E DA 技术实践教学改革探讨

李 燕

（河北科技师范学院机电学院，河北秦皇岛 066000）

一、EDA 技术教学实践过程中常见的问题

（一）课程内容滞后、时代感不强

其实EDA 技术在中国起步并不算晚，早在20 世纪90 年代初期，中国就开辟了EDA 产业的自有根据地。一项ESD Alliance 统计数据显示：2021 年全球EDA 市场规模为132.75亿美元，同比增长了15.77%。而受益于半导体产业向中国转移的发展趋势，中国EDA 市场的规模实现了较快增长［1］。据中国半导体行业协会预测，到2025 年中国EDA 市场规模将达到184.9 亿元，2020-2025 年年均复合增速为14.71%［2］。由此可见，EDA 技术在国内乃至国际社会上都快速发展。但是纵观当前编写的《EDA 技术基础》教材却并未跟上时代前进的脚步，存在严重的教材内容更新速度慢、技术落后、时代感不强等问题，严重影响了展现EDA 技术新成果，学生在学习过程中也难以了解最新的前沿技术，无法准确把握EDA 技术未来的发展趋势。

此外，教材内容中理论赘述过多以及实验和习题设置不匹配的问题也在一定程度上模糊了EDA 技术实践教学环节的教学目标。一旦学生找不到明确的学习目标，自然会丧失学习的动力，再加上受到课程理论知识枯燥和内容滞后性强等因素的影响，如果不尽快实施有效的教学改革，培养学生的学习兴趣终将成为空谈。

（二）教学方式单一、灵活性不强

当前学生能从EDA 技术实践教学环节中获取EDA 知识的途径并不多，主要来源于教师在封闭教室内口头讲授，教学方法也大多延续传统的“填鸭式”法，即教师讲、学生听。在这种一成不变的教学模式中师生之间的互动少之又少，传递和交互信息十分有限。长期处于这种“重教轻学”的环境中，表面上看起来教师已经根据教学大纲的要求完成了教学任务，实则并未调动起学生学习课程的兴趣，尤其是教材中零零落落的知识点很难形成系统的构架，更谈不上深度思考和探究课程内容。

显然这种缺乏变通的单一教学方式不利于学生培养EDA 设计思想和运用技术提升实践能力，也违背新时代“先学后教”的教育精神，不能把学习时间真正还给学生，难以有效开发学生的个人潜能，促进他们全面发展综合能力。

（三）实验模式陈旧、创新性不足

经过多年观察和总结教学经验发现，受到多种客观因素和制约条件的影响，当前很多学校的实验项目普遍并不多，并且存在EDA 课程学时少、教学模式陈旧等诸多问题。尤其是教师在实验教学环节大多扮演“主人翁”的角色，组织实验时大多延续“教师主讲→开展实验→报告汇总”固化的实验教学模式。学生长期处于这种固化的实验模式下，难以培养创新思维意识。

实验教学作为课程理论教学的一个主要分支，目前的教学活动并没有严格考查学生的实验成绩部分，其总分占比很低，而且教师评估的实验成绩大多以学生提交的书面报告为参照，忽视了全面考查学生整个实验过程中的动手能力。正因为如此，导致很多学生从思想根源上就不重视学习实验教学内容，受到这种不良思想作祟的影响，何谈培养和提升学生的动手实践和创新能力。

二、提高EDA 技术实践教学改革效率的策略

（一）明确学习目标，通过激发兴趣培养学生的探究能力

俗话说：“兴趣是最好的老师。”要想培养学生对EDA 课程产生浓厚的兴趣，学生必须先了解“为什么设置这门课程，其意义在哪里?”因此，教学改革可以先从学生熟悉的在各领域应用EDA 技术的介绍入手，通过多媒体教学的方式为学生展现其应用广泛和技术发展带给人类的进步和震撼，让他们身临其境地感受EDA 技术对于电子设计的重要性以及无限需求技术创新的时代感召。然后分别列出利用EDA 技术设计电子产品的优势，让学生一目了然地看到其应用的价值，体悟其光明的就业前景。通过观看课前准备的短片内容，再经过教师课上引导讲解，学生能了解EDA 技术作为一种潮流新技术应用于数字时代发展的重要性、广泛性和不可或缺性。由此，学生心中就会生起学好专业技术的神圣感和使命感，并坚定学好EDA 技术的信念。此时，教师再为学生介绍EDA 技术之于电子工程师及相关电子技术研发从业者的必要性，方可培养学生学习EDA 技术课程的兴趣。学生以兴趣为支持，就能更好地发展自身的探究能力。

