EDA技术与数电课程教学相结合的实践方案

【摘 要】EDA技术是提升数电课程教学质量的重要技术，本文分析了EDA技术应用在教学中的必要性，并结合数电课程的实际教学要求进行了“数电”课程改革的实践策略的制定。对提升EDA技术应用价值，具备较为积极的意义。

【关键词】EDA技术；数电课程；实践方案

电子信息作为我国的支柱产业，近年来发展异常迅猛，尤其在各类职业院校，电子信息课程教学的规模和力度都不断加大，并在不断发展和革新，但彼此之间的办学水平却相差甚远，尤其是地方性技工学校正在接受更加严峻的挑战。如何构建一种科学合理的教学模式，有效培养迎合社会需求的高素质毕业生更是一个非常突出的问题。

一、EDA技术应用在教学中的必要性

计算机有存储量大、运行速度快、电子记忆的特点被EDA技术借助，成为集成电路、印制电路板、电子整机系统设计的主要技术手段，已经在电子设计领域得到广泛应用。美国NI公司的Multisim软件就是这方面很好的一个工具。它是以windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟、数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有高仿真、高分析的能力。使学生实际动手与教学理论脱节的这一问题得到了很好的解决。学生可以更快地、更方便地用计算机仿真，把教学中的理论再现出来，这也极大地提高学生的学习热情和积极性。EDA研究的对象是电子设计的全过程，包括电子技术领域中从低频到高频直至微波、从线性到非线性、从模拟到数字、从分离元件到集成电路等。以大规模可编程集成电路为物质基础的EDA技术打破了软硬件之间的设计界限，使硬件系统软件化，这已成为现代电子设计技术的发展趋势。当前，EDA技术正在迅速发展，在电子技术的相关领域不断深入，有着广阔的发展前景。目前，常用的EDA工具和软件有ispExpertSystem，QuartusII，ISE，Multi-sim等。

二、“数电”课程改革的实践策略

（一）优化课程设置

1.调整开课时间。

随着电子信息技术的飞速发展，各种新器件、新技术的不断涌现，以及众多电子类仿真软件的应用，电子信息专业的课程教学内容在不断地发展变化，教学课时也在逐渐缩减。“数电”置前至第二学期，“电路”、“模电”随后，其他诸如“工程认知实践”、“FPGA”、“微机原理与接口”、“单片机”、“嵌入式系统”和“DSP”等应用和实践性较强的课程，紧随其后安排在第3—5学期。这就使学生具备提前接触电子设计知识及工程训练活动的能力。这种实践性能力的获得，比基于传统教学模式下至少提前2—3个学期，学生能提前为未来的学习和实习打开充裕的自主学习空间，为就业打下坚实的基础。

2.优化教学内容，将EDA/FPGA技术引入课程教学。

由于“数电”开设时间大幅度提前，需降低对“电路”和“模电”等课程知识的依赖。因此，首先精简逻辑门电路章节内容，去除复杂的CMOS、TTL门电路结构分析，只作逻辑门电路的功能、特点的简略讲解；淘汰555定时器相关内容，并将D/A与A/D转换器内容调整至“微机原理与接口”课程中；大量引入EDA技术和VerilogVHDL语言，将Verilog VHDL语言及其应用贯穿于组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路等章节，使VerilogVHDL语言的程序设计方法与数字电路的理论与应用密切衔接，实现“软件先行，以软带硬”的教学目标。课程理论授课学时压缩至48学时，并开设24学时的实验课程。实验课程中，去除基于74系列器件的低层次设计内容，将FPGA技术全面引入到数字电路实验教学中。总共安排13个实验项目，其中7个是基于FGPA的复杂数字系统的设计，对学生综合学习能力要求较高，能有效加强学生实践能力，培养创新能力。教材选取工程创新型电子信息类精品教材《实用数字电子技术基础》，理论与EDA实践结合紧密，满足本课程改革的内容要求。

（二）改革教学方式和方法

1.实行模块化与理实一体化教学。

将课程内容分成逻辑代数基础、组合逻辑电路和时序逻辑电路三个模块。第一部分突出逻辑代数基础知识的讲授，采用案例教学法，布置难易合适的习题，加强对基础知识的理解。而后两部分注重理实一体化，部分内容放在EDA实验室讲解，师生双方边教、边学、边做，全程构建素质和技能培养框架，提高教学质量；配置充分准备的实例，部分實例如组合电路中的编/译码器、选择器，以及时序电路中的计数器等内容，运用EDA技术进行仿真、验证，并通过教师进行示范性操作等手段，使学生获得具体、清晰、生动、形象的感性知识，加深对书本知识的学习，增强学生的学习兴趣。学生边学、边练、边积极总结，达到事半功倍的教学效果。

2.将任务驱动式教学与“口袋实验室”相结合。

在理论和实验课堂教学之外，还安排三个实践项目：智能抢答器、数字钟、电子密码锁，要求学生自行组织3—5人的小团队，根据任务要求完成项目的分析、方案的制订、EDA仿真，并在开发板上完成硬件调试，最终进行作品展示、成绩评价和经验交流。这里，我们提倡“口袋实验室”运行方式，让学生从实验室定期租借开发板或自购，进而解决实验时空局限性的问题，他们在宿舍就可以完成课程中的实例、实验训练以及自己的创意设计，充分打开自主学习空间，并激发个人学习兴趣。

3.推行第二课堂教学法。由于本课程教学知识点较多，而课堂教学课时较少，因此要拓展第一课堂，将部分教学知识点，利用课外时间，让学生自主学习，另外实验考核和课程考试包含这部分知识点，从而实现有效的督促作用。

三、结论

通过本课程改革实践，倡导“软件先行，以软带硬”的教学理念，注重EDA/FPGA技术的掌握和运用，以加强学生对数字电子技术的融会贯通。本次改革方案已经在个别班级进行了初步实践，取得了较好的教学效果。学生大多数能够独立完成课程要求，课程考核通过率达98%以上，实践考核100%通过。对本课程以及数字电子系统设计的兴趣明显提高。

作者简介：陈定东（1974-），男，湖南衡阳，衡阳技师学院电气学院，大学本科，一级实习教师，主要从事模电、数电、家用电器原理与维修、电子技能训练教育研究。

参考文献：

[1]潘明，潘松.数字电子技术基础[M].北京：科学出版社，2008.