EDA技术基础课程教学改革与探讨

钟海丽

摘 要 EDA技术是电子设计领域的一场革命，目前正处于高速发展阶段，传统的教学方法已经不能满足EDA课程教学的需要。本文针对在“EDA技术”课程教学中出现的问题，从教学内容、教学方法、教学手段、实验课设置及考核等几个方面提出了教学改革的措施。近几年的实践证明这些措施的实施，能较好地培养学生的综合能力及实践动手能力。

关键词 EDA技术 数字电子技术 教学改革 应用

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.06.020

Teaching Reform and Exploration on EDA Technique Foundation Course

ZHONG Haili

（School of Physics and Electronics， Changsha University of Science and Technology， Changsha， Hunan 410077）

Abstract EDA technology is a revolution in the field of electronic design， which is currently in the stage of rapid development. Traditional educational methods can no longer meet the needs of EDA teaching. According to the problems in EDA technology teaching， several teaching reform measures are proposed in this paper at teaching content， teaching methods， experimental course setting and final assessment. After several years running， it is proved that implementation of these measures can better cultivate students' comprehensive and practical capability.

Keywords EDA technology； digital electronics technology； education reform； application

EDA代表了當今电子设计技术的最新发展方向，“EDA技术”课程在电子信息及相关专业的学生的学习中变得越来越重要。但是长期以来，由于教材的编写要一定的时间，造成了本课程的教学内容跟不上EDA技术的飞速发展，教师不能把最新最前沿的知识传授给学生；课堂教学中教师仍然是教学的主体，而“EDA技术”课程又是一门实践性非常强的学科，如果只是被动的听讲， “纸上谈兵”式的教学模式必然会使学生失去学习兴趣；重理论轻实际，实验模式固化，而且以验证性实验为主，创新性得不到锻炼；考试过于看重分数且一次定成绩，不能准确地反映出学生的实际能力等等问题，因此“EDA技术”课程的改革势在必行。本文试从以下几个方面对“EDA技术基础”课程教学改革做一些探讨。

1 调整教学内容

现在许多学校的教材是清华大学出版社出版的潘松、黄继业的《EDA技术与VHDL》，该教材分为十二章，基本上是遵循先语法后应用的原则，比如开篇第二章VHDL程序结构与数据对象就介绍了VHDL程序基本构建、文字规则及VHDL数据对象，虽然注重了系统的整体性与连贯性，但是对于初学者来说，在没有任何基础的情况下讲语法，无异于没有砖瓦就要建高楼大厦，过于抽象而无法理解掌握。相反，我们可以电子线路设计为基点，通过一个具体的实例，让学生对EDA设计的基本流程有一个感性认识。比如我们在入门的第一堂课里用二选一数据选择器作为典型的实例，自然地给出完整的VHDL描述，同时给出其综合后的RTL电路图及仿真波形图，并对此选择器进行硬件验证，将其输入输出信号锁定在芯片确定的引脚上，编译下载，完成FPGA的最终开发。[1]这种教学方法突破传统的VHDL语言教学模式和流程，将语言与EDA工程技术有机结合，减少了授课时数，同时大大提高学生的学习兴趣。

2 把数字电路与EDA 课程教学结合起来

“EDA技术”课程是以数字电子技术知识为基础、具有较强实践性、工程性的专业课程。但是，传统的教学模式中，两门课程是分两个学期分开上的，第一个学期先上数字电路，第二个学期再上EDA技术。这样的教学模式减弱了课程之间的联系，当学习数字电路理论时候，学生会感到抽象、不好理解；而当另外一个学期学习EDA课程时，他很可能又忘记了数字电路所学内容，教师只好花很大一部分时间来重新解释相关理论。如果在课堂教学中，把数字电路与EDA 课程教学结合起来，这两个问题都能够迎刃而解。例如数据选择器的设计，通常的教学方法是首先列出其真值表，再根据真值表写出逻辑表达式，根据逻辑表达式画出逻辑电路图，最后再进行分析。由于数据选择器有两种输入信号，即地址信号与数据输入信号，[2]学生很难分清与理解，但是利用EDA设计中的硬件描述语言进行文本输入，用仿真电路的波形分析输入输出的逻辑关系，这个问题变得非常直观（见图1）。