作为怀揣青春梦想的一代，学生只有了解了自己所学课程的重要性并且赋予学习以非凡的意义时，才能明确学习目标、铆足学习的干劲儿，在乐学的过程中有所收获。

（二）紧跟时代发展，通过优化课程内容提升学生应用知识的能力

EDA 作为一门实践性很强的课程，其教学改革实践可以尝试传统与现代共存、软件与硬件结合、虚拟与实际相生的实践教学方法，着重培养学生工程实践方面的能力。因此，EDA技术实践教学改革首先要明确实现学生将理论知识应用于工程实践中解决实际问题的教学目标；然后将使用工程设计方法分析和设计系统作为教学工作的重点，以便提升学生未来就业时设计实际工程的能力。

根据人才培养目标的要求，EDA 技术课程设计实践教学改革除了要培养学生利用所学理论知识分析问题的能力之外，还应该培养学生利用软件和硬件完成电路调试的技术实践应用能力，并将这两个部分的内容作为评定学生综合能力的参照依据。通过调整设计课程内容，帮助学生理顺专业知识的系统性和完整性，通过理论积累和实践训练提升学生分析和解决工程实践问题的各项能力，主要包括电子电路设计、器件选择、手册查询、工艺制作、电路调试和维修等。

受制于EDA 技术实践教学课时有限的客观因素，在教学改革过程中，教师应该练好内功、吃透教材，在全面、深度理解的基础上吸收、内化教材中零散的知识。通过章节融合的方式系统化调整、处理、构建新的教学模块，形成新的理论框架，从而打通VHDL 编程语句、FPGA 设计流程与实例应用之间的链接，提高学生使用不同软件、硬件的熟练程度和技术能力。换言之，无论选用什么样的设计软硬件，都要保证设计思路不受影响、设计目标不受干扰，真正做到知识为技术所用、技术因实践而精。

要想提升课堂教学质量，除了优化、调整教学内容之外，还应该合理规划教学时间。具体可以通过增加课时、实验教学与理论教学相结合等途径实现。笔者的教学实践尝试取得了不错的应用成效，有效实现了理论知识与实验教学互相巩固和验证，教学效果事半功倍。

（三）丰富教学手段，通过多元教学方式激活学生学习的自主性

很长一段时间以来，“板书+讲授法”一直是我国传统的教学方法。随着时代发展和教育改革工作持续推进，其应用的弊端日渐显现。新时代背景下，各种新型授课方式日渐盛行，教学改革可以采用“板书+讲授+多媒体+实物演示+实例引导”的新尝试，以穿插创设问题情境、生活情境等方式展开EDA 技术实践教学活动。观察发现，学生带着问题听课时参与课堂的热情更高；学生在设计过程中遇到难以突破的瓶颈时，如果教师先启发和引导学生的思路，再讲授解决方法，就能有效节约设计时间、提升教学效率，甚至部分学生在教师的指导下还能自主找到解决问题的方案。此外，通过综合对比新旧教学方法发现，采用丰富多样的灵活教学模式能快速点燃学生的学习热情，激发他们的探究欲望，学生更容易产生自主学习的原动力。

