EDA技术课程改革与实践
2022-06-09
教育部、财政部关于"十二五"期间实施"高等学校本科教学质量与教学改革工程"的意见中明确强调：以专业建设为龙头，加强专业结构优化与内涵建设，以优质资源建设为保障，加强视频公开课和精品课程共享资源建设，以强化实践教学为重点，进一步强化实验实践教学平台建设，培养大学生实践能力和创新创业能力。根据"本科教学工程"对高校专业建设及实践教学提出的要求，我校电子信息类专业本着"加强基础、拓宽专业、注重实践、培养能力、提高素质"的原则，高度重视实践教学在人才培养中的重要作用。
EDA技术作为通信、电子信息类专业的技术基础课，其中的硬件描述语言、建模、仿真和综合技术既是设计高性能数字系统的关键技术，也是培养大学生实践能力和创新创业能力的有效手段。因此，我校针对该课程的教学现状，进行了一系列的教学改革，[1-5]包括：教学大纲制定、教材编写、实验室建设、教学实施与考核、网络资源的利用和开发。在实践中取得了明显的教学效果。
一、课程现状及改革思路
EDA技术课程包含了理论与实践两大教学环节，在以往的教学实践中存在一些不合理的地方：理论教学和实践教学归属不同的教学单位，独立授课，没有形成统一的教学大纲，造成理论和实践脱节；理论教学偏重理论的完整性，大量介绍各种发展史、各种硬件，软件编程能力的培养和训练稍显不足；实践教学学时偏少，且内容陈旧，实验室硬件投入相对不足；没有充分利用现代化教育手段，教学形式单一。
EDA技术是一门实践性非常强的课程，因此，在教学中必须高度重视实践性教学，改革的思路是：突出实践性教学的主体地位，根据实践性教学的需要制定课程的教学大纲，适当调整理论教学内容，优化教学进度，规范教学实施，并且要把网络资源引入课堂，拓宽学生的视野，提高学生的能力。
二、课程改革实践
（一）教学大纲制定
课程总学时为64学时，包含理论教学32学时、上机实验16学时、课程设计16学时。三部分教学内容由同一名教师承担。理论教学要使学生掌握可编程逻辑器件的基本结构、EDA开发工具、软件使用以及硬件描述语言，学会应用EDA工具进行数字系统的电路设计。实验教学要使学生理解和掌握EDA工具平台，熟练运用软件编写程序，更为重要的是要学会用软件编程的思路分析问题，培养学生动手和解决问题的能力。课程设计要通过引入跟电子技术应用联系密切的设计课题进行设计实战，培养学生从实际问题中提炼模型、并对模型进行优化、设计的能力，当然这就是培养学生实践能力和创新创业能力。
（二）教材建设
该课程的目的是引导学生由传统的通用集成电路的应用转向可编程逻辑器件的应用，合理选取或编写教材就非常重要。在我校的EDA技术课程改革中，我们编写并正式出版了《EDA技术基础》。该教材整合了我们多年在教学和科研实践所取得的成果，以人才培养目标为定位，体现了所编即所教、所教即所学、所学即所用的原则。教材内容主要包括：EDA技术概述、可编程逻辑器件CPLD/FPGA简介、Max+plusII/QuartusII软件应用、VerilogHDL硬件描述语言、VHDL硬件描述语言、程序设计实例、EDA实验及课程设计。该教材的特点就是以实践教学为主，根据实践教学的需要合理安排理论教学内容，并且是把理论教学、实践教学以及课程设计统一到教材中，融理论、实验、课程设计为一体的教学模式，经过教学实践的检验，效果明显。
（三）实验室建设
EDA技术课程的实验室投入很大，EDA实验平台包括计算机、实验箱、芯片、下载设备等。很多高校由于资金投入大、设备利用率低而不愿过多投入。我校的解决方案就是充分利用现有的计算机实验室，搞联合建设。
EDA实验包括随课实验和课程设计两大部分，随课实验完全在计算机上做，只做程序设计、编译、仿真，目的就是掌握EDA工具软件及HDL语言。而要实现一个完整的EDA过程，就需要用下载平台、芯片等硬件，这一部分的训练放在课程设计阶段。课程设计以3人为一组，10套平台就可以满足教学的需要。同时，为了使设备利用最大化，在安排课程设计的时候，就要综合考虑学生人数、指导教师人数、实验室硬件承受能力和实验室开放时间安排等。我校的通常做法就是打破时间规定，在一定时间范围内开放实验室，从早上8点到晚上10点，实验室全时段开放，指导老师全天候值班，让学生只做下载调试这一内容，其他步骤在各自的计算机上完成，这样的安排，可最大限度发挥硬件设备和师资的潜力，保障教学的正常开展。
（四）规范课程实施及考核
在教材的编写中，我们已经将理论、实验及课程设计三者做了统筹安排，教学大纲也明确了各环节的教学任务及相互联系，保障教学效果的手段就是建立统一的课程实施规范，凡参与该课程教学的教师要严格遵守。课程实施过程中，主要是保证理论课、实验课及课程设计的时间匹配问题，即每次随课实验的开设时间、课程设计的开设时间及课时数安排。
规范课程实施的另一个方面就是建立统一的课程考核方式：理论课、实验课、课程设计分别考核，其中以课程设计为主，凡是在课程设计阶段表现出色的学生，该课程免考，成绩核定为优秀，并且在开课之初就把考核要求告知学生，从一开始就激发学生的学习兴趣。