由图可知直观地看出，当地址信号分别为“00”、 “01” “10” “11”时。输出依次选择每一路的输入信号传送。

3 引入网络教学

随着计算机网络的迅速普及和发展，网络教学已经成为近年发展起来的一种新的教学方式。在EDA课程的教学中引入网络教学，改变传统的“满堂灌”的教学方式，让学生成为教学中的主体。例如，在EDA课程的网络教学平台上，将课程中的每一部分重点内容以视频的形式存放在网站中，便于学生课后学习调看；将历届学生该课程实训及课程设计的优秀作品设置成专题，方便学生随时查阅；在网站中设置专题讨论，可以加强师生间的互动，增加学生对相关内容的理解；设置与本课程相关的学习论坛的网络链接，整合教师与教师，学校与学校之间的资源，为学生创设广阔自由的学习环境。

4 增加实验课课时，调整实验课内容

实践教学是“EDA技术”课程教学的重要组成部分，但是，长期以来，实验教学一直作为辅助环节，从属于理论教学，课时过少，实验内容单一。上个学期我们借鉴了清华大学的一项改革措施，即一开课学生就一人一块FPGA实验开发板，将 “EDA技术”的实验与授课内容相配合，设置了三个层次的实验：第一，基础性实验，主要是熟悉数字电路中的组合电路及时序电路的单元电路的设计方法；第二，设计性实验，要求学生完成一些简单应用性电路系统的设计，掌握层次化设计技术与数字系统设计方法；第三，综合性实验。可以把学生分成若干组，每一组负责一个比较复杂的课题，然后把该课题划分成几个模块，比如出租车计费器有速度模块、计费模块、计时模块、显示模块等等，每个学生负责一个模块，分工合作，最后由大家一起完成顶层电路的设计，并进行下载和硬件测试。这类实验是我们改革的重点，可以培养学生综合设计能力以及团体合作能力。将软件设计程序在硬件电路上得到验证，可以提高学生的学习兴趣。

5 课程考核改革

本课程更注重学生的语言学习能力和动手编程能力，因此，根据一次考试成绩判定学生的学习效果是不客观的，平时的学习表现可以更真实地反应学生的学习情况。考核目標应从以往的“考知识”转变为“考能力”。避免学生为应付考试死记硬背理论知识，而忽视了对知识的理解和应用。此外，考试内容不应局限于上课内容，更应该注重对学生编程能力的体现。本课程考核可以采用平时考核和期终卷面考核两种模式相结合的方式，两项分数合计为课程最终成绩，平时考核成绩占总成绩的60%，期终卷面考核成绩占总成绩的40%。平时成绩的具体考核内容包括：到课率和上课表现考核（占总成绩的20%），作业考核（占总成绩的20%），上机考核（占总成绩的10%），小论文（占总成绩的10%）。

6 结语

我校对“EDA技术”课程的教学以及考试改革已经实施了两年，取得了一定的成效，学生的设计水平已有很大的提高。 上学期学生利用EDA课程的设计方法，完成了锂电池管理系统（BMS）的设计，于2018年12月申请了国家专利，专利号为2018221371594。这些都证明该门课教改措施是行之有效的。但是，随着EDA技术的飞速发展，随着电子器件、软件平台、设计方法、设计手段不断更新，现代化的课堂对教师在教学内容、教学方法、教学手段上提出了新的要求与挑战，“EDA技术”课程的改革仍然任重而道远。

参考文献

[1] 潘松，黄继业.EDA技术与VHDL（第四版）[M].北京：清华大学出版社，2014.

[2] 阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2015.