《EDA技术与应用》课程教学改革探索

2022-11-09

当今社会对人才的知识结构和能力结构要求愈来愈高, 使学生将课堂所学知识转化为致用的能力, 增强其对社会发展的适应性, 是衡量教学效果好坏的关键因素之一。笔者结合EDA技术的发展和课程特点, 对《EDA技术与应用》课程的理论教学内容、实验教学方法、考核方式等进行了调整和改革, 经过几个年级的实施, 结果显示效果良好。

1 修定EDA技术理论教学的内容

课程内容合理安排, 内容重点突出, 学生学习兴趣才能一直持续, 学习热情才会高涨。学习知识是利用知识的层次性逐步达到对知识的系统掌握;而应用知识则是从知识的系统性来检验对各层知识的掌握程度。常见的“高分低能”学生, 问题就出在不会综合运用知识解决实际问题, 他们对各层知识的理解是孤立的、片面的。对此, 笔者在实际教学过程中, 系统地将《E D A技术与应用》课程分为以下五部分进行讲解:E D A技术概述、EDA设计流程和开发软件的使用、硬件描述语言、PLD器件结构和工作原理、EDA技术的综合应用等。目的在于加强学生对知识层次性和系统性的认识, 学会逐步学习知识和综合运用知识的方法。其设计思路是:首先将教学内容按知识点模块化, 每一模块达到一定的教学目的;其次, 每一模块对知识内容的要求和学生的能力要求都力求循序渐进, 一环扣一环, 最后达到对EDA技术的整体掌握。

在EDA技术概述部分讲述EDA技术的概念、发展过程和应用范围, 使学生明确学习EDA技术的重要性, 同时介绍课程教学的内容安排、教学方法、教学目的、考核要求等, 使学生一开始就明确要学些什么, 怎样学, 学完后要达到什么程度, 以便做到心中有数。

对于开发软件的使用, 以及硬件描述语言设计输入不需占用太多理论课时间, 学生们学过高级编程语言C语言, 对其开发系统及编程特点比较熟悉, 而EDA技术开发软件使用、硬件描述语言编程类似于高级编程语言。因此教师只需对软件操作要领、描述语句的硬件特性强调一下, 学生通过实验和自学很快就能掌握。对于设计流程应强调主要步骤:设计输入、编译查错、时序仿真、引脚设定和程序下载等, 每一步的目的、注意的环节在理论课上不用要求太高, 可以留在实验课上重点强调。在E D A技术的综合应用部分, 主要通过数字频率计、HDB3编/解码器、步进电机控制器、电梯运行控制器等电路设计实例的介绍, 使学生进一步熟悉E D A开发流程, 理解并掌握EDA技术在测量仪器、通信系统及自动控制等领域的应用。

另外, 针对学生的不同程度, 贯彻因才施教的教育思想, 对学习成绩好的学生提出新的 (超出大纲要求的) 问题, 使这部份学生没有饱和感;而对个别基础差的学生, 则通过例题示范, 引导他们如何分析问题, 如何运用所学知识解决问题, 逐渐取得进步。

2 修定EDA技术实验教学内容

实验教学主要是为了帮助学生应用和深化理论知识, 也是学生感受E D A技术应用开发过程, 培养实际设计能力的重要环节。因此, 科学设计实验内容十分重要。首先, 实验内容要包含EDA技术的基本电路和整个设计流程, 既能突出基础训练, 又要有实用性;其次, 实验装置必须反映EDA技术的发展, 尽量采用新的器件和更先进的开发工具;第三, 在实验设计上, 应留给学生一定的问题, 让其在实验中碰碰钉子, 然后再启发他们寻找一种解决方法, 从而达到训练目的。

根据上述要求, 我校选配备了杭州康芯电子有限公司的G W 4 8 E D A_P K 2型E D A/SOPC实验开发系统。该系统具有10种电路工作模式, 含USB-Blaster JTAG编程下载器和Byteblaster MV编程下载器, 支持不同公司的F P G A/C P L D器件;硬件采用模块化设计, 包括S O P C系统模块、超高速ADC/DAC模块、U S B模块、单片机模块、普通A D C/DAC模块、液晶显示模块、存储器模块、电机驱动器模块等, 完全能够满足从计数器、加法器等简单电路到步进电机控制、逻辑分析仪设计等复杂应用电路设计和实验需要。

根据经验, 课程实验安排有验证性实验、设计性实验和综合性实验。开始以简单的验证性实验为主, 以便进一步掌握硬件描述语言和熟悉EDA开发软件。在熟悉了软件操作及设计流程之后, 再进行设计性实验, 继而是综合性比较强的实验。比如:开始可安排学生进行七段数码显示电路设计, 继而进行计数器、移位寄存器等的设计, 然后进行秒表、数字时钟电路和出租车计费系统等复杂电路的设计, 这样实验内容由易到难, 由简到繁, 前后衔接, 保持连贯, 通过一条主线引领学生进行学习。

需要强调的是, 实验一定要要求学生得到最终的硬件测试结果, 而不仅仅是软件仿真结果。因为, 从实际教学效果来看, 当学生看到自己的设计得到实现, 并通过显示屏的显示, 扬声器的发声, 或者电机的转动体现出来的时候, 会产生由衷的喜悦和满足感, 继而才能增强和保持学习兴趣。

3 改革考核方式

改革教学内容和教学方法的同时, 还必须改革考试方法, 才能彻底摆脱“应试教育”带来的不利影响, 确保教学内容、教学方法改革的顺利实施, 用“考试指挥棒”引导学生走“注重基础、培养能力”的治学道路。因此, 考试应该与教学目的相一致, 学习成绩要能够全面反映学生对所学课程内容的掌握程度, 考试方法要体现课程特点, 考试内容要全面、客观、公平、易行。因此, 我们对考试方法作了如下改革, 学习成绩由三方面组成: (1) 平时作业占10%:作业包括程序设计、硬件线路设计、实现方法拟定等。 (2) 实验占20%:实验包括故障排除、软件调试、硬/软件统调、系统性能检测及仪器使用方法和技巧等。 (3) 课程设计占7 0%:课程设计包括一个EDA实用系统的硬件设计、程序编写、软件仿真、硬件功能测试、课程设计报告等。

用作业、实验、课程设计能比较全面客观地评价学生的学习情况, 不仅能反映他们对基础知识的掌握程度, 还能客观反映他们应用知识能力的差异、学习态度及进步程度等动态指标, 有效地消除了“应试教育”中“死记硬背”、忽视能力和考试作弊等现象。