另外，举办校级EDA设计大赛，凡参与且获奖的学生，可以抵扣部分选修课的学分，在精神和物质上予以一定的奖励，在评先、评优、保送、留校、推荐工作等环节予以优先考虑等，培养学生自食其力，勤勉奋斗的做人态度，这是对学生最好的教育。
EDA技术作为通信、电子信息类专业的技术基础课，其中的硬件描述语言、建模、仿真和综合技术既是设计高性能数字系统的关键技术，也是培养大学生实践能力和创新创业能力的有效手段。因此，我校针对该课程的教学现状，进行了一系列的教学改革，[1-5]包括：教学大纲制定、教材编写、实验室建设、教学实施与考核、网络资源的利用和开发。在实践中取得了明显的教学效果。
一、课程现状及改革思路
EDA技术课程包含了理论与实践两大教学环节，在以往的教学实践中存在一些不合理的地方：理论教学和实践教学归属不同的教学单位，独立授课，没有形成统一的教学大纲，造成理论和实践脱节；理论教学偏重理论的完整性，大量介绍各种发展史、各种硬件，软件编程能力的培养和训练稍显不足；实践教学学时偏少，且内容陈旧，实验室硬件投入相对不足；没有充分利用现代化教育手段，教学形式单一。
EDA技术是一门实践性非常强的课程，因此，在教学中必须高度重视实践性教学，改革的思路是：突出实践性教学的主体地位，根据实践性教学的需要制定课程的教学大纲，适当调整理论教学内容，优化教学进度，规范教学实施，并且要把网络资源引入课堂，拓宽学生的视野，提高学生的能力。
二、课程改革实践
（一）教学大纲制定
课程总学时为64学时，包含理论教学32学时、上机实验16学时、课程设计16学时。三部分教学内容由同一名教师承担。理论教学要使学生掌握可编程逻辑器件的基本结构、EDA开发工具、软件使用以及硬件描述语言，学会应用EDA工具进行数字系统的电路设计。实验教学要使学生理解和掌握EDA工具平台，熟练运用软件编写程序，更为重要的是要学会用软件编程的思路分析问题，培养学生动手和解决问题的能力。课程设计要通过引入跟电子技术应用联系密切的设计课题进行设计实战，培养学生从实际问题中提炼模型、并对模型进行优化、设计的能力，当然这就是培养学生实践能力和创新创业能力。
（二）教材建设
该课程的目的是引导学生由传统的通用集成电路的应用转向可编程逻辑器件的应用，合理选取或编写教材就非常重要。在我校的EDA技术课程改革中，我们编写并正式出版了《EDA技术基础》。该教材整合了我们多年在教学和科研实践所取得的成果，以人才培养目标为定位，体现了所编即所教、所教即所学、所学即所用的原则。教材内容主要包括：EDA技术概述、可编程逻辑器件CPLD/FPGA简介、Max+plusII/QuartusII软件应用、VerilogHDL硬件描述语言、VHDL硬件描述语言、程序设计实例、EDA实验及课程设计。该教材的特点就是以实践教学为主，根据实践教学的需要合理安排理论教学内容，并且是把理论教学、实践教学以及课程设计统一到教材中，融理论、实验、课程设计为一体的教学模式，经过教学实践的检验，效果明显。
（三）实验室建设
EDA技术课程的实验室投入很大，EDA实验平台包括计算机、实验箱、芯片、下载设备等。很多高校由于资金投入大、设备利用率低而不愿过多投入。我校的解决方案就是充分利用现有的计算机实验室，搞联合建设。
EDA实验包括随课实验和课程设计两大部分，随课实验完全在计算机上做，只做程序设计、编译、仿真，目的就是掌握EDA工具软件及HDL语言。而要实现一个完整的EDA过程，就需要用下载平台、芯片等硬件，这一部分的训练放在课程设计阶段。课程设计以3人为一组，10套平台就可以满足教学的需要。同时，为了使设备利用最大化，在安排课程设计的时候，就要综合考虑学生人数、指导教师人数、实验室硬件承受能力和实验室开放时间安排等。我校的通常做法就是打破时间规定，在一定时间范围内开放实验室，从早上8点到晚上10点，实验室全时段开放，指导老师全天候值班，让学生只做下载调试这一内容，其他步骤在各自的计算机上完成，这样的安排，可最大限度发挥硬件设备和师资的潜力，保障教学的正常开展。
（四）规范课程实施及考核
在教材的编写中，我们已经将理论、实验及课程设计三者做了统筹安排，教学大纲也明确了各环节的教学任务及相互联系，保障教学效果的手段就是建立统一的课程实施规范，凡参与该课程教学的教师要严格遵守。课程实施过程中，主要是保证理论课、实验课及课程设计的时间匹配问题，即每次随课实验的开设时间、课程设计的开设时间及课时数安排。
规范课程实施的另一个方面就是建立统一的课程考核方式：理论课、实验课、课程设计分别考核，其中以课程设计为主，凡是在课程设计阶段表现出色的学生，该课程免考，成绩核定为优秀，并且在开课之初就把考核要求告知学生，从一开始就激发学生的学习兴趣。
另外，举办校级EDA设计大赛，凡参与且获奖的学生，可以抵扣部分选修课的学分，在精神和物质上予以一定的奖励，在评先、评优、保送、留校、推荐工作等环节予以优先考虑等，培养学生自食其力，勤勉奋斗的做人态度，这是对学生最好的教育。