当前较常用的多元教学方法主要包括：（1）交互讨论法。此方法旨在利用实践课堂教学活动，借助提问的方式搭建交流渠道，增强师生之间的互动，从而调动学生参与课堂的热情，培养学生自发学习和独立思考的能力。（2）目标驱动法。这是一种由教师布置课外作业和实验内容、目标，由学生按照教师的要求自主完成实验任务的教学方法。在明确目标的指引下，学生能更快速地激发学习的自驱力，顺利完成资料查找、方案设计、仪器调试和实验汇总等各项实验工作，能有效提升学习的主动性。（3）研究法。此方法是指教师教学过程中传授观点、思路、方法以及布置课后作业等均具有研究性色彩，目的在于通过“润物细无声”的方式熏陶学生，激活其探究本能。（4）指导法。通常用于学生能独立完成的实验项目，实验全程教师只负责解答学生的疑问而不讲授任何内容，这种教学方式真正把课堂还给了学生，有利于培养学生自主学习的能力。（5）自主实践法。EDA 技术实践教学不能只局限于课上时间，开放自主实验室为激发学生自发学习的各项潜能提供了更多可能。（6）课外活动法。通过分组教学的实践方式组织科技活动，培养学生的合作意识和探究能力。（7）科研项目法。这是一种教与学互相交融的新尝试，既鼓励学生积极参与教师的科研工作，又支持教师带领学生开展学习研究活动。（8）网络辅导法。即以现代网络技术为媒介，通过网络交流的方式建立师生之间的联系，教师借助网络媒介远程辅导学生［3］。

在EDA 技术实践教学改革过程中，教师要特别注重创新应用教学方法，切勿拘泥于某种单一的教学手段，而应该根据教学内容的差异性，在综合学生实际水平和不同教学阶段等因素的基础上灵活开展多元的教学尝试，因地制宜地采取有效措施有机整合教、学、做，真正实现“教学有法，教无定法”。

（四）重视实验教学，通过改革考核方式提升学生设计能力的全面性

通常而言，实验教学主要包括三个方面的内容：（1）基础性实验。此类实验是各专业教学均不可跳过的实验内容。（2）综合性实验。此类实验是根据学生所学不同的专业区别设定的实验内容。举例来说，电气工程及其自动化专业的学生在完成这部分实验时应该将考查重点放在设计控制器上；通信工程专业的学生则应将实验重点放在设计信号处理算法上；电子信息工程专业则要将设计实用电子小产品作为培养和考查学生技能的重点。（3）开放性实验。此类实验具有高度的开放性，即在实验室开放期间，学生利用课余时间根据自己的爱好和倾向自由选择实验内容，此类实验有鲜明的开放性和创新性特点［4］。

为了促进全面发展学生的设计能力，教师可以采取如下措施：（1）编制具有可行性的实验指导手册。实验教学涉及诸多知识点，很多学生实验之初会有点“丈二和尚摸不着头脑”。因此，课程教师最好为学生提供与课程内容相对应的实验指导手册，整理、标示其中涉及的知识点。这样学生不但能在实验过程中快速、系统复习所学理论知识，而且在无法获取教师的指导时能第一时间通过自学成功完成实验内容。教师编制手册应该遵循精简引导的基本原则，分列清楚实验的题目、目的、具体要求和涉及的理论知识点，尽可能地为学生设计相应的实验思路，注明实验的注意事项等，最大限度地通过实验操作开发学生的思考能力。（2）侧重设置综合性实验。即结合已有实验调整实验教学过程中的各类实验，加大设置综合性实验的占比，提升学生的EDA 技术实践能力。（3）优化设计实验报告格式，完善实验考核机制。在考查实验教学效果时，教师应该在进一步优化设计实验报告格式的基础上通过转变实验主体的方式调整教学方式，如通过分组展开实验教学，由小组长负责总结、汇报实验的设计思路及实验过程、结论等，教师在实验教学过程中只需要发挥好引导作用，概述性总结学生的实验情况即可。此外，为了尽可能地挖掘学生的个人潜能、拔高学生的创新能力，教师在实验教学过程中可以尝试摒弃原有抽签做实验的旧传统，改用开放性实验的方法考核学生的各项能力。在考核过程中，教师只需要规定实验时间，保证实验题目唯一即可。可以在现有实验条件允许的情况下由学生自主选择实验内容，最终由教师公正、客观、全面地综合评定实验过程及结果等。

三、结语

EDA 作为一个强规模、弱周期的产业，对专业技术人才的实践能力和创新能力要求很高。然而很多学生都提不起学习EDA 课程的兴趣，甚至感到力不从心。面对良好的就业前景和日益激烈的市场竞争环境，EDA 技术实践教学改革势在必行。学科教师必须充分了解当前课程教学过程中存在的问题，与时俱进地采取相应的措施进行教学改革，方可帮助学生解决学习难题，提升学生自主学习和实践创新的能力，进而培养出更多符合新时代发展需求的全面发展的EDA 技术应用人才。