、后實(shí)驗(yàn)。在教學(xué)資源較為緊張的情況下，在教室上課，可以安排學(xué)生帶上筆記本電腦進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)同時(shí)融合的教學(xué)。

2.2 案例式教學(xué)

在本校的EDA教學(xué)中，以VHDL語(yǔ)言為講解對(duì)象，理論方面?zhèn)戎赜谡Z(yǔ)言結(jié)構(gòu)和語(yǔ)法，學(xué)生聽著過(guò)于枯燥，缺少興趣。單純的語(yǔ)言講解，記憶的點(diǎn)過(guò)多，讓人容易忽略和忘記。由此需要改革，引入案例式教學(xué)，引入前述課程相關(guān)的案例，如數(shù)字電路中的D觸發(fā)器、鎖存器等，然后用VHDL程序?qū)崿F(xiàn)，將語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)和語(yǔ)法在有機(jī)的在案例中體現(xiàn)，讓人印象深刻，現(xiàn)今有些教材已經(jīng)開展注意到這種案例的編著，以求適應(yīng)案例式教學(xué)[2]。

2.3 項(xiàng)目式教學(xué)

EDA技術(shù)實(shí)用性很強(qiáng)，可以考慮引入項(xiàng)目作為教學(xué)導(dǎo)向，讓學(xué)生參與到項(xiàng)目中，邊做邊學(xué)，既能學(xué)習(xí)知識(shí)，又能鍛煉工程實(shí)踐能力。在新工科背景下，EDA可以與如人工智能等新興技術(shù)相互聯(lián)系，讓學(xué)生接觸到前沿知識(shí)，激發(fā)他們?nèi)ナ褂孟嚓P(guān)的軟件進(jìn)行實(shí)踐，如FPGA的邊緣計(jì)算和人工智能、FPGA的圖像處理等。

2.4 優(yōu)化考核方式，以成果為導(dǎo)向

傳統(tǒng)的閉卷考試重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)硬件描述語(yǔ)言的語(yǔ)法知識(shí)的掌握，對(duì)應(yīng)用和創(chuàng)新能力的考查沒有體現(xiàn)，優(yōu)化考核中的理論成績(jī)和實(shí)驗(yàn)成績(jī)比例，可以突出實(shí)驗(yàn)操作方面的成績(jī)，此外EDA課程的考核可以考慮引入最終成果考核機(jī)制，給定學(xué)生任務(wù)，用EDA實(shí)現(xiàn)其功能，以最終實(shí)現(xiàn)的成果是否達(dá)標(biāo)進(jìn)行考核，將工程實(shí)踐的能力體現(xiàn)凸顯出來(lái)。

2.5 線上視頻和網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)

由于教學(xué)資源的限制，可以讓學(xué)生線上學(xué)習(xí)教師的上課視頻，同時(shí)可以考慮建立虛擬的網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生的電腦可以接入網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)任務(wù)。現(xiàn)今虛擬的實(shí)驗(yàn)室建立，也變得越來(lái)越重要。

2.6 引導(dǎo)學(xué)生參加競(jìng)賽，提升研發(fā)能力

積極促進(jìn)學(xué)生參與競(jìng)賽，提高動(dòng)手能力，讓學(xué)生將理論知識(shí)與工程設(shè)計(jì)相結(jié)合，提升學(xué)生電子設(shè)計(jì)實(shí)踐能力及項(xiàng)目研發(fā)的能力，加強(qiáng)對(duì)EDA技術(shù)的興趣，以及能力培養(yǎng)。

3 結(jié)語(yǔ)

EDA技術(shù)作為一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，在新工科與專業(yè)認(rèn)證的背景下，如何進(jìn)行合理的教學(xué)規(guī)劃是高校教師一直思考與探索的問(wèn)題。本文在此方面進(jìn)行了一定的問(wèn)題分析和解決思路及方法的探討，未來(lái)需要進(jìn)一步結(jié)合以學(xué)生為中心的實(shí)踐效果，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)，促進(jìn)EDA技術(shù)課程教學(xué)的不斷優(yōu)化，促進(jìn)我院未來(lái)培養(yǎng)能夠進(jìn)行FPGA開發(fā)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研發(fā)的創(chuàng)新型、工程型人才。